Experimentální výzkum stárnutí myší ledvin pomocí technologie SR PCI

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com

P. Yifeng,a,1 a kol

ABSTRAKTNÍ:

Objektivní. Na základě koherenčního charakteru synchrotronového záření (SR), myšiledvinaStudie se provádí pomocí technologie zobrazování s fázovým kontrastem (PCI), která je jedním z přístupů zobrazování s fázovým kontrastem (PCI). Cílem této práce bylo vizualizovat ledvinu v různém věku a vyhodnotit latentní hodnotu mechanismu stárnutí pomocí zobrazovací technologie SRphase-contrast.

Metody.Experimenty byly prováděny na linii BL13W1 SSRF (šanghajské synchrotronové radiační zařízení), vzorky byly namočené v 10% roztoku formalínu, ledviny myší v různém věku byly zobrazeny na polici v nastavení pro zobrazování s fázovým kontrastem založeném na šíření a zachyceno pomocí CCD. Pořízené snímky byly analyzovány a porovnány.

Výsledek.Když je vzdálenost mezi vzorky a zobrazovací destičkou 50 cm, bylo dosaženo dobrého kontrastu a vysokého rozlišení při zobrazování s fázovým kontrastem na bázi propagace (PCI), jak takové ledvinové pouzdro dobře odhalilo, a rozlišení dosahuje 30 mikronů; existuje významný rozdíl ve tvaru a struktuře cév u myšíledvinyv různém věku.

Závěr.PCI je dobré pro aplikaci zobrazení organizace hlavních světelných prvků, rozdílu ve tvaru a struktuře cév mezi mladou a starou myšíledvinamohou být do určité míry indikovány pomocí technologie zobrazování s fázovým kontrastem založené na šíření.

KLÍČOVÁ SLOVA:Rentgenové monochromátory; Přístrojové vybavení pro urychlovače synchrotronového záření;Metody a algoritmy rekonstrukce lékařského obrazu, s podporou počítače; Akcelerátorové aplikace

Cistanche umí vyživovatledvin a zlepšit funkci ledvin

Nedávno se rychle rozvinul zobrazovací výzkum na SR tvrdém rentgenovém záření. Zejména zobrazení s tvrdým kontrastem ve fázi X (PCI) díky vysokému prostorovému rozlišení (úroveň µm) a lepšímu kontrastu [1] dokáže jasně zobrazit vzorek se slabou absorpcí (jako je biologická měkká tkáň včetně nádoru v raném stádiu a cévy). a kol.). PCI může vést k rozsáhlým vyhlídkám na použití v biomedicínské oblasti. SR je přizpůsobenaledvinazobrazení pro lepší zdrojový charakter a pokročilý zobrazovací mechanismus: 1) Vysoký jas: vlnová délka SR tvrdého rentgenového záření dosahuje stupně nm, zatímco rozlišení zobrazení stupně stupně µm, což je dostatečné pro zobrazení renálního glomerulu. 2) Částečná koherence, se kterou lze provádět zobrazení s fázovým kontrastem (PCI). Tvrdé rentgenové zobrazení s fázovým kontrastem, včetně rentgenového interferometru [2], zobrazení se zesílením difrakce (DEI) [3] a zobrazování založené na šíření [4].

Theledvinaje důležitým orgánem pro tvorbu a vylučování moči. Současné postupy pro diagnostikuledvinaMezi onemocnění patří především CT, MR, nukleární zobrazování a ultrazvuk, avšak pro zobrazování mikrostruktury existuje řada omezení. Biopsie je zlatým standardem forkidney diagnózy, je však neškodná včetně poranění při výkonu, krvácení, infekce atd., zejména obtížnosti sledování a kontraindikací. Jeho použití je tedy v rámci omezení.

Zobrazování fázového kontrastu založené na šíření (PCI) je nejjednodušší způsob, jak vizualizovat fázový kontrast (označovaný také jako „zobrazování s fázovým šířením“), což je analogie s in-line holografií. PCI je druh rentgenové zobrazovací techniky pro detekci fázového posunu rentgenového záření [5]. Rozptýlený paprsek v dopředném směru (směr z) interferuje s nerozptýleným paprskem, čímž se mění amplituda šířícího se paprsku. Pokud existují změny v promítané elektronové hustotě ρ(x,y) objektu, jsou pozorovány změny intenzity v rovině obrazu.

