Micro CT在股骨近端的研究

股骨是人体Z长Z重要的承重骨之一，其长度约为身高的1/4。股骨近端连接骨盆和股骨干，具有非常独特的解剖特征和重要的生理功能。作为连接躯干和下肢的骨性结构，股骨近端承受着人体垂直向下的应力和髋关节活动产生的剪切力的双重作用。股骨近端骨折一直是临床ZL的难点。正确理解股骨近端的解剖和生物力学特征，有助于对其损伤进行合理的ZL⁽¹⁾。 

国际内固定研究协会（AO/ASIF）将小转子下缘以上平面的骨组织定义为股骨近端，主要包括股骨头、股骨颈、股骨大小转子和骨小梁等结构⁽²⁾。骨小梁是股骨近端的主要承重结构，了解其形态特征对于预防和ZL股骨近端骨折具有重要意义。今天小编就带来两个研究股骨近端的案例，分别从大动物和小动物股骨来展示Micro-CT对骨小梁结构的三维影像重建，从而可以理解骨小梁的结构与力学功能等。

小结：骨质疏松可以导致股骨近端的生物力学性能明显下降。各种原因导致的骨小梁数量和质量下降、力学强度降低，都会形成骨质疏松症，股骨近端的生物力学结构和性能下降。当作用于股骨近端的外力超过骨结构所能承受的极限达到屈服点时，会发生骨折，Z常见的为股骨颈骨折⁽¹⁾。骨小梁是预防股骨颈骨折和股骨转子间骨折ZL的重要支撑结构。随着医学影像和技术的进步，股骨近端骨质分布于骨折发生关系的研究得到较多关注。相信有Micro-CT的助力，在股骨近端骨折ZL领域会有越来越多的突破。

一、实验背景

肺癌是全世界范围内发病率和死亡率Z高的恶性肿瘤，其中非小细胞肺癌占全部肺癌的80%左右，而非小细胞肺癌里，EGFR基因的突变频率又是非常高。所以针对EGFR基因突变型肺癌的药物的开发也一直是科学家们攻克的ZD。利用小鼠造模致其EGFR基因突变来产生非小细胞肺癌肿瘤，用药后在活体模型小鼠上，连续观察其肺部肿瘤的变化，就可以来评价该药物的有效性。预期利用Micro CT（小动物CT），可以同时实现活体小鼠造模是否成功的验证，以及通过对小鼠肺部长期连续性的观察来实现药物有效性的评估。 

二、实验目的

本系列实验前后使用平生公司2种型号的Micro CT设备（小动物CT），对不同模型小鼠肺部进行扫描并观察，来判断Micro CT在小鼠肺部成像的适用性，同时验证小鼠造模的成功性。 

三、实验过程

实验动物：肺部肿瘤小鼠

是否造模：是（EGFR突变肿瘤鼠）

体重：20g

是否饥饿处理：否

麻醉模式：持续性异氟烷呼吸麻醉

影像软件：Avatar 1.3 （平生YL）

实验设备：

1号：NEMO® Micro-CT（平生YL）

2号：Super Nova® Micro-CT（平生YL）

五、实验结论

利用Micro CT（小动物CT）可以对活体小鼠肺部进行有效观察，本次实验也验证了小鼠造模的成功。

注：本次实验的客户为暨南大学肺癌jing准医学实验室，根据自身实验需求和性价比的考量，选择了Super Nova ®Micro-CT系列，并于2017年12月底完成装机。目前设备使用稳定，欢迎有同类实验需求的客户前往暨南大学肺癌jing准医学实验室进行交流与合作。

一、实验背景

斑马鱼与哺乳动物基因组和蛋白调控机制有高度同源性，而且个体小、生殖周期短、繁殖能力强、易于饲养、体外受精、胚胎透明且发育迅速等诸多方面的优点被广泛应用于药物筛选、毒性检测和发育研究等科学领域。由于硬骨鱼和人类在骨骼发育过程中的基因、信号通路有高度同源性，而且与其他的动物模型相比，斑马鱼具有个体小适合高通量化学筛选，幼鱼身体透明易于观察骨骼发育的特定，所以近年来斑马鱼为模型的骨骼研究逐渐成为这一领域的热点。 

