一、     心電門控的應(yīng)用價值

影像檢查中，由于組織或臟器的運動（例如呼吸、心跳等）容易使得影像設(shè)備（包括超聲、X線CT以及MRI等）產(chǎn)生偽影，這會降低圖像的分辨率及診斷價值。因而在心血管和呼吸疾病研究中，控制好由于心臟或隔膜的運動而對 Micro CT 圖像產(chǎn)生的影響，是至關(guān)重要的。

為了獲得更好質(zhì)量的影像，一般運用諸如呼吸補(bǔ)償和呼吸門控、心電門控和心電觸發(fā)等技術(shù)來做影像修正。所謂心電門控就是為了減少或消除心腔及心臟大血管的搏動對圖像造成的影響而采取的基于硬件的門控技術(shù)手段。

在Micro CT中和臨床上類似，采用心電門控技術(shù)主要有兩個目的：

（1）去除心腔和心臟大血管的搏動偽影；

（2）利用門控技術(shù)與掃描成像技術(shù)相配合，可以獲得心臟大血管生理功能等信息。比如評價高脂血癥對心臟瓣膜鈣化的影響、心室功能和代謝評價、心肌梗死ZL評價等等。 

二、     心電門控下的圖像

以下舉例的是平生公司的Micro CT設(shè)備（型號NEMO）通過心電門控技術(shù)應(yīng)用的掃描成像，可以有效地去除心跳導(dǎo)致的運動偽影。

三、        相關(guān)產(chǎn)品介紹

平生公司全系列的小動物活體影像產(chǎn)品（小動物PET/CT和小動物CT）都具備雙門控技術(shù)，即利用先進(jìn)的回顧性心電和呼吸門控技術(shù)實現(xiàn)了對心跳和呼吸的運動偽影控制，并配備動物的心跳、呼吸生理信息的監(jiān)控系統(tǒng)。

前言

斑馬魚與哺乳動物基因組和蛋白調(diào)控機(jī)制有高度同源性，而且個體小、生殖周期短、繁殖能力強(qiáng)、易于飼養(yǎng)、體外受精、胚胎透明且發(fā)育迅速等諸多方面的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于藥物篩選、毒性檢測和發(fā)育研究等科學(xué)領(lǐng)域。由于硬骨魚和人類在骨骼發(fā)育過程中的基因、信號通路有高度同源性，而且與其他的動物模型相比，斑馬魚具有個體小適合高通量化學(xué)篩選、身體透明易于觀察骨骼發(fā)育的特定，所以近年來斑馬魚為模型的骨骼研究逐漸成為這一領(lǐng)域的熱點

結(jié)尾：

利用一定造模手段，使得斑馬魚的脊椎骨發(fā)生基因突變。由于外形上是看不出突變的形狀，需Micro CT掃描并重建，通過觀察斑馬魚的脊椎骨突變后的具體形態(tài)，來判斷造模是否符合預(yù)期。在研究骨骼形態(tài)的同時，也可以對骨骼的骨密度、肌肉和脂肪的比例進(jìn)行研究。在Micro-CT助力下，以斑馬魚為疾病模型的研究會有越來越多的突破！

一、實驗背景

肺癌是全世界范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率Z高的惡性腫瘤，其中非小細(xì)胞肺癌占全部肺癌的80%左右，而非小細(xì)胞肺癌里，EGFR基因的突變頻率又是非常高。所以針對EGFR基因突變型肺癌的藥物的開發(fā)也一直是科學(xué)家們攻克的ZD。利用小鼠造模致其EGFR基因突變來產(chǎn)生非小細(xì)胞肺癌腫瘤，用藥后在活體模型小鼠上，連續(xù)觀察其肺部腫瘤的變化，就可以來評價該藥物的有效性。預(yù)期利用Micro CT（小動物CT），可以同時實現(xiàn)活體小鼠造模是否成功的驗證，以及通過對小鼠肺部長期連續(xù)性的觀察來實現(xiàn)藥物有效性的評估。 

二、實驗?zāi)康?/span>

本系列實驗前后使用平生公司2種型號的Micro CT設(shè)備（小動物CT），對不同模型小鼠肺部進(jìn)行掃描并觀察，來判斷Micro CT在小鼠肺部成像的適用性，同時驗證小鼠造模的成功性。 

