Penyiasatan Eksperimen Terhadap Penuaan Buah Pinggang Tikus Dengan Teknologi SR PCI

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

P. Yifeng,a,1 et al

ABSTRAK:

Objektif. Berdasarkan watak koheren sinaran Synchrotron (SR), tetikusbuah pinggangkajian dilakukan menggunakan teknologi pengimejan kontras fasa (PCI) berasaskan propagasi yang merupakan salah satu pendekatan pengimejan kontras fasa (PCI). Matlamat kertas ini adalah untuk memvisualisasikan buah pinggang pada usia yang berbeza dan menilai nilai terpendam mekanisme penuaan dengan teknologi pengimejan kontras fasa SR.

Kaedah.Eksperimen telah dilakukan di talian BL13W1 SSRF (kemudahan sinaran synchrotron Shanghai), sampel direndam dalam larutan formalin 10 peratus, buah pinggang tetikus pada umur yang berbeza telah diimej di atas rak dalam persediaan pengimejan kontras fasa berasaskan pembiakan dan ditangkap dengan CCD. Imej yang ditangkap telah dianalisis dan dibandingkan.

Keputusan.Apabila jarak adalah 50 cm antara sampel dan plat pengimejan, kontras yang baik dan resolusi tinggi diperolehi dalam pengimejan kontras fasa (PCI) berasaskan pembiakan, kerana kapsul buah pinggang sedemikian didedahkan dengan baik, dan resolusi mencapai 30 mikron; terdapat perbezaan yang ketara dalam bentuk dan struktur vesel di kalangan tikusbuah pinggangpada umur yang berbeza.

Kesimpulan.PCI adalah baik untuk mengaplikasikan pengimejan organisasi elemen cahaya utama, perbezaan bentuk dan struktur kapal antara tetikus muda dan tuabuah pinggangmungkin ditunjukkan pada tahap tertentu dengan teknologi pengimejan kontras fasa berasaskan penyebaran.

KATA KUNCI:monokromator sinar-X; Instrumentasi untuk pemecut sinaran synchrotron;Kaedah dan algoritma pembinaan semula imej perubatan, berbantukan komputer; Aplikasi Pemecut

Cistanche boleh menyuburkanbuah pinggang dan meningkatkan fungsi buah pinggang

Baru-baru ini penyelidikan pengimejan pada sinar-X keras SR telah dibangunkan dengan cepat. Terutamanya pengimejan kontras fasa X keras (PCI), untuk merit resolusi spatial tinggi (peringkat gred µm) dan kontras yang lebih baik [1], boleh menggambarkan dengan jelas sampel penyerapan yang lemah (seperti tisu lembut biologi termasuk tumor pada peringkat awal dan saluran darah). , et al.). PCI mungkin menimbulkan prospek aplikasi yang meluas dalam bidang bioperubatan. SR disesuaikan denganbuah pinggangpengimejan untuk watak sumber yang lebih baik dan mekanisme pengimejan lanjutan: 1) Kecerahan tinggi: panjang gelombang sinar-X keras SR mencapai tahap gred nm, manakala resolusi pengimejan ke tahap gred µm yang cukup untuk pengimejan glomerulus buah pinggang. 2) Keselarasan separa dengan mana pengimejan kontras fasa (PCI) boleh dilakukan. Pengimejan kontras fasa sinar-X keras, termasuk interferometer sinar-X [2], pengimejan peningkatan pembelauan (DEI) [3] dan pengimejan berasaskan perambatan [4].

Thebuah pinggangadalah organ penting yang melakukan pengeluaran dan perkumuhan air kencing. Prosedur semasa untuk diagnosisbuah pinggangpenyakit terutamanya termasuk CT, MR, pengimejan nuklear, dan ultrasound, namun, terdapat banyak batasan untuk struktur mikro pengimejan. Biopsi adalah diagnosis forginjal standard emas, namun, ia tidak berbahaya termasuk luka semasa melakukan, pendarahan, jangkitan, dan lain-lain terutamanya kesukaran untuk membuat susulan dan kontraindikasi. Jadi penggunaannya adalah dalam had.

Pengimejan kontras fasa berasaskan perambatan (PCI) ialah cara paling mudah untuk memvisualisasikan kontras fasa (juga ditunjukkan sebagai 'pengimejan penyebaran fasa'), yang serupa dengan holografi dalam talian. PCI adalah sejenis teknik pengimejan x-ray untuk mengesan peralihan fasa x-ray [5]. Rasuk bertaburan ke arah hadapan (arah-z) mengganggu rasuk tidak bertaburan, dengan itu mengubah amplitud rasuk penyebaran. Apabila terdapat variasi dalam ketumpatan elektron yang diunjurkan ρ(x,y) objek, variasi keamatan diperhatikan pada satah imej.