二、实验目的

利用一定造模手段，使得斑马鱼的脊椎骨发生基因突变。外形上是看不出突变的形状的，需Micro CT扫描并重建，通过观察斑马鱼的脊椎骨突变后的具体形态，来判断造模是否符合预期。本次实验的目的就是观察基因突变的斑马鱼骨骼发育的异常情况。 

三、实验过程

实验概述：对斑马鱼的脊椎骨进行CT扫描并重建，观察野生型和基因突变型脊柱的状态。

实验动物：野生型斑马鱼若干条、基因突变斑马鱼若干条（突变后的性状类似人类的驼背等脊柱疾病），体长均在3cm左右

是否造模：是（造模方式保密）

采集参数：管压60kV, 管流200μA，迭代重建方法1K*1K

影像软件：Avatar 1.3 （平生YL）

实验设备：NEMO® Micro-CT（平生YL）

前言

斑马鱼与哺乳动物基因组和蛋白调控机制有高度同源性，而且个体小、生殖周期短、繁殖能力强、易于饲养、体外受精、胚胎透明且发育迅速等诸多方面的优点，被广泛应用于药物筛选、毒性检测和发育研究等科学领域。由于硬骨鱼和人类在骨骼发育过程中的基因、信号通路有高度同源性，而且与其他的动物模型相比，斑马鱼具有个体小适合高通量化学筛选、身体透明易于观察骨骼发育的特定，所以近年来斑马鱼为模型的骨骼研究逐渐成为这一领域的热点

结尾：

利用一定造模手段，使得斑马鱼的脊椎骨发生基因突变。由于外形上是看不出突变的形状，需Micro CT扫描并重建，通过观察斑马鱼的脊椎骨突变后的具体形态，来判断造模是否符合预期。在研究骨骼形态的同时，也可以对骨骼的骨密度、肌肉和脂肪的比例进行研究。在Micro-CT助力下，以斑马鱼为疾病模型的研究会有越来越多的突破！

一、     心电门控的应用价值

影像检查中，由于组织或脏器的运动（例如呼吸、心跳等）容易使得影像设备（包括超声、X线CT以及MRI等）产生伪影，这会降低图像的分辨率及诊断价值。因而在心血管和呼吸疾病研究中，控制好由于心脏或隔膜的运动而对 Micro CT 图像产生的影响，是至关重要的。

为了获得更好质量的影像，一般运用诸如呼吸补偿和呼吸门控、心电门控和心电触发等技术来做影像修正。所谓心电门控就是为了减少或消除心腔及心脏大血管的搏动对图像造成的影响而采取的基于硬件的门控技术手段。

在Micro CT中和临床上类似，采用心电门控技术主要有两个目的：

（1）去除心腔和心脏大血管的搏动伪影；

（2）利用门控技术与扫描成像技术相配合，可以获得心脏大血管生理功能等信息。比如评价高脂血症对心脏瓣膜钙化的影响、心室功能和代谢评价、心肌梗死ZL评价等等。 

二、     心电门控下的图像

以下举例的是平生公司的Micro CT设备（型号NEMO）通过心电门控技术应用的扫描成像，可以有效地去除心跳导致的运动伪影。

三、        相关产品介绍

平生公司全系列的小动物活体影像产品（小动物PET/CT和小动物CT）都具备双门控技术，即利用先进的回顾性心电和呼吸门控技术实现了对心跳和呼吸的运动伪影控制，并配备动物的心跳、呼吸生理信息的监控系统。

引子:

Micro CT（Micro Computed Tomography，微计算机断层扫描技术），又称微型CT、显微CT，是一种非破坏性的3D成像技术，可以在不破坏样本的情况下清楚了解样本的内部显微结构。微型CT一般使用的是锥束CT技术（Cone Beam CT），简称CBCT，它与普通临床的CTZ大的差别在于分辨率极高，可以达到微米（μm）级别。 

正文：

提到Micro CT，Z受人关注的还是它的分辨率指标。但是一提到分辨率，不同厂家的说辞表述上会有所差异，尤其是国外厂家的资料经过一些代理的翻译后，更是呈现出五花八门的表述，难免会出现误导性，比如把体素尺寸等同于空间分辨率。如因关键指标的错误理解，导致了研究不能按预期目的进行，对设备采购者将是莫大的损失。小编觉得有必要整理一下分辨率的那些事儿，供大家能快速简单地理解。 

1.空间分辨率(Spatial resolution) 

