Eksperimentel undersøgelse af musenyrernes aldring med SR PCI-teknologi

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

P. Yifeng, a,1 et al

ABSTRAKT:

Objektiv. Baseret på sammenhængskarakteren af ​​synkrotronstrålingen (SR), themusnyreundersøgelsen udføres ved hjælp af den udbredelsesbaserede fasekontrastbilleddannelse (PCI) teknologi, som er en tilgang til fasekontrastbilleddannelse (PCI). Formålet med dette papir var at visualisere nyrerne i forskellige aldre og evaluere den latente værdi af aldringsmekanismen med SRphase-kontrast billeddannelsesteknologi.

Metoder.Eksperimenterne blev udført på BL13W1line af SSRF (Shanghai synkrotronstrålingsfacilitet), prøverne blev gennemblødt i 10 procent formalinopløsning, musenyrerne i forskellige aldre blev afbildet på hylden i den udbredelsesbaserede fasekontrastbilledopsætning og optaget med CCD. De optagne billeder blev analyseret og sammenlignet.

Resultater.Når afstanden er 50 cm mellem prøverne og billedpladen, opnåedes god kontrast og høj opløsning i den udbredelsesbaserede fasekontrastbilleddannelse (PCI), da en sådan nyrekapsel viste sig godt, og opløsningen når 30 mikron; der er en væsentlig forskel i formen og karstrukturerne blandt musennyreri forskellig alder.

Konklusion.PCI'en er god til anvendelse af hovedlyselementorganisationsbilleddannelse, forskellen i form og karstrukturen mellem den unge og gamle musnyrekan i et vist omfang indikeres med den udbredelsesbaserede fasekontrastbilledteknologi.

SØGEORD:X-ray monokromatorer; Instrumentering til synkrotronstrålingsacceleratorer;Medicinske billedrekonstruktionsmetoder og algoritmer, computerstøttet; Accelerator applikationer

Cistanche kan nærenyrer og forbedre nyrefunktionen

For nylig var billeddannelsesforskningen om SR-hårde røntgenstråler blevet hurtigt udviklet. Især den hårde X-fase-kontrast-billeddannelse (PCI) kan på grund af fordelene ved den høje rumlige opløsning (µm gradniveau) og bedre kontrast [1] tydeligt afbilde den svage absorptionsprøve (såsom det biologiske bløde væv inklusive tumor på et tidligt stadium og kar et al.). PCI'en kan give anledning til omfattende anvendelsesmuligheder på det biomedicinske område. SR er tilpassetnyrebilleddannelse for den bedre kildekarakter og avancerede billeddannelsesmekanisme: 1) Høj lysstyrke: Bølgelængden af ​​SR-hårde røntgenstråler når gradniveauet nm, mens billeddannelsesopløsningen til gradniveauet µm, hvilket er nok til at afbilde renal glomerulus. 2) Delvis kohærens, hvormed fasekontrastbilleddannelsen (PCI) kan udføres. Den hårde røntgenfasekontrastbilleddannelse, herunder røntgeninterferometer [2], diffraktionsforøgende billeddannelse (DEI) [3] og udbredelsesbaseret billeddannelse [4].

Detnyreer et vigtigt organ, der udfører urinproduktion og -udskillelse. Nuværende procedurer for diagnosticering afnyresygdom omfatter hovedsageligt CT, MR, nuklear billeddannelse og ultralyd, men der er masser af begrænsninger for billeddannelsesmikrostruktur. Biopsien er den gyldne standard for nyrediagnose, dog er den harmløs, herunder såret under udførelsen, blødning, infektion osv. især besværet med at følge op og kontraindikationer. Så dens anvendelse er inden for begrænsningen.

Den udbredelsesbaserede fasekontrastbilleddannelse (PCI) er den enkleste måde at visualisere fasekontrasten på (også angivet som 'faseudbredelsesbilleddannelse'), som er analog med in-line holografi. PCI er en slags røntgenbilleddannelsesteknik til at detektere røntgenstrålens faseskift [5]. Den spredte stråle i fremadgående retning (z-retning) interfererer med den ikke-spredte stråle og ændrer derved amplituden af ​​den udbredte stråle. Når der er variationer i den projicerede elektrontæthed ρ(x,y) af objektet, observeres variationer af intensitet i billedplanet.

