Micro-CT 骨組織的應(yīng)用分析
Micro-CT是一項(xiàng)集成像無(wú)創(chuàng)與高分辨于一體的技術(shù)。能對(duì)小鼠，大鼠等進(jìn)行全身性的檢查；還可以對(duì)選定的關(guān)注區(qū)域進(jìn)行掃描，比如，在小鼠和大鼠中，頭部，脊柱，前腿，后腿等等；還可以對(duì)離體樣本材料進(jìn)行掃描，比如小鼠或大鼠的股骨、脛骨、顱骨、牙齒、四肢，以及生物支架材料，電子元件，建筑材料，植物土壤，植物種子，昆蟲(chóng)等各種需要對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描的材料進(jìn)行掃描，該技術(shù)可對(duì)活體動(dòng)物進(jìn)行高分辨率的局部成像，如對(duì)活體老鼠進(jìn)行高分辨率的股骨成像，且無(wú)需對(duì)活體動(dòng)物進(jìn)行解剖取標(biāo)本，可對(duì)活體老鼠進(jìn)行高分辨率的成像，且可對(duì)活體老鼠進(jìn)行高分辨率的成像。
在本篇文章中，我們將和大家介紹一些在Micro-CT骨分析應(yīng)用中常見(jiàn)的參數(shù)，分享一些 Micro-CT在骨研究分析中的應(yīng)用案例。
骨是由骨質(zhì)，骨膜，骨髓，血管，淋巴管，以及骨的神經(jīng)組成的。micro-CT能更好地觀察到骨組織骨組織各部位的形態(tài)學(xué)特征。骨密質(zhì)：骨密質(zhì)主要分布在骨骼的表層，又被稱(chēng)為皮質(zhì)骨；骨松質(zhì)是指骨小梁在骨骼中的排列方式，骨小梁的排列方式與骨骼的受力、拉力方向相吻合，骨髓腔和松質(zhì)間隙內(nèi)充填有骨髓。
利用圖像處理軟件，對(duì)Micro-CT掃描圖像中的目標(biāo)區(qū)域（ROI）進(jìn)行閾值化等運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮層骨與松質(zhì)骨的分離，并對(duì)其提取到不同的組織區(qū)域里，進(jìn)而對(duì)皮層骨與松質(zhì)骨（骨小梁）的形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行研究與分析，獲得能夠反映骨骼生長(zhǎng)發(fā)育程度的指標(biāo)。
骨小梁是指皮層骨在松質(zhì)骨中的一種延伸，也就是與皮層骨相連，形成一種不規(guī)則的立體網(wǎng)絡(luò)，就像絲瓜絡(luò)或者海綿一樣，對(duì)血液有一定的支撐作用。由骨小梁構(gòu)成的網(wǎng)格狀多孔結(jié)構(gòu)，按照應(yīng)力分布規(guī)律分布，呈現(xiàn)出各向異性特征，從而提高了骨的強(qiáng)度，其微觀結(jié)構(gòu)與骨的質(zhì)量有著緊密的聯(lián)系。所以，對(duì)骨小梁進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的研究是骨骼分析的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。Micro-CT可以實(shí)現(xiàn)對(duì)骨小梁微觀結(jié)構(gòu)的無(wú)創(chuàng)三維成像，并可以直觀地顯示其微觀結(jié)構(gòu)，為研究骨小梁微觀結(jié)構(gòu)提供了新思路。
相對(duì)于骨小梁而言，對(duì)于皮質(zhì)骨的研究較少。但有研究表明，在發(fā)生骨質(zhì)疏松的時(shí)候，皮質(zhì)骨會(huì)承擔(dān)更多的強(qiáng)度負(fù)荷，皮質(zhì)骨本身的內(nèi)在性質(zhì)及孔隙度影響著骨強(qiáng)度的變化。應(yīng)力作用下，骨皮質(zhì)變化晚于骨小梁，起初皮質(zhì)骨寬度增加，厚度變薄且分層，進(jìn)而疏松化，最終可呈細(xì)線(xiàn)狀，相應(yīng)的骨密度檢測(cè)也證實(shí)了這一點(diǎn)。因此，皮質(zhì)骨的參數(shù)分析也有利于全面地了解骨生長(zhǎng)和骨疾病中的情況。
