楊再清 綜述,蘇云鵬 審校

(云南省保山市人民醫(yī)院骨外一科 678000)

在過去的三十年中，生物體視學(xué)被廣泛地運(yùn)用于臨床與實(shí)驗(yàn)研究的各個(gè)領(lǐng)域，并且取得了一系列的重大成果[1]。其在骨科疾病研究中發(fā)揮著重要作用，本文主要查閱近年來國內(nèi)外有關(guān)生物體視學(xué)在代謝性骨病、骨折愈合及骨腫瘤研究方面的運(yùn)用，進(jìn)行總結(jié)。

1 代謝性骨病的生物體視學(xué)研究

代謝性骨病是指機(jī)體因先天或后天因素破壞或干擾了正常骨代謝和生化狀態(tài)，導(dǎo)致骨生化代謝障礙而發(fā)生的骨疾患。代謝性骨病的發(fā)病機(jī)制包括骨吸收、骨生長和礦物質(zhì)沉積3個(gè)方面的異常。運(yùn)用體視學(xué)，可以更直觀、更形象地對骨質(zhì)進(jìn)行定量分析，評價(jià)骨轉(zhuǎn)換與骨結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)分析其發(fā)病機(jī)制及治療效果。

1.1骨質(zhì)疏松 骨質(zhì)疏松是一種以骨量低下、骨微結(jié)構(gòu)損壞，骨強(qiáng)度下降，骨折風(fēng)險(xiǎn)增加為特征的全身性骨骼系統(tǒng)疾病[2]。影響因素包括骨量及骨質(zhì)量兩方面，骨量反映了骨的數(shù)量及容積，其測定方法主要是進(jìn)行骨密度的測定，并且骨密度的測定作為目前臨床上骨質(zhì)疏松癥的主要診斷標(biāo)準(zhǔn)。骨質(zhì)量反映了骨微結(jié)構(gòu)、骨有機(jī)基質(zhì)、礦物成分、微小損傷及修復(fù)能力，其中骨微結(jié)構(gòu)和微損傷是影響骨質(zhì)量的重要因素。因此，對其檢測方法已成為研究熱點(diǎn)。在各種檢測方法中，體視學(xué)中的骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)成為骨質(zhì)疏松骨結(jié)構(gòu)與質(zhì)量檢測的客觀指標(biāo)。通過相關(guān)研究，不但在二維水平獲得的大量研究骨質(zhì)疏松的相關(guān)計(jì)量參數(shù)[3]，同時(shí)取得了骨小梁的三維立體結(jié)構(gòu)圖像，而且還獲得了骨微損傷的三維空間分布[4]，從而更準(zhǔn)確地闡述骨質(zhì)疏松的發(fā)病機(jī)理。但骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)是一種有創(chuàng)檢測方法，需破壞檢測對象的完整性，并且對技術(shù)操作要求相當(dāng)嚴(yán)格，限制了其在臨床與實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用。隨著體視學(xué)及圖像分析技術(shù)的發(fā)展，新的無創(chuàng)檢測方法被廣泛運(yùn)用，尤其是顯微CT(Micro-CT)的運(yùn)用。

Micro-CT技術(shù)是以體素為單元，在微米級水平超清晰地掃描骨小梁，能全面、精確、立體地測定骨微結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)參數(shù),所獲得的圖像分辨率高，能區(qū)分皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨，能夠早期發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥骨小梁骨微結(jié)構(gòu)的變化[5]。在micro-CT的基礎(chǔ)上，使用硫酸鋇做對比劑增強(qiáng)micro-CT，能夠無創(chuàng)地顯示微損傷的三維空間分布和積累過程[6]，使用同步輻射光源(SRuCT)能夠表征松質(zhì)骨及皮質(zhì)骨破壞時(shí)微裂紋積累、發(fā)展過程，骨小梁的各種微裂紋從最簡單的線性裂紋到較復(fù)雜的交叉裂紋均能夠展現(xiàn)，并用三維成像定量地量化[7-8]；在三維重建圖像上能夠顯示骨小梁表面的吸收陷窩，而它的二維掃描圖像可以反映骨結(jié)構(gòu)中不同位置的礦化程度，為骨質(zhì)疏松的診斷提供了更準(zhǔn)確的依據(jù)[9]。

1.2腎性骨病(ROD) ROD是慢性腎臟病患者鈣、磷及維生素D代謝障礙，繼發(fā)甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)引起的骨骼病變，可表現(xiàn)為骨質(zhì)疏松、骨軟化、纖維囊性骨炎、骨硬化及轉(zhuǎn)移性鈣化。依骨組織形態(tài)改變分為高轉(zhuǎn)化性骨病、低轉(zhuǎn)化性骨病和混合性骨病。