I dette papir undersøgte vi musenyrer ved PCI-tilgangen på opnået billeddannelsesinformation og sammenligning af musenyrer i forskellige aldre. Målet er at evaluere udbredelsesbaseret billeddannelse inyrebilleddannelse.

Materialer og metoder.

Forsøgene blev udført ved BL13W1-linjen i ShanghaiRadiation Facility (SSRF). Forsøgsopstillingen er skitseret i figur 1. I SSRF var wiggler-kilden til beamline BL13Wl placeret 32 ​​m fra forsøgshuset. Elektronstråleenergien i lagerringen var 3,5 GeV med en strøm på 200 mA. I det udbredelsesbaserede billeddannelseseksperiment af SSRF blev der kun brugt én krystalmonokromator. Den effektive afstand Z mellem prøvestadiet og detektoren (CCD) kunne indstilles, og 50 cm blev valgt i denne undersøgelse, eksponeringstiden for hvert billede var 10 Frk. Detnyreprøver fra SD-musen blev ekstraheret hurtigt og fikseret ved anvendelse af 10 procent formalin. Musennyreaf den rigtige alder (i en alder af omkring 12 måneder) blev først afbildet, derefter blev billeddannelsessammenligningen blandt teenagere (ca. 10 måneder), livets bedste (ca. 18 måneder) og de ældre (ca. 24 måneder) udført, og CT 3D-rekonstruktionen blev udført. Efter gennemgang af prøven blev røntgenstrålen i SSRF detekteret af et røntgen-CCD-kamera. Billederne kan optages ved hjælp af X-ray CCD med pixelstørrelsen 9 µm (Photonic-Science VHR) i SSRF.

Resultater.

Ifølge vores præ-eksperimenterfaringer, den billeddannende kontrast af musnyrevæv er bedst ved energien på 12 KeV og afstanden Z på 50 cm ved strålelinje BL13Wl-linjen i SSRF, derfor blev parametrene taget i vores billeddannelsesundersøgelse.

I billeddannelsen af ​​musennyreaf den rette alder (i en alder af ca. 12 måneder, normal nyre), mikrostrukturer af nyrebarken og medulla i normal nyre. Den renale glomerulus, Bowman'sspace, forskellige renale tubuli, kar og interstitiel substans var godt opløst (figur 2A), hvilket gav den grundlæggende samme information som histologien (figur 2B). Den renale glomerulus består af nyrekapslen, og kapillærløkker er den strukturelle og funktionelle enhed af nyren. På nuværende tidspunkt kan den kliniske konventionelle avancerede billeddannelsesteknologi, herunder CT og MR, ikke gøre renalglomerulus synlig direkte.

Derefter blev billeddannelsen af ​​musenyrerne i forskellige aldre sammenlignet og analyseret. Med ældning og gammel, morfologien og karstrukturen af ​​musennyrelave om. I musennyrei en alder af 10 m (figur 3 A, D, G) er karrene glatte med naturlig rutine, mens fordelingen af ​​kar og kapillærløkker er regelmæssige og homogene, og konturen afnyreer runde. Men i en alder af 18 m (figur 3 B, E, H) er musenyren vist med let atrofi, nyrebarken er mindre regelmæssig med karrene let uorden i gang, mens størrelsen og tykkelsen af ​​den distale forgrening til proksimal trunk kar er mindre homogene, og kapillærsløjferne er mindre regelmæssige og homogene, desuden i en alder af 24 m (figur 3 C, F, I) afsløres musens nyre med tydelig atrofi og deformation, mens grænsen er ujævn, ens nodulær fremtrædende, og fartøjernes konfiguration inyreer fuldstændig uorden og mindre klare, selv ledsaget af afbrydelse, kapillærløkkerne er uorden og reduktion, cortex bliver tyndere.

Diskussion.

