增強Micro CT掃描周圍神經圖像清晰度的方法
【專利摘要】本發明涉及醫學技術領域，公開了一種增強Micro CT掃描軟組織圖像清晰度的方法，包括利用含鈣離子的溶液對周圍神經等軟組織進行染色后，再利用Micro CT對染色后的軟組織進行掃描。本發明掃描圖像的精度達到了重建神經束的要求，解決了周圍神經三維重建時精度不夠和圖像不清晰的問題；本發明對周圍神經樣本進行鈣劑染色，在充分保持人體軟組織原始結構的同時使之適于CT掃描，解決了軟組織重建不能采用CT掃描的問題。
【專利說明】
増強Micro CT掃描周圍神經圖像清晰度的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種利用Micro CT清晰掃描軟組織圖像的方法，屬于醫學3D打印生物
技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著3D打印技術的不斷成熟，實現組織器官的打印已成為可能，但周圍神經等軟 組織因其內部結構的復雜化而無法實現真正的仿生打印，究其原因是難以得到打印需要的 模板。目前，要想獲得周圍神經打印的模板需要首先利用影像學獲取周圍神經的三維結構， 再通過計算機輔助處理數據生成可用于打印機運行的指令。所以獲取清晰的周圍神經圖像 至關重要，是能否實現打印的關鍵步驟。
[0003] 影像學三維重建的技術主要包括計算機斷層掃描（computed tomography，CT)和 核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI)。其中，計算機斷層掃描中Micro CT (micro computed tomography，微計算機斷層掃描技術)更適于微結構的成像，其又稱微型 CT、顯微CT，是一種非破壞性的3D成像技術，可以在不破壞樣本的情況下清楚了解樣本的內 部顯微結構。它與普通臨床的CT最大的差別在于分辨率極高，可以達到微米(μπι)級別。相比 MRI，Micro CT具有價格低，容易放置和掃描快速等優點，利用Micro CT對軟組織進行無創 的三維結構重建是很理想的。Micro CT成像獲取的圖像可以分辨組織巨微結構（ΙΟμπι以內） 甚至可以用于分析組織支架的機械性能，進而幫助改進支架巨微結構的設計和制造。但其 缺點在于具有電離輻射，不能區分具有相同密度的軟組織。這樣的性能理論上更適合于硬 組織的重建，因此Micro CT在骨組織成像中應用十分方便，但對于軟組織的成像還是困難 的，因為在軟組織中密度幾乎相同，缺少對比度而導致無法成像。Micro CT在軟組織成像主 要是添加對比劑，已經實現的是膝關節內和肺內注入造影劑。2008年Alex de Crespigny等 人通過一種預處理方法研究腦的三維結構發現，腦組織經過碘染色預處理后用Micro CT掃 描得到的圖像比Micro MRI更加接近解剖形態。Jeffer等人通過碘劑增強肌肉纖維Micro CT得到的很清晰的三維結構，其結論是應用碘劑增強Micro CT的掃描軟組織是無破壞性且 有效的方法。雖然已經有實驗證明通過不同的預處理方法可增強Micro CT對軟組織的掃 描，但是要想利用Micro CT掃描的結果重建三維數據并進行3D打印，還是存在清晰度不夠 的問題。
【發明內容】
[0004] 為了解決上述問題，本發明提供了一種增強Micro CT掃描軟組織圖像清晰度的方 法，該方法通過添加鈣劑處理軟組織標本，用以增加周圍神經Micro CT掃描時的對比度來 使得周圍神經的三維重建更加清晰，獲得3D打印所需的清晰度，以彌補現有技術的不足。
[0005] 為達到上述目的，本發明采取的具體技術方案包括：
[0006] -種增強Micro CT掃描軟組織圖像清晰度的方法，該方法包括如下步驟：
[0007] (1)利用含鈣離子的溶液對軟組織進行染色；
[0008] (2)利用Micro CT對染色后的軟組織進行掃描。
[0009] 進一步的，所述軟組織為周圍神經，優選為人周圍神經。
[0010] 進一步的，所述含鈣離子的溶液中鈣離子濃度為不低于20%，優選為氯化鈣溶液。
[0011] 本發明還提供一種軟組織的三維重建的方法，該方法包括如下步驟：
[0012] (1)利用含鈣離子的溶液對軟組織進行染色；
[0013] ⑵利用Micro CT對染色后的軟組織進行掃描。
[0014] 本發明還提供了一種軟組織的3D打印方法，該方法包括上述三維重建的方法。 [0015]本發明的增強Micro CT掃描軟組織圖像清晰度的方法的有益效果為：
