SR PCI Teknolojisiyle Yaşlanan Fare Böbreğinin Deneysel Olarak İncelenmesi

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

P. Yifeng,a,1 ve diğerleri

ÖZ:

Amaç. Synchrotron radyasyonunun (SR) tutarlılık karakterine dayanarak, fareböbrekçalışma, faz kontrast görüntülemenin (PCI) bir yaklaşımı olan yayılma tabanlı faz kontrast görüntüleme (PCI) teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilir. Bu yazının amacı, farklı yaşlardaki böbreği görselleştirmek ve SRfaz-kontrast görüntüleme teknolojisi ile yaşlanma mekanizmasının gizli değerini değerlendirmektir.

YöntemlerDeneyler, SSRF'nin (Şanghay senkrotron radyasyon tesisi) BL13W1 hattında gerçekleştirildi, örnekler yüzde 10 formalin solüsyonuna batırıldı, farklı yaşlardaki fare böbrekleri, yayılma tabanlı faz kontrastlı görüntüleme düzeneğinde rafta görüntülendi ve CCD ile yakalandı. Yakalanan görüntüler analiz edildi ve karşılaştırıldı.

Sonuçlar.Numuneler ve görüntüleme plakası arasındaki mesafe 50 cm olduğunda, yayılma tabanlı faz kontrast görüntülemede (PCI) iyi kontrast ve yüksek çözünürlük elde edildi, çünkü böbrek kapsülü iyi ortaya çıktı ve çözünürlük 30 mikrona ulaştı; fareler arasında şekil ve damar yapılarında önemli bir fark vardır.böbreklerfarklı yaşta.

Çözüm.PCI, ana ışık elemanı organizasyon görüntülemesinin uygulanması, genç ve yaşlı fare arasındaki şekil ve damar yapısı farkı için iyidir.böbrekyayılım tabanlı faz kontrastlı görüntüleme teknolojisi ile bir dereceye kadar gösterilebilir.

ANAHTAR KELİMELER:X-ışını monokromatörleri; Senkrotron radyasyon hızlandırıcıları için enstrümantasyon;Tıbbi-görüntü rekonstrüksiyon yöntemleri ve algoritmaları, bilgisayar destekli olarak; Hızlandırıcı Uygulamaları

Cistanche besleyebilirböbrekler ve böbrek fonksiyonlarını iyileştirmek

Son zamanlarda SR sert X-ışınları üzerindeki görüntüleme araştırmaları hızla geliştirildi. Yüksek uzamsal çözünürlüğün (µm derece seviyesi) ve daha iyi kontrastın [1] esası için özellikle sert X faz kontrast görüntüleme (PCI), zayıf absorpsiyon örneğini (erken aşamada tümör ve damarlar dahil biyoloji yumuşak doku gibi) net bir şekilde görüntüleyebilir. , ve diğerleri). PCI, biyomedikal alanında kapsamlı uygulama beklentilerine yol açabilir. SR aşağıdakilere uyarlanmıştır:böbrekdaha iyi kaynak karakter ve gelişmiş görüntüleme mekanizması için görüntüleme: 1) Yüksek parlaklık: SR sert X-ışınının dalga boyu nm derece düzeyine ulaşırken, görüntüleme çözünürlüğü renal glomerulusun görüntülenmesi için yeterli olan µm derece düzeyine ulaşır. 2) Faz kontrastlı görüntülemenin (PCI) gerçekleştirilebileceği kısmi tutarlılık. X-ışını interferometre [2], kırınım iyileştirme görüntüleme (DEI) [3] ve yayılma tabanlı görüntüleme [4] dahil olmak üzere sert X-ışını faz kontrastlı görüntüleme.

buböbrekidrar üretimi ve atılımını gerçekleştiren önemli bir organdır. Teşhis için mevcut prosedürlerböbrekHastalık esas olarak CT, MR, nükleer görüntüleme ve ultrasonu içerir, ancak görüntüleme mikroyapısı için birçok sınırlama vardır. Biyopsi böbrek için altın standart tanıdır ancak uygulama sırasındaki yara, kanama, enfeksiyon vb. özellikle takip zorluğu ve kontrendikasyonları dahil zararsızdır. Yani uygulaması sınırlamalar içindedir.