I standardradiografi er kontrasten et resultat af variationer i røntgenabsorption som følge af tæthedsforskelle og fra variationer i tykkelsen og sammensætningen af ​​prøven. Teknikkens følsomhed reduceres drastisk, når prøven består af lav Z-elementer såsom nyren. , for hvilke forskellene i absorptionskoefficienterne er meget små for hårde røntgenstråler.

Den udbredelse-baserede fase-kontrast billeddannelse (PCI) er en af ​​røntgen fase-kontrast billeddannelse tilgange til at detektere røntgen faseforskydning [6]. Indfaldende røntgenstråler, der passerer gennem blødt biologisk væv, moduleres i fase med ringe ændring i bølgefeltmodulet. Efter frirumsudbredelse mellem prøvens udgangsflade og detektorens overflade. Dvs. når strålingen udbreder sig fra prøven, interfererer dele af bølgefronten, som har oplevet forskellige afbøjninger, hvilket giver anledning til et karakteristisk mønster, som derefter registreres af en detektor, der er indstillet til en passende afstand (effektiv afstand Z). Takket være Fresnel-diffraktionen transformeres faseskiftene derfor i detekterbare intensitetsvariationer. Disse usynlige fasemodulationer omdannes til synlige intensitetsvariationer i det målte billede [7, 8] Sådanne billeder siges at udvise udbredelsesbaseret fasekontrast [9]. PCI'en kan, i modsætning til andre to fasekontrastbilleddannelsesmetoder, såsom interferometer- og diffraktionsforstærkende billeddannelse, udføres med mikrofocalx-ray-kilder og kræver ikke specialiseret røntgenoptik eller en synkrotronfacilitet [10, 11], hvilket som en konsekvens kan være den mest egnede til brug i kliniske omgivelser [12]. På nuværende tidspunkt på grund af de små lyskilder og svag energi er værdien begrænset, men med udvikling af avancerede lyskilder og forbedring af teknikparametre kan anvendelsen af ​​PCI i klinikker være lovende.

Sammenlignet med det konventionellenyrediagnosemetoder, fasekontrastbilleddannelse giver højere opløsning og mere mikrominut uden sår [13]. Fasekontrast-billeddannelsen (PCI) udnytter subtile ændringer i røntgenstrålebrydningsindekset mellem tilstødende medier for at gøre grænserne mellem dem synlige. Kontrastforbedring afhænger af den særlige fasekontrastmodalitet. For hver af disse teknikker afhænger den endelige billedkontrast af flere faktorer, herunder røntgendetektorens rumlige opløsning, den specifikke billeddannelsesmekanisme, røntgenenergi og stråledivergens [5].

I disse år er der masser af lovende fremskridt for SRnyrebilleddannelsesundersøgelse, herunder billeddannelsesteknik og -kvalitet. Li Gang [14] brugte de bedste enkleste to krystaller til at undersøge sammenhængen mellem nyreskivernes tykkelse og billedkvalitet. Wu T [15] opnåede rottenyreskiverbilleddannelse med en høj opløsning på 0,01 mm med et røntgeninterferometer. Yoon [16] afbildede det normale nyre- og karcinomvæv, han fandt billederne med tydelig kantforstærkning afslørede tydelig mikrostruktur i tykt nyrevæv (mere end 700- gange tykkere end mikroskopiske billeder). Jin Wu [17] undersøgte hamsteren ved hjælp af Røntgenkrystalinterferometerbaseret røntgenfasekontrastmikrotomografi, hvormed nyrernes mikrostruktur kan ses.

Nyrealdring er en naturlig proces i naturen. Det er velkendt, at degeneration begynder ved 40 års alderen hos mennesker, ledsaget af et gradvist fald i vægt og shrunkenningin-volumen. Musen er lige så den samme, for musenyren svarer alderen ved 10 måneder til den voksne (28 år) hos mennesker, alderen fra 18 måneder til 45 år og 24 måneder til 65 år. Den krympede nyre er relevant for udtynding af cortex. Med aldring falder antallet af integritet og normal renal glomerulus progressivt, mens antallet af sclerosis glomerulus øges gradvist, især i cortex-zonen, og antallet og volumen af ​​nyretubuli falder gradvist, nyrernes interstitium øges tydeligt med interstitialfibrose i volumen, ledsagende med små kar hyalin degeneration og arteriosklerose.

