CT分辨率對腰椎松質(zhì)骨顯微結構和力學參數(shù)評估的影響.pdf

1、骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis，OP）是“以骨量減少，骨小梁變細、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性增加的一種全身性骨病”。如何及時準確地發(fā)現(xiàn)人椎體骨顯微結構及力學參數(shù)的改變，對骨折風險評估并指導臨床骨折發(fā)生的預防十分重要。椎體骨強度受到骨幾何結構、皮質(zhì)骨的致密度、松質(zhì)骨的顯微結構、骨組織的固有屬性等多因素的影響，其中決定椎體骨強度的最主要因素是松質(zhì)骨的顯微結構。骨強度測量的金標準是骨標本的體外力

2、學實驗，由于臨床上不能對患者骨骼進行在體的力學實驗，只能基于骨結構的高分辨圖像建立有限元模型來無創(chuàng)的評估骨的表觀剛度和表觀強度。因此，隨著擁有超高分辨率的實驗室顯微CT發(fā)展，眾多學者開始深入研究如何利用松質(zhì)骨的顯微結構參數(shù)實現(xiàn)對表觀力學屬性的預測。
　　已有研究發(fā)現(xiàn)，CT得出的結構參數(shù)對分辨率有強烈的依賴性。由于部分容積效應的影響，較低的分辨率在計算顯微結構時會出現(xiàn)較大的誤差。但基于臨床實際工作中的限制，分析高分辨率圖像存在耗時長

3、，射線劑量高，處理步驟繁瑣等諸多問題。我們推測，在理論上存在一個臨界分辨率，采用該臨界分辨率，既能提高運算效率、降低射線暴露計量，又不降低椎體顯微結構和力學參數(shù)評估的準確性。
　　研究目的：
　　探索不同CT分辨率對腰椎松質(zhì)骨顯微結構和生物力學參數(shù)評估的影響，尋找平衡CT射線輻射劑量、計算機運算效率和評估準確性的最優(yōu)分辨率值，促進高分辨率CT成像設備的臨床應用，提高臨床評估效率。
　　研究方法：
　　采集6具新鮮

4、尸體腰椎標本（L5），設定顯微CT掃描分辨率為14μm，通過掃描得到人體腰椎L5椎體標本松質(zhì)骨顯微CT數(shù)據(jù)，通過合并像素點將顯微CT分辨率降低至28μm~224μm等15個不同分辨率，分別測量不同分辨率下，松質(zhì)骨標本的結構參數(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，計算各正交異性的彈性模量，應用統(tǒng)計學分析比較結構參數(shù)和力學參數(shù)在不同分辨率下的差異。
　　研究結果：
　　1．各顯微結構參數(shù)與分辨率間相關性不盡相同

5、：（1）BV/TV（骨體積分數(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，分別在56μm（P=0.014）和84μm（P=0.003）處開始與對照組產(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，分別在42μm（P=0.031）、112μm（P=0.001）、126μm（P=0.028）、154

6、μm（P=0.043）處開始與對照組產(chǎn)生顯著性差異。（3）分辨率的改變對SMI（結構模型指數(shù)）和DA（骨小梁各向異性度）沒有顯著影響。
　　2．在三個正交軸向，彈性模量均隨分辨率的降低呈增高趨勢，當分辨率大于126μm時，該分辨率下的彈性模量和對照組存在顯著性差異（P<0.05）。
　　研究結論：
　　不同分辨率對顯微 CT測量腰椎松質(zhì)骨顯微結構參數(shù)和顯微有限元分析測試生物力學參數(shù)有顯著影響。采用相對較低分辨率（不低于