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磁共振灌注成像监测组织工程骨血管化的实验研究
中文名称: 磁共振灌注成像监测组织工程骨血管化的实验研究
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论文编号: 3122121收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Experimental Study of Monitoring Vascularization of Tissue Engineered Bone with the Perfusion Weighted MR Imaging
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 骨外科学
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 骨组织工程 恒河猴 血管化 磁共振灌注 放射性核素骨显像 血管面积 磁共振灌注成像
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论文简介:1制备骨组织工程实验用恒河猴胫骨骨缺损模型,为下一步研究提供一种标准的实验动物模型; 2探讨磁共振灌注成像监测组织工程骨血管化的可行性及其方法学,为组织工程骨的科学研究和临床应用提供一种无创、可靠的监测手段; 3对比磁共振灌注成像、X-线、放射性核素骨显像监测组织工程骨血管化的特点,探讨磁共振灌注成像方法的优缺点; 4研究磁共振灌注成像结果与组织学检查之间的关系,检验磁共振灌注成像方法监测组织工程骨血管化是否确实可靠。 方法 1成年雄性恒河猴12只,根据钢板固定的位置不同随机分为内侧组和外侧组,每组6只。均于左胫骨中段制作20mm骨缺损模型,采用7孔AO钛合金钢板固定。术后进行大体观察;并在6、12、24周行X-线摄片、ECT、组织学检查;术后24周处死实验动物,取实验侧胫腓骨进行生物力学测试,并测量对侧胫骨长度、中段直径。 2另取17只成年恒河猴,其中13只恒河猴的25个下肢随机分为五组,每组5个,剩余4只恒河猴备用(补充实验用),分组如下:A组:β-磷酸三钙(β-TCP)+骨髓基质干细胞(BMSCs)+血管束;B组:β-TCP+血管束;C组:β-TCP+BMSCs;D组:β-TCP;E组:空白对照。从髂后上棘抽取恒河猴骨髓,用全骨髓培养法进行体外培养获得骨髓基质干细胞,条件培养基培养传代细胞,取第三代细胞与材料复合。血管束采用恒河猴胫骨内侧隐动静脉分支。术后4、8、12周使用德国SIEMENS公司生产1.5T超导型MR成像系统扫描检查,采用自旋回波序列(EPI-SE),TR9ms,TE4ms,激发角40°,矩阵256×128,扫描周期2s。使用自动高压注射器自恒河猴前臂头静脉注射对比剂钆喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA,0.2mmol/kg,3ml/s),在开始团注对比剂的同时启动灌注扫描程序,在80s内成像40幅,得到一动态图像系列。将组织工程骨中部横断面作为感兴趣区(ROI),由计算机自动生成信号强度-时间(SI-T)曲线和SI-T表。依据SI-T表中的数据计算ROISI-T曲线的基线、最大线性斜率(SSmax)和最大信号强度上升值(MSI)。 3对第二部分实验动物行X线检查:术后4w、8w、12w拍摄恒河猴双胫骨正侧位X线片。拍摄条件:电压42KV,电流100mA,曝光时间0.12s,球管距离台面80cm。在PACs(FCR5000)影像工作站获得电子图像,将所得照片统一调节为窗位:1400,窗宽:1660。直接在工作站上测得各组骨缺损区内的透光度。ECT检查:术后4w、8w、12w行放射性同位素检查。GE公司HawkeyeSPECT-VG/8S型扫描仪;显像剂:99mTc-MDP,剂量:370MBq(10mCi);采集条件:探头为低能高分辨准直器,能峰140kev,窗宽20%,矩阵512×512,放大1.5。恒河猴上肢前臂浅静脉注药4h后,采集一幅静态显像即延迟相,以骨缺损处1×2cm2大小的矩形为感兴趣区(ROI),同位素计数,为排除每只恒河猴注射剂量的差异,均以左侧股骨中段同样大小ROI的同位素计数为标准,将双侧胫骨骨缺损部位感兴趣区的同位素计数分别与之相比,求得ROI的同位素计数比值。 