在高对比度情况下，能区分相临Z小物体的能力，所以也称高对比度分辨率，受系统几何参数的影响，决定了影像的清晰度。 

空间分辨率 = 高对比度分辨率 

显微CT系统能够达到的空间分辨率，常常被引述为Z小的像素尺寸（也命名为“标称分辨率”）。但是，真实的空间分辨率不仅取决于图像中的像素大小，还受到X射线源焦点尺寸、平板探测器像素大小、系统结构设计、系统机械精度和重建校正算法处理等因素的影响。

2. 密度分辨率( Density resolution)

在低对比度情况下能区分物体的能力，也称低对比度分辨率，受影像清晰度和噪声影响。

3. 体素尺寸( Voxel size) 

空间分辨率常常受体素尺寸混淆！

体素尺寸的具体意义是重建图像中一个像素的尺寸大小。

体素尺寸又常被称为重建尺寸、重建分辨率、重建像素。 

CT系统采集到图像是2D的投影图像，如果要看到空间的3D结构，必须通过重建的手段来还原。重建是一种3D图像的重塑手段，重建的尺寸大小在算法上可以人为地去设置。理论上，重建尺寸设置得越小，能得到越高清的图像，但是如果将重建尺寸设置的小于系统的空间分辨率，并没有意义，也不能进一步提高图像质量，只是将图像增大。所以实际上重建尺寸根据系统的分辨率以及样本扫描目的着情设置就好，比如离体样本时重建尺寸偏小设置，活体样本时重建尺寸可偏大设置。 

有关图像分辨率和重建尺寸的关系

（见下图a、b详解）

好比一张摄影的照片，人为得可以分割成许多小方块。如果照片本身很清晰，那么分割得越小，放大同样倍数后，看到的细节也会越多；但是如果照片本身不是很清晰的，分割得再小，放大后也是看不清细节的。分割的大小对应重建尺寸，而图像本身是否清楚对应的是图像分辨率。

4. QRM测试-真实空间分辨率的证据 

前面提到，空间分辨率受系统几何参数的影响，决定了影像的清晰度。 

为证实真实的空间分辨率，德国QRM公司专为评估显微CT系统的空间分辨率而设计了一种模体作为扫描和重建的对象。它含有处于正交取向的两个完全相同的硅芯片，各自带有若干不同粗细的校准线和图案。扫描和重建这样一个模体可证明真实的空间分辨率。

尾声：

求实、求真，愿良好的市场竞争环境督促各科研设备厂家不断前进。

更愿我们国产设备厂家能励志前行，不忘初心！

前言

玉米是一种重要的能量来源，也是很重要的膳食主食之一。从发达国家的特色食品到不发达国家的主食，它以不同的形式用于人类消费。玉米主要是通过干法碾磨加工成玉米粉，包括脱胚（去胚和果皮）后碾磨成不同粒径的玉米粉。玉米籽粒中存在两种胚乳，角质胚乳和粉质胚乳。角质胚乳较硬，密度较高，位于籽粒外部，而粉质胚乳较软，密度较低，位于籽粒中间。由于粉质胚乳的淀粉颗粒不太紧密，所以存在许多颗粒间的空隙。这些在角质胚乳中不存在。此外，玉米籽粒中存在裂缝，主要是由于脱水，胚乳崩塌，留下相对较大的空气空间。由此可见，玉米籽粒中存在的胚乳类型的微观结构是不同的。

 与较软的玉米相比，硬玉米籽粒具有更好的碾磨品质（导致更高的碾磨产量）。角质胚乳和粉质胚乳的比率、胚乳中裂缝的大小，数目都影响着玉米的品质。

结尾

显微CT（Micro-CT）是一种非破坏性的技术，它使用X射线来研究生物体的内部解剖和形态。Micro-CT 是一种新兴的植物种子科学技术，因为它能够评估高精度的种子结构（胚、胚乳、种皮等）和质量（如裂缝、虫害、缺陷等）。种子外观不反映种子的质量。种子外观可能是完整的，但内部有破坏、裂缝，异常胚等。使用Micro-ct可以提供更多种子质量的信息、不同性状的品种特性鉴定等。

显微CT分析可用于牙科研究中的各种应用，如牙釉质厚度、根管形态、根管预备、颅面部骨骼结构、显微有限元建模、牙体组织工程、牙硬组织矿物密度及种植体等方面。它可以提供高分辨率图像以及牙齿、骨骼和植入物的定性和定量分析。      

