本文關(guān)鍵詞：椎間盤的同步輻射成像研究

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【摘要】：研究背景:椎間盤退變對人類健康有嚴(yán)重威脅性,由其引發(fā)相關(guān)疾病可能造成患者頸部、腰部疼痛,四肢的麻木疼痛、活動障礙,大小便功能異常等嚴(yán)重后果,對個人和社會都造成了沉重的負(fù)擔(dān)。目前對椎間盤的研究成為了脊柱外科領(lǐng)域的研究熱點,而現(xiàn)階段我們判斷椎間盤是否退變的主要依賴對椎間盤的影像學(xué)檢查,包括傳統(tǒng)的X線成像,高分辨率CT(HRCT)檢查,以及核磁共振檢查(MRI),但現(xiàn)有檢查手段存在技術(shù)上的不足,常規(guī)磁共振成像(MRI)的分辨率只能達(dá)到1mm,高分辨率CT(HRCT)也僅可達(dá)到0.25-0.68mm。在我們需要觀察的細(xì)微結(jié)構(gòu)小于這些檢查的更高分辨率時,由于成像技術(shù)的局限性,上述檢查對一些精細(xì)的結(jié)構(gòu)以及軟組織的顯像不能達(dá)到臨床需要。為了對椎間盤終板、纖維環(huán)、髓核結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加細(xì)致的成像,本課題主要通過上海同步輻射光源(SSRF)生物醫(yī)學(xué)線站對人和小鼠的椎間盤進(jìn)行成像,目的在于研究同步輻射技術(shù)應(yīng)用于椎間盤成像的實驗方法可行性。同步輻射是速度接近光速的電子或其他帶電粒子在作曲線運動時沿軌道切線方向發(fā)出時連續(xù)分布的輻射光。至今,同步輻射光源,以其高通量、高亮度、高準(zhǔn)直性、波長可調(diào)等不可替代的優(yōu)點使得成像技術(shù)獲得了革命性的發(fā)展。目前,同步輻射的應(yīng)用主要集中在血管成像方面,Zhang MQ等[1]使用同步輻射成像技術(shù),在無造影劑的情況下,對小鼠大腦進(jìn)行成像,并三維重建,可以觀察到的最小血管的直徑為11.8μm,提出了通過同步輻射可以更加細(xì)致的顯示小鼠腦部血管,是一條研究大腦功能的有效途徑。目前為止,對同步輻射成像應(yīng)用于椎間盤的實驗方法還未有報道,為此,本課題將研究同步輻射成像技術(shù)應(yīng)用于椎間盤的成像實驗方法,主要利用同步輻射對人椎間盤,小鼠椎間盤成像,MRI、CT、組織學(xué)染色等技術(shù)為輔助,初步研究同步輻射對椎間盤成像的方法,將觀察到的細(xì)微結(jié)構(gòu)與臨床現(xiàn)象相結(jié)合。目的:本研究首先嘗試?yán)蒙虾Ｍ捷椛涔庠?SSRF)BL13W1生物醫(yī)學(xué)線站,觀察經(jīng)過酒精梯度脫水的新鮮尸體椎間盤組織,并用其線站的更高分辨率(0.65微米)對小鼠椎間盤組織進(jìn)行觀察,研究在不同組織下,同步輻射成像的最佳參數(shù)。通過與MRI、CT、組織學(xué)染色等技術(shù)對比,探討同步輻射成像應(yīng)用椎間盤研究的可行性,了解椎間盤的微細(xì)結(jié)構(gòu),特別是對終板營養(yǎng)通道以及纖維環(huán)分布情況的觀察。研究內(nèi)容及方法:采集新鮮尸體“椎體-椎間盤-椎體”結(jié)構(gòu)單元與小鼠“椎體-椎間盤-椎體”結(jié)構(gòu)單元作為樣本。人椎間盤組織通過梯度脫水,分別MRI、CT檢查,同步輻射成像。小鼠椎間盤組織通過梯度脫水固定,同步輻射成像,石蠟包埋后進(jìn)行天狼猩紅,阿利新藍(lán),masson染色。得到的椎間盤同步輻射圖像,利用pitre軟件對采集的tiff格式圖像進(jìn)行處理,按順序進(jìn)行相位恢復(fù)、sinogram重建、slice重建等步驟。實驗參數(shù)以及相位恢復(fù)與slice重建的參數(shù)均是通過反復(fù)多次嘗試,從而獲取最優(yōu)化的數(shù)值。利用vgstudiomax2.1軟件包進(jìn)行小鼠椎間盤的三維重建,導(dǎo)入數(shù)據(jù)后,調(diào)整窗寬窗位,并對不同窗位的圖像進(jìn)行不同的染色,以凸顯希望顯示的結(jié)構(gòu)。結(jié)果:(1)椎間盤同步輻射成像實驗參數(shù)如下:(1)在分辨率為9微米的情況下,人椎間盤終板成像參數(shù):能量為17kev,束流為55ma,樣品距檢測器為50cm,曝光時間為60ms。人椎間盤纖維環(huán)成像參數(shù):能量為15kev,束流為46ma,樣品距檢測器為50cm,曝光時間為50ms。