顯微CT與組織切片技術在骨形態(tài)計量研究中的比較

1、顯微CT與組織切片技術在骨形態(tài)計量研究中的比較<                   作者：王軍，畢龍，白建萍，呂榮，楊彬奎【摘要】   目的通過比較顯微CT技術與 組織 切片技術在骨形態(tài)計量分析中的差異，探討顯微CT在骨形態(tài)三維結構研究方面的技術優(yōu)勢。方法分別 應用 顯微CT和組織切片技術分析不同類型的骨組織標本，并從標本處理、表達形式與測試指標等方面比較兩者的差異。結果顯微CT在反映骨組織三維結構

2、特征和對骨組織“量”與“質”變化的精確測量方面明顯優(yōu)于組織切片技術;而組織切片技術對反映標本局部的細胞形態(tài)和生長發(fā)育變化等方面則更具優(yōu)勢。結論顯微CT技術在標本處理、表達形式兩方面均提供了全新的測試手段，通過結合組織切片技術能夠更加理想地反映骨組織形態(tài)和結構的特點。 【關鍵詞】   骨形態(tài)計量; 顯微CT; 組織切片Abstract: ObjectiveTo investigate the technical advantages of micro-CT in the research of three dimensional structure of bone tissues ov

3、er histological section technology. MethodDifferent kinds of bone tissue related specimen were observed by micro-CT and histological section,respectively.The diversity of the sample treatments, result expressions and test data were compared.ResultMicro-CT showed great advantages in displaying three

4、dimensional structure characteristics of bone tissues. Both quantity and quality changes of bone tissues could be precisely determined by micro-CT which was much better than histological section technology. However, histology showed great advantages in displaying the cell figures, growth and differe

5、ntiation.ConclusionMicro-CT provides a novel test method for both sample treatments and result expressions. Compound with histological technology, micro-CT can display the appearance and structure of bone tissues more sufficiently.Key words：bone morphometry; micro-CT; histological section骨“量”(Quanti

6、ty)與“質”(Quality)分別反映了骨的數量或容積以及微結構、骨膠原、骨基質礦化、微骨折發(fā)生和修復能力等方面的特征。傳統(tǒng)骨形態(tài)計量手段主要以二維的骨切片顯微圖像為分析對象，側重于骨“量”方面的研究，而骨體積中的三維骨量參數和部分二維結構參數主要是根據體視學原理，推導獲得2。由于受二維平面及生物標本非均勻性影響，骨“質”的體素結構形態(tài)、密度分布、方向分布及功能力學特征等分析則比較困難。顯微CT技術以體素為測試單元，在微米級高清晰的掃描重建骨小梁立體結構，除能精確計量標本整體骨量參數外，還能測試大量骨結構參數，為骨組織“量”與“質”兩方面均提供了全新的測試方法與手段2。本實驗通過對不同類型骨

7、組織標本的顯微CT掃描分析，比較與傳統(tǒng)組織切片計量方式的差異，探討顯微CT在骨形態(tài)三維結構方面的技術特長，為骨形態(tài)計量研究提供更為精確和完善的技術方法。 1 材料與方法 顯微CT選用美國通用公司GE Healthcare Locus SP顯微CT，分析處理 軟件 為Micview三維重建處理軟件及ABA專用骨骼分析軟件，掃描分辨率根據不同動物骨小梁大小選擇6.540 m。掃描標本為骨科動物實驗常用的裸鼠、小鼠、大鼠、兔、犬、羊脛骨和股骨標本，部分含金屬植入物的骨標本以及不同生物材料體內成骨標本。首先觀察顯微CT不同分辨率掃描協(xié)議對不同動物標本、不同處理方式標本、不同材料標本形態(tài)計量的適應性，然

8、后以顯微CT骨形態(tài)分析指標測試上述標本骨量、骨密度、骨形態(tài)幾何指標以及骨小梁結構指數、骨小梁各向異性等骨質結構指標，最后將所測參數結果與傳統(tǒng)二維組織切片進行相關比較。 2 結果 2.1 顯微CT對不同動物、不同處理方式骨標本的適應性不同動物標本掃描重建后顯示：裸鼠腰椎骨小梁形態(tài)只能用6.5 m最高分辨率掃描，細微結構有少量丟失，但仍能滿足基本測試分析;810 m的高分辨掃描協(xié)議可滿足小鼠骨小梁形態(tài)表達，基本無丟失;1015 m分辨掃描則有部分骨量丟失，但可完整表達體積大于大鼠的大動物骨小梁形態(tài);2140 m掃描模式只適用于兔以上的大動物標本(見表1，圖13)。表1 不同動物骨組織適應的掃描分辨

9、率2.2 顯微CT對不同種類骨標本掃描、重建的結果觀察顯微CT可清晰觀察支架材料的三維微結構，對比不同組成材料含量、密度、孔徑、孔內連通徑、孔隙率等多種指標(圖4)。并可采用密度與空間配合分割方法，分別測量不同時期材料的降解與新生骨小梁生長狀況(圖5)。顯微CT可觀察主要動脈三維走向及連續(xù)性，應用骨形態(tài)計量的部分參數，可測試不同直徑動脈的多少與分布(圖7a、b)。牙釉質、牙本質及牙根管經顯微CT掃描重建顯示，三者分別具有很強的CT梯度值差，分割良好，形態(tài)及密度計量較為便利(圖8)。顯微CT可以重建軟骨層面，并與面下骨小梁結構重疊構建，觀察測量軟骨體積、層厚及密度指標，但無法觀測片切影像中所表達

10、的軟骨細胞靜止、增殖、成熟、破裂狀況(圖9)。2.3 顯微CT與病理切片骨形態(tài)計量測試比較與二維病理切片骨形態(tài)計量參數相比，顯微CT骨分析系統(tǒng)提供了6類更豐富的三維結構指標。將CT數據轉換為標準Hounsfield Units后，可以準確定量(見表2)。顯微CT骨體積分數(BVF)結果與二維切片結果正相關，骨礦物質密度(BMD)、骨礦物質含量(BMC)結果與雙能X線骨密度儀正相關?；贚ocus SP特有的組織骨密度(TMD)、組織礦含量(TMC)與骨灰重量極為相近(R2>0.98)，TMD、TMC指標由于直接分割出目標區(qū)的骨小梁，而不包括非骨骼部分的體素，因此在測試骨小梁早期細小變化時具有更強的敏感度。 圖7a顯微CT從去基因小鼠頭部重建結果 圖7b中分割出腦動脈血管結構 圖8牙體釉質、本質及根管三維重建效果 圖9