Eksperimentell undersøkelse av aldring av musenyre med SR PCI-teknologi

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

P. Yifeng,a,1 et al

ABSTRAKT:

Objektiv. Basert på koherenskarakteren til synkrotronstrålingen (SR), tematikknyrestudien utføres ved å bruke den forplantningsbaserte fasekontrastavbildningsteknologien (PCI) som er en tilnærming til fasekontrastavbildningen (PCI). Målet med denne artikkelen var å visualisere nyrene i forskjellige aldre og evaluere den latente verdien av aldringsmekanismen med SRphase-kontrast bildeteknologi.

Metoder.Eksperimentene ble utført ved BL13W1line til SSRF (Shanghai synkrotronstrålingsanlegg), prøvene ble dynket i 10 prosent formalinløsning, musenyrene i forskjellige aldre ble avbildet på hyllen i det forplantningsbaserte fasekontrastbildeoppsettet og tatt med CCD. De fangede bildene ble analysert og sammenlignet.

Resultater.Når avstanden er 50 cm mellom prøvene og bildeplaten, ble det oppnådd god kontrast og høy oppløsning i den forplantningsbaserte fasekontrastavbildningen (PCI), da en slik nyrekapsel viste seg godt, og oppløsningen når 30 mikron; det er en betydelig forskjell i formen og karstrukturene blant musenenyreri forskjellig alder.

Konklusjon.PCI er bra for bruk av hovedlyselementorganisasjonsavbildning, forskjellen i form og karstruktur mellom unge og gamle musnyrekan til en viss grad indikeres med den forplantningsbaserte fasekontrastavbildningsteknologien.

SØKEORD:X-ray monokromatorer; Instrumentering for synkrotronstrålingsakseleratorer;Medisinske bilderekonstruksjonsmetoder og algoritmer, datastøttet; Akseleratorapplikasjoner

Cistanche kan gi næringnyrer og forbedre nyrefunksjonen

Nylig var bildeforskningen på SR-hard røntgenstråler raskt utviklet. Spesielt hard X-fase-kontrast-avbildning (PCI), for fordelene ved den høye romlige oppløsningen (µm gradnivå) og bedre kontrast [1], kan tydelig avbilde den svake absorpsjonsprøven (slik som det biologiske bløtvevet inkludert svulst i tidlig stadium og kar et al.). PCI kan gi opphav til omfattende bruksmuligheter innen det biomedisinske feltet. SR er tilpassetnyrebildebehandling for den bedre kildekarakteren og avansert bildebehandlingsmekanisme: 1) Høy lysstyrke: bølgelengden til SR hard røntgen når gradnivået nm, mens bildeoppløsningen til gradnivået µm som er nok til å avbilde renal glomerulus. 2) Delvis koherens som fasekontrastavbildning (PCI) kan utføres med. Den harde røntgenfasekontrastavbildningen, inkludert røntgeninterferometer [2], diffraksjonsforsterkende avbildning (DEI) [3] og forplantningsbasert avbildning [4].

Denyreer et viktig organ som utfører urinproduksjon og utskillelse. Gjeldende prosedyrer for diagnostisering avnyreSykdommen inkluderer hovedsakelig CT, MR, kjernefysisk avbildning og ultralyd, men det er mange begrensninger for avbildningsmikrostruktur. Biopsien er gullstandarden for nyrediagnose, men den er ufarlig inkludert såret under utførelse, blødning, infeksjon, etc. spesielt vanskeligheter med å følge opp og kontraindikasjoner. Så søknaden er innenfor begrensningene.

Den forplantningsbaserte fasekontrastavbildningen (PCI) er den enkleste måten å visualisere fasekontrasten (også indikert som "faseforplantningsavbildning"), som er analog med in-line holografi. PCI er en slags røntgenbildeteknikk for å detektere røntgenfaseskifte [5]. Den spredte strålen i foroverretningen (z-retningen) forstyrrer den ikke-spredte strålen, og endrer derved amplituden til forplantningsstrålen. Når det er variasjoner i den projiserte elektrontettheten ρ(x,y) til objektet, observeres intensitetsvariasjoner i bildeplanet.

