Investigarea experimentală a îmbătrânirii rinichilor mouse-ului cu tehnologia SR PCI

Persoană de contact: Audrey Hu Whatsapp / hp: 0086 13880143964 e-mail:audrey.hu@wecistanche.com

P. Yifeng,a,1 et al

ABSTRACT:

Obiectiv. Pe baza caracterului de coerență al radiației sincrotronului (SR), șoarecerinichistudiul este efectuat folosind tehnologia de propagare a imaginii cu contrast de fază (PCI), care este o abordare a imaginii contrastelor de fază (PCI). Scopul acestei lucrări a fost de a vizualizați rinichiul la vârste diferite și evaluați valoarea latentă a mecanismului de îmbătrânire cu SR tehnologia de imagistică cu contrast de fază.

Metode.Experimentele au fost efectuate la BL13W1 linia SSRF (instalația de radiație sincrotron din Shanghai), probele au fost înmuiate în 10% soluția de formalină, rinichii mouse-ului la vârste diferite au fost fotografiați pe raft în configurația imagistică cu contrast de fază pe bază de propagare și capturați cu CCD. Imaginile surprinse au fost analizate și comparat.

Rezultatele.Când distanța este de 50 cm între probe și placa de imagistică, bun contrastul și rezoluția înaltă au fost obținute în imagistica de contrast de fază bazată pe propagare (PCI), ca atare capsula renală a relevat bine, iar rezoluția ajunge la 30 microni; există o diferență semnificativă în structura formei și a vaselor între șoareceRinichila vârste diferite.

Concluzie.PCI este bun pentru aplicarea imagisticii principale de organizare a elementelor de lumină, diferența în forma și structura vaselor între șoarecele tânăr și cel bătrânrinichipot fi indicate unora extindere cu tehnologia imagistică cu contrast de fază bazată pe propagare.

CUVINTE CHEIE:Monocromatoare cu raze X; Instrumentație pentru acceleratoare de radiații sincrotron; Metode și algoritmi de reconstrucție a imaginii medicale, ajutați de calculator astfel; Aplicații accelerator

Cistanche poate hrănirinichi și de a îmbunătăți funcția renală

Recent, cercetarea imagistică privind radiografiile dure SR a fost dezvoltată rapid. Mai ales imagistica cu contrast de fază X tare (PCI), pentru meritele rezoluției spațiale ridicate (grad μm nivel) și un contrast mai bun [1], poate imaginea în mod clar eșantionul de absorbție slab (cum ar fi biologia țesut moale, inclusiv tumora în stadiu incipient și vase, et al.). PIC poate da naștere la un nivel extins perspective de aplicare în domeniul biomedical. SR este adaptat larinichiimagistică pentru o sursă mai bună caracter și mecanism avansat de imagistică: 1) Luminozitate ridicată: lungimea de undă a razei X dure SR atinge nivelul de grad nm, în timp ce rezoluția imagistică la nivelul de grad de μm, care este suficientă pentru imagistica glomerulusului renal. 2) Coerența parțială cu care imagistica cu contrast de fază (PCI) pot fi efectuate. Imagistica cu contrast de fază cu raze X, inclusiv interferometrul cu raze X [2], imagistică de îmbunătățire a difracției (DEI) [3] și imagistică bazată pe propagare [4].

Celrinichieste un organ important care efectuează producția de urină și excreția. Proceduri curente pentru diagnosticul derinichiboala include în principal CT, MR, imagistică nucleară, și ultrasunete, cu toate acestea, există o mulțime de limitări pentru microstructura imagistică. Biopsia este standardul de aur pentru diagnosticul renal, cu toate acestea, este inofensiv, inclusiv rana în timpul efectuării, sângerare, infecție, etc. în special dificultatea de urmărire și contraindicații. Deci, aplicarea sa este în cadrul limitării.

Imagistica cu contrast de fază bazată pe propagare (PCI) este cea mai simplă modalitate de a vizualiza contrastul de fază (indicat și ca "imagistică de propagare a fazelor"), care este analog holografiei în linie. PCI este un fel de tehnică de imagistică cu raze X pentru detectarea schimbării fazei cu raze X [5]. Cel fasciculul împrăștiat în direcția înainte (direcția z) interferează cu fasciculul nevătămat, astfel schimbarea amplitudinii fasciculului de propagare. Atunci când există variații ale densității electronilor proiectați ρ(x,y) a obiectului, se observă variații de intensitate la planul imaginii.

