显微CT：解密骨骼微结构的科学利器

显微CT：解密骨骼微结构的科学利器

随着影像技术的发展，显微计算机断层扫描（Micro-CT）技术已成为骨科研究和临床应用中不可或缺的工具。显微 CT 技术以其高分辨率和三维成像能力，为骨组织结构的精细分析提供了可能。

显微 CT 技术概述

显微 CT技术利用 X 射线照射样品，通过探测器记录透射的 X 射线强度分布，再利用计算机算法重构出样品的三维内部结构。其独特之处在于能够在非破坏的情况下，提供高分辨率和全方位的三维图像。

显微 CT 结构示意图：射线源和探测器不动，样品台旋转

在骨科研究中，显微 CT 技术可以无损地提供详细的材料内部信息，包括：

• 结构信息：骨小梁的三维结构、厚度、分离度、数量和连接性；骨皮质的厚度和孔隙结构；骨体积、骨表面积等
• 密度信息：骨密度（BMD)分析、骨组织成分分析
• 三维模型：创建骨结构三维模型；骨植入物和假体评估；

显微 CT 技术在骨科研究中的应用

目前显微 CT 已经广泛应用于骨科学研究中，与传统的二维组织切片比较，无论是数据还是图像处理，显微 CT 拥有许多不可替代的优势。

骨组织结构分析

显微 CT 技术可以清晰地展示骨的微观结构，包括皮质骨和松质骨的骨小梁、骨密度等。这对于研究骨的生长、发育、疾病以及老化过程具有重要意义，常用于骨质疏松症研究和药物治疗效果评估。

骨小梁结构

显微 CT 技术可以清晰地展示骨小梁的形态、分布和结构特征以及厚度、间距、数量等指标。

假手术组(左)与去势 4 个月组(中) 及去势 12 个月 组(右) 腰椎松质骨的三维重建图像。图片显示，去势 12 个月组的骨小梁较其他两组明显稀疏,孔隙率增加,水平方向骨小梁减少,局部有较大的骨小梁空隙形成。图片源于文献【1】。

假手术组(左)与去势 4 个月组(中)及去势 12 个月 组(右)股骨颈处松质骨的三维重建图像。图片显示,去势 12 个月后,股骨颈处松质骨有空腔形成,骨小梁明显变细,皮质骨壁变薄。图片源于文献【1】。

骨密度测量

与传统的双能 X 线吸收检测法（DXA）相比，显微 CT 能够提供更精确的体积骨密度测量，判断骨质疏松的程度。

股骨头负重区 STB 和 DTB 的 micro-CT 图像。（A）STB 横切面 2D 图像。（B）STB 3D 图像。（C）DTB 横切面 2D 图像。（D）DTB 3D 图像。彩色代表了松质骨中的矿物质密度分布情况：红色、绿色及蓝色分别代表了低、中及高矿物质密度。图片源于文献【2】。

骨修复与再生

显微 CT 技术在骨修复和再生研究中有着重要作用。通过对植入物和修复材料进行三维成像，可以评估其在骨组织中的整合和效果。

使用 NEOSCAN 台式显微 CT 以 20 微米尺寸扫描钛合金髋关节植入物，植入物长达 18.7 cm。可获得无伪影的高质量图像，清晰展示其内部结构和尺寸大小。

骨折和骨愈合研究

显微 CT 能够精确检测骨折的形态和位置，提供清晰的三维图像，有助于骨折的分类和诊断。除此之外，还可以动态监测骨折愈合过程中的骨组织重建和矿化情况。这对于开发新的治疗策略和评估治疗效果具有重要意义。

小鼠骨折后1、２、３、４Ｗ 股 骨 骨 痂 Ｍicro-CT 横 断 位 三維重建图(A)及二维图(B)。图片源于文献【3】。

参考文献

【1】吴子祥,雷伟,胡蕴玉,王海强,万世勇,王军,刘绪立,李波,付索超.骨质疏松绵羊模型松质骨及皮质骨的微观结构及力学性能变化的研究[J].中国骨质疏松杂志,2007,(08):537-541+546.

【2】李广翼. 股骨头软骨下骨的显微组织形态学研究[D].上海交通大学,2017.

【3】刘禄林. 铁蓄积对骨折愈合的影响及机制初探[D].苏州大学,2024.DOI:10.27351/d.cnki.gszhu.2021.004438.