原理及应用

JournalofTissueEngineeringandReconstructiveSurgery，August．2006V01．2No．4讲座MoCT原衙理及应用刘广鹏【中图分类号】R318．6【文献标识码】c【文章编号】1673—0364(2006)一04—0228—0年，GreyNodf．Hounsfield发明了世界上第一台CT(computedtomaphy，计算机体层摄影术)ogr设备。能够从多个角度拍摄X片，采集被摄物体的三维信息，在不破坏物体的情况下观察其内部结构。CT的基本原理是X线从各个方向通过一个物体，并且利用计算机程序对所有这些衰减的x线作分析测量，从而得到这个物体内部的信息(图1)。从1970年代起，国外的医院和医疗科研机构开始使用CT诊断疾病。数十年来。这一技术已经广泛应用于各种领域，例如医学、药学、材料学、工业、农业、工程和考古等。不同的是，McroC通常采用锥形XiT线束(ConeBeam。采用锥形X)线束不仅能够获得真正各向同性的容积图像，提高空间分辨率和射线利用率，而且在采集相同三维图像时速度远远高于扇形X线束CT。McroCTi能够提供两类基本信息：几何信息和结构信息。前者包括样品的尺寸、体积和各点的空问坐标，后者包括样品的衰减值、密度和多孔性等材料学信息。此外，通过有限元分析软件的功能，还能够提供受检样品的弹性模量、泊松比等生物力学参数，分析样品的应力应变情况．进行非破坏性的力学测试。这对普遍具有粘弹性性质的生物样品尤为适用。McroCTi一般分为两种基本类型，即样品静止型和样品运动型。前者是指样品静止，X线球管和探测器运动，这种结构和临床螺旋CT一致，扫描速度快。射线剂量小，空间分辨率较低，多用于活体动物扫描。后者是指样品运动，X线球管和探测器静止，这种扫描速度较慢，射线剂量大，空间分辨率高，多用于标本扫描。这两种类型McroCT相对应的应用对象分别为i活体(invivo)样品和离体(invitro)样品。活体样品研究对象通常为小鼠、大鼠或狗等活体动物，将其麻图1CT的工作原理1980年代以来，由于普通CT无法满足科学研究对分辨率的苛刻要求．学术界开始研发McroCiT(也称为显微CT、微焦点CT或者微型C)。McroCTiT采用了与普通临床CT不同的微焦点X线球管，分辨率高达几个微米，仅次于同步加速X线成像设备的水平，具有良好的“显微”作用。而高分辨率付出的代价是扫描样品的体积很小，只有几个厘米，体现其“微型”的一面。与临床CT普遍采用的扇形X线束(FanBeam)作者单位：上海市上海组织工程研究与开发中心醉或固定后扫描。可以实现生理代谢功能的纵向研究，显著减少动物试验所需的动物数量。和医学临床iCT类似，活体小动物McroCT也能够进行呼吸门控和增强扫描(采用造影剂)。离体样品的研究对象通常为离体标本(例如骨骼、牙齿)或各种材质的样品，分析内部结构和力学特性。也可以使用凝固型造影剂灌注活体动物，对心血管系统、泌尿系统或消化系统进行精细成像。McroCTi的主要应用领域有：(1)骨骼。骨组织是McroCiT最主要的应用领域，其中骨小梁又是主要研究对象(图2～5)。目前，iMcroCT技术在很大程度上取代了破坏性的组织形组织工程与重建外科杂志2006年8月第2卷第4期态计量学方法，超过70％的McroCT文献采用的都i是瑞士Scanco公司的设备。中，评估体外制备的仿生材料支架是否符合体内植入的要求；扫描需要置换的组织样品，获取三维图像后转换为STL文件，进行快速成形等。图5组织工程技术修复犬颅骨缺损图2人股骨头标本图6生物陶瓷B一1-Cp(4)疾病机制研究。例如，研究不同基因或信号通路对骨骼的数量或质量的影响、疾病状态对骨骼发育与骨缺损修复的影响、评价高脂血症对心脏瓣膜钙化的影响、细胞因子对骨折后组织修复时血管生长的影响等。本实验室于2005年11月购置安装了瑞士iScanco公司的p,CT80型McroCT仪至今。已经成功扫描各类标本200余例，积累了一定的经验，并获得了相关科研人员的好评。该仪器为台式锥形束iMcroCT，主要用于扫描体外标本，无需样本准备步骤，非破坏性成像，提供五种不同规格的样品容器。最大可扫描的样品尺寸为75m(直径)x125mf长mm度)，额定分辨率为10／zm，图像矩阵包括512x512、1024x1024和2048x2048。无论是二维扫描还是三维重建，均能获得较为理想的影像资料，图像格式支持tif、jepg、dicom等，并自动生成骨密度、体积等量化结果，还可进行动画效果演示。我们相信McroCiT在骨科、口腔科、生物材料学科和组织工程领域均会有广阔的应用价值。(收稿日期：2006年7月23日)图3小鼠股骨标本图4组织工程技术修复犬下颌骨缺损(2)牙齿。(3)生物材料(图6)。例如，在骨组织工程研究iMcroCT原理及应用作者：刘广鹏作者单位：,上海市,上海组织工程研究与开发中心刊名：组织工程与重建外科杂志英文刊名：UAFEGEERINADRECOSTRUVSUERYJORNLOTISSUENINGNNCTIERG年，卷(期)：2006,2(4)被引用次数：3次引证文献(4条)1.许悦.陈振琦.吴军.李壬媚.刘广鹏唇腭裂合并的单侧牙槽突裂大鼠模型的建立和稳定性研究[期刊论文]-上海交通大学学报(医学版)2010(9)2.董歌.罗守华.陈功McroCT投影图像噪声的去除[期刊论文]-医疗卫生装备2009(2)i3.郭慧媛.张录达.郑丽敏.张昊.任发政X射线显微CT用于大鼠骨小梁结构分析的研究[期刊论文]-光谱学与光谱分析2009(8)4.许悦.陈振琦.吴军.李壬媚.刘广鹏唇腭裂合并的单侧牙槽突裂大鼠模型的建立和稳定性研究[期刊论文]-上海交通大学学报(医学版)2010(9)本文链接：

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