根管是一种孔隙，这种在牙齿中间的低密度空间对牙髓病的研究起了可探索的方向。显微CT在牙科填料的研究上，特别适用于三维定量评价根管充填物。

牙釉质厚度在人类进化中具有分类学和系统发育价值。显微CT有效且无损的技术特性被用于测量各种考古标本的牙釉质厚度。在临床研究中，牙釉质厚度被认为对于咬合负荷方案的解释具有重要意义。

实例2：大鼠下颌骨和舀齿

大鼠或小鼠下颌骨和臼齿在牙周病和其他牙科相关领域的许多研究模型中有着重要价值。通过显微CT对动物下颌骨和牙齿的测量研究，可进一步分析牙周生物型各特征之间的相关性,为口腔美学修复、种植ZL方案的选择、ZL预后的判断以及LX的评估提供理论基础

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YL科技）

前言

肿瘤学是小动物PET/CT分子影像技术的应用热点之一，主要在评估肿瘤模型的建立、进行肿瘤模型筛选、肿瘤检测及药效评价方面发挥着重要作用。除了在肿瘤方面的应用外，PET还在大鼠的肠道方面有重要应用。

 案例一、小鼠肺部肿瘤

本案例选用的是20g肺部肿瘤小鼠，尾静脉注射FDG260μci,代谢60分钟，采集10分钟。从图像中看出左侧肺部有一明显肿瘤区域。

案例二、FDG在大鼠肠道的显像

盐酸二甲双胍是一线降糖药，本类药物不刺激胰岛β细胞，对正常人几乎无作用，而对2型糖尿病人降血糖作用明显。它不影响胰岛素分泌，主要通过促进外周组织摄取葡萄糖、控制葡萄糖异生、降低肝糖原输出、延迟葡萄糖在肠道吸收，由此达到降低血糖的作用。

本案例使用的是238g糖尿病大鼠，在使用了二甲双胍药物后，尾静脉注射FDG270μCi，代谢半小时后扫描，采集10分钟。从图像可以看出，肠道内FDG聚集，推测二甲双胍可能刺激葡萄糖从血液循环到肠腔内空间的转移。

案例三：大鼠胃切除后的炎症反应

本案例选用的是251g大鼠，胃部切除手术后尾静脉注射FDG  370μci,代谢一个小时，采集十分钟。从图像可以看出胃部切除部分的边缘有更多的FDG摄取，提示炎症的发生。胃部切除的部分也可以通过软件自动计算切除部分的体积等。

结尾：小动物pet/ct是当今医药领域及生物工程方面的领先技术。通过对小型啮齿动物(小鼠或大鼠)进行活体状况下的功能及解剖成像，获得该动物身体功能成像、药物分布等情况，能对肿瘤、神经、心血管等疾病以及遗传基因研究及药物临床前筛选等提供先进的技术支持。

一、        背景简述

心肌组织是动物体内组织中消耗氧和葡萄糖较多的组织，用PET检测正电子显影剂在心肌的氧代谢或葡萄糖代谢可以评价心肌存活情况和供血情况，常用于血灌注、代谢和心肌存活度的研究。

目前已有广泛的示踪剂可用于心脏研究。实际应用时，研究者可根据采用的示踪剂和研究流程，结合小动物PET/CT提供的动态采集功能，通过示踪剂摄取、以及对组织灌注和葡萄糖消耗，可实现量化的分析，获得心脏组织的综合信息。

二、        心脏定量分析方法简介

目前，心肌核素断层显像Z常用的定量分析方法是极坐标靶心图法（polar map），该方法建立在圆周剖面分析法（circumference profile analysis）的基础上，可以增加分析的客观性和标准化。

极坐标靶心图基于短轴断层图像、水平长轴断层图像和垂直长轴断层图像三个方向的断层图像，经过角度取向校正和拟合绘制等步骤获得，可直观地显示病变心肌的位置、范围。

极坐标靶心图法在PET动态心肌血流（MBF）、心肌葡萄糖代谢率（MTGlu）等参数的定量分析上有很大的价值。通过Super Nova® PET/CT选配的PMOD软件可实现极坐标靶心图的获取和分析。

