显微CT在骨成像及定量分析方面的应用

 骨质疏松研究
 

显微CT成像对骨质疏松症的研究尤为重要，特别是疾病进展和治疗效果，因为它是少数能够提供骨矿物质含量和密度信息的成像技术之一。通过高分辨率的显微CT测量这些变化，有助于开发治疗剂并理解控制这些过程的分子机制。
 
在骨质疏松的动物研究中，雌性鼠双侧卵巢摘除是一个较成熟的模型，可以成功建立模拟雌激素缺乏而导致的骨质疏松症状。
 
例：有A-F编号的6个实验大鼠离体股骨样本，其中A是正常对照组，B到F为骨质疏松组（去卵巢造模）使用不同抗骨质疏松药物干预。分割处理如图1所示；感兴趣区骨小梁的展示如图2；ROI骨小梁和ROI皮质骨的相关骨参数计算如表1.
 

 

图1：三视图及3D对感兴趣区的位置选取展示
 

 

图2：3D透视展示；对感兴趣区的骨小梁和皮质骨的分割提取

 

 

图3：A-F组中，正常组与不同药物干预下的骨小梁表现的差异性展示

 

 

 

骨再生材料研究
 

有关材料植入物的骨骼研究中，通常的目标是检查骨整合，即植入物周围的骨骼状态。显微CT可以提供植入物和周围骨骼的3D图像数据，并提供相关分析。
 

 

图4：对同一只大鼠的两侧颅骨开孔进行不同处理下的修复效果。开孔后，一侧加骨生成材料（图上侧），对侧作为对照侧不加任何材料（图下侧）；经一段时间的饲养和颅骨的生长修复后，用显微CT对大鼠的颅骨扫描成像，观察两侧的颅骨修复情况，可观察到加了骨生成材料侧的颅骨恢复情况好于对照侧。
 

 

 
 
 

 

图5：通过Avatar软件对骨生成材料和新生骨进行分割处理

 

表2：材料侧和对照侧的新生骨分析

 

 

骨关节炎研究
 

建立骨关节炎（OA）动物模型是寻找关节炎疾病有效治疗措施的重要途径。因显微CT可探测骨髓和骨皮质的微小结构改变，与其他影像学方法相比，在评估小关节中有很大的优势。利用显微CT可以评估骨性关节炎进展中软骨骨质的微小变化，评估骨密度以及软骨骨化情况来研究骨性关节炎的病理生理，以及软骨中的钙质沉积变化。
 
骨关节炎是以关节软骨下骨硬化或囊性变，关节边缘骨质增生，滑膜增生，关节间隙变窄为主要特征。
 

 

图6：同一只大鼠的两侧膝关节对比。上侧为骨关节炎造模，下侧是正常对照侧。通过一定药物干预后，采用了显微CT来研究关节软骨修复和关节炎进展，着重关注关节面及半月板平整程度及关节腔的容积变化。
 

 

图7：如本例，由于关节边缘骨质增生，膝关节腔体体积变大。由Avatar软件分割并计算，可得图（左）（红色，关节炎），腔体体积为42.7mm^3； （右）（绿色，正常对照组）腔体体积为:23.3 mm^3。
 
实验设备：VENUS® Micro-CT 
            中文名：桌面型高分辨显微CT
            型号：VNC-100
 

 

影像软件：Avatar 1.3 （平生医疗科技）