成都华西华科研究所分析应用micro-CT进行离体标本骨密度与QCT骨密度软件体模检测方法

分析

前面已经讨论过，骨骼的物理性质和化学成分非常 适合迸行micro-CT的检杳。由于U前使用的micro- CT设备种类很多，无法一一列举。在互联网PubMed上 可以检索到关于micro-CT的生物医7数据库，其搜索 关键词是“bone”和“micro - CT”，年限是从2001〜2004 年。这四年的检索数据数M分別是丨1、丨8、27和38。虽 然它的检索结果有所遗漏并不全面，但其发展趋势足显 而易见的。小鼠的#骼，比如远端股骨、近端胫骨和腰 椎，因为K被扫描的组织宽度通常为2〜4_cm,因此在组 织形态测定学上比较适合作为标准样本，而fl,这在经济 上也是可行的。

而患者髂后上峤的竹骼活检标本的迕径通常为 8mm,这也很适合进行micro-CT检査。一碎骨质疏松 相关研究会涉及到扫描离体小鼠付骼或姑患者的骨活检 标本，也都是W为无创三维成像这一优点而利用micro- CT进行检査的。

Lane等人（2003)研究了两种同化激素类药的作用， 甲状旁腺激素片段hPTH(丨-34〉和成纤维细胞生长W 子（bF(;F>。在实验中他们利用Micro-CT形态测定来 评估鼠类的骨小梁结构（Sc_anco；iCT20)。这-研究证明Tivesten等人于2004年进行了另一项性激素骨骼生 物学试验，使用的是间一种分绀方法：一组足进行了卵巢 切除的小鼠，另一组足进行模拟手术的小鼠。在实验中 干骺端骨小梁也足进行的离体micro-CT检查。其中进 行了卵1切除的小鉍接受雌激索或寒 •酮或两者联合的治 疗。两种激家单独使用都能显著增加这一组小鼠的骨小 梁容疳.其中雌激家的作用史加明显。但是两种激素联了 Micm-CT可以进行定M分析三维骨偫数据的，尤其 在研究骨小梁连续性方面，是二维组织形态测定术无法 完成的。这一三维连续性的澜《在整个实验中居于核心 位S,两种合成代谢因子都可以增加骨小梁容积，但只有 bFGF才能增加骨小梁间的连接数这一发现对于骨 小梁间的连接数请减少明M的严重骨质疏松的老年病人 来说,或许可以提供新的治疗方法。而hPTH(l-34)可 以通过增加#小梁的厚度来提高骨小梁容积，但它却不 能增加竹小梁间的连接数世。Lane等人的试验很好地 展示了利用micro-CT进行三维形态测定与传统的二维 绀织形态测定相比所具有的优势。

Moverare等人也在2003年利用micro - CT对比了 雄性去势小鼠的雌激素和華丸酮。他们使用micro-CT 来分析小鼠股脊远编#小梁形态（Skyscan 1072, 4. 6 ；im pixel)。这一试验将小鼠分为两部分，一部分坫野生小 鼠，另一部分是双审雌激素受体缺失的小鼠（DERKO, a和P受体缺失〉，雌激索和寒丸削保护若小鼠在人为 OKX下出现卄被丢失。但是两种激素增加骨容世的机 理却不相同：雌激素是通过增加骨小梁数贵和厚度，而举 丸酮只增加种小梁数敏（图丨4-9)。DF.RKO的雄性小 鼠雌激素对骨容虽不起作用，这一点通过确实的雌激素 受体去除得以证明，而骨小梁容ft完全由睾丸酮保护。 这显示了莩丸酮是通过雄激素受体途径起作用的，此外 还有芳香酶作用。冇趣的是在DEKKO的四组小鼠中， 在竹小梁厚度方面没有区别，这一点不同于野生小鼠组。 这一发现M示了雌激素受体和骨小梁厚度两者之间的关 系，提出了一些新的机制上的问题。在这一实验中，小鼠 骨骼作为样本在进行了 micro-CT分析之后，又进行了 进一步生物化学方面的测试。