三、實驗過程

實驗動物：肺部腫瘤小鼠

是否造模：是（EGFR突變腫瘤鼠）

體重：20g

是否饑餓處理：否

麻醉模式：持續(xù)性異氟烷呼吸麻醉

影像軟件：Avatar 1.3 （平生YL）

實驗設(shè)備：

1號：NEMO? Micro-CT（平生YL）

2號：Super Nova? Micro-CT（平生YL）

五、實驗結(jié)論

利用Micro CT（小動物CT）可以對活體小鼠肺部進(jìn)行有效觀察，本次實驗也驗證了小鼠造模的成功。

注：本次實驗的客戶為暨南大學(xué)肺癌jing準(zhǔn)醫(yī)學(xué)實驗室，根據(jù)自身實驗需求和性價比的考量，選擇了Super Nova ?Micro-CT系列，并于2017年12月底完成裝機(jī)。目前設(shè)備使用穩(wěn)定，歡迎有同類實驗需求的客戶前往暨南大學(xué)肺癌jing準(zhǔn)醫(yī)學(xué)實驗室進(jìn)行交流與合作。

一、實驗背景

斑馬魚與哺乳動物基因組和蛋白調(diào)控機(jī)制有高度同源性，而且個體小、生殖周期短、繁殖能力強(qiáng)、易于飼養(yǎng)、體外受精、胚胎透明且發(fā)育迅速等諸多方面的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于藥物篩選、毒性檢測和發(fā)育研究等科學(xué)領(lǐng)域。由于硬骨魚和人類在骨骼發(fā)育過程中的基因、信號通路有高度同源性，而且與其他的動物模型相比，斑馬魚具有個體小適合高通量化學(xué)篩選，幼魚身體透明易于觀察骨骼發(fā)育的特定，所以近年來斑馬魚為模型的骨骼研究逐漸成為這一領(lǐng)域的熱點。 

二、實驗?zāi)康?/span>

利用一定造模手段，使得斑馬魚的脊椎骨發(fā)生基因突變。外形上是看不出突變的形狀的，需Micro CT掃描并重建，通過觀察斑馬魚的脊椎骨突變后的具體形態(tài)，來判斷造模是否符合預(yù)期。本次實驗的目的就是觀察基因突變的斑馬魚骨骼發(fā)育的異常情況。 

三、實驗過程

實驗概述：對斑馬魚的脊椎骨進(jìn)行CT掃描并重建，觀察野生型和基因突變型脊柱的狀態(tài)。

實驗動物：野生型斑馬魚若干條、基因突變斑馬魚若干條（突變后的性狀類似人類的駝背等脊柱疾?。?/span>體長均在3cm左右

是否造模：是（造模方式保密）

采集參數(shù)：管壓60kV, 管流200μA，迭代重建方法1K*1K

影像軟件：Avatar 1.3 （平生YL）

實驗設(shè)備：NEMO? Micro-CT（平生YL）

股骨是人體Z長Z重要的承重骨之一，其長度約為身高的1/4。股骨近端連接骨盆和股骨干，具有非常獨特的解剖特征和重要的生理功能。作為連接軀干和下肢的骨性結(jié)構(gòu)，股骨近端承受著人體垂直向下的應(yīng)力和髖關(guān)節(jié)活動產(chǎn)生的剪切力的雙重作用。股骨近端骨折一直是臨床ZL的難點。正確理解股骨近端的解剖和生物力學(xué)特征，有助于對其損傷進(jìn)行合理的ZL?1?。 

國際內(nèi)固定研究協(xié)會（AO/ASIF）將小轉(zhuǎn)子下緣以上平面的骨組織定義為股骨近端，主要包括股骨頭、股骨頸、股骨大小轉(zhuǎn)子和骨小梁等結(jié)構(gòu)?2?。骨小梁是股骨近端的主要承重結(jié)構(gòu)，了解其形態(tài)特征對于預(yù)防和ZL股骨近端骨折具有重要意義。今天小編就帶來兩個研究股骨近端的案例，分別從大動物和小動物股骨來展示Micro-CT對骨小梁結(jié)構(gòu)的三維影像重建，從而可以理解骨小梁的結(jié)構(gòu)與力學(xué)功能等。