Yayılım tabanlı faz kontrast görüntüleme (PCI), hat içi holografiye benzer şekilde faz kontrastını ('faz yayılma görüntüleme' olarak da belirtilir) görselleştirmenin en basit yoludur. PCI, x-ışını faz kaymasını saptamak için bir tür x-ışını görüntüleme tekniğidir [5]. İleri yöndeki (z-yönü) saçılan ışın, saçılmayan ışına müdahale ederek yayılan ışının genliğini değiştirir. Nesnenin yansıtılan elektron yoğunluğunda ρ(x,y) varyasyonlar olduğunda, görüntü düzleminde yoğunluk varyasyonları gözlenir.

Bu yazıda, elde edilen görüntüleme bilgileri ve farklı yaşlardaki fare böbreklerinin karşılaştırılması üzerine PCI yaklaşımı ile fare böbreklerini araştırdık. Amaç, yayılım tabanlı görüntülemeyi değerlendirmektir.böbrekgörüntüleme.

Malzemeler ve yöntemler.

Deneyler, sırasıyla ShanghaiRadiation Facility'deki (SSRF) BL13W1 hattında gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneği şekil 1'de çizilmiştir. SSRF'de BL13Wl ışın hattının kıpırdatıcı kaynağı deney kulübesinden 32 m uzağa yerleştirilmiştir. Depolama halkasındaki elektron ışını enerjisi, 200 mA akımla 3.5 GeV idi. SSRF'nin yayılma tabanlı görüntüleme deneyinde sadece bir kristal monokromatör kullanılmıştır. Numune aşaması ile dedektör (CCD) arasındaki etkin mesafe Z ayarlanabilir ve bu çalışmada 50 cm seçilmiştir, her görüntü için pozlama süresi 10'dur. Hanım. buböbrekSD fareden alınan örnekler hızla çıkarıldı ve yüzde 10 formalin kullanılarak sabitlendi. Fareböbrekİlk olarak doğru yaşta (yaklaşık 12 aylıkken) görüntülendi, ardından gençler (yaklaşık 10 ay), yaşamın ilk dönemi (yaklaşık 18 ay) ve yaşlılar (yaklaşık 24 ay) arasında görüntüleme karşılaştırması yapıldı ve CT 3D rekonstrüksiyonu yapıldı. SSRF'deki X-ışını ışını, numuneden geçtikten sonra, bir x-ray CCD kamera tarafından tespit edildi. Görüntüler, SSRF'de 9 µm piksel boyutunda (Photonic-Science VHR) X-ray CCD kullanılarak kaydedilebilir.

Sonuçlar.

Deney öncesi deneyimlerimize göre, farenin görüntüleme kontrastıböbrekdokular SSRF'de 12 KeV enerjide ve 50 cm Z mesafesinde BL13Wl ışın hattında en iyisidir, bu nedenle görüntüleme incelememizde parametreler alınmıştır.

Farenin görüntülenmesindeböbrekdoğru yaşta (yaklaşık 12 aylıkken, normal böbrek), normal böbrekte renal korteks ve medullanın mikroyapıları. Renal glomerulus, Bowman'sspace, çeşitli renal tübüller, damarlar ve interstisyel madde iyi çözüldü (şekil 2A), temel olarak histoloji ile aynı bilgiyi sağladı (şekil 2B). Renal glomerulus böbrek kapsülünden oluşur ve kılcal halkalar böbreğin yapısal ve fonksiyonel birimidir. Halihazırda, BT ve MR dahil olmak üzere, klinik konvansiyonel gelişmiş görüntüleme teknolojisi, renalglomerulusu doğrudan görünür hale getirememektedir.

Daha sonra farklı yaşlarda görüntülenen fare böbrekleri karşılaştırıldı ve analiz edildi. Yaşlanma ve eski ile farenin morfolojisi ve damar yapısıböbrekdeğiştirmek. faredeböbrek10 m yaşında (şekil 3 A, D, G), damarlar doğal rutin ile pürüzsüz, damarların ve kılcal halkaların dağılımı düzenli ve homojendir ve vücudun konturuböbrekyuvarlaktır. Ancak 18 m yaşında (şekil 3 B, E, H), fare böbreği hafif atrofi ile gösterilir, renal korteks damarlar hafifçe düzensiz hareket ederken daha az düzenlidir, distal dallanmanın boyutu ve kalınlığı proksimal gövdeye doğru orantılıdır. damarlar daha az homojendir ve kılcal halkalar daha az düzenli ve homojendir, ayrıca 24 m yaşında (şekil 3 C, F, I)fare böbreği belirgin atrofi ve deformasyon ile ortaya çıkarken, sınır düzensiz, hatta nodüler belirgin ve gemilerin konfigürasyonuböbrektamamen düzensiz ve net değil, hatta kesintiye eşlik ediyor, kılcal halkalar düzensiz ve küçülüyor, korteks inceliyor.

