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新虫 (初入文坛)

[交流] micro-CT 测骨的孔隙率,同一块骨换个位置取样能差 4 倍

前面有帖子聊过 CT 孔隙率的阈值和体素尺寸问题,这次说一个更基础但经常被忽略的:取样位置。正好看到一篇鲟鱼鳍棘的文章,数据很说明问题。

文章是希伯来大学兽医学院 Marroquín-Arroyave 和 Milgram 的 Functional Adaptations for Load-Bearing in a Dermal Bone: The Pectoral Fin Spine of the Russian Sturgeon (Huso gueldenstaedtii),Journal of Morphology 2026, 287(10), e70187。他们从结构、成分和力学三方面表征俄罗斯鲟的胸鳍棘,CT 部分在不同尺度上扫了好几次。

整根鳍棘用 SkyScan 1174 扫,体素 12.2 μm,看整体形态。中段三分之一单独扫,体素 13 μm,在 Dragonfly 2022.2 里选了 650 层(约 8.35 mm):先用 Segment Wizard 训练分割再手工修,做 26 连通分析,小于 27 个体素(3×3×3)的对象当伪影去掉,然后生成阈值网格测神经血管管道的直径,再用 Dragonfly 自带的 Bone Wizard 算这一段的孔隙率。

另外从中段的背侧、头侧、腹侧各切 7 根 1×1×15 mm 的小梁,用 SkyScan 1272 扫(9 μm),每根取约 10 mm 长用 Bone Wizard 算孔隙率,骨矿密度则是用 0.25 和 0.75 g/cm³ 的体模、在 CTAn 里算的。骨细胞陷窝又在 RX Solutions 的 DeskTom 上单独扫了 4 μm 体素的小块,在 Dragonfly 里用各向异性扩散和反锐化掩模增强后分割,小于 250 μm³(不到 4 个体素)的对象不计入。

最有意思的是小梁的孔隙率:头侧 16.69%,背侧 5.66%,腹侧 4.06%。同一根鳍棘、同一段,换个方向取样差了 4 倍。力学上,孔隙多的小梁和孔隙少的杨氏模量没有显著差异,但断裂能有差异。同一团队另一篇 FIB-SEM 文章(Animals 2026, DOI: 10.3390/ani16203318)在 10 nm 尺度上又看了骨单位和外周骨的纤维排列。

我觉得有几点值得借鉴。

孔隙率一定要带上位置和体积。“该骨孔隙率 x%”如果不说在哪取、取多大,基本没法和别人比。这篇把头侧、背侧、腹侧分开报,后面力学结果才解释得通。

小对象过滤的阈值要跟着分辨率走。13 μm 数据去掉小于 3×3×3 体素的对象,4 μm 数据去掉小于 250 μm³ 的对象,标准不一样,但都是按各自的体素尺寸定的,并且写进了方法。

Bone Wizard、CTAn 这类工具给的是一个很方便的数,但文中没有展开 Bone Wizard 里具体的阈值和区域设置。自己用的时候最好把这些参数记下来,审稿人问起来也好回答。

想问问做骨研究的朋友:像这种孔隙分布很不均匀的骨,你们是取整段算平均,还是按区域分开报?有没有人在同一套数据上对比过 Bone Wizard 和 CTAn 的孔隙率?

源 DOI:
- 10.1002/jmor.70187
- 10.3390/ani16203318(姊妹篇,仅一句带过)
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