Micro-CT成像原理及其在小动物研究中的应用

Micro-CT技术亮点

与传统CT相比，Micro-CT可实现微米甚至亚微米级分辨率，能清晰呈现样本内部微小结构（如骨骼微血管、材料孔隙、化石内部构造）。更重要的是，它在不破坏样本的前提下完成三维成像，尤其适用于珍贵文物、活体小动物或不可重复性材料的分析。

Micro-CT通过旋转扫描获取数百至上千幅二维投影，重建出真实的三维体数据模型。这不仅实现可视化，更支持精准的定量分析，如孔隙率、厚度分布、连通性及几何参数测量，为科学研究提供客观数据支撑。

近年发展出的动态Micro-CT（如相位对比、原位加载）可实时观测材料在应力、温度变化下的内部结构演变过程。结合多尺度成像方案，能够实现从整体到细节的跨层次结构关联分析。

在生物医学领域，它用于骨微结构研究、肿瘤模型分析及组织工程支架评估；在材料科学中，助力复合材料、泡沫金属及地质岩芯的缺陷检测；在工业领域，则为精密器件、增材制造产品提供内部质量检验方案。

Micro-CT与扫描电镜（SEM）、能谱分析等技术结合，形成多模态成像解决方案；人工智能算法的引入，进一步提升了图像重建速度与分割分析自动化水平。

Micro-CT应用案例

• Micro-CT解决方案

离体胫骨扫描：手术后获取患侧与对侧健康胫骨，进行高分辨率（如5µm）扫描。精确分割出肿瘤区域。

活体纵向监测：在瘤细胞植入后，定期对同一只活体小鼠进行低剂量扫描（结合呼吸门控），监测肿瘤生长、骨皮质破坏的进程。

血管造影：通过心内灌注铅硅胶等造影剂，对离体样本进行扫描，三维重建肿瘤内部的紊乱血管网络，与正常骨髓血管进行对比。

• 获得的数据与价值

量化骨破坏：计算肿瘤区域的骨体积分数（BV/TV）、骨矿物质密度（BMD），并与对照侧对比，量化溶骨与成骨活性。

评估疗效：在给药治疗后，通过纵向扫描比较治疗组与对照组肿瘤体积、骨破坏范围的变化，为药物疗效提供客观的影像学生物标志物。

揭示机制：通过血管成像，量化肿瘤的血管体积分数和血管分支数，评估抗血管生成治疗的效果。

• Micro-CT解决方案

在兔子或大鼠颅顶/下颌骨制造标准尺寸的圆形缺损，植入待测材料。

在术后不同时间点（如4、8、12周）处死动物，获取样本进行高精度扫描（如10µm）。

• 获得的数据与价值

新骨生成量化：精确区分新生骨与植入材料，计算缺损区域内新骨体积（NBV）、新骨面积百分比。

材料降解分析：计算残余材料体积，绘制材料降解与新骨生成随时间变化的曲线，评价材料的降解-成骨耦联性能。

结构质量评估：分析新生骨的骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁分离度（Tb.Sp） 等微观结构参数，判断再生骨是编织骨还是更成熟的板层骨结构。

