Beurteilung der Knochenbruchheilung mittels Mikro-Computertomographie
Summary
Die Mikro-Computertomographie (μCT) ist ein zerstörungsfreies bildgebendes Verfahren, das in präklinischen Studien zur Beurteilung der Knochenstruktur beiträgt, jedoch gibt es keinen Konsens über μCT-Verfahren zur Analyse der knochenheilenden Kallus. Diese Studie bietet ein schrittweises μCT-Protokoll, das die Überwachung der Frakturheilung ermöglicht.
Abstract
Die Mikro-Computertomographie (μCT) ist die gebräuchlichste bildgebende Modalität, um die dreidimensionale (3D) Morphologie von Knochen und neu gebildetem Knochen während der Frakturheilung in translationalen wissenschaftlichen Untersuchungen zu charakterisieren. Untersuchungen zur Heilung von Röhrenknochenbrüchen bei Nagetieren beinhalten in der Regel eine sekundäre Heilung und die Bildung eines mineralisierten Kallus. Die Form des gebildeten Kallus und die Dichte des neu gebildeten Knochens können je nach Zeitpunkt und Behandlung erheblich variieren. Während Standardmethoden zur Quantifizierung von Parametern intakter kortikaler und trabekulärer Knochen weit verbreitet und in kommerziell erhältliche Software eingebettet sind, gibt es keinen Konsens über Verfahren zur Analyse der heilenden Kallus. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein standardisiertes Protokoll zu beschreiben, das den Knochenvolumenanteil und die Kallusmineraldichte im heilenden Kallus quantifiziert. Das Protokoll beschreibt verschiedene Parameter, die bei der Bildgebung und Analyse berücksichtigt werden sollten, einschließlich der Probenausrichtung während der Bildgebung, der Größe des interessierenden Volumens und der Anzahl der Schichten, die konturiert werden, um die Hornhaut zu definieren.
Introduction
Die Mikro-Computertomographie (μCT)-Bildgebung ist in der präklinischen Knochenforschung weit verbreitet und liefert nicht-invasive, hochauflösende Bilder zur Beurteilung der Mikrostruktur von Knochen 1,2,3,4,5. Bei der μCT handelt es sich um eine große Anzahl von Röntgenbildern, die von einer rotierenden Probe oder unter Verwendung einer rotierenden Röntgenquelle und eines Detektors aufgenommen werden. Algorithmen werden verwendet, um volumetrische 3D-Daten in Form eines Stapels von Bildschichten zu rekonstruieren. Die klinische CT ist der Goldstandard für die 3D-Bildgebung menschlicher Knochen, und die μCT ist eine häufig verwendete Technik zur Bewertung der Knochenheilungseffizienz bei Versuchstieren 1,2,3,4,6,7. Mineralisierter Knochen hat einen ausgezeichneten Röntgenkontrast, während Weichteile einen relativ schlechten Kontrast aufweisen, es sei denn, es wird ein Kontrastmittel verwendet. Bei der Beurteilung der Frakturheilung erzeugt die μCT Bilder, die detaillierte Informationen über die 3D-Struktur und Dichte des mineralisierten Kalluses liefern. In-vivo-μCT-Scans können auch zur longitudinalen und zeitlichen Beurteilung der Frakturheilung verwendet werden.
Die Quantifizierung von intaktem kortikalem und trabekulärem Knochen mittels μCT ist im Allgemeinen gut etabliert und standardisiert8. Obwohl präklinische Studien eine Vielzahl von Quantifizierungsmethoden verwenden, um die Frakturheilung zu analysieren 9,10,11, wurde ein detailliertes Protokoll der μCT-Bildanalyse zur Kallusquantifizierung noch nicht veröffentlicht. Daher ist es das Ziel dieser Studie, ein detailliertes Schritt-für-Schritt-Protokoll für die μCT-Bildgebung und -Analyse von Knochenheilungskallus bereitzustellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Zweck dieser Studie ist es, ein detailliertes Protokoll für die μCT-Analyse mit dem Ziel einer genauen Quantifizierung der 3D-mineralisierten Kallusstruktur zu beschreiben, die bei Knochen- und Frakturheilungsstudien oft von grundlegender Bedeutung ist. Das Protokoll nutzt eine universelle, hochmoderne 3D-Bildanalyse-Softwareplattform, die die Bildvisualisierung, Segmentierung/Beschriftung und Messungen von einfach bis komplex erleichtert.
Die zeitaufwändigste Aufgabe im Protokoll ist d…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health (NIH) R01 DK121327 zu R.A.E und R01 AR071968 zu F.K.
Materials
| 10% neutral buffered formalin | Fisher chemical | SF100-20 | Used for bone tissue fixation |
| Avizo | Thermo Scientific | Image processing and analysis software | |
| Hydroxyapatite phantom | Micro-CT HA D4.5, QRM | QRM-70128 | |
| Image Processing Language | Scanco | Used to convert raw images to DICOM images | |
| Micro-Mosquito Straight Hemostatic Forceps | Medline | Used to remove the intramedullary pin | |
| Microsoft Excel | Microsoft | Spreadsheet software | |
| Scanco mCT system (vivaCT 40) | Scanco | Used for µCT imaging |
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