椎骨骨小梁组织形态学研究进展
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椎骨骨小梁的形态学研究成果及相关技术
2001年第二军医大学长征医院骨科的谭军［1］等利用计算机图像分析技术,分析椎骨骨质疏松。通过TJTY-300V1.0颗粒定量系统对23例人腰椎椎体CT扫描图像的数据分析，证明了骨小梁的数量和形态参数与年龄显著相关:随着年龄增大,骨量减少,骨小梁连续性降低，形态由复杂趋于简单。孤立的骨小梁数目有所增加,面积及表面积减少，在骨小梁横断面上单位面积内的积累面积明显降低。
陈向荣等关于影像学测量的分析研究［2］表明，骨损伤仅摄X线片是远远不够的，X线片只能显示明显的骨折征象，而骨小梁骨折往往呈阴性表现；CT 亦不易发现骨小梁骨折；MRI是早期诊断骨小梁骨折的最佳检查方法。MRI中骨小梁骨折的的直接征象为条状长Ｔ１短Ｔ２信号，这种技术使无创条件下的骨小梁微观损伤的观察和诊断成为可能。
通过松质骨裂纹的线密度描述骨小梁裂纹分布的研究,以观察骨小梁中微裂纹的分布、密度和长度对骨松质刚度的影响。如果能观测到骨小梁的微裂纹，那么就能对骨的力学参数进行评估。
2004年第二军医大学长海医院骨科的苏佳灿［3］等人研究验证了一种骨小梁显微参数自动提取的方法，使骨小梁参数的计算得到了进一步优化。采用计算机自动识别软件，使骨小梁间隙能够自动识别，从而改善了对原始图像处理不够完善和人工测定误差过大的情况。应用计算机识别则可有效的进行图像去噪，边缘增强，直方图均衡化等前期工作，减少后续处理工作中的误差率，并提高处理速度。测量参数可包括游离段及其节点，平均骨小梁厚度，骨小梁体积等，使准确性有了显著提高。
计算机软件的出现给骨小梁微观的研究带来了方便，也为骨小梁形态学测量的进一步发展提供了便利条件。同年的相关研究还有关于骨小梁空间结构的计算机三维重建［1］。将包埋的松质骨样本逐层切除，用数码相机摄取二维图像，然后三维重建。利用现有的软件直接读取骨小梁所占的空间像素值，可求出骨体积。与样本的体积相比，获得骨体积分数，再通过计算机软件计算出骨小梁厚度，骨小梁间隙大小，骨小梁数目，小梁的连接密度，小梁结构模型变化，描绘骨小梁组织形态学的参数。这种方法将连续性较好的二维图像叠加，用计算机软件来获取三维图象。因为骨小梁的空间结构体系的改变对骨组织的影响巨大，所以骨小梁三维信息越来越为人们所重视。三维结构能够读出骨小梁的连接密度和骨小梁的结构变化，而这些都是无法从普通的二维图像上得到的。这也为计算机仿真骨结构提供了空间结构数据。
2005年清华大学戴如春等人的研究更进一步描述了骨小梁的超微观结构。通过扫描电镜观察大鼠腰椎骨小梁的破裂形态和微骨痂的微观结构，提出了关于超微骨小梁形态的观测。骨小梁微损伤分为：微破裂，弥散性损伤，交叉叉折，微骨折。微骨痂呈现一种疏松多孔的海绵状结构，是微损伤修复的重要特征之一。微破裂能较好反映骨小梁结构变化和骨机械性能下降，是一种较好的骨生物力学指标。同时也应该存在微损伤的阈值，若在应变之下，骨重建能修复微损伤，如果超过应变，则会产生过多的微损伤而无法完全修复，最后导致小梁疲劳骨折。这个研究分别在600倍，2000倍，10000倍镜下观察不同状态下的骨小梁超微结构，为骨小梁的超微观研究作了展望。
同年南方医科大学的刘文军，种世镇等人还进行了关于骨小梁CT图像的研究，通过人体腰椎骨松质CT图像中骨小梁数据集的获取、分割及三维重建的技术方法，提示利用现有软件和技术可重建骨小梁三维立体图像和诊断骨质疏松。研究发现骨松质与皮质骨比较，具有高度的不均匀性，CT 值范围从数10 至250 以上。椎体中央略偏后部分的骨质比较致密,周围部分的骨质较疏散,而近椎弓根部分介于两者之间。椎体前部骨松质排列松散；靠近上下终板的骨松质平均较椎体中部致密,而下部略高于上部。椎体重建骨松质密度区域呈三维"工"字形。
由于密度计等测量装置越来越多地被用来评估骨的脆性，致使骨密度是决定骨的力学性质的最重要因素这一假说的地位不断提高。组织形态测定技术对骨微结构的评估这篇文章的作者提出了质疑，研究认为,对骨强度来说，结构和微结构的影响都是相关的。近几年从骨小梁结构来评估骨的结构有多种方法，尤其是基于光学显微镜和组织学定量原则的组织形态测定术，以此来评估骨的二维或三维的微结构。这些方法为骨小梁宽度、分布等提供了新的信息，也提示了骨的微结构可能是独立于骨密度而决定骨脆性的一种因子。
国外最近的研究是关于骨小梁微损伤启动与年龄的相关关系。虽然骨的脆性是随年龄而增长已经确定，但对于随着年龄变化的局部骨小梁缺失的机制仍然不明。以前的微损伤启动研究没有评估随年龄改变的状况。研究重点在评估不同年龄骨质和骨量的变更是如何影响局部机械环境和微损伤的形成。结果表明局部的应力和微损伤有着与年龄无关的正相关性。然而，已经破损的骨小梁在老龄人的骨中有着更高的压力和更低的张力。
常用的骨小梁形态学评估指标
关于骨小梁微结构的研究主要是进行小梁和孔洞的数目、宽度的测量。国内有个别研究总结了骨小梁的相关参数，但大都没有明确的指标和严格的规定。一般做法是在所选取的图像上随机或分类选取一个目标区域，然后在这个区域内进行参数的测定，用于骨小梁形态计量学的分析。测定的参数可分为以下几种［１4］。
骨形态计量参数：目标面积、骨小梁面积、皮质骨宽度、总骨小梁表面长度、结点数、骨小梁游离末端数、类骨质长度和骨壁厚度等。骨结构参数：平均骨小梁厚度、平均骨小梁密度、平均骨小梁间距、结点末端比等。骨转换参数：类骨质体积、平均类骨质宽度、类骨质表面、平均骨壁厚度、骨吸收表面等。
总之，关于椎骨骨小梁的组织形态学的研究仍然处于起步阶段，随着相关技术手段的不断完善，建立一套能应用于临床的骨小梁损伤测量指标也成为了可能，这对于长期困扰人类的脊柱性疾病有着极大的预防意义。只要能提前检测骨小梁微结构的状况，采取相应的对策就能避免骨小梁结构不可逆的病理改变，因此关于骨小梁微观结构的研究仍然具有深远意义。
参考文献
1 谭军，万卫平. 腰椎松质骨骨小梁高分辨率CT图像的计算机定量分析.中国矫形外科杂志，2001，8(8)：780~782.
2 陈向荣，张少平. 60例骨小梁骨折的影像学分析.中国医学影像技术，2003，19(7)：946~947.
3 苏佳灿，张春材. 骨小梁显微图像参数自动能够提取在骨质疏松症中的应用.中国临床康复，2004，8(18)：3592~3593.