小結(jié)：骨質(zhì)疏松可以導(dǎo)致股骨近端的生物力學(xué)性能明顯下降。各種原因?qū)е碌墓切×簲?shù)量和質(zhì)量下降、力學(xué)強(qiáng)度降低，都會形成骨質(zhì)疏松癥，股骨近端的生物力學(xué)結(jié)構(gòu)和性能下降。當(dāng)作用于股骨近端的外力超過骨結(jié)構(gòu)所能承受的極限達(dá)到屈服點時，會發(fā)生骨折，Z常見的為股骨頸骨折?1?。骨小梁是預(yù)防股骨頸骨折和股骨轉(zhuǎn)子間骨折ZL的重要支撐結(jié)構(gòu)。隨著醫(yī)學(xué)影像和技術(shù)的進(jìn)步，股骨近端骨質(zhì)分布于骨折發(fā)生關(guān)系的研究得到較多關(guān)注。相信有Micro-CT的助力，在股骨近端骨折ZL領(lǐng)域會有越來越多的突破。

引子:

Micro CT（Micro Computed Tomography，微計算機(jī)斷層掃描技術(shù)），又稱微型CT、顯微CT，是一種非破壞性的3D成像技術(shù)，可以在不破壞樣本的情況下清楚了解樣本的內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)。微型CT一般使用的是錐束CT技術(shù)（Cone Beam CT），簡稱CBCT，它與普通臨床的CTZ大的差別在于分辨率極高，可以達(dá)到微米（μm）級別。 

正文：

提到Micro CT，Z受人關(guān)注的還是它的分辨率指標(biāo)。但是一提到分辨率，不同廠家的說辭表述上會有所差異，尤其是國外廠家的資料經(jīng)過一些代理的翻譯后，更是呈現(xiàn)出五花八門的表述，難免會出現(xiàn)誤導(dǎo)性，比如把體素尺寸等同于空間分辨率。如因關(guān)鍵指標(biāo)的錯誤理解，導(dǎo)致了研究不能按預(yù)期目的進(jìn)行，對設(shè)備采購者將是莫大的損失。小編覺得有必要整理一下分辨率的那些事兒，供大家能快速簡單地理解。 

1.空間分辨率(Spatial resolution) 

在高對比度情況下，能區(qū)分相臨Z小物體的能力，所以也稱高對比度分辨率，受系統(tǒng)幾何參數(shù)的影響，決定了影像的清晰度。 

空間分辨率 = 高對比度分辨率 

顯微CT系統(tǒng)能夠達(dá)到的空間分辨率，常常被引述為Z小的像素尺寸（也命名為“標(biāo)稱分辨率”）。但是，真實的空間分辨率不僅取決于圖像中的像素大小，還受到X射線源焦點尺寸、平板探測器像素大小、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)機(jī)械精度和重建校正算法處理等因素的影響。

2. 密度分辨率( Density resolution)

在低對比度情況下能區(qū)分物體的能力，也稱低對比度分辨率，受影像清晰度和噪聲影響。

3. 體素尺寸( Voxel size) 

空間分辨率常常受體素尺寸混淆！

體素尺寸的具體意義是重建圖像中一個像素的尺寸大小。

體素尺寸又常被稱為重建尺寸、重建分辨率、重建像素。 

CT系統(tǒng)采集到圖像是2D的投影圖像，如果要看到空間的3D結(jié)構(gòu)，必須通過重建的手段來還原。重建是一種3D圖像的重塑手段，重建的尺寸大小在算法上可以人為地去設(shè)置。理論上，重建尺寸設(shè)置得越小，能得到越高清的圖像，但是如果將重建尺寸設(shè)置的小于系統(tǒng)的空間分辨率，并沒有意義，也不能進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量，只是將圖像增大。所以實際上重建尺寸根據(jù)系統(tǒng)的分辨率以及樣本掃描目的著情設(shè)置就好，比如離體樣本時重建尺寸偏小設(shè)置，活體樣本時重建尺寸可偏大設(shè)置。 

