Hiire neerude vananemise eksperimentaalne uurimine SR PCI tehnoloogiaga

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

P. Yifeng,a,1 et al

ABSTRAKTNE:

Eesmärk. Tuginedes sünkrotronkiirguse (SR) koherentsuse iseloomule, hiirneeruduuring viiakse läbi, kasutades levimispõhist faasikontrastkuvamise (PCI) tehnoloogiat, mis on faasikontrastpildistamise (PCI) üks lähenemisviis. Selle töö eesmärk oli visualiseerida neerud erinevas vanuses ja hinnata vananemismehhanismi varjatud väärtust SRphase-contrast pilditehnoloogia abil.

meetodid.Katsed viidi läbi SSRF-i (Shanghai sünkrotronkiirguse rajatis) BL13W1 liinil, proove leotati 10-protsendilises formaliinilahuses, eri vanuses hiire neerud pildistati riiulil paljunduspõhises faasikontrastse pildistamise seadistuses ja jäädvustatud CCD-ga. Pildistatud pilte analüüsiti ja võrreldi.

Tulemused.Kui proovide ja pildiplaadi vaheline kaugus on 50 cm, saadi levimispõhises faasikontrastpildis (PCI) hea kontrast ja kõrge eraldusvõime, kuna selline neerukapsel ilmus hästi ja eraldusvõime ulatub 30 mikronini; hiirte kuju ja veresoonte struktuurid erinevad oluliseltneeruderinevas vanuses.

Järeldus.PCI on hea peamiste valguselementide organisatsiooni kujutise, noore ja vana hiire erineva kuju ja veresoonte struktuuri rakendamiseks.neerudlevimisel põhineva faasikontrastpildi tehnoloogiaga võib teatud määral näidata.

MÄRKSÕNAD:röntgenkiirte monokromaatorid; Sünkrotronkiirguse kiirendite seadmed;Arvutipõhised meditsiinilise kujutise taastamise meetodid ja algoritmid; Kiirendi rakendused

Cistanche võib toitaneerud ja parandavad neerufunktsiooni

Hiljuti töötati kiiresti välja SR kõvade röntgenikiirte pildiuuringud. Eriti kõva X-faasi kontrastsuskujutis (PCI) võimaldab kõrge ruumilise eraldusvõime (µm astme tase) ja parema kontrastsuse [1] eeliste tõttu selgelt kujutada nõrga neeldumisproovi (nt bioloogilist pehmet kudet, sealhulgas kasvaja varases staadiumis ja veresooni jt). PCI võib anda biomeditsiini valdkonnas ulatuslikke rakendusvõimalusi. SR on kohandatudneerudpildistamine parema allika iseloomu ja täiustatud pildistamismehhanismi jaoks: 1) Kõrge heledus: SR kõva röntgenikiirguse lainepikkus jõuab nm-ni, samal ajal kui kujutise eraldusvõime µm tasemeni, mis on piisav neeruglomeruluse kuvamiseks. 2) Osaline koherentsus, millega saab teostada faasikontrastkuvamist (PCI). Kõva röntgenkiirte faasikontrastkujutised, sealhulgas röntgeniinterferomeeter [2], difraktsioonivõimenduskujutis (DEI) [3] ja levimispõhine pildistamine [4].

Theneerudon oluline organ, mis teostab uriini tootmist ja eritumist. Praegused protseduurid diagnoosimiseksneerudhaigused hõlmavad peamiselt CT-d, MR-i, tuumakuvamist ja ultraheli, kuid mikrostruktuuri kuvamisel on palju piiranguid. Biopsia on kullastandardne kahvliharude diagnoos, kuid see on kahjutu, sealhulgas haavad teostamise ajal, verejooks, infektsioon jne, eriti jälgimisraskused ja vastunäidustused. Seega on selle rakendamine piirangute piires.

Levipõhine faasikontrastkujutis (PCI) on lihtsaim viis faasikontrastsuse visualiseerimiseks (nimetatakse ka faasilevi kujutiseks), mis on analoogne in-line holograafiaga. PCI on teatud tüüpi röntgenpildi tehnika röntgenikiirguse faasinihke tuvastamiseks [5]. Edasisuunaline hajutatud kiir (z-suund) häirib hajutamata kiirt, muutes seeläbi leviva kiire amplituudi. Kui objekti projekteeritud elektrontihedus ρ(x,y) varieerub, täheldatakse kujutise tasapinnal intensiivsuse variatsioone.

