椎骨骨小梁組織形態(tài)學(xué)研究進(jìn)展

關(guān)鍵詞椎骨 骨小梁 組織形態(tài)學(xué)

椎骨骨小梁的形態(tài)學(xué)研究成果及相關(guān)技術(shù)

2001年第二軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)征醫(yī)院骨科的譚軍［1］等利用計(jì)算機(jī)圖像分析技術(shù)，分析椎骨骨質(zhì)疏松。通過(guò)TJTY-300V1.0顆粒定量系統(tǒng)對(duì)23例人腰椎椎體CT掃描圖像的數(shù)據(jù)分析，證明了骨小梁的數(shù)量和形態(tài)參數(shù)與年齡顯著相關(guān):隨著年齡增大，骨量減少，骨小梁連續(xù)性降低，形態(tài)由復(fù)雜趨于簡(jiǎn)單。孤立的骨小梁數(shù)目有所增加，面積及表面積減少，在骨小梁橫斷面上單位面積內(nèi)的積累面積明顯降低。

陳向榮等關(guān)于影像學(xué)測(cè)量的分析研究［2］表明，骨損傷僅攝X線片是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，X線片只能顯示明顯的骨折征象，而骨小梁骨折往往呈陰性表現(xiàn)；CT 亦不易發(fā)現(xiàn)骨小梁骨折；MRI是早期診斷骨小梁骨折的最佳檢查方法。MRI中骨小梁骨折的的直接征象為條狀長(zhǎng)Ｔ１短Ｔ２信號(hào)，這種技術(shù)使無(wú)創(chuàng)條件下的骨小梁微觀損傷的觀察和診斷成為可能。

通過(guò)松質(zhì)骨裂紋的線密度描述骨小梁裂紋分布的研究，以觀察骨小梁中微裂紋的分布、密度和長(zhǎng)度對(duì)骨松質(zhì)剛度的影響。如果能觀測(cè)到骨小梁的微裂紋，那么就能對(duì)骨的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。

2004年解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)長(zhǎng)海醫(yī)院骨科的蘇佳燦［3］等人研究驗(yàn)證了一種骨小梁顯微參數(shù)自動(dòng)提取的方法，使骨小梁參數(shù)的計(jì)算得到了進(jìn)一步優(yōu)化。采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別軟件，使骨小梁間隙能夠自動(dòng)識(shí)別，從而改善了對(duì)原始圖像處理不夠完善和人工測(cè)定誤差過(guò)大的情況。應(yīng)用計(jì)算機(jī)識(shí)別則可有效的進(jìn)行圖像去噪，邊緣增強(qiáng)，直方圖均衡化等前期工作，減少后續(xù)處理工作中的誤差率，并提高處理速度。測(cè)量參數(shù)可包括游離段及其節(jié)點(diǎn)，平均骨小梁厚度，骨小梁體積等，使準(zhǔn)確性有了顯著提高。

計(jì)算機(jī)軟件的出現(xiàn)給骨小梁微觀的研究帶來(lái)了方便，也為骨小梁形態(tài)學(xué)測(cè)量的進(jìn)一步發(fā)展提供了便利條件。同年的相關(guān)研究還有關(guān)于骨小梁空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)三維重建［1］。將包埋的松質(zhì)骨樣本逐層切除，用數(shù)碼相機(jī)攝取二維圖像，然后三維重建。利用現(xiàn)有的軟件直接讀取骨小梁所占的空間像素值，可求出骨體積。與樣本的體積相比，獲得骨體積分?jǐn)?shù)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出骨小梁厚度，骨小梁間隙大小，骨小梁數(shù)目，小梁的連接密度，小梁結(jié)構(gòu)模型變化，描繪骨小梁組織形態(tài)學(xué)的參數(shù)。這種方法將連續(xù)性較好的二維圖像疊加，用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)獲取三維圖象。因?yàn)楣切×旱目臻g結(jié)構(gòu)體系的改變對(duì)骨組織的影響巨大，所以骨小梁三維信息越來(lái)越為人們所重視。三維結(jié)構(gòu)能夠讀出骨小梁的連接密度和骨小梁的結(jié)構(gòu)變化，而這些都是無(wú)法從普通的二維圖像上得到的。這也為計(jì)算機(jī)仿真骨結(jié)構(gòu)提供了空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

2005年清華大學(xué)戴如春等人的研究更進(jìn)一步描述了骨小梁的超微觀結(jié)構(gòu)。通過(guò)掃描電鏡觀察大鼠腰椎骨小梁的破裂形態(tài)和微骨痂的微觀結(jié)構(gòu)，提出了關(guān)于超微骨小梁形態(tài)的觀測(cè)。骨小梁微損傷分為：微破裂，彌散性損傷，交叉叉折，微骨折。微骨痂呈現(xiàn)一種疏松多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)，是微損傷修復(fù)的重要特征之一。微破裂能較好反映骨小梁結(jié)構(gòu)變化和骨機(jī)械性能下降，是一種較好的骨生物力學(xué)指標(biāo)。同時(shí)也應(yīng)該存在微損傷的閾值，若在應(yīng)變之下，骨重建能修復(fù)微損傷，如果超過(guò)應(yīng)變，則會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的微損傷而無(wú)法完全修復(fù)，最后導(dǎo)致小梁疲勞骨折。這個(gè)研究分別在600倍，2000倍，10000倍鏡下觀察不同狀態(tài)下的骨小梁超微結(jié)構(gòu)，為骨小梁的超微觀研究作了展望。

