基于兔股骨干皮质骨图像的哈佛氏管系统结构分析

Bone quality (bone strength) refers to a number of features related to the material composition of bone and its microstructural organization. It includes many factors such as bone micro-architecture, mineralization, turnover, lacuno-canalicular system and micro-damage. Cortical bone plays an important role in the factors affecting the strength of bone. As the main characteristic structure of cortical bone at the micro-structural level, there are still many unclear features in the morphological characteristics of Haversian canal. This project intends to use the micro-radiography slice (2D image) and micro-CT reconstruction image (3D image) on the femoral cortical bone of rabbits model with osteoporosis and rabbits model of different growth stages，explore the 3D morphological characteristics and their change regularities of Haversian canal；and find the characteristic parameters that reflect the 3D morphological characteristics of the Haversian canal; and analyze the correlation between these characteristic parameters and bone mineral density (BMD); and study the influence of the micro-architecture of the Haversian canal and his subtle change on the bone strength, and to provide valuable reference information for the study of bone tissue diseases and biological substitute materials.

骨的健康程度（骨强度）取决于一系列与材料组成和结构有关的特征参数，包括骨微结构、矿物质成份、骨转换指标、腔管系统和组织微损伤等。皮质骨在影响骨强度的因素中占有重要地位。作为皮质骨在微结构层面上的主要特征性结构，哈佛氏管系统的形态学特性仍存在许多不清楚之处。本项目拟利用骨质疏松兔模型和不同年龄兔模型股骨干皮质骨的显微X光片（二维图像）和micro-CT三维重建图像，来探索哈佛氏管系统的三维形态学特性及其变化规律，以期找到能反映哈佛氏管系统三维形态学特性的特征参数，并研究分析这些特征参数与骨密度的相关性；进而了解哈佛氏管系统骨微结构及其细微改变对骨强度的影响，为骨组织疾病和生物替代材料的研究，提供有价值的参考资料。

皮质骨微结构研究多数集中在皮层厚度、皮质孔隙度和皮质骨密度的变化。皮质骨中的骨管分为哈佛氏管(Haversian canal)和沃克曼氏管(Volkmann’s canal)，其中，哈佛氏管占绝大多数。骨管不是骨组织微结构的实体，但它能间接体现骨组织的强度；此外，它为骨组织提供营养，能反映出骨微结构的早期变化。有关哈佛氏管系统微结构的研究较少。.本项目建立了大样本兔骨质疏松模型进行此项实验研究，并且这种骨质疏松研究模型是一种成熟的动物模型，成年兔有哈弗氏管重建活性，经常用于合成代谢药物对松质骨及哈弗氏系统重建作用的研究。.在这项研究中，我们主要研究了哈弗氏管的线性骨架，并通过线性骨架计算出哈佛氏管系统的形态学参数，从而了解哈弗氏管三维管网状微结构的分布及在骨强度上的力学特性，这些基本特性无疑将对哈佛氏管系统微结构的研究和测量计算产生深远的影响。探索皮质骨内的骨微结构特性及其与骨密度的相关性，对于了解骨质疏松骨强度的影响因素具有重要意义，特别是对以后临床治疗骨质疏松的药物研发和疗效观察上给与有关骨微结构的测量指标和指导意义。.通过本项目的研究，我们建立了一个比较完备的骨微结构图像处理数学物理模型，编写了一系列相关的图像处理软件。为今后进一步的研究提供了坚实的基础。.