有關(guān)圖像分辨率和重建尺寸的關(guān)系

（見下圖a、b詳解）

好比一張攝影的照片，人為得可以分割成許多小方塊。如果照片本身很清晰，那么分割得越小，放大同樣倍數(shù)后，看到的細(xì)節(jié)也會越多；但是如果照片本身不是很清晰的，分割得再小，放大后也是看不清細(xì)節(jié)的。分割的大小對應(yīng)重建尺寸，而圖像本身是否清楚對應(yīng)的是圖像分辨率。

4. QRM測試-真實空間分辨率的證據(jù) 

前面提到，空間分辨率受系統(tǒng)幾何參數(shù)的影響，決定了影像的清晰度。 

為證實真實的空間分辨率，德國QRM公司專為評估顯微CT系統(tǒng)的空間分辨率而設(shè)計了一種模體作為掃描和重建的對象。它含有處于正交取向的兩個完全相同的硅芯片，各自帶有若干不同粗細(xì)的校準(zhǔn)線和圖案。掃描和重建這樣一個模體可證明真實的空間分辨率。

尾聲：

求實、求真，愿良好的市場競爭環(huán)境督促各科研設(shè)備廠家不斷前進(jìn)。

更愿我們國產(chǎn)設(shè)備廠家能勵志前行，不忘初心！

一、        背景簡述

心肌組織是動物體內(nèi)組織中消耗氧和葡萄糖較多的組織，用PET檢測正電子顯影劑在心肌的氧代謝或葡萄糖代謝可以評價心肌存活情況和供血情況，常用于血灌注、代謝和心肌存活度的研究。

目前已有廣泛的示蹤劑可用于心臟研究。實際應(yīng)用時，研究者可根據(jù)采用的示蹤劑和研究流程，結(jié)合小動物PET/CT提供的動態(tài)采集功能，通過示蹤劑攝取、以及對組織灌注和葡萄糖消耗，可實現(xiàn)量化的分析，獲得心臟組織的綜合信息。

二、        心臟定量分析方法簡介

目前，心肌核素斷層顯像Z常用的定量分析方法是極坐標(biāo)靶心圖法（polar map），該方法建立在圓周剖面分析法（circumference profile analysis）的基礎(chǔ)上，可以增加分析的客觀性和標(biāo)準(zhǔn)化。

極坐標(biāo)靶心圖基于短軸斷層圖像、水平長軸斷層圖像和垂直長軸斷層圖像三個方向的斷層圖像，經(jīng)過角度取向校正和擬合繪制等步驟獲得，可直觀地顯示病變心肌的位置、范圍。

極坐標(biāo)靶心圖法在PET動態(tài)心肌血流（MBF）、心肌葡萄糖代謝率（MTGlu）等參數(shù)的定量分析上有很大的價值。通過Super Nova? PET/CT選配的PMOD軟件可實現(xiàn)極坐標(biāo)靶心圖的獲取和分析。

       三、            心臟實例分析

1.      心肌缺血再灌注

（利用Super Nova? PET/CT進(jìn)行心肌缺血再灌注研究的發(fā)表論文實例[1]）

LXRα是針對缺血性心臟疾病的一個內(nèi)源性保護(hù)受體，在心肌梗塞后發(fā)生的缺血性心臟疾病中，利用PET/CT成像技術(shù)，可以分析LXRα這一受體在心肌葡萄糖代謝中的作用。

研究者對敲除了LXRα基因的小鼠和正常小鼠分別進(jìn)行左心室的結(jié)扎和缺血再灌注，來建立心梗造模（MI）；同時設(shè)置Sham組進(jìn)行假手術(shù)，以進(jìn)行對比分析。缺血再灌注形成的心梗模型建立4天后，對對照組（WI）和實驗組（LXRα-/-）小鼠注射FDG，并在2小時后在Super Nova? PET/CT（平生YL）上進(jìn)行掃描，監(jiān)測存活心肌情況以及SUV值。

實驗結(jié)果顯示，所有LXRα基因敲除小鼠相對于對照組小鼠表現(xiàn)了更大的心梗范圍；利用SUV分析在兩組小鼠在心梗部分心肌中的葡萄糖攝取情況，發(fā)現(xiàn)LXRα基因敲除小鼠的左心室心肌對葡萄糖的攝取率，明顯低于對照組小鼠；比較LXRα基因敲除小鼠和對照組小鼠自身的心梗區(qū)和非心梗區(qū)，也顯示了同樣的SUV結(jié)果。這表明LXRα基因?qū)O大的影響葡萄糖在缺血性心肌中的獲取。