利用骨活檢及骨形態(tài)計(jì)量學(xué)方法，一方面靜態(tài)參數(shù)可以反映骨結(jié)構(gòu)、形態(tài)和再吸收，另一方面動(dòng)態(tài)參數(shù)可以反映骨轉(zhuǎn)化和骨形成等，在腎性骨病確診及分型中具有重要作用。錢瑩等[10]通過對40例慢性腎病5期維持性血液透析的患者行髂前上棘骨活檢術(shù)獲得骨標(biāo)本，對骨病理進(jìn)行骨形態(tài)計(jì)量學(xué)分析，證實(shí)高轉(zhuǎn)化性骨病骨病理以破骨細(xì)胞活化形成骨吸收陷窩伴或不伴骨礦化不全為特點(diǎn)。常安瑾等[11]通過使用顯微CT對腎性骨病患者的松質(zhì)骨進(jìn)行三維形態(tài)學(xué)測量，指出顯微CT能夠非常細(xì)致地觀測到不同腎性骨病患者單個(gè)骨小梁的厚度、數(shù)量、空間分布及整個(gè)骨小梁的三維空間結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)組織形態(tài)計(jì)量學(xué)的不足，對研究腎性骨病病理生理，評估骨質(zhì)量的改變具有十分重要的意義。

1.3佝僂病和骨質(zhì)軟化癥 兩者是以維生素D缺乏導(dǎo)致鈣、磷代謝紊亂和臨床以骨骼的鈣化障礙為主要特征的疾病。發(fā)生在嬰幼兒和兒童骨骺生長板閉合以前者稱佝僂病，發(fā)生在成人骨骺生長板閉合以后者稱骨軟化癥。目前其檢查手段主要依賴于骨代謝生化指標(biāo)測定、骨密度測量及X線片檢查等，但相應(yīng)的檢查措施無法微觀闡述疾病的病理變化過程。蕭彥等[12]利用骨形態(tài)計(jì)量學(xué)研究佝僂病和骨質(zhì)軟化癥發(fā)現(xiàn)其平均骨小梁板增厚、密度降低、間隙變大，單位體積骨小，單位體積骨小梁所占的骨小梁表面積減??；骨小梁類骨質(zhì)表面、皮質(zhì)骨和小梁骨的平均類骨質(zhì)縫寬度增加，骨小梁空間排列稀疏，骨礦化前沿縮小和不規(guī)則，礦化成熟延遲，礦化障礙造成類骨質(zhì)堆積。進(jìn)一步闡明了軟骨病的病理特點(diǎn)，為疾病的診斷提供了體視學(xué)依據(jù)。

1.4氟中毒性骨病(簡稱氟骨癥) 長期攝入過量氟化物會對中樞神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等產(chǎn)生不利影響[13]，當(dāng)累及骨組織時(shí)可引起骨質(zhì)疏松、骨軟化、骨硬化等骨骼疾病。高劑量氟可以抑制成骨細(xì)胞的增殖、分化，破骨細(xì)胞活性增強(qiáng)導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，當(dāng)氟在體內(nèi)與血中鈣或者磷結(jié)合形成難溶的氟化鈣沉積于骨中，能夠引起骨硬化。另外，氟對軟骨內(nèi)成骨的過程產(chǎn)生抑制作用，延緩骨骼的生長發(fā)育。骨形態(tài)計(jì)量學(xué)研究發(fā)現(xiàn)氟鋁聯(lián)合中毒骨軟化畸形兒童的骨小梁膠原纖維排列紊亂，骨內(nèi)出現(xiàn)軟骨細(xì)胞，小梁邊緣大量類骨質(zhì)，且其周長和面積參數(shù)明顯增加，骨吸收陷窩明顯增加，骨礦化障礙、骨吸收增加,骨代謝嚴(yán)重失衡，出現(xiàn)大量質(zhì)量低下的骨質(zhì)[14]；氟骨癥患者與正常參考值比較脂肪細(xì)胞容積明顯減少，骨小梁容積明顯增加，生血細(xì)胞容積減少[15]。郭生瓊等[16]利用顯微CT技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)，大鼠染氟后四肢骨的骨礦物質(zhì)密度、組織骨密度、骨小梁厚度、骨小梁分離度、各向異性、骨小梁與全部骨組織體積比有升高趨勢；反映骨小梁的形態(tài)、數(shù)目、間距與骨連接密度的指標(biāo)-結(jié)構(gòu)模型指數(shù)、骨表面積與體積比、骨小梁連接密度、骨小梁數(shù)目有下降趨勢。分析認(rèn)為由于氟化物在大鼠體內(nèi)促使骨轉(zhuǎn)換加速，即骨形成和骨吸收均顯活躍，但骨形成程度大于骨吸收，從而形成大量未成熟的交織骨，導(dǎo)致大鼠體內(nèi)骨量大量增加，骨硬化形成。利用體視學(xué)原理及圖像分析技術(shù)，可以觀察分析氟骨癥的骨微結(jié)構(gòu)變化，為氟對骨骼損傷機(jī)制的研究提供依據(jù)。

