CT分辨率對(duì)腰椎松質(zhì)骨顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)參數(shù)評(píng)估的影響.pdf

1、骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis，OP）是“以骨量減少，骨小梁變細(xì)、斷裂、數(shù)量減少，皮質(zhì)骨多孔、變薄為特征，以致骨的脆性增高及骨折危險(xiǎn)性增加的一種全身性骨病”。如何及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)人椎體骨顯微結(jié)構(gòu)及力學(xué)參數(shù)的改變，對(duì)骨折風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并指導(dǎo)臨床骨折發(fā)生的預(yù)防十分重要。椎體骨強(qiáng)度受到骨幾何結(jié)構(gòu)、皮質(zhì)骨的致密度、松質(zhì)骨的顯微結(jié)構(gòu)、骨組織的固有屬性等多因素的影響，其中決定椎體骨強(qiáng)度的最主要因素是松質(zhì)骨的顯微結(jié)構(gòu)。骨強(qiáng)度測(cè)量的金標(biāo)準(zhǔn)是骨標(biāo)本的體外力

2、學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于臨床上不能對(duì)患者骨骼進(jìn)行在體的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，只能基于骨結(jié)構(gòu)的高分辨圖像建立有限元模型來(lái)無(wú)創(chuàng)的評(píng)估骨的表觀剛度和表觀強(qiáng)度。因此，隨著擁有超高分辨率的實(shí)驗(yàn)室顯微CT發(fā)展，眾多學(xué)者開(kāi)始深入研究如何利用松質(zhì)骨的顯微結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)表觀力學(xué)屬性的預(yù)測(cè)。
　　已有研究發(fā)現(xiàn)，CT得出的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)分辨率有強(qiáng)烈的依賴(lài)性。由于部分容積效應(yīng)的影響，較低的分辨率在計(jì)算顯微結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。但基于臨床實(shí)際工作中的限制，分析高分辨率圖像存在耗時(shí)長(zhǎng)

3、，射線劑量高，處理步驟繁瑣等諸多問(wèn)題。我們推測(cè)，在理論上存在一個(gè)臨界分辨率，采用該臨界分辨率，既能提高運(yùn)算效率、降低射線暴露計(jì)量，又不降低椎體顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)參數(shù)評(píng)估的準(zhǔn)確性。
　　研究目的：
　　探索不同CT分辨率對(duì)腰椎松質(zhì)骨顯微結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)參數(shù)評(píng)估的影響，尋找平衡CT射線輻射劑量、計(jì)算機(jī)運(yùn)算效率和評(píng)估準(zhǔn)確性的最優(yōu)分辨率值，促進(jìn)高分辨率CT成像設(shè)備的臨床應(yīng)用，提高臨床評(píng)估效率。
　　研究方法：
　　采集6具新鮮

4、尸體腰椎標(biāo)本（L5），設(shè)定顯微CT掃描分辨率為14μm，通過(guò)掃描得到人體腰椎L5椎體標(biāo)本松質(zhì)骨顯微CT數(shù)據(jù)，通過(guò)合并像素點(diǎn)將顯微CT分辨率降低至28μm~224μm等15個(gè)不同分辨率，分別測(cè)量不同分辨率下，松質(zhì)骨標(biāo)本的結(jié)構(gòu)參數(shù)；利用不同分辨率下的松質(zhì)骨CT數(shù)據(jù)建立顯微有限元模型，計(jì)算各正交異性的彈性模量，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析比較結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)參數(shù)在不同分辨率下的差異。
　　研究結(jié)果：
　　1．各顯微結(jié)構(gòu)參數(shù)與分辨率間相關(guān)性不盡相同

5、：（1）BV/TV（骨體積分?jǐn)?shù)）和Tb.Th（平均骨小梁厚度）的數(shù)值大小隨著分辨率的降低呈增高趨勢(shì)，分別在56μm（P=0.014）和84μm（P=0.003）處開(kāi)始與對(duì)照組產(chǎn)生顯著性差異。（2）BS/BV（骨表面積體積比），Conn.D（骨小梁連接度），Tb.Sp（平均骨小梁間距）和Tb.N（平均骨小梁密度）隨著分辨率的降低呈降低趨勢(shì)，分別在42μm（P=0.031）、112μm（P=0.001）、126μm（P=0.028）、154

6、μm（P=0.043）處開(kāi)始與對(duì)照組產(chǎn)生顯著性差異。（3）分辨率的改變對(duì)SMI（結(jié)構(gòu)模型指數(shù)）和DA（骨小梁各向異性度）沒(méi)有顯著影響。
　　2．在三個(gè)正交軸向，彈性模量均隨分辨率的降低呈增高趨勢(shì)，當(dāng)分辨率大于126μm時(shí)，該分辨率下的彈性模量和對(duì)照組存在顯著性差異（P<0.05）。
　　研究結(jié)論：
　　不同分辨率對(duì)顯微 CT測(cè)量腰椎松質(zhì)骨顯微結(jié)構(gòu)參數(shù)和顯微有限元分析測(cè)試生物力學(xué)參數(shù)有顯著影響。采用相對(duì)較低分辨率（不低于