I voresnyrenaturlig ældningsundersøgelse fandt vi tendensen til kar, delvis cortex og nyre volumenændring, og glomerulus aftagende, cortex udtynding, fordeling og antal ændring af kapillærløkkerne, øges nyrernes interstitium tydeligvis med interstitiel fibrose.

Ovenstående værker, vi havde lavet, er relateret til musnyredegeneration på den normale fysiologiske tilstand. Hvad med er sygdommen stamgæster på patologiske tilstande såsom kronisk infektion eller akut traume? Er det det samme som for ovennævnte aldrende nyre, hvad med at være regelmæssige antallet og volumen af ​​renal glomerulus og interstitium holdning og distributionen og sekvensen, som kan være virtuel for diagnosticering og behandling på sygdommens tidlige stadium. arbejde, laver vi en model, som vi kan udforske og genkendenyresygdom regelmæssigt med SR-PCI-teknikken.

Anerkendelser

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

Fra: 'Eksperimentel undersøgelse af musnyrealdring med SR PCI-teknologi' afP. Yifeng, a,1 et al

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

Referencer
[1] Y. Hwu, WL Tsai, A. Groso, G. Margaritondo og JH Je, Kohærensforstærket synkrotronradiologi: enkel teori og praktiske anvendelser, J. Phys. D 35 (2002) R105.
[2] T. Takeda et al., Humant karcinom: tidlig erfaring med fasekontrast røntgen-CT med synkrotronstråling sammenlignende prøveundersøgelse med optisk mikroskopi, Radiology 214 (2000) 2982301.
[3] ED Pisano et al., Humane brystkræftprøver: diffraktionsforstærket billeddannelse med histologisk korrelation forbedret synligheden af ​​læsionsdetaljer sammenlignet med digital radiografi, Radiology 214 (2000) 8952901.
[4] TE Gureyev et al., Quantitative methods in phase-contrast røntgenbilleddannelse, J. Digit. Imag. 13 (2000) 121.
[5] A. Bravin, P. Coan og P. Suortti, X-ray fase-kontrast billeddannelse: fra præ-kliniske applikationer til klinikker, Phys. Med. Biol. 58 (2013) R1.
[6] P. Spanne, C. Raven, I. Snigireva og A. Snigirev, In-line holografi og fasekontrast mikrotomografi med højenergi røntgenstråler, Phys. Med. Biol. 44 (1999) 741.
[7] SW Wilkins et al., Fasekontrastbilleddannelse ved hjælp af polykromatiske hårde røntgenstråler, Nature 384 (1996) 335.
[8] A. Snigirev et al., Om mulighederne for røntgenfasekontrast mikrobilleddannelse ved kohærent højenergi 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., Fasekontrastbilleddannelse med synkrotronrøntgen for defekt i lårbenshovedbrusk fra kanin, Chin. J. Med. Imag. Teknol. 20 (2004) 3682370.
[11] A. Momose et al., Fasekontrast røntgen-computertomografi til observation af biologisk blødt væv, Nat. Med. 2 (1996) 473.
[12] J. Xu et al., Rollen af ​​radiografisk fasekontrastbilleddannelse i udviklingen af ​​intracochleære elektrodearrays, Otology & Neurotology 22 (2001) 862.
[13] S.-A. Zhou og A. Brahme, Udvikling af fasekontrast røntgenbilledteknikker og potentielle medicinske anvendelser, Phys. Med. 24 (2008) 129.
[14] L. Gang et al., Billedkvalitetsafhængighed af tykkelsen af ​​skåret rottenyre taget af en simpleste DEI-konstruktion, Nucl. Instrument. Meth. 548 (2005) 200.
[15] J. Wu et al., Microphase-contrast røntgen-computertomografi til grundlæggende biomedicinsk undersøgelse 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., Billeddannelse af nyrestrukturer ved røntgenfasekontrastmikrotomografi, Kidney Int. 75 (2009) 945.