I denne artikkelen undersøkte vi musenyrer ved PCI-tilnærmingen på innhentet bildeinformasjon og sammenligning av musenyrer i forskjellige aldre. Målet er å evaluere forplantningsbasert bildebehandling inyrebildebehandling.

Materialer og metoder.

Eksperimentene ble utført på henholdsvis BL13W1-linjen i ShanghaiRadiation Facility (SSRF). Eksperimentoppsettet er skissert i figur 1. I SSRF ble wiggler-kilden til beamline BL13Wl plassert 32 m fra eksperimenthulen. Elektronstråleenergien i lagringsringen var 3,5 GeV med en strøm på 200 mA. I det forplantningsbaserte bildeeksperimentet til SSRF ble bare én krystallmonokromator brukt. Den effektive avstanden Z mellom prøvestadiet og detektoren (CCD) var justerbar, og 50 cm ble valgt i denne studien, eksponeringstiden for hvert bilde var 10 ms. Denyreprøver fra SD-musen ble ekstrahert raskt og fiksert ved bruk av 10 prosent formalin. Musennyreav riktig alder (i en alder av ca. 12 måneder) ble først avbildet, deretter ble bildesammenligningen blant tenåringer (ca. 10 måneder), livets beste (ca. 18 måneder) og de eldre (ca. 24 måneder) utført, og CT 3D-rekonstruksjonen ble utført. Røntgenstrålen i SSRF, etter å ha gått gjennom prøven, ble oppdaget av et røntgen CCD-kamera. Bildene kan tas opp ved hjelp av røntgen-CCD med pikselstørrelsen 9 µm (Photonic-Science VHR) i SSRF.

Resultater.

I følge våre erfaringer fra før eksperiment, bildekontrasten til musnyrevev er best ved energien på 12 KeV og avstanden Z på 50 cm ved strålelinje BL13Wl-linjen i SSRF, derfor ble parametrene tatt i vår bildeundersøkelse.

I avbildningen av musennyreav riktig alder (ved en alder av ca. 12 måneder, normal nyre), mikrostrukturer av nyrebarken og medulla i normal nyre. Den renale glomerulus, Bowman'sspace, forskjellige nyretubuli, kar og interstitiell substans ble godt løst (figur 2A), og ga i utgangspunktet samme informasjon som histologien (figur 2B). Den renale glomerulus består av nyrekapselen og kapillærløkker er den strukturelle og funksjonelle enheten til nyrene. For tiden kan ikke den kliniske konvensjonelle avanserte bildeteknologien inkludert CT og MR gjøre renalglomerulus synlig direkte.

Deretter ble avbildningen av musenyrene i forskjellige aldre sammenlignet og analysert. Med aldring og gammel, morfologien og karstrukturen til musennyreendring. I musennyrei en alder av 10 m (figur 3 A, D, G), er karene jevne med naturlig rutine, mens fordelingen av kar og kapillærløkker er regelmessige og homogene, og konturen avnyreer runde. Men i en alder av 18 m (figur 3 B, E, H), er musenyren vist med lett atrofi, nyrebarken er mindre regelmessig med karene litt forstyrrelse i gang, mens størrelsen og tykkelsen av den distale forgreningen til proksimal trunk kar er mindre homogene, og kapillærløkkene er mindre regelmessige og homogene, dessuten, i en alder av 24 m (figur 3 C, F, I) avsløres musenyren med tydelig atrofi og deformasjon, mens grensen er ujevn, jevn nodulær fremtredende, og fartøyene konfigurasjon inyreer helt uorden og mindre klare, selv ledsaget av avbrudd, kapillærløkkene er uorden og reduksjon, cortex tynnes ut.

Diskusjon.

I standard radiografi er kontrasten et resultat av variasjoner i røntgenabsorpsjon som skyldes tetthetsforskjeller og fra variasjoner i tykkelsen og sammensetningen av prøven. Følsomheten til teknikken reduseres drastisk når prøven består av lav Z-elementer som nyrene. , for hvilke forskjellene i absorpsjonskoeffisientene er svært små for harde røntgenstråler.