V tomto článku jsme zkoumali myší ledviny pomocí PCI přístupu na základě získaných zobrazovacích informací a srovnání myších ledvin v různém věku. Cílem je vyhodnotit zobrazování založené na šíření vledvinazobrazování.

Materiály a metody.

Experimenty byly provedeny na lince BL13W1 v ShanghaiRadiation Facility (SSRF). Experimentální uspořádání je načrtnuto na obrázku 1. V SSRF byl wigglerový zdroj paprsku BL13Wl umístěn 32 m od experimentální haly. Energie elektronového paprsku v akumulačním prstenci byla 3,5 GeV s proudem 200 mA. V zobrazovacím experimentu SSRF na bázi propagace byl použit pouze jeden krystalový monochromátor. Efektivní vzdálenost Z mezi vzorkem a detektorem (CCD) byla laditelná a v této studii bylo zvoleno 50 cm, doba expozice pro každý snímek byla 10 slečna. Theledvinavzorky z SD myši byly rychle extrahovány a fixovány pomocí 10% formalínu. Myšledvinasprávného věku (přibližně 12 měsíců) bylo nejprve zobrazeno, poté bylo provedeno srovnání zobrazení mezi teenagery (přibližně 10 měsíců), nejlepším věkem (přibližně 18 měsíců) a starými lidmi (přibližně 24 měsíců) a byla provedena rekonstrukce CT 3D. Rentgenový paprsek v SSRF byl po průchodu vzorkem detekován rentgenovou CCD kamerou. Snímky lze zaznamenávat pomocí rentgenového CCD s velikostí pixelu 9 µm (Photonic-Science VHR) v SSRF.

Výsledek.

Podle našich zkušeností z předexperimentu zobrazovací kontrast myšiledvinatkání je nejlepší při energii 12 KeV a vzdálenosti Z 50 cm na linii paprsku BL13Wl v SSRF, proto byly v našem zobrazovacím šetření použity parametry.

V zobrazení myšiledvinasprávného věku (ve věku kolem 12 měsíců, normální ledvina), mikrostruktury ledvinové kůry a dřeně u normální ledviny. Renální glomerulus, Bowmanův prostor, různé renální tubuly, cévy a intersticiální substance byly dobře rozlišeny (obrázek 2A), poskytující v podstatě stejné informace jako histologie (obrázek 2B). Renální glomerulus se skládá z ledvinového pouzdra a kapilární smyčky jsou strukturální a funkční jednotkou ledviny. V současné době klinická konvenční pokročilá zobrazovací technologie včetně CT a MR nedokáže přímo zviditelnit renální glomerulus.

Poté bylo porovnáno a analyzováno zobrazení myší ledvin v různém věku. Se stárnutím a stářím, morfologie a struktura cév myšiledvinazměna. V myšiledvinave věku 10 m (obrázek 3 A, D, G) jsou cévy hladké s přirozenou rutinou, zatímco rozložení cév a kapilárních kliček je pravidelné a homogenní a obrysledvinajsou kulaté. Avšak ve věku 18 m (obrázek 3 B, E, H) je myší ledvina zobrazena s mírnou atrofií, ledvinová kůra je méně pravidelná s mírně narušenými cévami, zatímco velikost a míra tloušťky distálního větvení k proximálnímu trupu cévy jsou méně homogenní a kapilární smyčky jsou méně pravidelné a homogenní, navíc ve věku 24 m (obrázek 3 C, F, I) je myší ledvina odhalena s patrnou atrofií a deformací, zatímco hranice je nerovnoměrná, dokonce nodulární prominentní a konfigurace cév vledvinajsou zcela neuspořádané a méně jasné, i provázené s přerušením, kapilární kličky jsou neuspořádané a redukované, kortex se ztenčuje.

Diskuse.

Ve standardní rentgenografii je kontrast výsledkem změn v absorpci rentgenového záření, které vyplývají z rozdílů v hustotě a ze změn v tloušťce a složení vzorku. Citlivost techniky je drasticky snížena, pokud vzorek obsahuje prvky s nízkým Z, jako je ledvina , pro které jsou rozdíly v absorpčních koeficientech velmi malé pro tvrdé rentgenové záření.