四、           

圖2、 LXRα基因?qū)π募∪毖迯?fù)的影響（Sham組無明顯變化，MI心梗組正常小鼠葡萄糖代謝在手術(shù)后顯著增加，MI組基因敲除小鼠葡萄糖代謝在手術(shù)后顯著降低）

[注]：存活心肌是指那些因嚴(yán)重缺血而尚失了收縮、傳導(dǎo)功能，但沒有發(fā)生不可逆壞死性改變的心肌。

2、 靜態(tài)PET掃描心臟定量分析

在PMOD中，利用極坐標(biāo)靶心圖，可以對心臟的各區(qū)域進(jìn)行定位，得到心臟組織各區(qū)域的核素分布圖。以下是一只正常大鼠在注射FDG一小時后用Super Nova? PET/CT（平生YL）靜態(tài)掃描10分鐘得到的圖像。通過PMOD中的極坐標(biāo)靶心圖分析，可獲得各心臟區(qū)域的定量結(jié)果。

3、動態(tài)PET掃描心臟分析

結(jié)合動態(tài)采集功能，可獲得更多心肌功能的定量信息，比如MBF、MRGlu等。以下實驗，是對一正常小鼠注射FDG后，立即采用Super Nova? PET/CT設(shè)備進(jìn)行時長一小時的動態(tài)PET采集，對結(jié)果圖像進(jìn)行坐標(biāo)取正、坐標(biāo)變換等操作后，可在極坐標(biāo)靶心圖中將心臟劃分為若干區(qū)域，每個區(qū)域代表心臟不同的部位，通過對PET動態(tài)時間序列中的圖像進(jìn)行time curve分析，可得到心肌血流量MBF、心肌葡萄糖代謝率MRGlu等定量分析結(jié)果。

四、        小結(jié)

近年來開展的動物心臟成像研究越來越多，作為心臟功能性研究的“金標(biāo)準(zhǔn)”，小動物PET/CT有著無可替代的作用?？捎糜趯π游镄呐K局部缺血和梗塞模型的糖代謝和心肌血流的研究，評價小動物心肌梗塞模型的病變范圍、心肌發(fā)育和代謝；在心肌灌注顯像中評價冠狀動脈血供的研究；在小動物心臟做功減少時的血流保護(hù)研究；以及小動物在局部缺血前保護(hù)性介入的LX研究或針對局部缺血進(jìn)行的介入ZL（如通過基因或蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移進(jìn)行的血管再生）；利用一些神經(jīng)類受體示蹤跡，還可進(jìn)行心神經(jīng)受體顯像、顯示心臟交感神經(jīng)功能狀況，等等。隨著一些新的示蹤劑以及顯像技術(shù)如11C-乙酸、乏氧顯像、神經(jīng)受體顯像等正逐漸應(yīng)用于心臟顯像，PET正在心臟分析領(lǐng)域發(fā)揮其日益重要的作用。 

五、        續(xù)

結(jié)合小動物PET/CT配備的心跳門控（Cardiac Gating），小動物PET/CT還可以評估心臟收縮規(guī)律，對更多心肌參數(shù)進(jìn)行評測，比如左心室容量-時間曲線（LV volume/time curve），舒張末期容量（ED(end-diastolic) volume），收縮末期容量（ES(end systolic) volume），心博出量（SV(stroke volume)），射血分?jǐn)?shù)（EF(ejection fraction)），節(jié)段性攝?。?span style=" font-family:'Microsoft YaHei';font-size:16px;line-height: 2em;position: relative;">segmental uptake）等等，從而獲得對于心肌狀態(tài)和功能的更全面評價。

關(guān)于心跳門控在心臟分析中的應(yīng)用將在今后文章中再做詳細(xì)介紹，敬請關(guān)注！

注釋[1]：

QingqiJi, Yichao Zhao, Ancai Yuan, Jun Pu, Ben He.Deficiency of liver-X-receptor-a reduces glucose uptake and worsenspost-myocardial infarction remodeling[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications,488,(2017): 489-495;