În această lucrare, am investigat rinichii mouse-ului prin abordarea PCI privind informațiile imagistice obținute și compararea rinichilor mouse-ului la vârste diferite. Scopul este de a evalua imagistica bazată pe propagare înrinichiImagistica.

Materiale și metode.

Experimentele au fost efectuate la linia BL13W1 din Shanghai Instalația de radiație (SSRF) respectiv. Configurația experimentală este schițată în figura 1. În SSRF sursa wiggler a fasciculului BL13Wl a fost poziționat la 32 m de experiment Hutch. Energia fasciculului de electroni din inelul de stocare a fost de 3,5 GeV cu un curent de 200 mA. În experiment imagistic bazat pe propagare a SSRF, a fost folosit un singur monocromator de cristal. Distanța efectivă Z dintre etapa de prelevare și detector (CCD) a fost tunabilă și de 50 cm a fost selectat în acest studiu, timpul de expunere pentru fiecare imagine a fost de 10 ms. Celrinichiprobele de la mouse-ul SD au fost extrase rapid și fixate folosind formalină 10%. Mouse-ulrinichide vârsta potrivită (la vârsta de aproximativ 12 luni) a fost ilustrat în primul rând, apoi comparația imagistică între adolescenți (aproximativ 10 luni), prime de viață (aproximativ 18 luni), precum și în vârstă (aproximativ 24 luni) au fost efectuate, iar reconstrucția CT 3D a fost făcută. Fasciculul de raze X în SSRF, după ce merge prin intermediul eșantionului, a fost detectat de o cameră CCD cu raze X. Imaginile pot fi înregistrate folosind X-ray CCD cu dimensiunea pixelilor 9 μm (Photonic-Science VHR) în SSRF.

Rezultatele.

Conform experiențelor noastre pre-experiment, contrastul imagistic al mouse-uluirinichitesuturile sunt cele mai bune la energia de 12 KeV si distanta Z de 50 cm la linia beamline BL13Wl în SSRF, prin urmare, în investigația noastră imagistică, parametrii au fost luați.

În imaginea mouse-uluirinichide vârsta potrivită (la vârsta de aproximativ 12 luni, rinichi normal), microstructurile cortexului renal și medulla în rinichi normal. Glomerulus renal, Bowman's spațiul, diferiții tubuli renali, vasele și substanța interstițială au fost bine rezolvate (figura 2A), oferind practic aceleași informații ca histologia (figura 2B). Glomerulul renal este format din a capsulei renale și a buclelor capilare sunt unitatea structurală și funcțională a rinichiului. În prezent, tehnologia clinică convențională avansată de imagistică, inclusiv CT și MR, nu poate face renală glomerulus vizibil direct.

Apoi, imagistica rinichilor mouse-ului la vârste diferite a fost comparată și analizată. Cu îmbătrânirea și vechea, morfologia și structura vaselor șoareceluirinichischimbare. În mouse-ulrinichila vârsta de 10 m (figura 3 A, D, G), vasele sunt netede cu rutină naturală, în timp ce distribuția vaselor și a buclelor capilare sunt regulate și omogene, iar conturulrinichisunt rotunde. Cu toate acestea, la vârsta de 18 m (figura 3 B, E, H), rinichiul mouse-ului este prezentat cu ușoară atrofie, cortexul renal este mai puțin regulat cu vasele ușor tulburare de funcționare, în timp ce dimensiunea și grosimea ramificației distale a vaselor trunchiului proximal este mai puțin omogenă și buclele capilare sunt mai puțin regulate și omogene, în plus, la vârsta de 24 m (figura 3 C, F, I) rinichiul mouse-ului este dezvăluit cu atrofie și deformare evidentă, în timp ce granița este neuniformă, chiar nodular proeminent, și configurația vaselor înrinichisunt complet dezordine și mai puțin clare, chiar însoțite de întrerupere, buclele capilare sunt tulburare și reducere, cortexul se subțiază.

Discuție.