• Micro-CT解决方案

获取正常、去卵巢（OVX，绝经后骨质疏松模型）或老年动物的腰椎椎体。

进行超高分辨率扫描（如6µm），重点分析椎体中央的松质骨区域。

可结合生物力学测试，在压缩性骨折实验后，扫描分析骨折线走向与骨微结构弱点的关联。

• 获得的数据与价值

全面评估骨质量：不仅测量骨密度（BMD），更重要的是获得骨小梁数目（Tb.N）、骨小梁连接密度（Conn.D） 等决定骨骼生物力学强度的关键结构参数。

预测骨折风险：通过有限元分析，将Micro-CT三维数据转换为力学模型，计算椎体的表观弹性模量和抗压强度，在体外预测骨折风险。

评价治疗策略：比较药物治疗或骨水泥填充前后，椎体骨微结构和计算强度的改善情况。

• Micro-CT解决方案

骨质疏松：扫描股骨远端干骺端，量化骨小梁微观结构。进行活体纵向扫描，动态监测同一动物在造模或治疗过程中骨量的变化。

植入物：将带有植入物的股骨样本进行扫描。利用高密度金属与骨的灰度差异，清晰区分两者界面。

• 获得的数据与价值

骨质疏松：获得动态的骨转换数据，纵向追踪BV/TV和Tb.Th的变化，大幅减少动物使用数量。

植入物研究：

• 骨-植入物接触率（BIC%）：在三维空间内精确计算植入物表面有多少比例被新生骨直接覆盖，这是评价 osseointegration 的金标准。

• 界面骨体积：计算植入物螺纹内或多孔涂层内部长入的新骨体积。

• 评估磨损与松动：观察假体周围骨溶解的范围和程度，分析导致植入物松动的骨缺损。

• Micro-CT解决方案

对小鼠膝关节或大鼠后爪进行活体扫描（需高分辨率、低剂量）。

清晰显示软骨下骨板、骨骺端的骨小梁以及关节的骨性轮廓。

• 获得的数据与价值

量化骨侵蚀：在三维视图上，手动或半自动标记胫骨、股骨髁以及趾骨上的骨侵蚀缺损，计算其总体积和数量。

量化骨增生：测量踝关节或趾关节周围骨赘的体积，这是关节炎晚期的重要病理特征。

评估关节间隙：虽然不能直接看软骨，但通过测量骨性关节间隙的宽度，可以间接反映软骨的厚度和损失情况。

全面疾病评分：将上述三维量化数据整合，形成一个比传统X光评分更客观、更精确的“影像学关节炎严重程度指数”。

• Micro-CT解决方案

灌注技术：通过心脏或主动脉灌注碘化造影剂（如Microfil） 或铅基造影剂，使其充盈全身或特定器官的血管床。

器官提取与扫描：取出完整的肿瘤、下肢、心脏或肾脏，进行高分辨率扫描。造影剂停留在血管内，使血管网络在CT图像上呈现高亮。

• 获得的数据与价值

全器官3D血管树：获得从主干到毛细血管水平的完整三维血管结构，可视化异常血管形态（如肿瘤血管的扭曲、盲端）。

精确定量：

• 血管密度/体积分数：计算血管组织在感兴趣区域（如肿瘤、肾皮质）中所占的百分比。

• 血管分支分析：量化血管分支点数量、平均血管段长度和血管直径分布。

肾脏特异应用：清晰区分肾皮质和肾髓质的血管分布差异，量化肾小球旁器的微血管网，为肾病研究提供前所未有的细节。

代轩生物动物影像学服务

代轩生物提供全面专业的小动物影像学一站式解决方案，集成了Micro-CT、小动物活体成像系统（生物发光/荧光/X光）及高分辨率B超等先进平台。服务项目总览：

• 离体样本成像

骨骼微结构分析：骨密度、骨小梁参数、三维重建

植入物评估：骨-植入物界面、骨长入情况、材料降解

软组织造影：血管灌注、器官微血管网络、肿瘤脉管系统

材料科学研究：多孔材料孔隙率、复合材料界面、3D打印支架

• 活体小动物成像

动态生理成像：呼吸门控肺成像、心电门控心脏成像

纵向追踪研究：肿瘤生长监测、骨修复进程、疾病发展

功能评估：肺通气功能、心室功能、器官灌注

药效评价：药物分布、治疗响应、疗效定量评估

结构-功能融合：CT+超声/光学成像配准

时间序列分析：纵向多时间点数据整合

定量关联研究：不同模态参数的统计学关联

定制化分析：根据研究目标设计融合方案

我们的服务覆盖从微观结构到动态功能的全维度成像需求，凭借跨模态技术整合能力、标准化质控体系和资深专家团队，确保为客户提供精准可靠、符合发表要求的影像数据与深度分析，助力肿瘤、心血管、神经科学及药物研发等领域的研究者高效推进科研进程。