導(dǎo)語：
顯微 CT (Micro-CT) 也稱小動(dòng)物 CT，是一種非破壞性的 3D 成像技術(shù)，可以在不破壞樣本的情況下清楚了解樣本的內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu) (包括幾何信息和結(jié)構(gòu)信息)，它的分辨率極高，可以達(dá)到 (um) 級(jí)別，廣泛應(yīng)用于活體小動(dòng)物的研究，包括對(duì)小鼠、大鼠、兔子、犬等的骨骼、牙齒和各種生物材料進(jìn)行高分辨率 X 射線成像。既可進(jìn)行如腫瘤等軟體組織的動(dòng)態(tài)觀察，也可用于骨骼疾病方面的研究，在很大程度上取代了破壞性的組織形態(tài)學(xué)計(jì)量學(xué)方法。今天小編就帶大家了解一下顯微 CT 在動(dòng)物研究中發(fā)揮了哪些重要作用吧！

一、Micro-CT 研究兔膝蓋軟骨鈣化

軟骨鈣化通常來講是指軟骨部位積累很多鈣質(zhì)，隨后軟骨出現(xiàn)鈣化的團(tuán)塊而導(dǎo)致的骨質(zhì)變化。鈣化軟骨 (Calcified cartilage, CC) 是一種隨著機(jī)械負(fù)荷、衰老和關(guān)節(jié)病理而發(fā)生變化的動(dòng)態(tài)組織，例如骨關(guān)節(jié)炎。顯微 CT (Micro-CT) 可對(duì)鈣化組織進(jìn)行三維成像，后續(xù)進(jìn)行骨和鈣化軟骨之間的分割以研究其動(dòng)態(tài)變化。

本實(shí)驗(yàn)取 14 月齡和 12.5 月齡的健康、骨骼成熟的雌性新西蘭大白兔膝關(guān)節(jié)各 8 個(gè)，每個(gè)膝關(guān)節(jié)被解剖并分為六個(gè)解剖區(qū)域。每個(gè)標(biāo)本都進(jìn)行顯微 CT 成像和常規(guī)組織學(xué)處理，從圖像中手動(dòng)分割鈣化軟骨用于訓(xùn)練具有不同編解碼器體系結(jié)構(gòu)的分割模型。終，深度學(xué)習(xí)方法和組織學(xué)方法都能區(qū)分髕骨、股骨和脛骨區(qū)的 CC 厚度。CC 在膝蓋骨處厚，在脛骨處薄。本文結(jié)果發(fā)現(xiàn)借助顯微 CT 拍攝圖像并進(jìn)行深度學(xué)習(xí)分割的方法相對(duì)簡單，可以在標(biāo)準(zhǔn)的 Micro-CT 分析管道中實(shí)現(xiàn)，從而分析 CC 的形態(tài)。


圖 1.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)分割的兔股骨髁圖像
文章還指出，在未來的研究中，顯微 CT 成像可能比組織學(xué)更可取，尤其是在分析軟骨鈣化的動(dòng)態(tài)變化時(shí)。它還可以進(jìn)一步了解鈣化軟骨中可能發(fā)生的 3D 形態(tài)變化，例如骨關(guān)節(jié)炎和其他關(guān)節(jié)疾病中軟骨下板的增厚。

二、Micro-CT 研究兔顱骨缺損

植骨是骨科手術(shù)中常用的一種修復(fù)骨缺損的方法，自體骨移植一直是骨替代的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但因其需兩次手術(shù)且并發(fā)癥嚴(yán)重，近年來可單獨(dú)或聯(lián)合使用的移植物已開始在臨床實(shí)踐中取得進(jìn)展。特立帕肽 (Teriparatide) 是一種人工合成的重組人蛋白，它包含甲狀旁腺激素的前 34 個(gè)氨基酸，對(duì)骨骼既有合成代謝作用又有分解代謝作用，常用于骨質(zhì)疏松的治療。

本實(shí)驗(yàn)的目的是通過顯微 CT (Micro-CT) 評(píng)估特立帕肽對(duì)局部異種移植物 (牛骨移植) 修復(fù)兔顱骨缺損的影響。實(shí)驗(yàn)在 16 只兔顱骨上各制造兩個(gè)直徑為 10 mm 的缺損區(qū)。對(duì)照組的缺損區(qū)填充異種移植物，而實(shí)驗(yàn)組的缺損區(qū)同時(shí)填充異種移植物和 20mcg 的特立帕肽。

圖 2.1  4 周和 8 周對(duì)照組 (左)、實(shí)驗(yàn)組 (右) 的顯微 CT 掃描圖像

將對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組樣本分別進(jìn)行顯微 CT 掃描，選定感興趣區(qū)域并計(jì)算骨體積、骨表面積等基本指標(biāo)的值。結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組的總骨量在 4 周和 8 周均顯著高于對(duì)照組。本研究表明，局部應(yīng)用特立帕肽可增加兔雙側(cè)顱骨缺損區(qū)的新生骨體積和總骨體積，有利于骨缺損的修復(fù)。

