朱凱銓 唐安洲 謝利紅 孫愷 廖婷

豚鼠是耳科學(xué)方面實(shí)驗(yàn)研究最常用的動物模型之一,目前國內(nèi)外對于豚鼠顳骨解剖都局限在中耳顯微手術(shù)研究其解剖結(jié)構(gòu),其空間位置及周圍結(jié)構(gòu)的比鄰關(guān)系都只是大致的描述,且常規(guī)的連續(xù)冰凍切片技術(shù)不同程度地導(dǎo)致組織的收縮或破損,為了三維重建,每樣本必須被拍到,對齊,導(dǎo)入到軟件;而磁共振(MR)成像大,并需要有特殊的固定劑,近年來廣泛應(yīng)用的Micro CT彌補(bǔ)了這些缺點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)旨在通過對豚鼠顳骨進(jìn)行Micro CT的掃描,予mimics軟件三維重建其聽骨鏈、耳蝸及半規(guī)管等結(jié)構(gòu),并測量,為相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究提供一定的解剖依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料

標(biāo)本由廣西醫(yī)科大學(xué)動物中心提供的健康白化豚鼠5只(10耳)(二級),標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境飼養(yǎng),體重300～400g,雌雄不拘,耳廓反射靈敏,鼓膜完整、標(biāo)志清楚,頭頸無病變。麻醉后快速斷頭取得顱骨并制作成骨標(biāo)本,于4%多聚甲醛溶液中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2設(shè)備與軟件

臺式電腦CPU:Core i5 2300,內(nèi)存:DDR3 1333MHZ 2G × 2,顯卡:NVIDIA GeForce 6100 nForce 405(Windows XP系統(tǒng)),Micro CT(型號:ZKKS-MCT-SHARP,廣州市中科愷盛醫(yī)療科技有限公司提供,中國),軟件:Mimics10.01( Materialise公司,比利時(shí))。

1.3方法

1.3.1掃描數(shù)據(jù) Micro CT球管實(shí)驗(yàn)前預(yù)熱時(shí)間 3 min,預(yù)熱后設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)[管電壓:60 kvp( kilovolt peak,千伏峰值) ; 功率:30W; 電流:0.5mA;掃描層厚:20 μm; 探測器疊加模式:6 幀疊加,中視野掃描],對設(shè)備進(jìn)行空掃和暗電流掃描,將顱骨標(biāo)本進(jìn)行Micro CT高精度掃描,掃描時(shí)保持顱骨左右徑與檢查平臺垂直,開啟 X-ray 開關(guān)開始采集數(shù)據(jù),用時(shí) 28 min,掃描完成后用 Micro CT 自帶處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,調(diào)整窗寬、窗位,主要保留聽泡區(qū)域,數(shù)據(jù)保存為標(biāo)準(zhǔn)DICOM 格式文件,獲取圖像509張。

1.3.2三維重建 將獲得的標(biāo)準(zhǔn)DICOM格式序列文件導(dǎo)入mimics軟件,Thresholding(域值) 功能采集灰度,由軟件自動生成 Mask(蒙板),調(diào)整域值,閾值分割、區(qū)域增長,逐張比對原圖像并修改噪點(diǎn),重復(fù)逐層編輯蒙板、計(jì)算輪廓線,保證 Mask 邊緣與各結(jié)構(gòu)邊緣的一致,完成圖像分割,分別三維重建,調(diào)整光順參數(shù),進(jìn)行三維圖像光順化處理。修整模型時(shí),選擇水平位、冠狀位和矢狀位結(jié)合觀察的方式。

2 結(jié)果

2.1聽骨鏈的三維重建

在豚鼠,錘骨頭和砧骨體融合在一起,形成錘砧復(fù)合體(圖1)。鐙骨同人類相似(圖2,圖3)。

圖1 錘砧復(fù)合體

圖2 鐙骨

2.2耳蝸及半規(guī)管

三維重建的耳蝸及半規(guī)管(圖4)。由于MicroCT無法清晰分辯軟組織結(jié)構(gòu),前庭膜無法清晰辨認(rèn),所以前庭階與鼓階組合在一起,作為一個(gè)單一的流體空間。豚鼠耳蝸約4.2回,耳蝸長度是蝸頂?shù)角巴ゴ暗穆菪L度。半規(guī)管的曲率半徑R這么計(jì)算:R=[0.5×(高+寬)/2]。半規(guī)管的高度是前庭窗與半規(guī)管弧上離前庭窗最遠(yuǎn)距離的那個(gè)點(diǎn)(半規(guī)管腔中心)的直徑,而寬度則是垂直于高度測得的半規(guī)管的直徑。半規(guī)管總長度是從前庭窗沿半規(guī)管弧測得。

圖3 鐙骨底板

圖4 中耳聽小骨,耳蝸及半規(guī)管

表1 測量結(jié)果

3 討論

豚鼠由于其顳骨結(jié)構(gòu)與人類相似,廣泛應(yīng)用于耳科實(shí)驗(yàn)中,常用來作以下動物模型:半規(guī)管阻塞、前庭藥物毒性實(shí)驗(yàn)、內(nèi)淋巴水腫、分泌性中耳炎、病理生理研究、不張性中耳炎等。Micro CT技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,整個(gè)樣本的空間被數(shù)字化,重建的樣本可以從任何角度觀察,可以虛擬切片,可以不破壞原來樣本結(jié)構(gòu)的情況下重復(fù)測量。常規(guī)的組織切片的方法三維重建,需要固定、脫鈣、包埋,切片組織學(xué)技術(shù)不同程度地導(dǎo)致組織的收縮或破損,而且,為了三維重建,每個(gè)切片樣本必須被拍到,對齊,導(dǎo)入到軟件,以至于人為導(dǎo)致失真。磁共振(MR)成像價(jià)格昂貴,甚至需要有特殊的固定劑。但是,Micro CT有個(gè)明顯的局限性就是,不能清楚看見軟組織結(jié)構(gòu),比如本實(shí)驗(yàn)中的前庭膜,因此,不可能的單獨(dú)識別前庭階和中階,所以前庭階和中階作為單一流體空間來三維重建,然而,骨螺旋椎板伸向耳蝸的側(cè)壁提供一個(gè)可靠的標(biāo)志,以幫助識別鼓階、前庭階和中階之間的邊界。隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)的發(fā)展,Micro CT在骨科、口腔科、生物材料以及組織工程領(lǐng)域會有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。在本實(shí)驗(yàn)中,本文研究結(jié)果進(jìn)一步完善了豚鼠顳骨解剖數(shù)據(jù),可以幫助和指導(dǎo)準(zhǔn)確定位豚鼠顳骨結(jié)構(gòu),這些數(shù)據(jù)及可視化三維形態(tài)學(xué)可以構(gòu)建更多的動物模型,為進(jìn)一步研究豚鼠耳科學(xué)動物模型提供三維解剖學(xué)參考。

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