成都华西华科研究所分析骨骼Micro-CT的实验分析与QCT骨密度软件体模检测

CT是利用计算机断层技术，将所获取的投照物体经 多角度的X线影像，然后由计箅处理后，得到一系列的断 层影像，并且可以合成出3-D图像。自从1972年God­frey Hoimsfield 发明 CT 技术 以来，CT 广泛的应用在医疗 领域中，发挥着承要的作用。而本文所讨论的micro- CT是专门针对微小物体进行的高分辨率CT检杏。图 14- 1是对活体老W下肢进行micro-CT的成像过程。

一、Micro-CT的骨形态测量学——骨组织 形态测置学的延伸

在20世纪90年代的早期到中期，X线技术和设备 的发展使得micro-CT的实验室研究和商业应用得以发 胰。micro-CT的设备与医学CT设条基本相似，不同之 处是它有着更小的体积和史A的空间分辨率。

大S新的研究成果的出现可以产生出新的技术，而图14-1 micro-CT 3D成像的示意围 左上方图是对被投照物体进行多角度的X线成像i右上方 图是活体小W的下肢丨11«^这些ffl像经过立体计算分析后 可以得到一系列的断U•图像。下方M示的两个图例是活体 小鼠的胫骨和雎骨各自独立的断松图像这些新技术标志者科学的进步。许多重要的影橡学技 术，例如光学显傲镜、望远镜.X线成像技术、电子显微 镜、磁共振影像技术、原子显傲镜等的出现，都已成为科 学史上的重要里程碑。

在卄生物医学领域里，骨形态测ft方法的基础和前 身是钟组织形态测世学。它始于对钙化组织进行包埋和 切片而不亊先进行脱钙的组织学方法（Frost 1958)。新 的染色技术标志者这一方法的发展（例如Von Kossa, Goldner’s Trichrome的活体内炎光标记技术），使得骨组 织学研究更加深人，并能分辨钟矿组织和新生的非骨矿 类#组织，测里骨形成过程的动态力学（Bills等，1971; Franklin and Martin 1980; Villanueva 等，1964; Frost 1969; Rahn等，丨980)。M微影像分析技术（如电视摄像机和自动 化分析仪）和个人电脑的高速发展以及电脑计算能力的明 显提商都促进了这一领域快速发展。以上这些因索使得 骨组织形态测供和矿化骨组织的研究数瞰明显增加。组 织形态测定可以为试验动物和人类活骨组织在结构和骨 代谢状态方面提供许多有价俏的新信怠。

立体影像学(Stereo丨ogy)

随蒭上述这些技术的不断进步，立体影像技术也在 不断发展。数学公式从原来通过单一或者多个显微图像 层面计苒获得骨骼2D影像，发展到可以获得3D影像 (例如Keeker 1983)。计算骨骼的影像参数可以重建出 付的表面、内部以及粮个骨的形态。而不同部位之间的 参数比值是评估骨小梁密度的重要依据。这一计算过程 相当复杂，而且在很多环节都可能出错。这就如

“Poincak猜想”所提到的：从两维数据计算出三维数据是 数学领域中M为复杂和难以解决的课题。在这一计算过 程中最容易出错的环节是X要建立一个被研究物体的结 构模型。例如，逑立一个平板模甩并假设被研究的骨小 梁楚平行于这一模甩，或是建立一个圆柱状模型并假设 骨小梁在岡柱体中规律平行排列。但实际上被研究对象 往往与模型之间有很大差异。

随者micro-CT应用于卄的研究以及其他许多领 域，人们就可以直接的获得没有损失的三维图像。在这 里，“直接”一词非常重要，它意味着三维图象的获得是真 实可靠的，而且3D模沏的违立也是对应于被研究物体真 实空间形态的。形态测定法的这一重大进展使科研人员 可以绕过从二维到三维的所有复杂计算和假象模甩的建 立，直接在真实三维検咽基础上测里得出立体阳橡图 14 - 2(Hildebrand et al. 1997a, b; Ulrich ct al. 1999)〇 这一重要技术也大大简化了人们获取象骨骼一样复杂的 立体结构图橡的过程。而且，直接获得真实的三维物体 模咽使得全新的空间结构测最仪器能够获取原先在二维 模®箪础上完全不可能得到的数据。