Tartışma.

Standart radyografide, kontrast, yoğunluk farklılıklarından ve numunenin kalınlığındaki ve bileşimindeki değişikliklerden kaynaklanan X-ışını absorpsiyonundaki değişikliklerden kaynaklanır. Numune, böbrek gibi düşük Z elementlerinden oluştuğunda tekniğin duyarlılığı büyük ölçüde azalır. Sert X-ışınları için absorpsiyon katsayılarındaki farklılıklar çok küçüktür.

Yayılım tabanlı faz kontrast görüntüleme (PCI), x-ışını faz kaymasını tespit etmek için kullanılan x-ışını faz kontrast görüntüleme yaklaşımlarından biridir [6]. Yumuşak biyolojik dokudan geçen olay x-ışınları, dalga alanı modülünde çok az değişiklikle fazda modüle edilir. Numunenin çıkış yüzeyi ile dedektörün yüzeyi arasında serbest uzay yayılımı üzerine. Diğer bir deyişle, radyasyon numuneden yayılırken, dalga cephesinin farklı sapmalara maruz kalan kısımları, daha sonra uygun bir mesafeye (etkili mesafe Z) ayarlanmış bir detektör tarafından kaydedilen karakteristik bir desene yol açarak müdahale eder. Fresnel kırınımı sayesinde, faz kaymaları algılanabilir yoğunluk varyasyonlarına dönüştürülür, bu görünmez faz modülasyonları ölçülen görüntüde görünür yoğunluk varyasyonlarına dönüştürülür [7, 8] Bu tür görüntülerin yayılmaya dayalı faz kontrastı sergiledikleri söylenir [9]. PCI, interferometre ve kırınım güçlendirme görüntüleme gibi diğer iki faz-kontrast görüntüleme yaklaşımlarından farklı olarak, mikro odak x-ışını kaynakları ile gerçekleştirilebilir ve özel x-ışını optiği veya bir senkrotron tesisi [10, 11] gerektirmez; klinik ortamda kullanım için en uygun olanıdır [12]. Şu anda küçük ışık kaynakları ve zayıf enerji nedeniyle değer sınırlıdır, ancak gelişmiş ışık kaynaklarının geliştirilmesi ve teknik parametrelerin iyileştirilmesi ile kliniklerde PCI uygulaması umut verici olabilir.

Konvansiyonel ile karşılaştırıldığındaböbrektanı yöntemleri, faz-kontrast görüntüleme, yara olmadan daha yüksek çözünürlük ve daha fazla mikro dakika sağlar [13]. Faz kontrastlı görüntüleme (PCI), aralarındaki sınırları görünür kılmak için bitişik ortamlar arasındaki x-ışını kırılma indeksindeki ince değişiklikleri kullanır. Kontrast geliştirme, belirli faz kontrast modalitesine bağlıdır. Bu tekniklerin her biri için, nihai görüntü kontrastı, x-ışını dedektörünün uzamsal çözünürlüğü, özel görüntü oluşum mekanizması, x-ışını enerjisi ve ışın sapması gibi çeşitli faktörlere bağlıdır [5].

Bu yıllarda SR için umut verici birçok ilerleme varböbrekgörüntüleme tekniği ve kalitesini içeren görüntüleme çalışması. Li Gang [14], böbrek kesitlerinin kalınlığı ve görüntüleme kalitesi arasındaki ilişkiyi araştırmak için en basit iki kristali kullandı. Wu T [15] sıçan elde ettiböbrek dilimleriX-ışını interferometresi ile 0.01 mm'lik yüksek çözünürlükte görüntüleme. Yoon [16] normal böbrek ve karsinom dokusunu görüntüledi, net kenar geliştirmesi olan görüntülerin kalın böbrek dokusunda açıkça mikroyapıyı ortaya çıkardığını buldu (mikroskopik görüntülerden 700-kattan daha kalın). Jin Wu [17] hamsteri kullanarak Böbrek mikro yapısının görülebildiği X-ışını kristal interferometre tabanlı X-ışını faz kontrastlı mikrotomografi.