合应)H的效架要比雌激索还要好得多。这一效果是通过 骨形态测足参数（骨小梁的抒度和数栻）来反映的。这篇 尚未发表的文莩显示了雌激素和窣酮也对其他骨三维形 态参数有影响，即结构形态参数、背小梁形态因子和F.ul- cr连续性。这一研究意义在于为临床进行雌激素和宰fiH 联合激索荇代疗法提供了基础。

在研究性激索缺乏相关的退变性卄质疏松症时，利图丨4-9使用micro-CT来分析小鼠股骨远铀(a〉和（b)分别S示进行去势手术和进行模拟手术的小鼠骨小梁3 <c)是使用雌激家进行治疗后小梁的容和呷度都 增加了。（d>足进行寒丸*治疗后#小梁密度数》增加m厚度没存变化用micro-CT进行糖皮质激索诱导的骨质疏松也有很大 价值。Salmon等人于2004年报道了利用鼠类制造糖皮 质激素诱导的骨质疏松模型。他们也是利用micro-CT 分析离体股背远侧干骺垧。糖皮质激索诱导的骨质疏松 (GlOP)被证明较难在鼠类身上进行重现。小鼠在服用 糖皮质激素后骨小梁容量常常会增加。而小鼠的椎体皮 质骨可能比椎体松质骨小梁更适合建立GIOP模沏，因 为皮质骨的容母和厚度变化是顺著人们所希毕的方向进 行，而且在一个较大的剂M范围内都随药物剂里变化（表 现出剂里依存性）。

小鼠被连续注射5周的强的松龙或是对照剂后杀 死，再使用像家为的高分辨率的micro-CT (Sky- scan 1072) 分析腰椎骨小梁。发现小鼠腰椎骨小梁相对 容蕭（BV/TV)呈二相性改变，在腰椎容*上冇两种相反 的现象：使用低或中等剂鼋的强的松龙治疗的小鼠.其 BV/TVM著升高；而使用高剂蜇的小鼠BV/TV则降低。 骨骼厚度则表现为单向反映。在整个剂里范围中，骨小 梁和皮质骨的剂最依存性都显著减低，其中皮质骨则史 加明显。Tb. Th的烕低伴随着Tb. N的升高，而在整个 过程中相对骨小梁容》只有轻微的升A。骨小梁的结构 棋型因子(SM1)也M示出二相性改变：使用低或中等剂 量的强的松龙时降低，而使用高剂童时没有反应。因此 在中等剂量下，形态越为扁平的骨结构其丹小梁容量的 增加就越明显。

与之相反，在粮个剂M范围内，皮质骨的厚度和容最 对强的松龙的剂置依存性是减低的。作为糖皮质激索诱 导的骨质疏松模型，小鼠腰椎的皮质骨要比松质骨更加适合。

McLaughlin等人在2002年也使用micro - CT研究 了糖皮质激素和地塞米松对小鼠骨骼的影响。上述这些 研究显示了 micro-CT骨骼形态测定法不只局限于表之 骨容量的多少，还能更加准确的解释骨容最和结构模式 变化的机制。

另一个可以用来进行骨形成过程中合成作用研究的 部位是颅#。小鼠的颅骨近年来已经通过局部注射药物 来进行了骨骼合成的评估（丨zbicka等人1997)。它适用 于大样本的研究，也就是因为数量较大而无法迸行常规 的全身注射的动物研究。Maeda等人于2004年利用这 —方法研究了抑制转录因子W1和丨d3后的骨骼合成悄 况，发现这两个因子能促进新生骨的生长。小鼠被杀死 后颅骨用micro-CT进行分析（当然这一过程也可以在 活体中进行）。用micro-CT进行分析的优点在于，颅骨 可以得到完整的三维数据并虚拟出更加精确的垂直颅骨 的平面图像，使得其对生长率的测最更加稍确。

