构建腰椎三维图像模型兔的特点分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.12.015

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (12): 1889-1893.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.12.015

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构建腰椎三维图像模型兔的特点分析

贺庆1，李兵1，邓燕青2，卓祥龙1，江宇1

1广西医科大学第四附属医院-柳州市工人医院骨科，广西壮族自治区柳州市 545005；2湖南省永州市中心医院骨科，湖南省永州市 425000

收稿日期:2017-03-06 出版日期:2017-04-28 发布日期:2017-05-16
通讯作者: 李兵，主任医师。广西医科大学第四附属医院-柳州市工人医院骨科，广西壮族自治区柳州市 545005
作者简介:贺庆，硕士，主治医师。
基金资助:
广西区自然科学基金(2010GXNSFA013257)

Establishment of a three-dimensional model of rabbit lumbar vertebrae: its morphological characters

He Qing1, Li Bing1, Deng Yan-qing2, Zhuo Xiang-long1, Jiang Yu1

1Department of Orthopedics, Fourth Affiliated Hospital of Guangxi Medical University-Liuzhou Worker’s Hospital, Liuzhou 545005, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China; 2Departemnt of Orthopedics, the Central Hospital of Yongzhou, Yongzhou 425000, Hunan Province, China

Received:2017-03-06 Online:2017-04-28 Published:2017-05-16
Contact: Li Bing, Chief physician, Department of Orthopedics, Fourth Affiliated Hospital of Guangxi Medical University-Liuzhou Worker’s Hospital, Liuzhou 545005, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China
About author:He Qing, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, Fourth Affiliated Hospital of Guangxi Medical University-Liuzhou Worker’s Hospital, Liuzhou 545005, Guangxi Zhuang Autonomous Region, China
Supported by:
the Natural Science Foundation of Guangxi Zhuang Autonomous Region, No. 2010GXNSFA013257

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
腰椎痛：是由于比较常见的有腰部骨质增生、骨刺、椎间盘突出症、腰椎肥大、椎管狭窄、腰部骨折、椎管肿瘤、腰部急慢性外伤或劳损、腰肌劳损及强直性脊柱炎等疾病引起的腰部疼痛。
腰椎：椎体较大，棘突板状水平伸向后方，相邻棘突间间隙宽，可作腰椎穿刺用，关节突关节面呈矢状位。人体有5个腰椎，每一个腰椎由前方的椎体和后方的附件组成。椎板内缘成弓形，椎弓与椎体后缘围成椎孔，上下椎孔相连，形成椎管，内有脊髓和神经通过，2个椎体之间的联合部分就是椎间盘。

摘要
背景：兔腰椎形态结构特点对腰椎动物实验研究起着重要的作用，但目前缺少兔腰椎形态结构相关的研究。
目的：构建兔腰椎三维图像模型，观察其腰椎的形态结构特点，为腰椎动物实验研究提供解剖形态学依据。
方法：用西门子64排螺旋CT扫描20只新西兰大白兔，获得140节腰椎扫描资料，构建兔腰椎三维图像模型，测量L1-7椎体的形态学参数，观察腰椎的内外部解剖结构及不同节段的变化特点。
结果与结论：①新西兰大白兔腰椎各解剖形态学指标变化：兔L1-7节段椎体高度呈现“两头小中间大”趋势，在L7节段最小，其高度仅为(1.12±0.18) cm；L1节段椎体横径最小，为(1.03±0.15) cm，L1-7节段各椎体纵径的节段性变化较小；L1-6节段椎管横径和纵径均逐渐增大，L7节段时突然变小；椎弓宽度在L1-7节段逐渐增大，但变化平稳；椎弓根高度在L1-5节段平稳变化，L6-7节段开始突然变小，与其他节段相差甚大，到L7节段时最小，仅为(0.58±0.11) cm；棘突宽度和长度在L1-6节段平稳增大，在L7节段变小；横突长度在L1-3节段逐渐增大，L3-6节段较平稳，L6-7节段显著变小；横突夹角在L1-6节段差异度小，但在L7节段显著增大，为(58±2)°。②结果证实：新西兰大白兔腰椎形态学测量可以观察到腰椎的内外部解剖结构及不同节段的形态变化特点，为腰椎动物实验研究提供详细的解剖形态学参数资料。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0002-4385-663X(贺庆)