Dalam makalah ini, kami menyiasat buah pinggang tetikus dengan pendekatan PCI untuk mendapatkan maklumat pengimejan dan perbandingan buah pinggang tetikus pada usia yang berbeza. Matlamatnya adalah untuk menilai pengimejan berasaskan penyebaran dalambuah pinggangpengimejan.

Bahan dan kaedah.

Eksperimen telah dilakukan di talian BL13W1 di ShanghaiRadiation Facility (SSRF) masing-masing. Persediaan eksperimen dilakarkan dalam rajah 1. Dalam SSRF, sumber goyang bagi garis pancaran BL13Wl diletakkan 32 m dari pondok eksperimen. Tenaga pancaran elektron dalam gelang simpanan ialah 3.5 GeV dengan arus 200 mA. Dalam eksperimen pengimejan berasaskan penyebaran SSRF, hanya satu monokromator kristal digunakan. Jarak berkesan Z antara peringkat sampel dan pengesan (CCD) boleh ditala, dan 50 cm dipilih dalam kajian ini, masa pendedahan untuk setiap imej ialah 10 Cik. Thebuah pinggangsampel daripada tetikus SD telah diekstrak dengan cepat dan diperbaiki menggunakan 10 peratus formalin. tetikusbuah pinggangumur yang betul (pada umur kira-kira 12 bulan) telah diimej terlebih dahulu, kemudian perbandingan pengimejan di kalangan remaja (kira-kira 10 bulan), usia prima (kira-kira 18 bulan), dan berumur (kira-kira 24 bulan) dilakukan, dan pembinaan semula CT 3D telah dilakukan. Rasuk sinar-X dalam SSRF, selepas melalui sampel, telah dikesan oleh kamera CCD sinar-x. Imej boleh dirakam menggunakan X-ray CCD dengan saiz piksel 9 µm (Photonic-Science VHR) dalam SSRF.

Keputusan.

Menurut pengalaman pra-percubaan kami, kontras pengimejan tetikusbuah pinggangtisu adalah yang terbaik pada tenaga 12 KeV dan jarak Z 50 cm pada garis pancaran BL13Wl linein SSRF, oleh itu dalam penyiasatan pengimejan kami, parameter telah diambil.

Dalam pengimejan tetikusbuah pinggangumur yang betul (pada usia kira-kira 12 bulan, buah pinggang normal), struktur mikro korteks buah pinggang dan medula dalam buah pinggang normal. Glomerulus buah pinggang, ruang Bowman, pelbagai tubul buah pinggang, saluran, dan bahan interstisial telah diselesaikan dengan baik (rajah 2A), memberikan maklumat yang pada asasnya sama seperti histologi (rajah 2B). Glomerulus buah pinggang terdiri daripada kapsul buah pinggang dan gelung kapilari adalah unit struktur dan fungsi buah pinggang. Pada masa ini, teknologi pengimejan lanjutan konvensional klinikal termasuk CT dan MR tidak dapat menjadikan renalglomerulus kelihatan secara langsung.

Kemudian pengimejan buah pinggang tikus pada usia yang berbeza dibandingkan dan dianalisis. Dengan penuaan dan lama, morfologi dan struktur kapal tetikusbuah pinggangubah. Dalam tetikusbuah pinggangpada usia 10 m (rajah 3 A, D, G), vesel licin dengan rutin semula jadi, manakala pengedaran vesel dan gelung kapilari adalah teratur dan homogen, dan konturbuah pinggangadalah bulat. Walau bagaimanapun pada usia 18 m (rajah 3 B, E, H), buah pinggang tetikus ditunjukkan dengan sedikit atrofi, korteks buah pinggang kurang teratur dengan saluran darah sedikit terganggu, manakala saiz dan kadar ketebalan ramifikasi distal ke batang proksimal. vesel kurang homogen, dan gelung kapilari kurang teratur dan homogen, lebih-lebih lagi, pada usia 24 m (rajah 3 C, F, I) buah pinggang tetikus didedahkan dengan atrofi dan ubah bentuk yang jelas, manakala sempadan tidak sekata, nodular sekata. menonjol, dan konfigurasi kapal dalambuah pinggangbenar-benar bercelaru dan tidak jelas, malah disertai dengan gangguan, gelung kapilari adalah gangguan dan pengurangan, korteks semakin menipis.

Perbincangan.

Dalam radiografi standard, kontras terhasil daripada variasi dalam penyerapan sinar-X yang timbul daripada perbezaan ketumpatan dan daripada variasi dalam ketebalan dan komposisi spesimen. Kepekaan teknik berkurangan secara drastik apabila sampel terdiri daripada unsur Z rendah seperti buah pinggang , yang mana perbezaan dalam pekali penyerapan adalah sangat kecil untuk sinar-X keras.