人椎間盤髓核成像參數(shù):能量為13kev,束流為37ma,樣品距檢測器為50cm,曝光時間為30ms。(2)在分辨率為0.65微米的情況下,小鼠椎間盤終板成像參數(shù):能量為15kev,束流為46ma,樣品距檢測器為6.5cm,曝光時間為50ms。小鼠椎間盤纖維環(huán)成像參數(shù):能量為14kev,束流為40ma,樣品距檢測器為6.5cm,曝光時間為50ms。小鼠椎間盤髓核成像參數(shù):能量為11kev,束流為32ma,樣品距檢測器為6.5cm,曝光時間為60ms。(2)使用同步輻射成像觀察到的微細(xì)結(jié)構(gòu):在人椎間盤終板內(nèi)可以觀察到最小直徑約在50微米的骨小梁結(jié)構(gòu),骨小梁之間相互連通,形成復(fù)雜的“海綿孔隙樣”通道。在小鼠椎間盤終板的成像中我們可以觀察到最小直徑約10微米的骨小梁結(jié)構(gòu),在近椎間盤端,終板內(nèi)骨小梁的致密程度明顯增加;在髓核中,我們觀察到最小直徑約為8微米的細(xì)胞樣結(jié)構(gòu);小鼠椎間盤纖維環(huán)可以觀察到最小的纖維直徑約為6微米,纖維環(huán)在椎間盤的分布具有不均性。結(jié)論:(1)本課題首次利用同步輻射成像觀察人和動物的椎間盤組織,通過對實驗參數(shù)的反復(fù)實驗,實現(xiàn)了對人椎間盤終板以及小鼠椎間盤纖維環(huán)、終板、髓核的成像,在未來的臨床診療方面有巨大潛力。(2)本研究發(fā)現(xiàn),使用分辨率為9微米的同步輻射成像,可以觀察到人椎間盤終板內(nèi)骨小梁結(jié)構(gòu),最小直徑約在50微米。這些發(fā)現(xiàn)使我們對椎間盤退變的早期診斷具有重大意義,但如何將成像區(qū)域定位在需要檢查的椎間盤,如何降低輻射對人健康的傷害,這些問題還需要進(jìn)一步研究。(3)本研究發(fā)現(xiàn),使用分辨率為0.65微米的同步輻射成像,可以清晰的顯示小鼠椎間盤終板內(nèi)的骨小梁結(jié)構(gòu),通過三維重建技術(shù)可以對椎間盤終板營養(yǎng)通道有進(jìn)一步的認(rèn)識,從而對椎間盤退變的病理生理變化有新的研究方式。(4)本研究在使用分辨率為0.65微米的同步輻射成像過程中,發(fā)現(xiàn)小鼠椎間盤纖維環(huán)的分布不均勻,鑒于椎間盤對保護(hù)髓核、緩解脊柱壓力的重要作用,其形態(tài)學(xué)的特殊性,可能與臨床上椎間盤突出的常見部位有關(guān)。(5)本研究發(fā)現(xiàn)將同步輻射成像技術(shù)應(yīng)用到椎間盤組織上的做法,使得我們能夠觀察到原來難以發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)象(尤其是對軟組織的成像),這些能力提示我們要充分發(fā)揮同步輻射的優(yōu)良特質(zhì),使用多種模型論證,使得同步輻射成像在研究疾病的早期診斷、治療中發(fā)揮更重要作用。
【關(guān)鍵詞】：同步輻射 椎間盤 成像
【學(xué)位授予單位】：第二軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R681.5
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 前言12-22
• 一、椎間盤結(jié)構(gòu)研究的重要性及現(xiàn)狀12-14
• 二、同步輻射成像的應(yīng)用14-18
• 三、利用同步輻射研究椎間盤的重要意義18-19
• 四、小結(jié)19-20
• 參考文獻(xiàn)20-22
• 第一章 同步輻射對人椎間盤的形態(tài)學(xué)研究22-32
• 一、引言22
• 二、實驗方法和材料22-26
• 三、實驗結(jié)果26-29
• 四、分析與討論29-31
• 參考文獻(xiàn)31-32
• 第二章 同步輻射對小鼠椎間盤形態(tài)學(xué)研究32-44
• 一、引言32
• 二、實驗方法和材料32-37
• 三、實驗結(jié)果37-40
• 四、分析與討論40-42
• 參考文獻(xiàn)42-44
• 總結(jié)和展望44-46
• 綜述46-56
• 參考文獻(xiàn)51-56
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表的有關(guān)論文56-57
• 致謝57-59

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