Selles artiklis uurisime hiire neere PCI-meetodi abil saadud pilditeabe ja hiire neerude võrdlemise kohta erinevas vanuses. Eesmärk on hinnata levimispõhist pildistamistneerudpildistamine.

Materjalid ja meetodid.

Katsed viidi läbi vastavalt ShanghaiRadiation Facility (SSRF) liinil BL13W1. Eksperimentaalne seadistus on visandatud joonisel 1. SSRF-is paiknes valgusvihu BL13Wl vigurallikas katsekorgist 32 m kaugusel. Elektronkiire energia salvestusrõngas oli 3,5 GeV vooluga 200 mA. SSRF-i levimispõhises pildikatses kasutati ainult ühte kristall-monokromaatorit. Efektiivne kaugus Z prooviastme ja detektori (CCD) vahel oli häälestatav ja selles uuringus valiti 50 cm, iga pildi säriaeg oli 10 Prl. TheneerudSD-hiire proovid ekstraheeriti kiiresti ja fikseeriti 10-protsendilise formaliiniga. HiirneerudEsmalt pildistati õiges vanuses (umbes 12 kuu vanuselt), seejärel viidi läbi piltide võrdlus teismeliste (umbes 10 kuud), parimal eluea (umbes 18 kuud) ja ealiste (umbes 24 kuud) vahel ning tehti CT 3D rekonstrueerimine. Pärast proovi läbimist tuvastas SSRF-i röntgenkiire röntgen-CCD-kaamera. Kujutisi saab salvestada röntgen-CCD-ga, mille piksli suurus on 9 µm (Photonic-Science VHR) SSRF-is.

Tulemused.

Meie katseeelsete kogemuste kohaselt on hiire kujutise kontrastsusneerudkuded on parim SSRF-i 12 KeV energia ja 50 cm kaugusel Z kiirgusjoonel BL13Wl, seetõttu võeti meie pildiuuringus parameetrid.

Hiire pildistamiselneerudõiges vanuses (umbes 12 kuu vanuselt, normaalne neer), neerukoore ja medulla mikrostruktuurid normaalses neerus. Neeru glomerulus, Bowmani ruum, erinevad neerutuubulid, veresooned ja interstitsiaalne aine olid hästi lahendatud (joonis 2A), pakkudes põhimõtteliselt sama teavet kui histoloogia (joonis 2B). Neeru glomerulus koosneb neerukapslist ja kapillaarsilmused on neeru struktuurne ja funktsionaalne üksus. Praegu ei suuda kliiniline tavapärane täiustatud pilditehnoloogia, sealhulgas CT ja MR, neeruglomeruleid otse nähtavaks teha.

Seejärel võrreldi ja analüüsiti hiire neerude kujutisi erinevates vanustes. Vananedes ja vananedes on hiire morfoloogia ja veresoonte struktuurneerudmuuta. Hiire seesneerud10 m vanuses (joonis 3 A, D, G) on veresooned loomuliku rutiiniga siledad, samas kui veresoonte ja kapillaaride jaotus on korrapärane ja homogeenne ning veresoonkonna kontuurneerudon ümmargused. Kuid 18 m vanuses (joonis 3 B, E, H) on hiire neer kerge atroofiaga, neerukoor on vähem korrapärane, veresooned on veidi häiritud, samas kui tüve proksimaalse hargnemise suurus ja paksus. veresooned on vähem homogeensed ja kapillaaride aasad on vähem korrapärased ja homogeensed, pealegi ilmneb 24 m vanuses hiire neer (joonis 3 C, F, I) ilmse atroofia ja deformatsiooniga, samas kui piir on ebaühtlane, isegi sõlmeline. silmapaistev ja veresoonte konfiguratsioonneerudon täiesti korrastamata ja ebaselged, isegi katkestusega kaasnevad, kapillaaride silmused on häired ja vähenemine, ajukoor hõreneb.

Arutelu.

Standardse radiograafia puhul tuleneb kontrastsus röntgenikiirguse neeldumise erinevustest, mis tulenevad tiheduse erinevustest ning proovi paksuse ja koostise erinevustest. Tehnika tundlikkus väheneb drastiliselt, kui proov koosneb madala Z-sisaldusega elementidest, näiteks neerudest. , mille puhul on neeldumistegurite erinevused kõvade röntgenikiirguste puhul väga väikesed.