除了药物对骨骼影响的研究外，骨结构和骨质疏松 的营养学研究也有很多实质的进展。营养因子对骨结构 改变的影响比药物因子的影响要小而精确。这是用mi­cro-CT 进行骨骼形态测定分析时能准确测定微小改变 的优点又一项应用。例如，使用micro-CT进行整个干 骺端的骨小梁测定时，它能提供比传统组织形态测貴的一维或二维平面更加精确细致的结构分析。Medeiros等 人在2004年利用micro- CT研究了铁缺乏对刚断奶的 雌性大鼠的腰椎骨小梁结构的影响，发现铁的缺乏会对 骨小梁结构产生广泛的影响：骨小梁的数量和厚度都减 低导致骨小梁的容量减少。结构祺型指数也同时升高， 显示出骨结构从平板状向管状转变的病理过程。而铁缺 乏的影响效果要低于同等剂童下的钙缺乏，这也是经过 micro-CT测定的稍确而重要的结构改变。

除了研究骨质疏松外，micro-CT还是对其它骨骼 疾病进行精确细致研究的有力工具。例如骨肿瘤（Ver- meirschetal. 2004)和骨期瘤(Liboubanetal. 2004〉。它 也逐渐成为矫形研究领域里越来越重要的方法，例如对 人工合成生物材料和骨移植物进行研究。而其他更广泛 的矫形骨科领域，包括应用有限元素分析micro- CT的 虚拟力里试验，则不在本文的讨论范围内。但是对骨骼 内的金属内棺物的影像则应进行评估。金厲因为会吸收 大量的X线（即早期的光电吸收现象），会对micro-CT 的影像产生特殊的影响。而这取决于金属的原子数M。 原子数目较低的金厲比如钛和铝是可以在micro-CT影 像上和骨骼一起得到很好的显彩，但是如果如果金属中 含有铁的成分，就会产生强烈的X线吸收作用，使得在 micro-CT的重建图像上产生强烈的金属周围伪影。因 此在进行micm-CT检査时应尽里避免内植物中有铁的 成分。

舫面提到过，人类的髂骨活检标本也是进行micro- CT分析的非常合适的样本。Won等人在2003年从绝经 前妇女中取得标本，使用micro- CT和组织形态学测定 进行分析。形态学上的参数测定可以在这两种方法上很 好的相互补充修正，提供了明确的micro-CT临床活检 数据和组织形态资料。包括Cortet等人在2004年进行 的类似的比较micro- CT的形态测定和传统组织形态学 测定两种方法的试验，都得到了很好的结果。

最后，micro-CT也用于进行靑少年严重遗传性骨 病-幼年Paget病（JPD或称为特发性血磷酸酯酶过多〉 的活检标本研究。这种疾病是由于骨保护素的钝化基因 突变引起的。Cimdy在2004年描述了在一名U岁的女 孩骨骼中就已经出现严重的幼年Paget病的病理改变， 其表现为严重的骨质疏松和很高的骨史新率。在这例小 女孩的體骨活检标本，包括以前的其他JPD病例中，可以 见到一种不同以往的松质骨结构：骨小梁排列为令人惊 讶的平行结构，而并不是原来的随机定向排列（图 14 - 10)〇Sa丨mon在2002年对产生这种现象的可能原因 进行了探讨，认为是骨形成再吸收合并RANKL介导的 动态回馈导致。也就是说，OPG的减少引起反馈方式改 变，使得正常情况下自发迸行无序排列的非线性骨结构 变成平行的片状骨结构。物理实验也显示自发的骨排列 方式可以被复杂的反馈棋式抑制。

直到2004年Cundy才通过组织学进行了不正常 JPD骨小梁显性的研究◊现在正进行二碳磷酸盐化合物 进行治疗前后，用micro-CT分析的活检JPD患者骨骼标本（相关成果还未发表）•可以在骨小梁结构方面获得   化合物治疗后的骨小梁改变的效果对比提供丫评估的更多的倌息（图丨4 - 10)。这就给人们进行二碳磷酸盐 依据。m 14-10用micro-CT分析用二碳磷酸盐化合物进行泊疗之前U〉和之后（b〉以及对照组（c)的髂骨伢小梁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  
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