骨质疏松兔松质骨微观结构和微观成分的时间序贯性变化

目的:研究去势手术建立骨质疏松兔模型中松质骨微观结构和微观成分的时间序贯性变化。方法:40只新西兰白兔随机分为假手术组(sham组,n=20)和骨质疏松组(OP组,n=20)。OP组兔子给予去势手术处理,sham组给予假手术处理。分别于术后的0周、4周、6周、8周,利用DXA测量腰椎骨密度(每组每个时间点选择5只动物)。之后处死动物,采集腰椎标本。利用Micro-CT、FTIR、腰椎轴向压缩试验得到松质骨的微观结构、微观成分(骨矿盐晶体和胶原)和宏观力学参数。利用t检验比较同一时间点两组之间的相关参数。结果:OP组BMD逐渐下降,松质骨微观结构逐渐疏松,微观组成属性逐渐改变,宏观力学强度均逐渐下降。FTIR在4周时即检测到OP组腰椎骨矿盐和胶原基质比(P=0.046)、骨矿盐结晶度(P=0.018)、胶原交联比(P=0.006)发生显著性改变,早于BMD和微观结构的变化。OP组腰椎宏观生物力学强度在第8周时达到最低点(P=0.001)。结论:去势手术后,腰椎松质骨骨矿盐晶体和胶原属性最早发生变化,松质骨微观成分和微观结构的改变是导致椎体强度明显改变的原因。FTIR技术可以较早的检测到骨质疏松发生过程中骨组织微观成分的改变。     

显微CT分辨率对松质骨微观结构及生物力学测量的影响

目的:探究不同分辨率对显微CT测量腰椎松质骨显微结构及显微有限元分析松质骨生物力学参数精确性的影响。方法:以人腰椎L5椎体标本为对象,通过显微CT扫描得到松质骨显微CT数据,扫描分辨率为14μm,通过对合并像素点将分辨率降低至28μm~224μm等,分别测量不同分辨率下,松质骨标本的结构参数;利用不同分辨率下的显微CT数据建立显微有限元模型,计算各正交异性的弹性模量,应用统计学分析比较结构参数和力学参数的在不同分辨率下的差异。结果:各参数与分辨率间相关性不尽相同,BV/TV(骨体积分数)和Tb.Th(平均骨小梁厚度)的数值大小随着分辨率的降低呈增高趋势,Conn.D(骨小梁连接度),BS/BV(骨表面积体积比),Tb.N(平均骨小梁密度)和Tb.Sp(平均骨小梁间距)随着分辨率的降低呈降低趋势。分辨率的改变对SMI(结构模型指数)和DA(骨小梁各向异性度)没有显著影响。在三个轴向上,弹性模量均随着分辨率的降低呈增高趋势,当分辨率大于126μm时,该分辨率下的弹性模量和对照组存在显著性差异(P<0.05)。结论:该实验证实了不同分辨率对显微CT测量腰椎松质骨显微结构和生物力学参数有显著影响。提示在研究腰椎松质骨显微结构和生物力学参数时,采用126μm以上分辨率,可以在不降低准确度的情况下提高运算效率。     

基于三维CT的模拟手术在大龄DDH患儿外科治疗中的应用研究

目的:通过对大龄发育性髋关节脱位(developmental dysplasia of the hip,DDH)患儿进行术前模拟手术,实现术中精确截骨及旋转角度,从而达到个体化治疗,改善患儿预后的目的。方法:本研究按照术前规划方式分为两组,一组为传统手术组;另一组为模拟手术组。共20例患儿均采用骨盆三联截骨术+股骨截骨术治疗,传统手术组10例,模拟手术组10例,手术时平均年龄为11.3岁,平均随访时间24.2个月。所有患儿均于术前行骨盆三维重建CT检查,测量CE角、股骨前倾角及髋臼指数,在mimics软件中,模拟手术方案,确定术中股骨截骨需要旋转的角度及骨盆截骨的位置,术中按照模拟手术的结果进行操作。术前评价指标使用Tonnis分级,术后评价指标使用改进的Trevor评分系统。结果:模拟手术组Tonnis分级3级4髋,Tonnis分级4级8髋;传统手术组Tonnis分级3级4髋,Tonnis分级4级9髋,两组患儿术前严重程度无显著性差异。依据Trevor评分,模拟手术组8髋(67%)优秀,3髋(25%)良好,1髋(8%)一般。传统手术组5髋(38%)优秀,5髋(38%)良好,3髋(23%)一般。两组有显著性差异。并发症:术后传统手术组3例患儿有不同程度的股骨头坏死。结论:大龄DDH患儿术前模拟手术,可以达到术中精确截骨及旋转角度,可改善患儿预后,实现该类患者的个体化治疗。     

人体颈椎松质骨显微结构和力学性能的区域性差异研究

目的:探讨人体脊柱松质骨骨骼显微结构和力学性能的区域性差异,为松质骨三维结构采样部位的选取提供参考。方法:显微CT扫描6块颈6椎体标本获得三维图像,依据椎体内解剖位置的不同,将松质骨划分为6个位置组:外侧、内侧、腹侧、背侧、头侧和尾侧。利用显微结构参数骨体积分数(Bone volume to tissue volume,BV/TV)、骨表面积和骨体积的比值(Bone surface to bone volume,BS/BV)、骨小梁数量(Trabecular number,Tb.N)、骨小梁厚度(Trabecular thickness,Tb.Th)、骨小梁分离度(Trabecular separation,Tb.Sp)和个体化骨小梁分割方法(Individual trabeculae segmentation,ITS)分析6个位置组内松质骨显微结构,并利用有限元分析,获得6个位置组内松质骨的力学性能参数表观弹性模量和表观剪切模量。分别两两对比外侧和内侧,腹侧和背侧,头侧和尾侧松质骨的显微结构参数(BV/TV、BS/BV、Tb.N、Tb.Th、Tb.Sp和个体化骨小梁分割得到的参数)和力学性能参数(表观弹性模量和表观剪切模量)。结果:头侧和尾侧的主要显微结构参数BV/TV、Tb.Th、Tb.N等和表观弹性模量均存在显著差异(P0.05)。腹侧和背侧、内侧和外侧的主要显微结构参数BV/TV、Tb.Th、Tb.N等无显著差异。外侧和内侧的表观弹性模量在非主方向即内外方向和腹背放上上存在显著差异(P0.05),在主方向即头尾上无显著差异。结论:在实验中采集椎体松质骨样本以及临床上利用高分辨率CT分析椎体松质骨结构时,感兴趣区域要同时涵盖头侧和尾侧。