1.5甲狀旁腺疾病 在甲狀腺疾病中，無論是甲狀旁腺激素增高還是降低，均可影響骨質(zhì)量及骨轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致骨病形成[17]。利用Micro-CT掃描和三維重建，可以從骨微環(huán)境層面闡述甲狀旁腺激素對骨形成及骨吸收的雙重效應(yīng)：大劑量持續(xù)給予可以誘發(fā)骨吸收,小劑量間斷給予可以刺激骨生成[18]。RUBIN等[19]通過對甲狀旁腺功能低下癥患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)患者松質(zhì)骨體積、骨小梁寬度和皮質(zhì)寬度增加，而類骨質(zhì)寬度與類骨質(zhì)表面有顯著減少，礦化表面的百分比、礦化沉積率和骨形成率也顯著降低。

2 骨折愈合的體視學(xué)研究

骨折愈合是一個(gè)復(fù)雜而連續(xù)的過程，臨床上評價(jià)骨折愈合主要依賴于臨床癥狀、體征和X線片，但受主觀性、X線片顯示的局限性等影響，無法客觀量化描述骨折愈合的動(dòng)態(tài)進(jìn)程。體視學(xué)及圖像分析技術(shù)的發(fā)展，為骨折愈合的研究鑒定提供了新方法，使得對骨折愈合的認(rèn)識更加細(xì)微、客觀、立體。有研究發(fā)現(xiàn)骨組織形態(tài)計(jì)量學(xué)參數(shù)結(jié)果能準(zhǔn)確地反映出骨折結(jié)構(gòu)重建的演變[20]。骨折端早期血腫機(jī)化以纖維連接相續(xù)，骨小梁稀疏、數(shù)量少，骨小梁體積小，至中期編織骨大量形成，骨小梁數(shù)量增加和骨小梁體積改變至高峰，骨痂塑型期因板層骨逐漸取代編織骨，骨小梁致密度增加，骨痂在力線外的部分吸收，骨小梁數(shù)目和體積減少。通過行Micro-CT技術(shù)能夠精確測定骨折區(qū)骨痂組織體積、骨體積、骨體積分?jǐn)?shù)等三維形態(tài)參數(shù)，并且可以高分辨率圖像，對骨痂形成和改建規(guī)律進(jìn)行超微分析[21]。而且，微血管灌注造影結(jié)合Micro-CT掃描三維重建可無創(chuàng)提供直觀的高分辨率三維微血管像，并精確地定量描述微血管形成的質(zhì)與量，從微血管變化層面研究骨折的愈合過程[22-23]。

3 骨腫瘤的生物體視學(xué)研究

利用圖像分析技術(shù)，可以對骨腫瘤進(jìn)行鑒別，可以從三維層面表征骨腫瘤細(xì)胞形態(tài)，可以定量描述轉(zhuǎn)移性骨腫瘤的血管密度，揭示不同骨腫瘤的特異性變化特征，有助于早期發(fā)現(xiàn)侵襲性和惡性腫瘤[24-26]。雖然，生物體視學(xué)在骨腫瘤的診斷、預(yù)后、發(fā)生機(jī)制等方面有諸多優(yōu)勢，但就目前相關(guān)文獻(xiàn)檢測結(jié)果顯示，這方面的研究發(fā)展緩慢，有待于繼續(xù)擴(kuò)展。

4 展 望

綜上所述，鑒于生物體視學(xué)能夠更直觀、準(zhǔn)確地表征骨組織的三維結(jié)構(gòu)，定量表達(dá)代謝性骨病、骨折愈合及某些骨腫瘤的結(jié)構(gòu)變化，客觀揭示疾病發(fā)生發(fā)展過程，所以其在骨科實(shí)驗(yàn)及臨床研究中具有重要作用，其他任何研究方法不可代替。雖然在運(yùn)用方面仍然存在取材困難、硬組織切片制作技術(shù)要求高、費(fèi)用較貴等挑戰(zhàn)，但隨著生物體視學(xué)及圖像分析的自我完善，其在骨科疾病研究甚至在所有人類疾病研究中將有一定發(fā)展前景。

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