关键词: 组织构建, 组织工程, 腰椎, 形态学, 动物实验, 造模, 解剖, 三维图像, 参数, 测量, CT, 大白兔, 广西壮族自治区自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Morphological characteristics of the rabbit lumbar vertebrae are of great significance for animal experiments about lumbar spine, but there is a lack of study on the lumbar morphology in rabbits.
OBJECTIVE: To establish a three-dimensional model of rabbit lumbar vertebrae, and to observe its morphological characteristics, thereby providing anatomical basis for the animal experiments about lumbar spine.
METHODS: Twenty New Zealand rabbits were subjected to 64-row multi-detector CT (Siemens) scan, and the three-dimensional models were constructed based on the CT data from 140 lumbar vertebrae. The morphological parameters of L1-7 were measured, and the internal and external structures of lumbar vertebrae and changes of different segments were observed.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Changes of the morphological parameters of each lumbar vertebra: the L1-7 height first increased and then decreased, and the shortest height was in the L7, which was (1.12±0.18) cm. L1 vertebral body exhibited the shortest transverse diameter, (1.03±0.15) cm, and the longitudinal diameter did not differ significantly among vertebrae. The transverse and longitudinal diameters of L1-6 spinal canals were on a rise, but decreased abruptly at L7. The pedicle width of L1-7 increased gradually; the pedicle height of L1-5 increased gradually, and then began to decrease markedly, and the shortest at L7, (0.58±0.11) cm. The width and length of L1-6 spinous process increased steadily, but decreased at L7. The length of L1-3 transverse process increased gradually, tended to be steady at L3-6, and increased notably at L6-7; there were significant differences in the transverse process angle at L1-6, but the angle increased markedly to (58±2)° at L7, (2) These results indicate that the internal and external structures of lumbar vertebrae and changes of different segments are obtained through morphological measurement of lumbar vertebrae in New Zealand white rabbit, which provides a detailed anatomical data for relative animal experiments.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Tissue Engineering, Models, Animal, Anatomy

中图分类号:

R318

贺庆，李兵，邓燕青，卓祥龙，江宇. 构建腰椎三维图像模型兔的特点分析[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(12): 1889-1893.

He Qing1, Li Bing1, Deng Yan-qing2, Zhuo Xiang-long1, Jiang Yu1. Establishment of a three-dimensional model of rabbit lumbar vertebrae: its morphological characters[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(12): 1889-1893.

图/表（结果） 1

参考文献

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引言

材料方法

1.1 设计影像学动物实验。

1.2 时间及地点于2013年12月至2014年2月在广西医科大学第四附属医院中心实验室和CT室完成。

1.3 材料健康6月龄20只新西兰大白兔，雌雄各半，体质量(2.5±0.5) kg，由广西医科大学动物实验中心提供。实验前予腰椎正侧位X射线片已排除了腰椎病变。

1.4 实验方法

1.4.1 CT扫描将兔适应性饲养2周后，使用体积分数3%戊巴比妥钠(30 mg/kg；北京普博斯生物科技有限公司)进行耳缘静脉麻醉，注射过程中注意观察动物的反应，以防出现麻醉意外，麻醉好后将实验动物固定好后置于检查台上行腰椎CT扫描(德国西门子公司 SOMATOM Definition，扫描参数：层厚= 0.75 mm，螺距=0.8， 120 kV，275 mAs；扫描范围：包含完整的L_1-7椎体结构)。

实验动物取仰卧位，固定好后置于检查台上，注意保持实验动物腰椎成直线，使中间的扫描线经过腰椎的中份，所有动物均采用相同的扫描序列进行连续性扫描。将CT扫描原始资料导入CT后处理系统中的重建软件中，利用重建软件中强大的图像分析能力和完善的医学图像建模功能，将原始资料按标准算法进行冠状位、矢状位和轴位等多平面的2D或3D重建，利用重建软件进行切割和旋转可获得不同部位的矢状位、轴位图像或三维图像。

1.4.2 腰椎解剖参数测量方法建立重建模型后，利用CT后处理系统中的重建软件可以从不同的角度和不同的层面对新西兰大白兔腰椎重建模型进行切割和旋转，选取1 420张不同测量部位的矢状位、轴位或三维图像，使用重建软件包中的测量工具对腰椎的形态学参数进行具体测量，见图1。

椎体高度的测量：取椎体的2D正中矢状位图，调整骨窗，利用软件包中的长度测量工具分别测量椎体的前、中、后高度(椎体的前、中、后高度不一致)，取椎体前、中、后高度的平均值定义为椎体高度(Vertebral height，VH)^[1]。

椎体横径和纵径的测量：在3D重建图上以0.5 mm间距垂直椎体纵轴线连续切割腰椎椎体，获得椎体的3D轴位图，分别测量椎体下缘层面的横径与纵径(椎体上、下层面的横径和纵径存在差异)，分别取椎体上、下缘层面的平均值定义为椎体横径(Vertebral transverse diameter，VTD)、椎体纵径(Vertebral longitudinal diameter，VLD)^[2]。

椎管横径和纵径的测量：在椎管的2D轴位图上，取椎管面积最大的层面(椎管轴位与棘突矢状位重叠处，次层面的椎管横径和纵径最长)测量椎管的横径和纵径，分别定义为椎管横径(Transverse diameter of the spinal canal，TDSC)、椎管纵径(Longitudinal diameter of the spinal canal，LDSC)^[3]。