顯微CT分析可用于牙科研究中的各種應(yīng)用，如牙釉質(zhì)厚度、根管形態(tài)、根管預(yù)備、顱面部骨骼結(jié)構(gòu)、顯微有限元建模、牙體組織工程、牙硬組織礦物密度及種植體等方面。它可以提供高分辨率圖像以及牙齒、骨骼和植入物的定性和定量分析。      

根管是一種孔隙，這種在牙齒中間的低密度空間對牙髓病的研究起了可探索的方向。顯微CT在牙科填料的研究上，特別適用于三維定量評價根管充填物。

牙釉質(zhì)厚度在人類進(jìn)化中具有分類學(xué)和系統(tǒng)發(fā)育價值。顯微CT有效且無損的技術(shù)特性被用于測量各種考古標(biāo)本的牙釉質(zhì)厚度。在臨床研究中，牙釉質(zhì)厚度被認(rèn)為對于咬合負(fù)荷方案的解釋具有重要意義。

實例2：大鼠下頜骨和舀齒

大鼠或小鼠下頜骨和臼齒在牙周病和其他牙科相關(guān)領(lǐng)域的許多研究模型中有著重要價值。通過顯微CT對動物下頜骨和牙齒的測量研究，可進(jìn)一步分析牙周生物型各特征之間的相關(guān)性,為口腔美學(xué)修復(fù)、種植ZL方案的選擇、ZL預(yù)后的判斷以及LX的評估提供理論基礎(chǔ)

實驗設(shè)備：VENUS? Micro-CT 

            中文名：桌面型高分辨顯微CT

            型號：VNC-100

影像軟件：Avatar 1.3 （平生YL科技）

前言

玉米是一種重要的能量來源，也是很重要的膳食主食之一。從發(fā)達(dá)國家的特色食品到不發(fā)達(dá)國家的主食，它以不同的形式用于人類消費。玉米主要是通過干法碾磨加工成玉米粉，包括脫胚（去胚和果皮）后碾磨成不同粒徑的玉米粉。玉米籽粒中存在兩種胚乳，角質(zhì)胚乳和粉質(zhì)胚乳。角質(zhì)胚乳較硬，密度較高，位于籽粒外部，而粉質(zhì)胚乳較軟，密度較低，位于籽粒中間。由于粉質(zhì)胚乳的淀粉顆粒不太緊密，所以存在許多顆粒間的空隙。這些在角質(zhì)胚乳中不存在。此外，玉米籽粒中存在裂縫，主要是由于脫水，胚乳崩塌，留下相對較大的空氣空間。由此可見，玉米籽粒中存在的胚乳類型的微觀結(jié)構(gòu)是不同的。

 與較軟的玉米相比，硬玉米籽粒具有更好的碾磨品質(zhì)（導(dǎo)致更高的碾磨產(chǎn)量）。角質(zhì)胚乳和粉質(zhì)胚乳的比率、胚乳中裂縫的大小，數(shù)目都影響著玉米的品質(zhì)。

結(jié)尾

顯微CT（Micro-CT）是一種非破壞性的技術(shù)，它使用X射線來研究生物體的內(nèi)部解剖和形態(tài)。Micro-CT 是一種新興的植物種子科學(xué)技術(shù)，因為它能夠評估高精度的種子結(jié)構(gòu)（胚、胚乳、種皮等）和質(zhì)量（如裂縫、蟲害、缺陷等）。種子外觀不反映種子的質(zhì)量。種子外觀可能是完整的，但內(nèi)部有破壞、裂縫，異常胚等。使用Micro-ct可以提供更多種子質(zhì)量的信息、不同性狀的品種特性鑒定等。

一、前言

Micro CT作為一種三維斷層掃描成像方法，可以根據(jù)植物不同組織對X線的吸收與透過率的不同，重建獲得植物組織的斷面或立體圖像，發(fā)現(xiàn)其中的細(xì)小組織結(jié)構(gòu)變化，從而無損探索植物各組織內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。因而在植物研究中，Micro CT的應(yīng)用也逐漸增多。