Levipõhine faasikontrastkujutis (PCI) on üks röntgeni faasikontrastkuvamise meetodeid röntgenikiirguse faasinihke tuvastamiseks [6]. Juhuslikud röntgenikiired, mis läbivad pehmet bioloogilist kude, moduleeritakse faasis, lainevälja moodul muutub vähe. Vaba ruumi levimisel proovi väljundpinna ja detektori pinna vahel. St kui kiirgus levib proovist, häirivad lainefrondi osad, millel on erinev läbipaine, tekitades iseloomuliku mustri, mis seejärel salvestatakse sobivale kaugusele (efektiivne kaugus Z) seatud detektoriga. Tänu Fresneli difraktsioonile muudetakse faasinihked tuvastatavateks intensiivsuse variatsioonideks ja need nähtamatud faasimodulatsioonid teisendatakse mõõdetud kujutisel nähtavaks intensiivsuse variatsiooniks [7, 8] Väidetavalt näitavad sellised kujutised levimispõhist faasikontrastsust [9]. Erinevalt kahest teisest faasikontrastse pildistamise meetodist, nagu interferomeetriline ja difraktsioonivõimenduspildistamine, saab PCI-d teostada mikrofokaal-röntgenikiirguse allikatega ja see ei nõua spetsiaalset röntgenoptikat ega sünkrotronseadet [10, 11], mille tagajärjeks võib olla kõige sobivam kliinilises keskkonnas kasutamiseks [12]. Praegu on väikeste valgusallikate ja nõrga energia tõttu väärtus piiratud, kuid täiustatud valgusallikate arendamise ja tehniliste parameetrite paranemisega võib PCI rakendamine kliinikutes olla paljulubav.

Tavapärasega võrreldesneerudDiagnoosimeetodid, faasikontrastkujutised tagavad suurema eraldusvõime ja rohkem mikrominutit ilma haavata [13]. Faaskontrastkujutis (PCI) kasutab külgnevate kandjate vahelisi röntgenikiirguse murdumisnäitaja peeneid muutusi, et muuta nendevahelised piirid nähtavaks. Kontrastsuse suurendamine sõltub konkreetsest faasikontrastsuse modaalsusest. Kõigi nende tehnikate puhul sõltub lõplik kujutise kontrastsus mitmest tegurist, sealhulgas röntgendetektori ruumilisest eraldusvõimest, konkreetsest kujutise moodustamise mehhanismist, röntgenienergiast ja kiirte lahknemisest [5].

Nendel aastatel on SR-i jaoks palju paljulubavaid edusammeneerudpildiuuringud, sealhulgas pildistamise tehnika ja kvaliteet. Li Gang [14] kasutas neeruviilude paksuse ja pildikvaliteedi vahelise seose uurimiseks kahte kõige lihtsamat kristalli. Wu T [15] saadi rottneeru viiludpildistamine kõrge eraldusvõimega 0,01 mm röntgen-interferomeetriga. Yoon [16] kujutas normaalset neeru- ja kartsinoomikudet, ta leidis, et selgete servadega kujutised näitasid selgelt paksu neerukoe mikrostruktuuri (rohkem kui 700- korda paksemad kui mikroskoopilised kujutised). Jin Wu [17] uuris hamstrit, kasutades Röntgenkristallide interferomeetril põhinev röntgenfaasikontrastne mikrotomograafia, millega saab näha neeru mikrostruktuuri.

Neervananemine on looduses loomulik protsess. On hästi teada, et degeneratsioon algab inimestel 40-aastaselt, millega kaasneb järkjärguline kaalu ja mahu vähenemine. Hiir on täpselt sama, hiire neeru puhul on vanus 10 kuud sarnane täiskasvanud inimesega (28 aastat vana), vanus 18 kuud kuni 45 aastat vana ja 24 kuud kuni 65 aastat vana. Kahanenud neer on oluline ajukoore hõrenemisel. Vananedes väheneb terviklikkuse ja normaalse neeru glomeruluse arv järk-järgult, samal ajal kui skleroosi glomerulite arv suureneb järk-järgult, eriti ajukoore tsoonis, ning neerutuubulite arv ja maht väheneb järk-järgult, neerude interstiitium suureneb ilmselgelt koos interstitsiaalse fibroosiga, millega kaasneb väikeste veresoontega hüaliini degeneratsioon ja arterioskleroos.

Meieneerudloomuliku vananemise uurimisel leidsime veresoonte, osalise ajukoore ja neerude trendi ruumala muutus ja glomeruli vähenemine, ajukoore hõrenemine, kapillaarsilmuste jaotus ja arvu muutumine, interstitsiaalse fibroosiga neerude interstiitium suureneb ilmselt.