Forplantningsbasert fasekontrastavbildning (PCI) er en av røntgenfasekontrastavbildningsmetodene for å oppdage røntgen-faseskift [6]. Innfallende røntgenstråler som passerer gjennom mykt biologisk vev moduleres i fase, med liten endring i bølgefeltmodulen. Ved forplantning av fritt rom mellom prøvens utgangsoverflate og overflaten til detektoren. Dvs. når strålingen forplanter seg fra prøven, forstyrrer deler av bølgefronten, som har opplevd forskjellige avbøyninger, og gir opphav til et karakteristisk mønster som deretter registreres av en detektor satt til en passende avstand (effektiv avstand Z). Takket være Fresnel-diffraksjonen blir faseskiftene derfor transformert i detekterbare intensitetsvariasjoner. Disse usynlige fasemodulasjonene omdannes til synlige intensitetsvariasjoner i det målte bildet [7, 8] Slike bilder sies å ha forplantningsbasert fasekontrast [9]. PCI, i motsetning til andre to fasekontrast-avbildningsmetoder, som interferometer- og diffraksjonsforbedringsavbildning, kan utføres med mikrofokalstrålekilder og krever ikke spesialisert røntgenoptikk eller synkrotronanlegg [10, 11] som en konsekvens kan være den mest egnede for bruk i kliniske omgivelser [12]. For tiden på grunn av de små lyskildene og svak energi er verdien begrenset, men med utvikling av avanserte lyskilder og forbedring av teknikkparametere kan anvendelsen av PCI i klinikker være lovende.

Sammenlignet med den konvensjonellenyrediagnosemetoder, fasekontrastavbildning gir høyere oppløsning og flere mikrominutter uten sår [13]. Phase-contrast imaging (PCI) utnytter subtile endringer i røntgenbrytningsindeksen mellom tilstøtende medier for å gjøre grensene mellom dem synlige. Kontrastforbedring avhenger av den spesielle fasekontrastmodaliteten. For hver av disse teknikkene avhenger den endelige bildekontrasten av flere faktorer, inkludert romoppløsningen til røntgendetektoren, den spesifikke bildedannelsesmekanismen, røntgenenergi og stråledivergens [5].

Disse årene er det mye lovende fremgang for SRnyrebildebehandling inkludert bildeteknikk og kvalitet. Li Gang [14] brukte de beste enkleste to krystallene for å undersøke sammenhengen mellom nyreskivenes tykkelse og bildekvalitet. Wu T [15] oppnådde rottenyreskiverbildebehandling med høy oppløsning på 0,01 mm med et røntgeninterferometer. Yoon [16] avbildet det normale nyre- og karsinomvevet, han fant bildene med tydelig kantforsterkning avslørte tydelig mikrostruktur i tykt nyrevev (mer enn 700- ganger tykkere enn mikroskopiske bilder). Jin Wu [17] undersøkte hamsteren ved hjelp av Røntgenkrystallinterferometerbasert røntgenfasekontrastmikrotomografi som gir nyremikrostrukturen synlig.

Nyrealdring er en naturlig prosess i naturen. Det er velkjent at degenerasjon begynner ved 40-årsalderen hos mennesker, ledsaget av en gradvis nedgang i vekt og shrunkenninginvolum. Musen er like den samme, for musenyren er alderen ved 10 måneder lik den voksne (28 år) hos mennesker, alderen fra 18 måneder til 45 år og 24 måneder til 65 år. Nyren krympet er relevant for tynning av cortex. Med aldring reduseres antall integritet og normal nyreglomerulus progressivt, mens antallet sklerose glomerulus øker gradvis, spesielt i cortex-sonen, og antallet og volumet av nyretubuli reduseres gradvis, nyre-interstitium øker åpenbart med interstitialfibrose i volum, som følger med med små kar hyalin degenerasjon og arteriosklerose.

