Micro-CT在昆蟲研究領域中(zhōng)的應用(yòng)案例

圖 1 (A-H) 阿拉伯斑胸蟻的 3D 模型表面顯示體(tǐ)渲染的靜止圖像 (A) 頭部（包括觸角）的背視圖；(B) 頭背的背視圖；(C) 頭部（包括觸角）的側視圖；(D) 身體(tǐ)的側視圖；(E) 身體(tǐ)的背視圖；（F）軀體(tǐ)和腰段的背視圖；(G) 前肢、腰段和胃的側視圖；(H) 前肢，腰段和胃的背視圖。

1.2 斑馬魚

  骨骼是被廣泛研究的一種生物(wù)材料。下圖中(zhōng)使用(yòng)顯微CT和熒光顯微鏡等來檢測斑馬魚幼蟲的骨骼發育。下圖是分(fēn)别用(yòng)顯微CT和熒光顯微鏡對相同使用(yòng)鈣黃綠素染色的斑馬魚标本進行觀察。對17天齡的野生型幼蟲進行Micro-CT掃描，發現其頭蓋骨，基枕，外枕，角腮，牙齒，三對耳石等顱骨元素。前8個椎骨中(zhōng)心及其神經棘和第5個椎骨上的第一根肋骨是可(kě)見的，以及來自韋伯裝(zhuāng)置的一些元素。熒光顯微鏡下可(kě)以觀察到相同的骨頭，但無法觀察到耳石和牙齒。30天時，韋伯式裝(zhuāng)置完全形成，三足、骨盆、牙齒、和耳石清晰可(kě)見。用(yòng)熒光顯微鏡觀察到30天時的完整軸向骨架，但很(hěn)難看到頭蓋骨中(zhōng)的元素如三足、骨盆等。

  綜合以上研究成果，實現對骨骼（如耳石）的骨量、礦物(wù)質(zhì)含量的定量分(fēn)析，并對其進行形态學(xué)鑒定。顯微CT成像顯示，軸向骨骼中(zhōng)第一塊骨形之前，有(yǒu)礦化聚焦物(wù)的脊索，在礦物(wù)的存儲中(zhōng)這些結構可(kě)能(néng)會發揮作(zuò)用(yòng)。該研究結果表明高分(fēn)辨率的CT在表征斑馬魚方面的潛力。

圖 2 野生型 (a、b、c、d) 和珍珠層（e、f、g、h）斑馬魚鈣化骨骼結構側視圖。左側為(wèi)用(yòng)顯微 CT 進行掃描、重建的三維結構，右側為(wèi)熒光顯微鏡成像。

  在此基礎上，利用(yòng)Micro-CT技(jì )術，可(kě)以對正常斑馬魚的脊椎進行局部及局部的形态學(xué)評估，并可(kě)以測量其在外界壓力下的脊椎角度，從而确定其冠狀位及矢狀位的角度。以下是顯微 CT 成像的初始步驟。

圖 3 (A) 骨窗對于優化骨骼的可(kě)視化至關重要；(B、C) 減去鳍等軟骨結構，以避免它們幹擾脊柱的可(kě)視化；(D) 強調頸椎，以确保橫突起的良好能(néng)見度（白色箭頭）; (E) 骨性不良的例子：椎骨模糊，器官仍然可(kě)見（箭頭）; (F) 準備在矢狀面進行評估的圖像：眼球排列（箭頭）, 每對的肋骨疊加（箭頭），頸椎清晰可(kě)見。

  目前，國(guó)内外學(xué)者對Micro-CT三維重構進行多(duō)個評價面，分(fēn)别測定了不同的矢狀面（胸椎和最大後凸曲線(xiàn)及其根尖，脊柱各節段長(cháng)度，矢狀面指數）和冠狀面（科(kē)布角，根尖，内側椎體(tǐ)，冠狀面排列，突起側面）的矯形參數。利用(yòng)Micro-CT技(jì )術，對帶有(yǒu)人造誘發曲線(xiàn)的斑馬魚科(kē)布角及根尖椎骨進行了定位。

1.3 螞蟻食道

  蟻群能(néng)夠運輸，儲存盒并在食物(wù)中(zhōng)進行營養反應，這在社會生活中(zhōng)是非常重要的。然而，我們并不知道，在蟻群的進化過程中(zhōng)，消化系統的構造是怎樣發生變化的。研究者首次利用(yòng)X射線(xiàn)顯微計算機斷層掃描和三維分(fēn)割技(jì )術報道了螞蟻的輔助胸廓作(zuò)物(wù)的存在。下圖顯示了螞蟻的顯微CT二維切片和在顯微CT三維重建的基礎上實現的三維分(fēn)割模型呈現出的螞蟻食道。

圖 4 (A) 主工(gōng)蟻圖像；(B) 副工(gōng)蟻圖像；(C) 主工(gōng)蟻顯微 CT 二維顯示矢狀面；(D) 主工(gōng)蟻顯微 CT 二維顯示橫切面；(E) 副工(gōng)蟻顯微 CT 二維顯示矢狀面；(F) 副工(gōng)蟻顯微 CT 二維顯示橫切面；(G) 主工(gōng)蟻分(fēn)割三維模型中(zhōng)的食道形狀；(H) 副工(gōng)蟻分(fēn)割三維模型中(zhōng)的食道形狀。