利用多模态多参数超声成像技术，在活体胫骨缺损绵羊模型中无创评估长骨再生过程中结构和机械微环境的变化

《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》：Non-Invasive Assessment of Structural and Mechanical Micro-Environmental Changes During Long Bone Regeneration Using a Multi-Modal and Multi-Parametric Ultrasound Imaging Technique in a Segmental Tibial Defect Sheep Model In Vivo

该研究首次通过多模态多参数超声技术对羊的节段性骨缺损再生进行纵向评估，发现新骨体积和纤维血管组织面积具有显著相关性，并验证了超声弹性成像对软组织和纤维血管组织的有效区分，为临床骨折愈合诊断提供新工具。

　　

摘要：

目的：骨骼缺损的再生过程通常具有多方面的特性，这些特性可能无法通过目前临床可用的成像方法完全表征。在本文中，我们首次进行了纵向研究，使用多模态和多参数超声（US）成像技术来评估节段性缺损情况下的骨骼再生情况。方法：我们从所提出的US成像技术中得到了两个成像指标：新骨体积和纤维血管结缔组织面积，并以特定于受试者的方式计算了它们的全局和局部统计参数。结果：在一组5只接受基线组织工程构建物治疗的羊中，多视角3-D超声与CT重建结果之间的距离（毫米）在植入后60天为0.30±0.67，在植入后120天为0.22±0.43。通过US弹性成像（USE），我们发现了软组织与纤维血管结缔组织在轴向正应变弹性图中的新对比机制，并通过终点组织学进行了验证。在两只羊中，我们观察到纤维血管结缔组织面积与植入后60天继续形成的骨质量之间存在负相关和正相关关系。结论：根据我们的研究结果，使用所提出的多模态和多参数US成像技术来评估羊模型中的结构和机械微环境变化是可行的。意义：未来，3-D超声和USE可能成为骨折愈合诊断和预后的重要定量工具。

引言

根据FDA的定义，当骨折在受伤后9个月内未能愈合，并且连续三个月没有显示出任何愈合迹象时，即被认为是骨折不愈合[1]。骨折不愈合会对患者造成重大的社会经济影响，表现为更长期的疼痛、身体残疾、心理健康问题、医疗费用增加以及恢复正常工作生产力的速度减慢[2]。在美国，每年约有100,000例骨折发展为不愈合[3]，治疗骨折不愈合患者的费用明显高于治疗非不愈合患者的费用[4]。目前，骨折发展为不愈合的机制尚未完全明了[5]。因此，在临床环境中及时预测骨折不愈合并降低其风险至关重要。