În radiografia standard, contrastul rezultă din variațiile de absorbție a razelor X care rezultă din diferențele de densitate și din variațiile grosimii și compoziției eșantionului. Sensibilitatea tehnicii este redusă drastic atunci când proba constă din elemente Z scăzute, cum ar fi rinichiul, pentru care diferențele dintre coeficienții de absorbție sunt foarte mici pentru raze X dure.

Imagistica cu contrast de fază (PCI) bazată pe propagare este una dintre abordările imagistice cu contrast de fază cu raze X pentru detectarea schimbării fazei razelor X [6]. Razele X incidente care trec prin țesutul biologic moale sunt modulate în fază, cu mici modificări ale modulului de câmp al undelor. La spațiu liber propagarea între suprafața de ieșire a eșantionului și suprafața detectorului. Adică ca radiația se propagă din probă, părți ale valului, care au experimentat diferite devieri, interferează dând naștere unui model caracteristic care este apoi înregistrat de un detector setat la o distanță convenabilă (distanța efectivă Z). Datorită difracției Fresnel, schimbările de fază sunt prin urmare, transformate în variații de intensitate detectabile, aceste modulații de fază invizibilă sunt convertite în variații de intensitate vizibile ale imaginii măsurate [7, 8] Se spune că astfel de imagini prezintă contrast de fază bazat pe propagare [9]. PCI, spre deosebire de alte două abordări imagistice cu contrast de fază ca atare interferometru și imagistică de îmbunătățire a difracției, pot fi efectuate cu micro focale surse de raze X și nu necesită optică specializată cu raze X sau o instalație sincrotron [10, 11] care în consecință, ar putea fi cea mai potrivită pentru utilizarea în cadrul clinic [12]. În prezent scadentă la sursele mici de lumină și energia slabă, valoarea este limitată, cu toate acestea, odată cu dezvoltarea surselor avansate de lumină și îmbunătățirea parametrilor tehnicii, aplicarea PCI în clinici poate fi promițătoare.

Comparativ cu convenționalulrinichimetode de diagnostic, imagistica cu contrast de fază oferă rezoluție mai mare și mai mult micro minute fără rană [13]. Imagistica cu contrast de fază (PCI) exploatează modificări subtile ale indicelui de refracție cu raze X între mediile adiacente pentru a face vizibile limitele dintre ele. Îmbunătățirea contrastului depinde de modalitatea de contrast a fazei particulare. Pentru fiecare dintre aceste tehnici, contrastul final al imaginii depinde de mai mulți factori, inclusiv spațialul rezoluția detectorului de raze X, mecanismul specific de formare a imaginii, energia cu raze X și divergența fasciculului [5].

Acești ani există o mulțime de progrese promițătoare pentru SRrinichistudiu imagistic, inclusiv tehnica imagistică și calitatea. Li Gang [14] folosit cele mai bune cele mai simple două cristale pentru a investiga relația dintre grosimea feliilor renale și calitatea imaginii. Wu T [15] șobolan obținutfelii de rinichiimagistică la rezoluție înaltă de 0,01 mm cu un interferometru cu raze X. Yoon [16] imagine rinichi normale și țesut carcinom, el a găsit imaginile cu accesoriu margine clar dezvăluit în mod clar microstructura în țesutul renal gros (mai mult de 700 de ori mai gros decât imaginile microscopice). Jin Wu [17] a investigat hamsterul folosind microtomografia cu contrast de fază cu raze X pe bază de interferometru cu raze X cu care microstructura renală poate fi vizibilă.

Rinichiîmbătrânirea este un proces natural în natură. Este bine cunoscut faptul că degenerarea începe la 40 de ani vechimea în rândul ființelor umane, însoțită de o scădere treptată a greutății și de o scădere treptată a greutății în volum. Mouse-ul este la fel de același, pentru rinichiul mouse-ului, vârsta la 10 luni este similară cu adultul (28 de ani) la om, vârsta de la 18 luni la 45 de ani și vârsta de 24 de luni și vârsta de 24 de luni până la 65 de ani. Rinichiul micșorat este relevant pentru subțierea cortexului. Odată cu îmbătrânirea, numărul de integritate și glomerulus renal normal scade progresiv, în timp ce numărul de scleroza glomerulus crește treptat, în special în zona cortexului, iar numărul și volumul dintre tubii renali scade treptat, interstitiul renal creste evident cu interstitial fibroza în volum, însoțită de degenerarea hialină a vaselor mici și arterioscleroza.