同年南方醫(yī)科大學(xué)的劉文軍，種世鎮(zhèn)等人還進(jìn)行了關(guān)于骨小梁CT圖像的研究，通過(guò)人體腰椎骨松質(zhì)CT圖像中骨小梁數(shù)據(jù)集的獲取、分割及三維重建的技術(shù)方法，提示利用現(xiàn)有軟件和技術(shù)可重建骨小梁三維立體圖像和診斷骨質(zhì)疏松。研究發(fā)現(xiàn)骨松質(zhì)與皮質(zhì)骨比較，具有高度的不均勻性，CT 值范圍從數(shù)10 至250 以上。椎體中央略偏后部分的骨質(zhì)比較致密，周?chē)糠值墓琴|(zhì)較疏散，而近椎弓根部分介于兩者之間。椎體前部骨松質(zhì)排列松散；靠近上下終板的骨松質(zhì)平均較椎體中部致密，而下部略高于上部。椎體重建骨松質(zhì)密度區(qū)域呈三維\"工\"字形。

由于密度計(jì)等測(cè)量裝置越來(lái)越多地被用來(lái)評(píng)估骨的脆性，致使骨密度是決定骨的力學(xué)性質(zhì)的最重要因素這一假說(shuō)的地位不斷提高。組織形態(tài)測(cè)定技術(shù)對(duì)骨微結(jié)構(gòu)的評(píng)估這篇文章的作者提出了質(zhì)疑，研究認(rèn)為，對(duì)骨強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)的影響都是相關(guān)的。近幾年從骨小梁結(jié)構(gòu)來(lái)評(píng)估骨的結(jié)構(gòu)有多種方法，尤其是基于光學(xué)顯微鏡和組織學(xué)定量原則的組織形態(tài)測(cè)定術(shù)，以此來(lái)評(píng)估骨的二維或三維的微結(jié)構(gòu)。這些方法為骨小梁寬度、分布等提供了新的信息，也提示了骨的微結(jié)構(gòu)可能是獨(dú)立于骨密度而決定骨脆性的一種因子。

國(guó)外最近的研究是關(guān)于骨小梁微損傷啟動(dòng)與年齡的相關(guān)關(guān)系。雖然骨的脆性是隨年齡而增長(zhǎng)已經(jīng)確定，但對(duì)于隨著年齡變化的局部骨小梁缺失的機(jī)制仍然不明。以前的微損傷啟動(dòng)研究沒(méi)有評(píng)估隨年齡改變的狀況。研究重點(diǎn)在評(píng)估不同年齡骨質(zhì)和骨量的變更是如何影響局部機(jī)械環(huán)境和微損傷的形成。結(jié)果表明局部的應(yīng)力和微損傷有著與年齡無(wú)關(guān)的正相關(guān)性。然而，已經(jīng)破損的骨小梁在老齡人的骨中有著更高的壓力和更低的張力。

常用的骨小梁形態(tài)學(xué)評(píng)估指標(biāo)

關(guān)于骨小梁微結(jié)構(gòu)的研究主要是進(jìn)行小梁和孔洞的數(shù)目、寬度的測(cè)量。國(guó)內(nèi)有個(gè)別研究總結(jié)了骨小梁的相關(guān)參數(shù)，但大都沒(méi)有明確的指標(biāo)和嚴(yán)格的規(guī)定。一般做法是在所選取的圖像上隨機(jī)或分類(lèi)選取一個(gè)目標(biāo)區(qū)域，然后在這個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行參數(shù)的測(cè)定，用于骨小梁形態(tài)計(jì)量學(xué)的分析。測(cè)定的參數(shù)可分為以下幾種［１4］。

骨形態(tài)計(jì)量參數(shù)：目標(biāo)面積、骨小梁面積、皮質(zhì)骨寬度、總骨小梁表面長(zhǎng)度、結(jié)點(diǎn)數(shù)、骨小梁游離末端數(shù)、類(lèi)骨質(zhì)長(zhǎng)度和骨壁厚度等。骨結(jié)構(gòu)參數(shù)：平均骨小梁厚度、平均骨小梁密度、平均骨小梁間距、結(jié)點(diǎn)末端比等。骨轉(zhuǎn)換參數(shù)：類(lèi)骨質(zhì)體積、平均類(lèi)骨質(zhì)寬度、類(lèi)骨質(zhì)表面、平均骨壁厚度、骨吸收表面等。

總之，關(guān)于椎骨骨小梁的組織形態(tài)學(xué)的研究仍然處于起步階段，隨著相關(guān)技術(shù)手段的不斷完善，建立一套能應(yīng)用于臨床的骨小梁損傷測(cè)量指標(biāo)也成為了可能，這對(duì)于長(zhǎng)期困擾人類(lèi)的脊柱性疾病有著極大的預(yù)防意義。只要能提前檢測(cè)骨小梁微結(jié)構(gòu)的狀況，采取相應(yīng)的對(duì)策就能避免骨小梁結(jié)構(gòu)不可逆的病理改變，因此關(guān)于骨小梁微觀結(jié)構(gòu)的研究仍然具有深遠(yuǎn)意義。

參考文獻(xiàn)

1 譚軍，萬(wàn)衛(wèi)平. 腰椎松質(zhì)骨骨小梁高分辨率CT圖像的計(jì)算機(jī)定量分析.中國(guó)矯形外科雜志，2001，8(8)：780~782.

2 陳向榮，張少平. 60例骨小梁骨折的影像學(xué)分析.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2003，19(7)：946~947.

3 蘇佳燦，張春材. 骨小梁顯微圖像參數(shù)自動(dòng)能夠提取在骨質(zhì)疏松癥中的應(yīng)用.中國(guó)臨床康復(fù)，2004，8(18)：3592~3593.