4第二部分实验动物,术后4、8周,各组均取一个标本做组织学检查(为保证每组样本量不少于5个,将剩余的4只恒河猴补充实验)。术后12周各组实验动物进行墨汁灌注,在股动脉内插管,肝素盐水冲洗后,灌入配制好的复合墨汁(墨汁配制比例,墨汁:甲醛:生理盐水=2∶1∶7),取出实验动物双侧胫骨,将生物材料连同两端骨质一同完整取下,放入10%甲醛溶液中固定1周,脱钙、脱水,二甲苯透明处理,石蜡包埋后在材料的横断面进行切片,切片厚度4μm,HE染色。采用ImageProPlus图形分析软件进行血管面积图像分析。 结果 1术后第4w,外侧组1例钢板弯曲,小腿向前外侧成角畸形;X线检查:术后6w、12w、24w所有实验动物骨缺损区均无成骨表现,术后24w的X线片可见骨缺损两端硬化萎缩呈骨不连表现。两组术后6w、12w、24w的透光度比较无统计学差异;ECT检查:术后6w、12w、24w感兴趣区(ROI)同位素计数之间无显著性性差异(P>0.05),摄取比值(T/NT)也无显著性差异(P>0.05);组织学检查:术后6w、12w、24w骨缺损处由大量结缔组织充填。生物力学前后位三点弯曲应力测试,内侧组727.23±42.74;外侧组533.06±88.04。两者相比有统计学差异(P=0.014);恒河猴胫骨数据:胫骨长度139.85±10.50mm;中段前后径10.56±0.96mm;中段左右径9.60±0.89mm。 2信号强度-时间(SI-T)曲线最大线性斜率(SSmax)的改变:A、B两组术后8w与4w相比均有较大幅度的提高(A组:P=0.001,B组:P=0.033),术后8w两组间SSmax相比,A组高于B组(P=0.010)。C、D两组SI-T曲线的SSmax术后8w与4w相比均有提高(C组:P=0.001,D组:P=0.017),术后12w与8w相比亦有提高(C组:P=0.042,D组:P=0.036)。空白对照的E组,术后12w与4wSSmax相比有统计学意义(P=0.028)。信号强度-时间(SI-T)曲线的基线(Baseline)的改变:A组术后8w与4w相比有统计学意义(P=0.004)。最大信号强度上升值(MSI)的改变:术后8w,各组间除A和B两组无统计学差异(P=0.246),其他各组间对比均有统计学意义。 3X-线检查,A组透光度测量:术后8w、12w下降值均有统计学意义(均为P=0.001)。B、C两组12w与8w相比下降值有统计学意义(B组:P=0.002,C组:P=0.021)。术后12wA组5个样本的透光度与磁共振灌注成像检查的SSmax呈负相关(r=-0.892,P=0.042)。ECT:术后8w与4w相比A、C两组ROI同位素计数比值增高有统计学意义(A组:P=0.015,C组:P=0.042)。术后8w组间对比:五个组同位素计数比值相互之间均有统计学意义。术后8wA组5个样本的同位素计数比值与磁共振灌注成像检查的SSmax呈正相关关系(r=0.899,P=0.038)。 4组织学检查:术后4w,A组材料断面中央及骨端有部分骨组织形成,临近的材料内也有新骨的形成;B、C两组仅有少量骨组织可见;D组无骨组织形成。术后8w,A组可见较多骨组织形成,材料崩解;B、C两组有部分骨组织生长;D组少量骨组织形成。E组骨缺损区为纤维结缔组织充填。术后12w,A组小血管形成最多,血管周围可见形成的大量骨组织,材料消失;B、C两组有大量骨组织生长;D组有部分骨组织形成。E组骨缺损无任何骨组织发现,仍为纤维结缔组织充填。血管面积图像分析:A组12w血管面积值与其磁共振灌注曲线最大线性斜率呈正相关(r=0.894,P=0.041)。 结论 1恒河猴胫骨中段20mm骨缺损模型不能自主修复成骨,符合骨组织工程动物模型的要求;钢板胫骨内侧固定较外侧固定更稳定。 2信号强度-时间的基线和最大线性斜率是两个重要观察指标,能较好描述组织工程骨血管化程度。 3磁共振灌注成像具有:⑴成像参数多;⑵全程监测;⑶灵敏度高⑷可定量分析;⑸安全性好等优点。 4磁共振灌注检查结果与组织学检查结果有较高的吻合度,磁共振灌注检查是一种无创、可靠的监测组织工程骨血管化的方法。
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