体内评估小鼠股骨骨折愈合过程中骨痂发育：采用一种适用于小鼠股骨的磁共振成像兼容骨固定装置

该技术的总体目标是利用磁共振成像（MRI）对小鼠骨折愈合过程中骨痂的纵向发育进行评估。该方法有助于回答骨愈合领域中的关键问题，例如在不同小鼠模型中骨折骨痂随时间的发育过程。该技术的主要优势在于能够实时、在体动态监测骨折骨痂的发育情况，同时所使用的外固定装置可提供高度标准化的骨折愈合模型。

小动物影像学核心设施的技术员 Anne Subgang 将演示磁共振成像（MRI）操作流程。开始操作前，通过脚趾夹捏无反应确认小鼠已达到适当的镇静水平，并皮下注射单剂量抗生素，同时以两份各 250 µL 的 0.9% 氯化钠溶液作为液体储库。将眼膏涂抹于动物眼睛上，并将小鼠置于 37°C 的加热垫上。

去除右后肢的毛发，并用含酒精的消毒剂擦洗手术区域。将无菌手术巾覆盖在动物体上，暴露手术区域，并用无菌手套的一小块覆盖右后脚掌。再用消毒剂对手术区域进行三次擦洗。

然后，使用经高压灭菌的手术刀，在右侧股骨内侧沿纵轴做一条约一厘米长的皮肤切口，并用显微剪刀和镊子钝性分离股二头肌与股外侧肌。切断股骨转子处的肌腱止点，以充分暴露骨的前外侧部分，注意保护坐骨神经，将外固定器平行于股骨放置。使用0.45毫米钻头，手动钻透皮质骨，形成钻孔。

从最靠近和最远端开始，将陶瓷固定针插入孔中。当所有固定针都放置完毕后，用少量无菌生理盐水湿润骨骼，并使用0.4毫米的Gigli钢丝锯在两枚内侧固定针之间的骨头上进行0.4毫米的截骨。小心地用两毫升无菌生理盐水冲洗截骨间隙，以清除两层骨折皮质之间的任何骨屑，然后使用连续可吸收缝线缝合肌肉，再用间断不可吸收缝线缝合皮肤。

然后，用消毒剂清洁手术区域，并将小鼠放回笼中，密切监测直至完全恢复。术后最早在第三天，将外固定器小心插入定制的安装装置中，并将麻醉后的小鼠置于温控孵育架上，准备进入MRI设备。将外固定器牢固地连接至四通道头部线圈的安装装置上，使用一台工作磁场为11.7特斯拉的专用高场小型动物MRI系统，对骨折部位应用质子密度加权脂肪抑制多层快速自旋回波序列扫描。

当所有图像采集完成后，在相应的图像分析软件中打开数据，并将体素尺寸设置为 0.05 × 0.05 × 0.35 立方毫米。为了基于信号强度通过半自动阈值法对骨折愈合组织中的不同组织进行分割，首先点击“编辑新标签”字段，然后点击“添加材料”。将该材料重命名为“callus”，并使用套索工具根据骨膜产生的低信号强度，将愈合组织区域与周围组织区分开来。

单击“添加至材料”，然后单击“添加材料”并将材料重命名为软骨。使用阈值工具对软骨进行分割，并从骨痂中仅选择当前材料。然后，单击软骨并添加至材料。

当所有组织均完成分割后，单击“生成表面”，平滑类型选择“无”，然后单击“表面视图”，以基于组织分割数据生成股骨骨折部位的三维重建图像。通过磁共振成像（MRI）扫描确认手术成功，图像应显示四根钢针均位于股骨干中段，且截骨间隙在0.3至0.5毫米之间。术后第10天，在骨折愈合过程中进行的纵向扫描评估显示，骨折骨痂中央区域出现软骨组织，而周边区域则形成骨组织。

软骨和骨组织均持续增加至第14天。随后软骨组织逐渐减少，至第21天时可观察到骨性连接的形成。在对骨折愈合组织中的不同成分进行如上所述的分割后，可生成完整的三维股骨扫描图像，其中成熟皮质骨呈灰色，陶瓷标记针呈黄色，愈合组织中的软组织呈绿色，软骨组织呈红色，骨性组织呈紫色。

观看本视频后，您应能够充分掌握如何在小鼠股骨上安装外固定架以建立股骨截骨模型，以及如何将小鼠置入磁共振成像（MRI）设备中以确保标准化的扫描体位。一旦熟练掌握，正确操作时可在20至30分钟内完成外固定架的安装和截骨技术。