顯微 CT 空間分辨率可達到 1～100μm[1]，其作為一種無損的檢測手段，可以在保持組織完整性的同時進行組織學分析。通過顯微 CT 可以對小動物的器官或者組織進行三維成像，可以在形態(tài)及功能上研究一些疾病模型中各種表型特征的變化。本文將介紹顯微 CT 在小動物心、腦等涉及血管形態(tài)、功能變化及形成方面的應(yīng)用現(xiàn)狀和廣闊前景。

 

1 基于顯微 CT 的離體血管三維成像
 

1.1 離體血管三維成像的特點：
 

①掃描過程限制少，操作時可以通過調(diào)整時間和X射線的劑量等方法使得信噪比大化，實現(xiàn)微米級分辨率。

②其次，離體標本處于靜態(tài)，可避免運動及采集時間窗的影響，簡化掃描方案。
 

1.2 離體心、肺等器官血管成像
 

由于心跳、呼吸及血流速度的影響，會形成運動偽影及流空效應(yīng)，對灌注鑄型后離體標本血管狀態(tài)恒定，無需控制掃描時間窗來達到精確的圖像采集，避免偽影形成。以下為對離體標本灌注后在顯微 CT 下經(jīng)過長時間掃描獲得的小鼠肺、大腦、心臟和腎血管網(wǎng)絡(luò)的三維成像，血管直徑從 140 μm 逐漸顯影至 50 μm，與活體相比提高了 SNR，減少偽影形成。[2]


圖 1 (A) 成年小鼠腎臟，數(shù)字閾值設(shè)置為只突出主要血管，矢狀視圖。(B) 成年小鼠腎臟，數(shù)字閾值設(shè)置為突出細小血管，矢狀視圖。(C-D) 成年小鼠腎臟血管在冠狀面 (C) 和矢狀面 (D) 的觀察。

圖 2   綜合分析閾值處理的 MIP 和體積渲染的數(shù)據(jù)，可以更好地理解血管網(wǎng)絡(luò)。所有圖像都是同一個 Microfil 灌注的成年小鼠肝臟血管。(A)MIP 和 (B) 體積渲染的血管，突出主要血管。(C)MIP 和 (D) 體積渲染的血管，顯示全部血管。


圖 3   使用不透光的硅聚合物介質(zhì)灌注后通過顯微 CT 進行完整的全裝標本血管成像。所有圖像來自同一個 Microfil 灌注的成年小鼠數(shù)據(jù)集。(A-B) 骨架和灌注的血管的體積渲染灰度圖像。(C-D) 灌注血管（紅色）和骨骼（白色）的體積渲染的偽彩圖像。


圖 4   通過灌注的小鼠器官脈管測量血管形態(tài)。每張圖像左側(cè)的色條表示相關(guān)的血管直徑。(A) 成年小鼠肺部血管的偽彩圖像。(B) 成年小鼠大腦冠狀動脈血管的偽彩圖像。(C) 成年小鼠心臟脈管的偽彩圖像。(D) 成年小鼠腎臟脈管的偽彩圖像。

1.3 離體微小血管成像：
 

除此之外，顯微 CT 還可以對更加細小的周圍神經(jīng)微血管和骨內(nèi)血管進行三維成像。圖 5 為將 SD 大鼠坐骨神經(jīng)內(nèi)微血管離體灌注后，進行顯微 CT 三維重建獲得坐骨神經(jīng)內(nèi)微血管形態(tài)和分布規(guī)律。[3]

圖 5  (a) 大鼠全身 CR 圖像 (b) microCT 橫截面圖（× 200）其中箭頭示顯影劑充盈部位 (c) 三維重建圖 P：神經(jīng)近端 D：神經(jīng)遠端


2 基于顯微 CT 的活體血管三維成像

2.1 活體血管三維成像的特點：
 

隨著對活體血管動態(tài)觀察的需求， 基于顯微 CT 活體的成像技術(shù)也不斷發(fā)展成熟?；铙w血管成像能盡量維持在某種特定生理或者病理狀態(tài)下觀察到血管的動態(tài)變化，且無需犧牲小動物生命，可對同一個體或群體進行連續(xù)動態(tài)觀察，獲得數(shù)據(jù)的同質(zhì)性較好，能在縱向及橫向?qū)Ρ戎袦p少誤差。
 

2.2 活體微小血管成像
 

下圖顯示了使用傳統(tǒng)造影劑（Iomerone 300，Bracco Altana）掃描時間為 40 秒的小鼠顱內(nèi)和顱外血管的體內(nèi)數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)集不僅可以分析小鼠不同品系之間腦血管的解剖學差異，還可以評估缺氧和常氧之間的急性血管直徑變化。


圖 6   小鼠腦血管數(shù)據(jù)集的大強度投影（MIP，A-C）和體積渲染（D)。圖像（A）顯示了大腦內(nèi)部動脈（ICA）通過顱底和 Willis 圈的情況，其中包括大腦中動脈（MCA）和大動脈。大腦中動脈（MCA）和大腦前動脈（ACA），以彎曲的 MIP 形式呈現(xiàn)。圖片 (B) 是 BALB/c 小鼠的 Willis 圈的橫向視圖，顯示了大腦后動脈（PCA）、小腦上動脈（SCA）和后交通動脈（PcomA）。圖片 (C) 表示小鼠腦血管的矢狀圖。小鼠腦血管的矢狀面圖，可見舌周動脈（azPA）的小分支。D）顯示了小鼠顱外血管的體積圖，其中包括頸總動脈（CCA）、顱外動脈（ACA）等動脈。


圖 7   圖片 A、B 顯示 BALB/c 小鼠 Willis 圈的體積渲染數(shù)據(jù)集，C、D 顯示 C57BL/6 小鼠可見的大腦前動脈（ACA）、大腦中動脈（MCA）、頸內(nèi)動脈（ICA）、大腦后動脈（PCA）、小腦上動脈（SCA）、后部交通動脈（PcomA）和基底動脈（BA）。在 BALB/c 小鼠中，后循環(huán)主要由 PcomA 供應(yīng)，而在 C57BL/6 小鼠中，相關(guān)區(qū)域由 BA 和 SCA 供應(yīng)，這可能導致不同的梗死區(qū)域小鼠卒中模型中不同的梗死區(qū)域與血管解剖結(jié)構(gòu)的差異相對應(yīng)。
 

3 顯微 CT 的血管評估應(yīng)用

顯微CT可以提供組織結(jié)構(gòu)的定量分析，通過專門的可視化和形態(tài)分析軟件系統(tǒng)處理掃描數(shù)據(jù)，可以客觀地量化血管三維結(jié)構(gòu)。通過定量指標的測量，可以客觀評價血管定量，更加精確地描述血管在細微形態(tài)學中的變化。
 

小鼠頸動脈的對比度增強微型 CT 成像：計算壁面剪切應(yīng)力的新方案[6]
 

壁面剪切應(yīng)力（WSS）參與了動脈粥樣硬化的病理生理學。使用 WSS 操縱的動脈粥樣硬化小鼠模型，可以調(diào)查 WSS 和動脈粥樣硬化之間的相關(guān)性。通過建立細節(jié)充分的血管網(wǎng)絡(luò)三維幾何形狀，可以幫助確定 WSS。利用 eXIA 160 這種小動物造影劑，在顯微 CT 上評估小鼠血管網(wǎng)絡(luò)的充分性，并基于局部閾值分割算法對血管進行幾何分割。