[0016] 1、本發明采用Micro CT掃描周圍神經等軟組織，掃描圖像的精度達到了重建神經 束的要求，連續斷層圖像在重建時自動對齊，同時解決了周圍神經三維重建時精度不夠和 圖像不清晰的問題；
[0017] 2、本發明對周圍神經樣本進行鈣劑染色，在充分保持人體軟組織原始結構的同時 使之適于CT掃描，解決了軟組織重建不能采用CT掃描的問題；
[0018] 3、本發明提出了一種Micro CT掃描人周圍神經樣本的具體參數設置，使周圍神經 可以在不同精度下進行重建。
[0019] 本發明中周圍神經三維重建就是3D生物打印周圍神經最關鍵和最基礎的一步。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實施例中周圍神經三維重建的流程圖；
[0021]圖2為本發明實施例中經Micro CT掃描染色后的周圍神經橫斷面所得的圖像； [0022]圖3為本發明實施例中重建的周圍神經三維模型；
[0023]圖4為本發明實施例中鈣劑染色前Micro CT掃描圖像(A)與鈣劑染色后Micro CT 圖像(B)的對比圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0025]本發明實施例提供一種增強Micro CT掃描軟組織圖像清晰度的方法，該方法包括 如下步驟：
[0026] (1)利用含鈣離子的溶液對軟組織進行染色；
[0027] (2)利用Micro CT對染色后的軟組織進行掃描。
[0028] 根據本發明的一個優選實施例，該軟組織為周圍神經，優選為人周圍神經。
[0029] 根據本發明的一個優選實施例，該含鈣離子的溶液為氯化鈣溶液，鈣離子濃度優 選為20%或更高。
[0030]進一步的，上述步驟(1)的具體操作為：
[0031]將周圍神經在顯微鏡下去除神經周圍的脂肪與結締組織，切成小段，室溫下置于 滅菌注射用水中靜置7-10h;無菌操作下除去滅菌注射用水，將該周圍神經浸泡于飽和的氯 化鈣溶液(20%濃度，質量體積比）中2-3天，并加以輕微震蕩；取出神經組織后用濾紙吸取 多余水分，放于密封干燥的容器里儲存備用。
[0032]進一步地，上述步驟(2)的具體操作為：
[0033]使用Micro CT掃描鈣劑染色后的周圍神經，且掃描參數具體設置為:將Micro CT 掃描視野設置為9mm;能量/電流強度:55kVp，109μΑ，6W;過濾:0.1mm A1;校正:55kVp，0.1mm A1，BH:有機玻璃為PMMA板;積分時間：1500ms;平均數據:3;視野直徑:10.2mm;體素大小:5μ m;樣本：3400;投射/180° :1500。
[0034]本發明實施例還提供一種軟組織的三維重建的方法，該方法包括如下步驟：
[0035] (1)利用含鈣離子的溶液對軟組織進行染色；
[0036] (2)利用Micro CT對染色后的軟組織進行掃描。
[0037]根據本發明的一個具體實施例，該三維重建的方法還包括對Micro CT進行參數設 置的步驟，其中能量/電流強度設置為:55kVp，72μΑ，6W。
[0038]本發明實施例還提供了一種軟組織的3D打印方法，該方法包括上述三維重建的方 法。
[0039]進一步地，在該3D打印方法中，由上述方法得到的掃描圖像再經掃描圖像軟件進 行處理，重建連續的DIC0M(即醫學數字成像和通信格式)的神經連續斷層掃描圖像;再應用 計算機輔助軟件進行后期的處理即CAD/CAM，最終實現了對周圍神經的三維重建。
[0040]本發明采用的Micro CT掃描周圍神經等軟組織的方法中，通過鈣離子的染色使得 掃描圖像的精度達到了重建神經束的要求，并且連續斷層圖像在重建時自動對齊，同時解 決了周圍神經三維重建時精度不夠和圖像不清晰的問題。
[0041 ] 實施例1
[0042]圖1顯示了本發明的利用Micro CT掃描周圍神經圖像并進行三維重建的方法的流 程圖，該方法包括以下步驟：
[0043] (1)獲取人的周圍神經，并進行染色：
[0044] 捐獻的人周圍神經顯微鏡下去除神經周圍的脂肪與結締組織，切成小段;室溫下 置神經組織于滅菌注射用水中靜置7h;無菌操作下除去滅菌注射用水，將神經浸泡于飽和 的氯化鈣溶液中2天，并加以輕微震蕩；取出神經后用濾紙吸取周圍的水分，放在密封干燥 的容器里儲存備用；
[0045] (2)Micro CT掃描鈣劑染色后的人周圍神經：
[0046]使用瑞典SCANC0 MEDICAL公司的yCT50掃描步驟（1)獲得的神經樣本，CT設置掃描 參數如下：