二、應(yīng)用

1.    根系

植物根系的分枝結(jié)構(gòu)是植物生命力的決定因素，根系的生長形態(tài)與植物的土壤環(huán)境和植物的基因型息息相關(guān)，因此根系的3D形態(tài)學(xué)分析是評估不同植物競爭優(yōu)勢的重要工具。由于植物的根生長在各種不透明的媒介中，這成為限制觀察植物根系在土壤中的生長情況的主要因素，是獲得原位的根系生長情況的一個巨大挑戰(zhàn)和障礙。傳統(tǒng)的洗根掃描法能夠清晰地展現(xiàn)根系，但卻破壞了其原有的狀態(tài)；微根窗法能夠解決原位測量的問題，但卻無法展示探索土壤內(nèi)部的根系分布。

隨著Micro CT的發(fā)展和應(yīng)用，研究者們發(fā)現(xiàn)，利用Micro CT掃描可以無損地原位探索土壤中不同植物的根系變化，可以測量根系的3D結(jié)構(gòu)，獲取根系的形態(tài)學(xué)以及剖面等內(nèi)部性狀，是根系原位研究的重要工具。同時，根系的算法分割也一直是Micro CT根系原位掃描中需要突破的難點。

例1：平生公司的NEMO?Micro CT在原位狀態(tài)下掃描的水稻根系展示如下，通過CT 三維重建，可觀察到根系的完整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對其內(nèi)部剖面進(jìn)行觀察：

2.     種子

目前國際上使用的很多研究種子的先進(jìn)技術(shù)大多是利用熒光法研究種子活力或其萌發(fā)率，這些方法能夠高通量地達(dá)到某些研究目的，但始終無法得知種皮內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化過程。

而種子內(nèi)部的形態(tài)學(xué)信息參數(shù)，以及胚芽和胚乳區(qū)域的瑕疵率等，是評估種子的出芽率和質(zhì)量的關(guān)鍵信息。傳統(tǒng)方法常采用內(nèi)窺鏡來分析種子內(nèi)部的形態(tài)，然而這種方法只能獲得有限的投影，受種子放置方位的影響，很多缺陷無法體現(xiàn)。

而Micro CT通過投影重建、三維成像功能，可提供種子的不同角度的觀察，對于種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)展現(xiàn)更加全面，例如裂隙、內(nèi)部萌芽情況評估、病蟲害情況等等。

例2：以下是利用平生公司的NEMO?Micro CT對一粒水稻種子進(jìn)行掃描成像，并利用平生自己開發(fā)的圖像分析軟件Avatar?進(jìn)行分析處理。在圖像中可清晰觀察到種皮，胚乳、胚牙等內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并可給出這些組織的體積分析結(jié)果。

例3：玉米種子（XX農(nóng)業(yè)大學(xué)提供樣本，NEMO? Micro CT掃描結(jié)果）

例4：麥穗（XXX植物基因研究ZX提供樣本，NEMO? Micro CT掃描結(jié)果）

3.  果實

使用Micro CT對果實的無損掃描，也可觀察到果實的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在營養(yǎng)學(xué)研究與蛀蟲病檢測方面有極大的幫助。（Super Nova? Micro CT掃描結(jié)果）

4.    莖、葉

通過高分辨率的Micro CT系統(tǒng)的掃描，為研究植物莖流和植物水分方面提供更直觀的3D的觀測方式。（NEMO? Micro CT掃描結(jié)果）

三、        總述

由此可見，Micro CT不僅在活體動物和離體組織的分析研究中具有重要的應(yīng)用，也在植物方面有著特殊的應(yīng)用價值?？蓮V泛應(yīng)用于植物種子三維結(jié)構(gòu)研究，無損探索種子腔體、胚和胚乳的變化；分析原位研究土壤中根系的三維形態(tài)結(jié)構(gòu)；研究果實內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化；以及植物莖流和植物水分等。

一、研究背景

在嚙齒動物中，BAT（Brown Adipose Tissue，棕色脂肪）是一個新陳代謝組織。不同于白色脂肪，棕色脂肪因含有豐富的血管和大量的線粒體，而呈現(xiàn)棕紅色的外觀，可以在寒冷或饑餓環(huán)境下分解線粒體、為生物體提供能量。長久以來，棕色脂肪被認(rèn)為只存在于小型哺乳動物和嬰幼兒中，而近期的研究發(fā)現(xiàn)，棕色脂肪同樣存在于成人體內(nèi)，并在能量平衡調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要的功能。由此，棕色脂肪在能量代謝相關(guān)疾病如肥胖、Ⅱ型糖尿病以及代謝紊亂等ZL領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛能，關(guān)于棕色脂肪的功能和應(yīng)用也迅速成為一個新的研究熱點[1]。