Pengimejan fasa kontras berasaskan perambatan (PCI) adalah salah satu pendekatan pengimejan fasa kontras sinar-x untuk mengesan peralihan fasa sinar-x [6]. Insiden x-ray yang melalui tisu biologi lembut dimodulasi dalam fasa, dengan sedikit perubahan dalam modulus medan gelombang. Apabila perambatan ruang bebas antara permukaan keluar sampel dan permukaan pengesan. Iaitu apabila sinaran merambat daripada sampel, bahagian muka gelombang, yang telah mengalami pesongan yang berbeza, mengganggu sehingga menimbulkan corak ciri yang kemudiannya direkodkan oleh set pengesan ata jarak mudah (jarak berkesan Z). Terima kasih kepada pembelauan Fresnel, anjakan fasa oleh itu diubah dalam variasi keamatan yang boleh dikesan, modulasi fasa tidak kelihatan ini ditukar kepada variasi keamatan yang boleh dilihat dalam imej yang diukur [7, 8] Imej sedemikian dikatakan mempamerkan kontras fasa berasaskan perambatan [9]. PCI, tidak seperti pendekatan pengimejan kontras dua fasa yang lain seperti pengimejan interferometer dan peningkatan pembelauan, boleh dilakukan dengan sumber sinar-fokus mikro dan tidak memerlukan optik sinar-x khusus atau kemudahan synchrotron [10, 11] yang sebagai akibatnya boleh yang paling sesuai untuk digunakan dalam persekitaran klinikal [12]. Pada masa ini disebabkan oleh sumber cahaya yang kecil dan tenaga yang lemah, nilainya adalah terhad, bagaimanapun, dengan pembangunan sumber cahaya termaju dan peningkatan parameter teknik, aplikasi PCI di klinik mungkin menjanjikan.

Berbanding dengan yang konvensionalbuah pinggangkaedah diagnosis, pengimejan kontras fasa memberikan resolusi yang lebih tinggi dan lebih mikro minit tanpa luka [13]. Pengimejan kontras fasa (PCI) mengeksploitasi perubahan halus dalam indeks biasan sinar-x antara media bersebelahan untuk menjadikan sempadan antara mereka kelihatan. Peningkatan kontras bergantung pada modaliti kontras fasa tertentu. Untuk setiap teknik ini, kontras imej akhir bergantung kepada beberapa faktor, termasuk resolusi spatial pengesan sinar-x, mekanisme pembentukan imej khusus, tenaga sinar-x, dan perbezaan rasuk [5].

Tahun-tahun ini terdapat banyak kemajuan yang menjanjikan untuk SRbuah pinggangkajian pengimejan termasuk teknik dan kualiti pengimejan. Li Gang [14] menggunakan dua kristal termudah terbaik untuk menyiasat perkaitan antara ketebalan kepingan buah pinggang dan kualiti pengimejan. Wu T [15] memperoleh tikushirisan buah pinggangpengimejan sebagai resolusi tinggi 0.01 mm dengan interferometer sinar-X. Yoon [16] menggambarkan buah pinggang yang normal dan tisu karsinoma, dia mendapati imej dengan peningkatan tepi yang jelas menunjukkan struktur mikro yang jelas dalam tisu buah pinggang yang tebal (lebih daripada 700-kali ganda lebih tebal daripada imej mikroskopik). Jin Wu [17] menyiasat hamster menggunakan Mikrotomografi fasa-kontras X-ray kristal interferometer berasaskan sinar-X yang dengannya struktur mikro buah pinggang boleh dilihat.

buah pinggangpenuaan adalah proses semula jadi. Adalah diketahui umum bahawa degenerasi bermula pada usia 40 tahun pada manusia, disertai dengan penurunan berat badan secara beransur-ansur dan jumlah pengecutan. Tikus adalah sama, untuk buah pinggang tikus, umur 10 bulan adalah sama dengan orang dewasa (28 tahun) pada manusia, umur 18 bulan hingga 45 tahun, dan 24 bulan hingga 65 tahun. Buah pinggang yang mengecut adalah berkaitan dengan penipisan korteks. Dengan penuaan, bilangan integriti dan glomerulus buah pinggang normal berkurangan secara beransur-ansur, manakala bilangan glomerulus sklerosis meningkat secara beransur-ansur, terutamanya dalam zon korteks, dan bilangan dan isipadu tubul buah pinggang berkurangan secara beransur-ansur, interstitium buah pinggang meningkat dengan jelas dengan isipadu interstisial fibrosis, yang mengiringi. dengan degenerasi hyaline salur kecil dan arteriosklerosis.