[0047] 將Micro CT掃描視野設置為9mm
[0048] 能量 / 電流強度：55kVp，109yA，6W
[0049] 過濾：0.1mm A1
[0050] 校正：55kVp，0.1_ A1，BH:有機玻璃(PMMA板）
[0051 ]積分時間：1500ms
[0052] 平均數據:3
[0053] 視野直徑：10.2mm
[0054] 體素大小：5μπι
[0055] 樣本：3400
[0056] 投射/180。：1500;
[0057]掃描后得到DIC0M格式的神經連續斷層掃描圖像，如圖2所示，其中分辨率5μπι，物 理尺寸1.86mm X 1.44mm。圖2A至圖2C為連續的三個神經段的掃描圖像。
[0058] (3)人周圍神經的三維重建
[0059] 經SCAN⑶MEDICAL公司的yCT80自帶的掃描圖像處理軟件重建連續的DIC0M即醫 學數字成像和通信格式的神經連續斷層掃描圖像，如圖3所示，其中分辨率5μπι，物理尺寸 7 · 79mm X 6 · 92mmX 2 · 72mm。由圖3可看出，所得的圖像顯示了周圍神經結構的所有細節，足 以用于后續的3D打印操作。
[0060] 同時，發明人還記錄了未經過鈣離子染色的周圍神經結構和經過鈣離子染色（本 實施例中為氯化鈣)的周圍神經結構的Micro CT掃描圖片的對比，結果顯示于圖4中。由圖4 可以看出，經過鈣離子染色的周圍神經系統的清晰度顯著高于未染色的周圍神經系統。
[0061] 另外，發明人也進行了一系列的對比試驗，分別利用碘劑增強方法、鈣劑增強方法 和冷凍干燥法對各部分神經組織進行Micro CT掃描，分別得到的圖像進行灰度值對比，結 果見表1。經過對比發現，計算P值，鈣劑染色法最有統計學意義。同樣進一步證明了本發明 所提供掃描方法的優越性，實驗證明，對于周圍神經來說鈣劑增強方法是獲取周圍神經 Micro CT掃描圖像用于三維重建的最好方法。
[0062]表1不同染色方法獲得Micro CT圖像的灰度值差異
[0063]
[0064] 注：Fascicular神經束；perineurium神經外膜；connective tissue結締組織； epineurium神經束膜；endoneurium神經內膜。
[0065] 以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，本發明的保護范圍不限于此，任何熟 悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡 單變化或等效替換均落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種增強Micro CT掃描軟組織圖像清晰度的方法，其包括以下步驟： 利用含鈣離子的溶液對軟組織進行染色； 利用Micro CT對染色后的軟組織進行掃描。2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述軟組織為周圍神經。3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述含鈣離子的溶液為氯化鈣溶液。4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述含鈣離子的溶液中鈣離子濃度不低于 20% 〇5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，在利用含鈣離子的溶液對軟組織進行染色的 步驟中，所述染色時間為2-3天。6. -種軟組織的三維重建的方法，其包括如下步驟： (1) 利用含鈣離子的溶液對軟組織進行染色； (2) 利用Micro CT對染色后的軟組織進行掃描。7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括進行參數設置的步驟，其中能量/電流 強度設置為:55kVp，72μΑ，6W。8. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述軟組織為周圍神經。9. 一種軟組織的3D打印方法，其包括如權利要求6-8中任一項所述的方法。
【文檔編號】A61B6/00GK105997114SQ201610285105
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】戚劍, 閆立偉, 劉小林, 朱爽, 林燾
【申請人】中山大學附屬第醫院, 中山大學附屬第一醫院