I vårnyrenaturlig aldringsundersøkelse, fant vi trenden med kar, delvis cortex og nyre volumendring, og glomerulus avtar, cortex tynnes, distribusjon og nummerendring av kapillærløkkene, nyreinterstitium øker åpenbart med interstitiell fibrose.

De ovennevnte arbeidene vi hadde gjort er relatert til musnyredegenerasjon på normal fysiologisk tilstand. Hva med er sykdommen gjengangere på patologiske tilstander som kronisk infeksjon eller akutte traumer? Er det det samme som for de ovennevnte aldrende nyrene, hva med regelmessig antall og volum av renal glomerulus og interstitium holdning og distribusjon og sekvens som kan være virtuell for diagnose og behandling på tidlig stadium av sykdommen. fungerer, skal vi lage en modell å utforske og gjenkjennenyresykdom regelmessig med SR-PCI-teknikken.

Anerkjennelser

Dette arbeidet er støttet av Projection of Shanghai Science Foundation, PRC (GrantNo.11ZR1427800).

Fra: 'Eksperimentell undersøkelse av musnyrealdring med SR PCI-teknologi' avP. Yifeng, a,1 et al

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

Referanser
[1] Y. Hwu, WL Tsai, A. Groso, G. Margaritondo og JH Je, Koherensforbedret synkrotronradiologi: enkel teori og praktiske anvendelser, J. Phys. D 35 (2002) R105.
[2] T. Takeda et al., Humant karsinom: tidlig erfaring med fasekontrast røntgen-CT med synkrotronstråling sammenlignende prøvestudie med optisk mikroskopi, Radiology 214 (2000) 2982301.
[3] ED Pisano et al., Human brystkreftprøver: diffraksjonsforbedret bildebehandling med histologisk korrelasjon forbedret synligheten av lesjonsdetaljer sammenlignet med digital radiografi, Radiology 214 (2000) 8952901.
[4] TE Gureyev et al., Quantitative methods in phase-contrast X-ray imaging, J. Digit. Imag. 13 (2000) 121.
[5] A. Bravin, P. Coan og P. Suortti, X-ray fase-kontrast avbildning: fra pre-kliniske applikasjoner til klinikker, Phys. Med. Biol. 58 (2013) R1.
[6] P. Spanne, C. Raven, I. Snigireva og 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., Fasekontrastavbildning ved bruk av polykromatiske harde røntgenstråler, Nature 384 (1996) 335.
[8] A. Snigirev et al., Om mulighetene for røntgenfasekontrast mikroavbildning ved koherent høyenergi synkrotronstråling, Rev. Sci. Instrument. 66 (1995) 5486.
[9] D. Gao et al., Phase-contrast radiography, Imag. Ther. Teknol. 18 (1998) 1257.
[10] W. Sun et al., Fasekontrastavbildning med synkrotronrøntgen for defekt i lårbenshodebrusk fra kanin, Chin. J. Med. Imag. Teknol. 20 (2004) 3682370.
[11] A. Momose et al., Fasekontrast røntgentomografi for observasjon av biologisk bløtvev, Nat. Med. 2 (1996) 473.
[12] J. Xu et al., Rollen til radiografisk fasekontrastavbildning i utviklingen av intracochleære elektrodematriser, Otology & Neurotology 22 (2001) 862.
[13] S.-A. Zhou og A. Brahme, Utvikling av fasekontrast røntgenteknikker og potensielle medisinske anvendelser, Phys. Med. 24 (2008) 129.
[14] L. Gang et al., Bildekvalitetsavhengighet av tykkelsen på oppskåret rottenyre tatt av en enkleste DEI-konstruksjon, Nucl. Instrument. Meth. 548 (2005) 200.
[15] J. Wu et al., Microphase-contrast x-ray computertomography for grunnleggende biomedisinsk studie ved SPring-8, Proc. SPIE 5535 (2004) 740.
[16] CY Yoon et al., Imaging of renal and prostata carcinoma with refractive index radiology, 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.