Dalam kamibuah pinggangpenyiasatan penuaan semula jadi, kami mendapati trend kapal, korteks separa, dan buah pinggang perubahan isipadu, dan glomerulus berkurangan, penipisan korteks, pengedaran dan perubahan bilangan gelung kapilari, interstitium buah pinggang meningkat dengan jelas dengan fibrosis interstisial.

Kerja-kerja di atas yang telah kami lakukan adalah berkaitan dengan tetikusbuah pinggangdegenerasi pada keadaan fisiologi normal. Bagaimana pula penyakit itu tetap pada keadaan patologi seperti jangkitan kronik atau trauma akut? Adakah jika ia sama seperti buah pinggang penuaan di atas, bagaimana pula bilangan dan isipadu glomerulus renal dan kedudukan interstitium tetap dan taburan dan urutan yang mungkin maya untuk diagnosis dan rawatan pada peringkat awal penyakit. bekerja, kami akan membuat model untuk meneroka dan mengenalibuah pinggangpenyakit secara berkala dengan teknik SR-PCI.

Ucapan terima kasih

Kerja ini disokong oleh Projection of Shanghai Science Foundation, PRC (GrantNo.11ZR1427800).

Daripada: 'Penyiasatan eksperimen tetikusbuah pinggangpenuaan dengan teknologi SR PCI' olehP. Yifeng, a,1 et al

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

Rujukan
[1] Y. Hwu, WL Tsai, A. Groso, G. Margaritondo, dan JH Je, Coherence-enhanced Synchrotron Radiology: Simple Theory and Practical Applications, J. Phys. D 35 (2002) R105.
[2] T. Takeda et al., Karsinoma manusia: pengalaman awal dengan fasa kontras X-ray CT dengan sinaran synchrotron kajian spesimen perbandingan dengan mikroskop optik, Radiologi 214 (2000) 2982301.
[3] ED Pisano et al., Spesimen kanser payudara manusia: pengimejan yang dipertingkatkan difraksi dengan korelasi histologi meningkatkan keterlihatan butiran lesi berbanding dengan radiografi digital, Radiologi 214 (2000) 8952901.
[4] TE Gureyev et al., Kaedah kuantitatif dalam pengimejan sinar-X kontras fasa, J. Digit. imag. 13 (2000) 121.
[5] A. Bravin, P. Coan dan P. Suortti, pengimejan fasa kontras sinar-X: daripada aplikasi pra-klinikal ke arah klinik, Phys. Med. biol. 58 (2013) R1.
[6] P. Spanne, C. Raven, I. Snigireva dan A. Snigirev, Holografi dalam talian dan mikrotomografi kontras fasa dengan sinar-x tenaga tinggi, Phys. Med. biol. 44 (1999) 741.
[7] SW Wilkins et al., Pengimejan kontras fasa menggunakan sinar-X keras polikromatik, Alam 384 (1996) 335.
[8] A. Snigirev et al., Mengenai kemungkinan pengimejan mikro kontras fasa sinar-X oleh sinaran sinkrotron tenaga tinggi yang koheren, Rev. Sci. Instrumen. 66 (1995) 5486.
[9] D. Gao et al., Radiografi kontras fasa, Imag. Di sana. Technol. 18 (1998) 1257.
[10] W. Sun et al., Pengimejan kontras fasa dengan sinar-X synchrotron untuk kecacatan tulang rawan kepala femoral arnab, Dagu. J. Med. imag. Technol. 20 (2004) 3682370.
[11] A. Momose et al., Fasa kontras X-ray dikira tomografi untuk memerhati tisu lembut biologi, Nat. Med. 2 (1996) 473.
[12] J. Xu et al., Peranan pengimejan kontras fasa radiografi dalam pembangunan tatasusunan elektrod intracochlear, Otology & Neurotology 22 (2001) 862.
[13] S.-A. Zhou dan A. Brahme, Pembangunan teknik pengimejan sinar-X kontras fasa dan aplikasi perubatan yang berpotensi, Phys. Med. 24 (2008) 129.
[14] L. Gang et al., Kebergantungan kualiti imej pada ketebalan buah pinggang tikus yang dihiris yang diambil oleh binaan DEI yang paling mudah, Nucl. Instrumen. Meth. 548 (2005) 200.
[15] J. Wu et al., Microphase-contrast x-ray computed tomography untuk kajian bioperubatan asas di SPring-8, Proc. SPIE 5535 (2004) 740.
[16] CY Yoon et al., Pengimejan karsinoma buah pinggang dan prostat dengan radiologi indeks biasan, Int. J. Urol. 14 (2007) 96.
[17] J. Wu et al., Pengimejan struktur buah pinggang oleh mikrotomografi kontras fasa sinar-X, Int Buah Pinggang. 75 (2009) 945.