囝丨4-2 micro-CT能产生如此令人印象深刻的骨骼三 维影像，S示了这一方法的技术能力，但也会给人带来科技 无所不能的错觉。这是庳体小奴股#干骺端骨小梁的影 橡，每个像家大小为3. %m。而想获得更加真实的立体空 间构象的方法是利用物理职理和医学知识来研究分析mi- cro-CT的彩像micro-CT在It研究领域的应用和发展使得“形态 测定法”一词开始取代职来的“组织形态测定学”。W为 现在已经不单单足在组织学的领域中去获取形态数据 了。然而micro-CT形态测定法应该定义为组织形态测 定学的延伸，而并非全新的学科。实际上许多熟悉骨组 织形态测定学的局限性、困难性以及其人员要求的科研 工作者正是热衷于早期micro-CT技术的人和创始者， 是他们发现了三维无创数据对于骨的三维形态测堉的价 值和歌要性。但是，目前micro-CT技术还不能完全取 代组织形态测定。因为它只能提供骨的结构和空间构成 倍息，而不能敁影描述成竹细胞、破骨细胞以及骨表曲的 缝隙再吸收和类#痂形成过程（至少无法在广泛区域中

获得足够有效的数据>。所以形态测定和组织形态测定 将会一直并存发展。

值得霣惕的是，从micro-CT得出的数据而产生的 三维或是断层的那些令人印象深刻的影像可能会给使用 这一方法的新手一种错觉，即似乎这一方法无所不能。 而实际上想耍鞏握micro-CT首先要节捤一定的物理原 理和K学知识。这样才能史好的理解如何去选择技术所 产生的最佳结果，分辨哪些是技术上可行的那些是不可 行的，也才能更好地减少和纠正CT影像上的系统偏差 和偶然偏差。

标本无创三维成像（Non - destructive 31) imaging)

能获取真实而没有损失的数据同时不破坏标本是 micro-CT的一大优点。可以采用死亡后的小鼠离体标 本切片或是人类活检标本来进行micro- CT分析（1<叩₃- dia et al. 1998; Audran ct nl. 2001〉。在进行 micro— CT 检査之后，标本仍可以进一步进行组织学或足化学、生物 学以及其他类型的检查_〇同时micro-CT也可以对活体 (如阁14-丨那样被麻醉了的小鼠）进行扫描分析，从而 大大扩展了其应用领域(Sasovetal. 2002)。另一项适于 临床应用的micro-CT新进胰是对活体人类腕关节进行 检査（Muller et al. 2004> 而对活体实验动物或是临床病人进行检査时，涊要 考虑的重要一点是被研究者在进行micro-CT检查时将 暴露于多重X线扫描之下，而这将冇潜在的延缓人类骨 骼生长作用和致癌作用。本文将列出进行micro-CT检 査时一些重要的基本物理原理，并提供进行micro-CT 检査骨骼和骨质疏松前笛要患者签署的志想书的范本。 其目的是为了让操作新手和新从亊这一方法进行骨骼研 究的科研工作者们吏好的理解这一技术。而这一B的仅 铒本文的篇幅是不可能达到的，因此只能简明扼要的阐 述，但作者希望至少能部分达到这一目标。成都华西华科研究所分析研发定量CT QCT骨密度体模软件分析系统  
网址:http:// www.qctqct.cn  
手机 : 13072875151传真 :028-65830598
市场部电话 :028-65830598 028-67708638  83190122
在线 QQ:110480527 联系人 : 王先生
邮箱:samwangcn@126.com
地址 : 成都市静康路536号