Fázově kontrastní zobrazování založené na šíření (PCI) je jedním z přístupů rentgenového fázového kontrastu pro detekci fázového posunu rentgenového záření [6]. Dopadající rentgenové paprsky, které procházejí měkkou biologickou tkání, jsou modulovány ve fázi, s malou změnou modulu vlnového pole. Při šíření volným prostorem mezi výstupním povrchem vzorku a povrchem detektoru. Tj. jak se záření šíří ze vzorku, části vlnoplochy, které prošly různými odchylkami, interferují, což vede ke vzniku charakteristického vzoru, který je pak zaznamenán detektorem nastaveným na vhodnou vzdálenost (efektivní vzdálenost Z). Díky Fresnelově difrakci jsou tedy fázové posuny transformovány do detekovatelných variací intenzity, tyto neviditelné fázové modulace jsou převedeny na viditelné variace intenzity v měřeném obrazu [7, 8] Tyto obrázky údajně vykazují fázový kontrast založený na šíření [9]. PCI, na rozdíl od jiných dvou přístupů k zobrazování s fázovým kontrastem, jako je interferometr a zobrazení se zesílením difrakce, může být prováděno s mikrofokálními zdroji záření a nevyžaduje specializovanou rentgenovou optiku nebo synchrotronové zařízení [10, 11], což může být nejvhodnější pro použití v klinickém prostředí [12]. V současnosti je vzhledem k malým světelným zdrojům a slabé energii hodnota omezená, nicméně s rozvojem pokročilých světelných zdrojů a zlepšováním parametrů techniky může být aplikace PCI na klinikách slibná.

Ve srovnání s konvenčnímledvinadiagnostické metody, zobrazení s fázovým kontrastem poskytuje vyšší rozlišení a více mikrominut bez rány [13]. Zobrazování s fázovým kontrastem (PCI) využívá jemné změny indexu lomu rentgenového záření mezi sousedními médii, aby byly hranice mezi nimi viditelné. Zvýšení kontrastu závisí na konkrétní modalitě fázového kontrastu. U každé z těchto technik závisí konečný kontrast obrazu na několika faktorech, včetně prostorového rozlišení rentgenového detektoru, specifického mechanismu tvorby obrazu, rentgenové energie a divergence paprsku [5].

V těchto letech je pro SR mnoho slibných pokrokůledvinazobrazovací studie včetně zobrazovací techniky a kvality. Li Gang [14] použil nejlepší nejjednodušší dva krystaly ke zkoumání vztahu mezi tloušťkou řezů ledvin a kvalitou zobrazení. Wu T [15] získal krysuledvinové plátkyzobrazování ve vysokém rozlišení 0,01 mm pomocí rentgenového interferometru. Yoon [16] zobrazil normální tkáň ledvin a karcinomu, zjistil, že snímky s jasným zvýrazněním okrajů jasně odhalují mikrostrukturu v tlusté tkáni ledvin (více než 700-krát tlustší než mikroskopické snímky). Jin Wu [17] vyšetřoval křečka pomocí Fázově kontrastní mikrotomografie na bázi rentgenového krystalového interferometru, se kterou může být viditelná mikrostruktura ledvin.

ledvinystárnutí je přirozený proces v přírodě. Je dobře známo, že degenerace začíná u lidí ve věku 40 let a je doprovázena postupným snižováním hmotnosti a zmenšováním objemu. Myš je stejná, u myší ledviny je věk 10 měsíců podobný dospělým (28 let) u lidí, věk 18 měsíců až 45 let a 24 měsíců 65 let. Ztenčení ledvin je relevantní pro ztenčení kůry. Se stárnutím se progresivně snižuje počet celistvých a normálních ledvinových glomerulů, zatímco počet sklerózních glomerulů se postupně zvyšuje, zejména v kortexové zóně, a počet a objem renálních tubulů se postupně snižuje, intersticium ledvin se samozřejmě zvětšuje s intersticiální fibrózou v objemu, což doprovází s malými cévami hyalinní degenerace a arterioskleróza.

V našemledvinavyšetření přirozeného stárnutí jsme zjistili trend cév, částečného kortexu a ledvin objemová změna a glomerulus se zmenšuje, kortex se ztenčuje, mění se distribuce a počet kapilárních kliček, intersticium ledvin se zjevně zvětšuje s intersticiální fibrózou.