横突夹角的测量：在腰椎最大骨密度图(MIP)上，横突基底部中点跟横突末端的连线与上下横突基底部连线所构成的夹角定义为横突夹角(Transverse angle，TA)，通过重建软件中的角度测量工具即可测量出横突夹角的大小^[4]。

横突宽度和长度的测量：在横突2D矢状位图上，取横

突基底部最宽的层面图测量横突的宽度定义为横突宽度(Transverse width，TW)，测量方法如图1；取横突基底部中点与横突末端连线的巨鹿测量横突长度定义为横突长度(Transverse length，TL)^[5-6]。

棘突宽度和高度的测量：在棘突2D矢状位图上，取棘突基底部最宽的层面图测量棘突的宽度定义为棘突宽度(Spine width，SW)，测量方法如图1；取棘突基底部中点与棘突末端连线的距离测量棘突的长度，定义为棘突长度(Spinous length，SL)^[7]。

椎弓宽度的测量：在椎弓的2D轴位图上，分别取左右椎弓宽度最大的层面(即椎弓轴位与横突矢状位重叠处，此层面的椎弓宽度最宽)测量左右椎弓宽度，取左右椎弓宽度的平均值定义为椎弓宽度(Arch width，AW)^[^8-9]。

椎弓根高度的测量：在椎弓根的2D矢状位图上，调整骨窗，分别测量左右椎弓根上下缘最短的距离即为左右椎弓根高度，取左右椎弓根高度的平均值定义为椎弓根高度(Pedicle height，PH)^[8-9]。

1.5 主要观察指标观察兔腰椎各测量参数的特点及变化趋势。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

3.1 新西兰大白兔腰椎形态学测量的实用价值随着腰椎疾病研究的深入及实验动物学的发展，腰椎动物模型的应用越来越广泛，如腰椎间盘退变动物模型，腰椎骨折动物模型、腰椎管狭窄动物模型等；而新西兰大白兔腰椎的解剖形态与人类腰椎具有高度相似性^[9-10]，而且新西兰大白兔具有价格低廉、饲养方便、抗病能力强、结果可靠、适合大规模实验等特点，是研究人类腰椎疾病可靠的动物载体^[11-12]；同时因为兔为非直立行走动物，因此其与人体腰椎也存在一定的差异^[13-14]。目前国内外有关腰椎形态学的研究大多集中于人体^[15-16]，鲜有动物腰椎形态学研究的文献报道^[17-18]，而兔腰椎形态学方面的研究未见相关文献报道。

实验研究利用CT和重建技术测量获得了新西兰大白兔腰椎详细的解剖形态参数，详细的腰椎形态学参数有助于提高腰椎动物实验的准确性和成功率，减少实验的干扰因素。如在针刺法建立兔腰椎间盘退变模型实验过程中需要暴露一侧腰椎和进行穿刺，而腰椎周围的解剖结构复杂，含有大量的血管和神经，造模前应详细了解大白兔腰椎的解剖形态特点，掌握穿刺深度，否则容易造成实验动物的瘫痪、大出血或者死亡，穿刺针的进针方向也需与其腰椎横突成一定的角度^[19-20]。在进行腰椎融合实验前，需要掌握实验动物的椎弓根形态参数，如椎弓根的宽度、长度、高度等，实验前掌握了这些参数可最大限度提高融合率。

3.2 测量方法的评价腰椎形态学测量的方法很多,目前主要有骨骼标本测量、X射线片测量、CT图像测量、三维图像重建测量及MRI图像测量等^[21-22]。CT重建技术是近年来研究的热门，也是目前比较公认的测量方法；有研究证实CT测量得出的腰椎形态学参数和实际测得值间非常接近^[9]。Misenhimer等^[23]研究证实CT测量结果和实际的卡钳测量结果很接近，其误差平均仅0.33 mm。方先来等^[24]采用螺旋CT和三维重建技术对腰椎椎弓根的形态参数进行测量研究，并与实体解剖测量结果相比较，认为两种测量方法的测得结果基本一致。CT及重建技术测量准确，操作简单，强大的建模功能可快速取得二维或三维空间任何角度的重建平面，并可在不同平面进行切割和旋转，使测量更加直观、准确，同时软件测量还可以减少人工测量的误差，使测量数据的精确度更高^[5]；利用CT重建还可以在无创的情况对腰椎内部解剖结构和形态学进行反复的测量研究^[25-47]。

实验详细测量了新西兰大白兔的腰椎形态学参数，可以观察到腰椎的内部结构及不同节段的形态学变化特点，为动物腰椎实验提供详细的形态学参数资料，为动物腰椎形态学研究提供了一种可靠的研究方法。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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