三、Micro-CT 研究比格犬接骨系統(tǒng)

為了保證骨折治療后的解剖復(fù)位和穩(wěn)定，通常需要對(duì)骨折部位內(nèi)固定。傳統(tǒng)的不可降解固定裝置通常由不銹鋼和鈦合金制成，不僅可能導(dǎo)致多種并發(fā)癥，且需要手術(shù)移除。由于鋅是人體必需的微量元素，鋅合金相較于純鋅在保持緩慢降解和良好生物相容性的同時(shí)，有良好的機(jī)械性能。本研究的目的是評(píng)估鋅合金內(nèi)固定系統(tǒng)在治療犬下頜骨骨折 24 周后的有效性、生物安全性和生物降解性。

本實(shí)驗(yàn)選用 27 只骨骼健康的成年 1 歲比格犬，平均分為三組。完成雙側(cè)下頜骨的縱切手術(shù)后，實(shí)驗(yàn)組植入 2 塊鋅合金鋼板和 8 枚鋅合金螺絲釘固定雙側(cè)下頜骨骨折。對(duì)照組分別采用聚 L - 乳酸 (Poly-L-lactic Acid, PLLA) 和鈦合金內(nèi)固定系統(tǒng)治療雙側(cè)骨折。術(shù)后即刻、術(shù)后 4 周、12 周、24 周分別進(jìn)行下頜骨的顯微 CT 掃描，監(jiān)測骨折愈合情況。

圖 3.1  術(shù)后 4 周、12 周、24 周的鋅合金組、PLLA 組、鈦合金組

比格犬下頜骨愈合情況。箭頭表示骨折部位。

對(duì)顯微 CT 圖像三維重建后測量鋅合金種植體的體積 (PLLA 種植體不可見)，并用黃色標(biāo)示三組中的骨折部位。骨痂是骨折在修復(fù)過程中，形成的新生骨樣組織，是骨折愈合的重要觀察指標(biāo)。如圖 2.2 所示，術(shù)后 4 周 PLLA 組的骨痂大小明顯大于鋅合金和鈦合金組。術(shù)后 12 周，橫斷面圖像顯示各組骨痂面積縮小。術(shù)后 24 周，各組骨痂均消失。

圖 3.2  術(shù)后四周的 Micro CT 三維重建圖像 (A 鋅合金、B 聚乳酸、C 鈦合金)。黃色高亮顯示的區(qū)域是選定的感興趣區(qū)域 (寬 3 mm，高 7 mm)。術(shù)后 4 周的顯微 CT 斷層圖像上，PLLA (E) 形成的外骨痂明顯多于鋅合金 (D) 和鈦合金 (F)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可降解鋅合金能促進(jìn)骨折充分愈合，具有良好的生物安全性和可接受的降解率。

與傳統(tǒng)的不可降解材料和 PLLA 相比，其金屬強(qiáng)度相對(duì)中等，特別適合用于內(nèi)固定強(qiáng)度較低的顱頜面部種植體。

四、Micro-CT 研究人、犬的頸動(dòng)脈發(fā)育
頸動(dòng)脈海綿竇瘺 (Carotid-cavernous fistula，CCF) 一般指頸內(nèi)動(dòng)脈海綿竇段的動(dòng)脈壁或其分支發(fā)生破裂，以致與海綿竇之間形成異常的動(dòng)靜脈交通。一般通過血管造影檢查，但血管造影是一種介入性的有創(chuàng)治療，增加了動(dòng)脈內(nèi)栓塞以及并發(fā)癥產(chǎn)生的可能性，例如失明或中風(fēng)。本研究的目的是分析胎兒解剖照片中頸動(dòng)脈和上頜動(dòng)脈的存在，并在保存的犬標(biāo)本中獲得與上述兩條人類動(dòng)脈同源動(dòng)脈的高分辨率顯微 CT (Micro-CT) 圖像。


圖 4.1  犬頭顱動(dòng)脈循環(huán)的側(cè)位顯微 CT 投影


圖 4.2  犬頭顱動(dòng)脈循環(huán)的背腹位顯微 CT 投影

人胎兒頸動(dòng)脈海綿竇的解剖圖片并未顯示出上頜動(dòng)脈，很可能是先前被誤認(rèn)為的頸動(dòng)脈海綿竇下外側(cè)干。犬的顯微 CT 圖像提供了上頜頸動(dòng)脈和腦膜吻合動(dòng)脈的高分辨率血管解剖，以及它們與頸內(nèi)動(dòng)脈、上頜動(dòng)脈和腦膜中動(dòng)脈的連接。

本研究有助于了解頸動(dòng)脈海綿竇段分支區(qū)域的系統(tǒng)發(fā)育和胚胎學(xué)解剖，給未來的科研工作提供了用犬研究頸動(dòng)脈海綿竇瘺治療方法的可能性