Ülaltoodud tööd, mida me tegime, on seotud hiireganeeruddegeneratsioon normaalsel füsioloogilisel seisundil. Kuidas oleks, kas haigus on regulaarsed selliste patoloogiliste seisundite korral nagu krooniline infektsioon või äge trauma? Kas kui see on sama, mis ülaltoodud vananeval neerul, siis kuidas on korrapärased neeru glomerulite ja interstitsiumi asendi arv ja maht ning jaotus ja järjestus, mis võivad olla virtuaalsed haiguse varajases staadiumis diagnoosimiseks ja raviks. töötama, koostame mudeli, mida uurida ja ära tundaneerudregulaarselt SR-PCI tehnikaga.

Tänuavaldused

Seda tööd toetab Hiina Shanghai teadusfondi projektsioon (GrantNo.11ZR1427800).

Alates: "Hiire eksperimentaalne uurimineneerudvananemine SR PCI tehnoloogiaga" pooltP. Yifeng, a,1 et al

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

Viited
[1] Y. Hwu, WL Tsai, A. Groso, G. Margaritondo ja JH Je, Coherence-enhanced Synchrotron Radiology: Simple Theory and Practical Applications, J. Phys. D 35 (2002) R105.
[2] T. Takeda et al., Human carcinoma: varajane kogemus faasikontrast-röntgen-CT-ga sünkrotronkiirgusega võrdleva prooviuuringuga optilise mikroskoopiaga, Radiology 214 (2000) 2982301.
[3] ED Pisano et al., Inimese rinnavähi proovid: difraktsioonivõimeline kujutis koos histoloogilise korrelatsiooniga parandas kahjustuse detailide nähtavust võrreldes digitaalse radiograafiaga, Radiology 214 (2000) 8952901.
[4] TE Gureyev et al., Kvantitatiivsed meetodid faasikontraströntgenkuvastamisel, J. Digit. Imag. 13 (2000) 121.
[5] A. Bravin, P. Coan ja P. Suortti, X-ray faasikontrastpildistamine: prekliinilistest rakendustest kliinikuteni, Phys. Med. Biol. 58 (2013) R1.
[6] P. Spanne, C. Raven, I. Snigireva ja A. Snigirev, In-line holography and phase-contrast microtomography with high energy x-rays, Phys. Med. Biol. 44 (1999) 741.
[7] SW Wilkins et al., Phase-contrast imaging using polychromatic hard X-rays, Nature 384 (1996) 335.
[8] A. Snigirev jt. Röntgenikiirguse faasikontrastse mikropildistamise võimalustest koherentse suure energiaga sünkrotronkiirgusega, Rev. Sci. Instrum. 66 (1995) 5486.
[9] D. Gao et al., Phase-contrast radiography, Imag. Seal. Technol. 18 (1998) 1257.
[10] W. Sun et al., Phase-contrast imaging with synchrotron X-ray for defekt of the defekt of küüliku reieluupea kõhr, Chin. J. Med. Imag. Technol. 20 (2004) 3682370.
[11] A. Momose et al., Phase-contrast X-ray kompuutertomograafia bioloogiliste pehmete kudede vaatlemiseks, Nat. Med. 2 (1996) 473.
[12] J. Xu et al., Radiograafilise faasikontrastkuvamise roll intrakohleaarsete elektroodimassiivide väljatöötamisel, Otology & Neurotology 22 (2001) 862.
[13] S.-A. Zhou ja A. Brahme, Faasikontrastsete röntgenpilditehnikate arendamine ja võimalikud meditsiinilised rakendused, Phys. Med. 24 (2008) 129.
[14] L. Gang et al., Pildikvaliteedi sõltuvus roti viilutatud neeru paksusest, mis on võetud lihtsaima DEI konstruktsiooniga, Nucl. Instrum. Meth. 548 (2005) 200.
[15] J. Wu et al., Microphase-contrast röntgenkompuutertomograafia biomeditsiiniliste põhiuuringute jaoks SPringis-8, Proc. SPIE 5535 (2004) 740.
[16] CY Yoon et al., Neeru- ja eesnäärmekartsinoomi pildistamine murdumisnäitaja radioloogiaga, Int. J. Urol. 14 (2007) 96.
[17] J. Wu et al., Imaging renal structures by X-ray phase-contrast microtomography, Kidney Int. 75 (2009) 945.