一款集離體掃描和活體掃描于一體的Micro-CT，最高分辨率可達(dá)4um。最大掃描范圍可達(dá)到75mm*210mm，可對(duì)不同部位的骨掃描結(jié)果進(jìn)行可視化骨參數(shù)分析。
① 小鼠股骨分析
▲圖1 小鼠股骨頭掃描分析圖
60kv，130uA，10um分辨率，Hiscan XM Micro-CT
② 大鼠股骨分析
在本公司的Micro-CT掃描下的正常大鼠的股骨頭與骨質(zhì)疏松的大鼠的股骨頭的對(duì)比。
▲圖2 正常大鼠股骨頭掃描分析圖
80kv，100uA，25um分辨率，Micro-CT
▲圖3 骨質(zhì)疏松大鼠股骨頭掃描圖
80kv，100uA，25um分辨率， Micro-CT
③ 人體股骨分析
Micro-CT掃描下的正常人體的松質(zhì)骨與骨質(zhì)疏松的人體的松質(zhì)骨的對(duì)比。
▲圖4 正常人體股骨頭掃描分析示意圖
60kv，134uA，50um分辨率，Micro-CT
▲圖5 骨質(zhì)疏松的人體股骨頭掃描分析示意圖
60kv，134uA，50um分辨率， Micro-CT
通過(guò)Micor-CT對(duì)小鼠關(guān)節(jié)進(jìn)行掃描，通過(guò)三維重建圖可以明顯觀察到關(guān)節(jié)炎引起的骨損傷，結(jié)合分析軟件可以定量分析其骨表面積與骨體積比值（BS/BV）和骨礦物質(zhì)密度（BMD）。
▲圖6 正常大鼠股骨頭掃描分析示意圖
60kv，134uA，50um分辨率， Micro-CT
② 人體頸椎骨分析
選擇特定的ROI區(qū)域，分析不同疾病類(lèi)型對(duì)骨密度及骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。
▲圖7 人體樞椎三維重建圖
80kv，100uA，50um分辨率， Micro-CT
▲圖8 人體寰椎三維重建示意圖
80kv，100uA，25um分辨率，Micro-CT
③ 大鼠顱骨分析
采用Micor-CT對(duì)缺損顱骨修復(fù)試驗(yàn)的大鼠顱腦進(jìn)行掃描，并將其在一個(gè)月之后進(jìn)行3D重建,定量分析其骨表面積（BS）、骨體積（BV）和骨礦物質(zhì)密度（BMD）的變化。
▲圖9 大鼠顱骨損傷修復(fù)前后三維重建分析圖
60kv，130uA，25um分辨率， Micro-CT
植入骨骼生長(zhǎng)材料在大鼠的跟腱部位，在Micro-CT的三維重建上觀察一段時(shí)間的大鼠的跟腱部位出現(xiàn)骨化現(xiàn)象的發(fā)展情況。分析得到骨化部位骨密度（BMD）和骨體積（BV）的變化情況。
▲圖10 大鼠跟腱骨化實(shí)驗(yàn)三維重建分析圖
60kv，130uA，50um分辨率， Micro-CT
① 鈦合金支架分析
▲圖11 鈦合金植入
90kv，90uA，25um分辨率，Micro-CT
▲圖12 鈦合金植入
90kv，90uA，25um分辨率， Micro-CT
Micro-CT是一項(xiàng)非常有效的影像手段，能夠準(zhǔn)確反映骨結(jié)構(gòu)、精骨密度的數(shù)量性指標(biāo)，對(duì)組織工程、基因工程等科研具有重要的指導(dǎo)意義，已經(jīng)成為一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，可以增強(qiáng)或取代組織學(xué)檢測(cè)。Micro-CT技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將會(huì)給各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)會(huì)。
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