同步辐射X线显微断层成像在兔膝骨关节炎软骨及软骨下骨三维成像中的应用研究

摘要

目的:探讨同步辐射X线显微断层成像(synchrotron radiation X-ray microtomography,SR-μCT)技术在兔骨关节炎(osteoarthritis,OA)模型软骨-软骨下骨复合体成像分析中的应用价值,探讨OA进展过程中的软骨和软骨下骨变化。方法:将10只健康的6个月龄雄性新西兰大白兔随机分为实验组(改良Hulth法建立OA模型)和对照组(只打开关节腔不作任何处理)2组,每组5只,12周后处死,取膝关节胫骨内侧平台负重区软骨-软骨下骨复合体标本,经甲醛溶液固定、乙醇梯度脱水后行SR-μCT扫描,扫描后将原始投影图像行相位恢复、切片重构及三维重建后分析SR-μCT软骨细胞图像,观察比较软骨下骨形态结构和骨小梁微结构形态测量学指标。结果:SR-μCT重建图像可以清晰显示软骨细胞、软骨陷窝及其排列方式。对照组软骨细胞排列整齐,分布均匀;软骨表面光滑;实验组软骨细胞排列紊乱,可见软骨下裂隙,软骨表面毛糙、纤维化。对照组软骨下骨结构完整,骨小梁分布均匀;实验组软骨下骨小梁变薄,局部剥脱。骨小梁微结构形态测量学指标表明,实验组的骨体积分数(bone volume fraction,BVF)及骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th)[(26.64±1.64)%及(80.55±5.51)μm]均小于对照组[(39.00±2.28)%及(102.12±8.02)μm],差异有统计学意义(P<0.05)。结论:SR-μCT检查可在细胞层面上对软骨-软骨下骨复合体进行观察分析,而软骨退变及软骨下骨重塑在在OA进展中均有重要作用。