如何測量棕色脂肪一直是困擾科研人員的一個問題，早期的研究可能需要把實驗動物處理，剝離脂肪進(jìn)行測量，但這種方法并不精確，且無法對棕色脂肪的變化情況進(jìn)行追蹤；研究發(fā)現(xiàn)，棕色脂肪對葡萄糖有高攝取，使得18F-FDG（18F標(biāo)記的葡萄糖類似物）可反映棕色脂肪的能量代謝情況[2][3]，因而小動物PET/CT可以有效評價棕色脂肪的活動，提供棕色脂肪在機(jī)體中活動的直觀數(shù)據(jù)，是研究小動物棕色脂肪的一種有效方法和重要工具。

二、研究內(nèi)容

提醒事項：因在肥胖研究中，白色脂肪棕色化、棕色脂肪激活具有重要意義，因而動物實驗中常會用到肥胖體型的實驗動物，所以對PET設(shè)備的動物艙尺寸以及有效視野有較高的要求。

小知識點：被掃描動物的橫向直徑（動物體寬）＜動物艙內(nèi)徑＜PET橫向有效視野，滿足此條件才能重建成像。

本實驗使用的設(shè)備為平生公司的小動物PET/CT（型號：Super Nova?），該設(shè)備的大號動物艙內(nèi)徑為89mm，橫向有效視野為100mm，該尺寸滿足實驗用肥胖大鼠、鼠兔、豚鼠的體寬。

研究者將高原鼠兔作為研究對象，利用Super Nova PET/CT系統(tǒng)（平生YL），觀察高原鼠兔在低溫環(huán)境下，其體內(nèi)的肩胛骨處棕色脂肪激活狀態(tài)。高原鼠兔是一種生活于海拔3200~5200米土坡上的嚙齒動物，體態(tài)渾圓，是青藏高原的特有物種。有研究表明，高海拔地區(qū)的鼠兔較低海拔鼠兔皮下脂肪會表現(xiàn)出脂肪代謝能力的適應(yīng)性改變：棕色脂肪的含量增加，以及棕色脂肪的產(chǎn)熱能力的增加。

研究者將實驗組高原鼠兔始終置于低溫環(huán)境中，再與常溫環(huán)境下的對照組高原鼠兔一起，注射18F-FDG后進(jìn)行PET/CT掃描，結(jié)果顯示對照組的肩胛骨處棕色脂肪無明顯攝取，而實驗組的肩胛骨處棕色脂肪有明顯攝取。

實驗注明：因棕色脂肪在肩胛骨分布較多，本實驗主要探究高原鼠兔實驗組和對照組在肩胛骨處棕色脂肪激活狀態(tài)。Super Nova? PET/CT系統(tǒng)擁有130mm單床位軸向掃描視野范圍，可在一個床位下完成鼠兔軀體掃描，能夠及時有效獲取脂肪代謝動態(tài)圖像信息。

三、結(jié)論

該實驗表明，在寒冷刺激下，高原鼠兔肩胛區(qū)棕色脂肪激活顯著增加，可以利用小動物PET/CT系統(tǒng)進(jìn)行活體持續(xù)性的研究。

鳴謝：青海大學(xué)在使用平生公司的小動物PET/CT設(shè)備后提供的實驗數(shù)據(jù)和圖片分享。

文中注釋：

[1].     Cypess, A.M. & Kahn, C.R. The role and importance of brown adipose tissue in energy homeostasis. Curr. Opin. Pediatr. 22, 478-84 (2010).

[2].     Baba S, Tatsumi M, Ishimori T, et al. Effect of nicotine and ephedrine on the accumulation of 18F-FDG in brown adipose tissue[J]. Journal of Nuclear Medicine, 2007, 48(6): 981-986.

[3].     Borga M, Virtanen KA, Romu T, et al. Brown adipose tissue in humans: detection and functional analysis using PET (positron emission tomography), MRI (magnetic resonance imaging), and DECT (dual energy computed tomography) [J]. Methods Enzymol, 2014, 537: 141-159.

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