Výše uvedené práce, které jsme provedli, se týkají myšiledvinadegenerace na normální fyziologický stav. Jak je to s tím, že se nemoc pravidelně vyskytuje u patologických stavů, jako je chronická infekce nebo akutní trauma? Je-li stejná jako u výše uvedené stárnoucí ledviny, jak je to s pravidelným počtem a objemem renálního glomerulu a postavení intersticia a distribuce a sekvence, které mohou být virtuální pro diagnostiku a léčbu v raném stádiu onemocnění. práce, vytvoříme model, který prozkoumáme a rozpoznámeledvinaonemocnění pravidelně pomocí techniky SR-PCI.

Poděkování

Tato práce je podporována Projection of Shanghai Science Foundation, PRC (GrantNo.11ZR1427800).

Od: 'Experimentální vyšetřování myšiledvinastárnutí s technologií SR PCI' byP. Yifeng, a,1 a kol

---2013 IOP Publishing Ltd a Sissa Medialab Srl doi:10.1088/1748-0221/8/08/C08004

Reference
[1] Y. Hwu, WL Tsai, A. Groso, G. Margaritondo a JH Je, Coherence-enhanced Synchrotron Radiology: Simple Theory and Practical Applications, J. Phys. D 35 (2002) R105.
[2] T. Takeda et al., Lidský karcinom: časné zkušenosti s fázově kontrastním rentgenovým CT se synchrotronovým zářením srovnávací studie vzorků s optickou mikroskopií, Radiology 214 (2000) 2982301.
[3] ED Pisano et al., Lidské vzorky rakoviny prsu: difrakční zobrazení s histologickou korelací zlepšilo nápadnost detailů lézí ve srovnání s digitální radiografií, Radiology 214 (2000) 8952901.
[4] TE Gureyev et al., Kvantitativní metody v rentgenovém zobrazování s fázovým kontrastem, J. Digit. Imag. 13 (2000) 121.
[5] A. Bravin, P. Coan a P. Suortti, Rentgenové zobrazování s fázovým kontrastem: od preklinických aplikací ke klinikám, Phys. Med. Biol. 58 (2013) R1.
[6] P. Spanne, C. Raven, I. Snigireva a A. Snigirev, In-line holografie a fázově kontrastní mikrotomografie s vysokoenergetickým rentgenovým zářením, Phys. Med. Biol. 44 (1999) 741.
[7] SW Wilkins a kol., Zobrazování s fázovým kontrastem pomocí polychromatických tvrdých rentgenových paprsků, Nature 384 (1996) 335.
[8] A. Snigirev a kol., O možnostech rentgenového fázově kontrastního mikrozobrazení koherentním vysokoenergetickým synchrotronovým zářením, Rev. Sci. Nástroj. 66 (1995) 5486.
[9] D. Gao a kol., Fázově kontrastní radiografie, Imag. Ther. Technol. 18 (1998) 1257.
[10] W. Sun a kol., Zobrazování s fázovým kontrastem se synchrotronovým rentgenovým paprskem pro defekt chrupavky hlavy králičí femuru, Chin. J. Med. Imag. Technol. 20 (2004) 3682370.
[11] A. Momose a kol., Fázově kontrastní rentgenová počítačová tomografie pro pozorování biologických měkkých tkání, Nat. Med. 2 (1996) 473.
[12] J. Xu et al., The role of radiographic phase-contrast imaging in the development of intrakochlear elektrod arrays, Otology & Neurotology 22 (2001) 862.
[13] S.-A. Zhou a A. Brahme, Vývoj fázově kontrastních rentgenových zobrazovacích technik a potenciální lékařské aplikace, Phys. Med. 24 (2008) 129.
[14] L. Gang a kol., Závislost kvality obrazu na tloušťce nakrájené ledviny krysy podle nejjednodušší konstrukce DEI, Nucl. Nástroj. Meth. 548 (2005) 200.
[15] J. Wu a kol., Rentgenová počítačová tomografie s mikrofázovým kontrastem pro základní biomedicínskou studii na SPring-8, Proc. SPIE 5535 (2004) 740.
[16] CY Yoon et al., Zobrazování karcinomu ledvin a prostaty pomocí radiologie indexu lomu, Int. J. Urol. 14 (2007) 96.
[17] J. Wu a kol., Zobrazování renálních struktur pomocí rentgenové mikrotomografie s fázovým kontrastem, Kidney Int. 75 (2009) 945.