În nostrurinichiinvestigarea îmbătrânirii naturale, am găsit tendința vaselor, cortexului parțial și rinichilor schimbarea volumului, iar glomerulusul scade, subțierea cortexului, distribuția și schimbarea numărului buclelor capilare, interstițiul renal crește evident cu fibroza interstițială.

Lucrările de mai sus pe care le-am făcut sunt legate de mouserinichidegenerarea pe starea fiziologică normală. Cât despre sunt boala este regulat pe condiții patologice, cum ar fi cronice infecție sau traumatisme acute? Este în cazul în care la fel ca cea a rinichiului îmbătrânirea de mai sus, cum despre sunt regulate numărul și volumul de glomerulus renale și poziția interstițiu și de distribuție și secvență care poate fi virtuală pentru diagnosticarea și tratamentul în stadiu incipient al bolii. În următoarea lucrare, vom face un model de explorat și recunoscutrinichiboala în mod regulat cu Tehnica SR-PCI.

Aprecieri

Această activitate este susținută de proiecția Fundației pentru Știință din Shanghai, RPC (Grant Nr.11ZR1427800).

De la: "Investigarea experimentală a mouse-uluirinichiîmbătrânirea cu tehnologia SR PCI' byP. Yifeng, a,1 et al

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

Referinţe
[1] Y. Hwu, W.L. Tsai, A. Groso, G. Margaritondo și J.H. Je, Radioology Synchrotron îmbunătățită de coerență: teorie simplă și aplicații practice, J. Phys. D 35 (2002) R105.
[2] T. Takeda et al., Carcinom uman: experiența timpurie cu ct cu raze X cu contrast de fază cu radiație sincrotron studiu comparativ eșantion cu microscopie optică, Radiologie 214 (2000) 2982301.
[3] E.D. Pisano et al., Human breast cancer specimens: difracction-enhanced imaging with histology correlation improved conspicuity of lesion detail compared with digital radiography, Radiology 214 (2000) 8952901.
[4] T.E. Gureyev et al., Metode cantitative în imagistica cu raze X cu contrast de fază, J. Digit. Imagine. 13 (2000) 121.
[5] A. Bravin, P. Coan și P. Suortti, imagistică cu contrast de fază cu raze X: de la aplicații preclinice la clinici, Phys. Med. Biol. 58 (2013) R1.
[6] P. Spanne, C. Raven, I. Snigireva și A. Snigirev, Holografie in-line și microtomografie cu contrast de fază cu raze X de mare energie, Phys. Med. Biol. 44 (1999) 741.
[7] S.W. Wilkins et al., Phase-contrast imaging using polychromatic hard X-rays, Nature 384 (1996) 335.
[8] A. Snigirev et al., Cu privire la posibilitățile de raze X faza-contrast microimaging de radiație coerentă de mare energie sincrotron, Rev Sci. Instrum. 66 (1995) 5486.
[9] D. Gao et al., Radiografie cu contrast de fază, Imagistică. Ther. Technol. 18 (1998) 1257.
[10] W. Sun et al., Phase-contrast imaging with synchrotron X-ray for defect of rabbit femural head cartilaj, Chin. J. Med. Imag. Technol. 20 (2004) 3682370.
[11] A. Momose et al., Tomografie computerizată cu raze X cu contrast de fază pentru observarea țesuturilor moi biologice, Nat. Med. 2 (1996) 473.
[12] J. Xu et al., The role of radiographic phase-contrast imaging in the development of intracochlear electrode arrays, Otology & Neurotology 22 (2001) 862.
[13] S.-A. Zhou și A. Brahme, Dezvoltarea tehnicilor de imagistică cu raze X cu contrast de fază și a potențialelor aplicații medicale, Phys. Med. 24 (2008) 129.
[14] L. Gang et al., Dependența de calitatea imaginii de grosimea rinichiului de șobolan feliat, luată de o construcție DEI mai simplă, Nucl. Instrum. Metanfetamină. 548 (2005) 200.
[15] J. Wu et al., Microphase-contrast x-ray computed tomography for basic biomedical study at SPring-8, Proc. SPIE 5535 (2004) 740.
[16] C.Y. Yoon et al., Imaging of renal and prostate 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.