密歇根大学的研究与开发

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密歇根大学（U-M）开展的研究种类繁多，从研究健康结果到旨在提高植入物质量的研究，不一而足。 密歇根大学医学院更广泛的研究事业部分由负责研究的副院长卡尔-杰普森（Karl Jepsen）博士监管。 他也是麻省大学骨外科教授，因此他的实验室的一个重点领域是更好地了解骨骼系统如何在生长过程中建立功能，并在整个衰老过程中保持功能，以防止骨质脆弱：从骨质疏松症到脊柱侧弯、儿科脆弱和应力性骨折。 除了内部研究外，杰普森博士还向更广泛的研究团体提供实验室的设施、设备和专业知识服务。 合作伙伴包括哈佛大学、耶鲁大学和俄亥俄州立大学等其他医疗和研究机构，以及美国国防部。

几乎所有的研究（95%）都是在体外进行的，这样就可以在更高的千伏电压下使用微型 CT 和纳米 CT 技术，从而获得尽可能高的分辨率。 除了传统的使用 CT 技术扫描骨骼和其他矿化组织外，目前的研究工作还利用 CT 技术研究软组织和血管，这就需要对小至 5 微米及以下的感兴趣区域进行更详细的检测。 因此，U-M 的研究范围非常广泛，需要灵活的分析设备和方法，以快速应对实验室自身工作和合同工作的不同挑战和需求。

简而言之，大学研究 CT 实验室面临的三大挑战是

1. 需要在短时间内扫描大量样本
2. 同一台设备需要满足不同的分析要求
3. 复杂样品需要高细节可探测性才能获得所需的洞察力

为了应对这些挑战，卡尔-杰普森（Karl Jepsen）很早就在自己的实验室里部署了威盖特科技公司的 CT 系统。

"我们需要跟上最先进设备的步伐，这样才能推动发现研究的发展，竞争联邦基金，这也是我们支持企业发展的主要方式。 要做到这一点，对我们来说至关重要的是，CT 系统要能够服务于大样本量、高细节检测以及从纳米焦点到微焦点 CT 的广泛穿透力，以极大的灵活性满足任何特定任务的需要。 我们在威盖特科技公司的 Phoenix CT 系统中发现了这一点。

为了快速获取最高分辨率的图像，并与其他研究小组竞争，Karl Jepsen 的团队部署了 Phoenix^Nanotom S 和 Nanotom M。 更重要的是，Phoenix 产品系列的^nanoCT® 技术开辟了新的探索领域。 除骨骼和植入物外，该领域正在转向检查软组织、非矿物组织，如血管或心脏组织。 普通的 microCT 用于较大的骨骼等吸收率较高的样本时，成像范围不能低于 6 微米，这对于希望灵活扫描吸收率较低的小样本并获得最高的细节可探测性以便量化其中的小结构的研究人员来说是不够的。 Phoenix Nanotom M 经过进一步优化，具有更高的灵活性，适用于更大的样品和应用范围，以及更高的空间分辨率和对比分辨率。 两套系统均采用 180 kV / 20 W X 射线管，提供从纳米 CT 到高功率 microCT 的多种操作模式。

威盖特科技公司的纳米 CT 系统具有高达 200 纳米的卓越细节检测能力，这对于更传统的研究和样本也很有价值。 例如，在马萨诸塞大学进行的关于骨骼生长的儿科研究中，对出生后的小鼠骨骼进行最先进的 microCT 扫描无法提供可量化的图像。 而 Phoenix Nanotom M 却能让研究人员对出生后的骨骼进行量化。

卡尔-杰普森（Karl Jepsen）发现了纳米聚焦 X 射线管的多种优势： "即使查看相同分辨率的图像，显微 CT 系统和 Nanotom 之间的质量差异也是天壤之别。 因此，该领域的其他研究人员需要进一步了解这项技术的价值。 即使在较低分辨率下，特征检测也会有很大改进。

在他对骨质疏松症的研究中，观察孔隙率与年龄的函数关系至关重要。 为了深入了解这方面的情况，实验室需要在一张图像中观察人体股骨近端。 利用 Waygate Technologies 的 Nanotom 或 V|tome|x，可以对整个人类股骨横截面进行 5-10 微米的成像。 这些图像的高分辨率质量提供了新的见解，使研究人员能够开始提出新的后续问题，从而使他们的研究取得进展，并使他们能够获得新的资助。

同样，该实验室对脊柱侧弯的研究着眼于在儿童和青少年身上植入 3-4 年以稳定脊柱的外置杆。 由于植入棒受制于儿童不断生长的骨骼结构，人们担心会有碎屑堆积。 因此，对移植体进行无创研究至关重要，以确保检测到的碎屑不是由于打开植入物造成的。 高分辨率 CT（纳米 CT 技术）可实现最佳成像质量。

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卓越的探测器和成像技术还能应对 U-M 的另一项挑战： 体积。 例如，扫描整个股骨横截面通常需要四到八个小时。 以 Phoenix Vtomex M 为例，实验室可将扫描时间缩短到一到两个小时。 对于软组织，时间是关键，因为扫描时间通常更长，而且要在长达 46 小时的扫描时间内保持夹具稳定，以免因振动或热运动而损失分辨率，这也是一项挑战。 在这种无法避免轻微运动模糊的情况下，高功率、高分辨率和高动态探测器就成为了关键。

特别是在合同业务方面，高容量服务可以直接带来收益。 增强的批量能力使实验室能够为外部研究人员提供更多的批量服务，并创造更多的收入。 对 "即插即用服务 "的需求很高。 杰普森说："人们带着 200 块骨头来，希望明天就能完成扫描"。 杰普森称之为 "研究的圣杯"。 U-M 实验室所需的解决方案是 Waygate Technologies 公司的 Phoenix V|tome|x M，它包括两个 X 射线管，只需按下按钮即可更换： 对于高分辨率扫描，可使用与 Nanotom 类似的 180 kV / 20 W 的纳米聚焦管；对于较大或高吸收样品的高功率 microCT 扫描，可使用 300 kV / 500 W 的微聚焦 X 射线管： "有了这种双管组合，我们就能同时进行显微CT和纳米聚焦X射线管的扫描，显微CT扫描对于外植体来说绰绰有余，而纳米聚焦X射线管则可用于血管研究，因为血管研究需要深入到5微米。

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