       三、            心脏实例分析

1.      心肌缺血再灌注

（利用Super Nova® PET/CT进行心肌缺血再灌注研究的发表论文实例[1]）

LXRα是针对缺血性心脏疾病的一个内源性保护受体，在心肌梗塞后发生的缺血性心脏疾病中，利用PET/CT成像技术，可以分析LXRα这一受体在心肌葡萄糖代谢中的作用。

研究者对敲除了LXRα基因的小鼠和正常小鼠分别进行左心室的结扎和缺血再灌注，来建立心梗造模（MI）；同时设置Sham组进行假手术，以进行对比分析。缺血再灌注形成的心梗模型建立4天后，对对照组（WI）和实验组（LXRα-/-）小鼠注射FDG，并在2小时后在Super Nova® PET/CT（平生YL）上进行扫描，监测存活心肌情况以及SUV值。

实验结果显示，所有LXRα基因敲除小鼠相对于对照组小鼠表现了更大的心梗范围；利用SUV分析在两组小鼠在心梗部分心肌中的葡萄糖摄取情况，发现LXRα基因敲除小鼠的左心室心肌对葡萄糖的摄取率，明显低于对照组小鼠；比较LXRα基因敲除小鼠和对照组小鼠自身的心梗区和非心梗区，也显示了同样的SUV结果。这表明LXRα基因将极大的影响葡萄糖在缺血性心肌中的获取。

四、           

图2、 LXRα基因对心肌缺血修复的影响（Sham组无明显变化，MI心梗组正常小鼠葡萄糖代谢在手术后显著增加，MI组基因敲除小鼠葡萄糖代谢在手术后显著降低）

[注]：存活心肌是指那些因严重缺血而尚失了收缩、传导功能，但没有发生不可逆坏死性改变的心肌。

2、 静态PET扫描心脏定量分析

在PMOD中，利用极坐标靶心图，可以对心脏的各区域进行定位，得到心脏组织各区域的核素分布图。以下是一只正常大鼠在注射FDG一小时后用Super Nova® PET/CT（平生YL）静态扫描10分钟得到的图像。通过PMOD中的极坐标靶心图分析，可获得各心脏区域的定量结果。

3、动态PET扫描心脏分析

结合动态采集功能，可获得更多心肌功能的定量信息，比如MBF、MRGlu等。以下实验，是对一正常小鼠注射FDG后，立即采用Super Nova® PET/CT设备进行时长一小时的动态PET采集，对结果图像进行坐标取正、坐标变换等操作后，可在极坐标靶心图中将心脏划分为若干区域，每个区域代表心脏不同的部位，通过对PET动态时间序列中的图像进行time curve分析，可得到心肌血流量MBF、心肌葡萄糖代谢率MRGlu等定量分析结果。

四、        小结

近年来开展的动物心脏成像研究越来越多，作为心脏功能性研究的“金标准”，小动物PET/CT有着无可替代的作用。可用于对小动物心脏局部缺血和梗塞模型的糖代谢和心肌血流的研究，评价小动物心肌梗塞模型的病变范围、心肌发育和代谢；在心肌灌注显像中评价冠状动脉血供的研究；在小动物心脏做功减少时的血流保护研究；以及小动物在局部缺血前保护性介入的LX研究或针对局部缺血进行的介入ZL（如通过基因或蛋白质转移进行的血管再生）；利用一些神经类受体示踪迹，还可进行心神经受体显像、显示心脏交感神经功能状况，等等。随着一些新的示踪剂以及显像技术如11C-乙酸、乏氧显像、神经受体显像等正逐渐应用于心脏显像，PET正在心脏分析领域发挥其日益重要的作用。 

五、        续

结合小动物PET/CT配备的心跳门控（Cardiac Gating），小动物PET/CT还可以评估心脏收缩规律，对更多心肌参数进行评测，比如左心室容量-时间曲线（LV volume/time curve），舒张末期容量（ED(end-diastolic) volume），收缩末期容量（ES(end systolic) volume），心博出量（SV(stroke volume)），射血分数（EF(ejection fraction)），节段性摄取（segmental uptake）等等，从而获得对于心肌状态和功能的更全面评价。

关于心跳门控在心脏分析中的应用将在今后文章中再做详细介绍，敬请关注！

注释[1]：

QingqiJi, Yichao Zhao, Ancai Yuan, Jun Pu, Ben He.Deficiency of liver-X-receptor-a reduces glucose uptake and worsenspost-myocardial infarction remodeling[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications,488,(2017): 489-495;