Böbrekyaşlanma doğada doğal bir süreçtir. Dejenerasyonun insanlarda 40 yaşında başladığı, buna ağırlıkta kademeli bir azalma ve hacimde küçülme eşlik ettiği iyi bilinmektedir. Fare de aynıdır, fare böbreği için 10 aylık yaş, insanlarda yetişkin (28 yaş), 18 ay ile 45 yaş ve 24 ay ile 65 yaş arasındaki yaşa benzer. Büzülen böbrek, korteks incelmesi ile ilgilidir. Yaşlanma ile birlikte, bütünlük ve normal renal glomerül sayısı giderek azalırken, özellikle korteks bölgesinde skleroz glomerulus sayısı kademeli olarak artar ve böbrek tübüllerinin sayısı ve hacmi giderek azalır, böbrek interstisyumu hacim olarak interstisyelfibrozis ile birlikte belirgin bir şekilde artar. küçük damarlar hiyalin dejenerasyonu ve arterioskleroz ile.

bizimböbrekdoğal yaşlanma araştırması, damarlar, kısmi korteks ve böbrek eğilimini bulduk. hacim değişikliği ve glomerulus azalması, korteks incelmesi, kılcal halkaların dağılımı ve sayısı değişikliği, böbrek interstisyumu interstisyel fibrozis ile açıkça artar.

Yaptığımız yukarıdaki çalışmalar fare ile ilgiliböbreknormal fizyolojik durumda dejenerasyon. Kronik enfeksiyon veya akut travma gibi patolojik durumlarda hastalık düzenli mi? Yukarıdaki yaşlanan böbreğinki ile aynı ise, hastalığın erken evresinde tanı ve tedavi için sanal olabilecek renal glomerül ve interstisyum duruşunun sayısı ve hacmi ve dağılımı ve dizilimi düzenli olabilir mi? çalışmak, keşfetmek ve tanımak için bir model yapacağızböbrekSR-PCI tekniği ile düzenli olarak hastalık.

Teşekkür

Bu çalışma, Projection of Shanghai Science Foundation, PRC (GrantNo.11ZR1427800) tarafından desteklenmektedir.

Gönderen: 'Farenin deneysel araştırmasıböbrekSR PCI teknolojisi ile yaşlanmaP. Yifeng, a,1 ve ark.

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

Referanslar
[1] Y. Hwu, WL Tsai, A. Groso, G. Margaritondo ve JH Je, Tutarlılığı Güçlendirilmiş Sinkrotron Radyolojisi: Basit Teori ve Pratik Uygulamalar, J. Phys. D35 (2002) R105.
[2] T. Takeda ve diğerleri, İnsan karsinomu: senkrotron radyasyonu ile faz kontrastlı X-ışını CT ile erken deneyim, optik mikroskopi ile karşılaştırmalı numune çalışması, Radiology 214 (2000) 2982301.
[3] ED Pisano ve diğerleri, İnsan meme kanseri örnekleri: histoloji korelasyonu ile kırınımla güçlendirilmiş görüntüleme, dijital radyografiye kıyasla lezyon detayının belirginliğini iyileştirdi, Radiology 214 (2000) 8952901.
[4] TE Gureyev ve diğerleri, Faz-kontrast X-ışını görüntülemede kantitatif yöntemler, J. Digit. Resim. 13 (2000) 121.
[5] A. Bravin, P. Coan ve P. Suortti, X-ray faz kontrastlı görüntüleme: klinik öncesi uygulamalardan kliniklere, Phys. Med. Biol. 58 (2013) R1.
[6] P. Spane, C. Raven, I. Snigireva ve A. Snigirev, In-line holografi ve yüksek enerjili x-ışınları ile faz kontrastlı mikrotomografi, Phys. Med. Biol. 44 (1999) 741.
[7] SW Wilkins ve diğerleri, Polikromatik sert X-ışınları kullanılarak faz kontrastlı görüntüleme, Nature 384 (1996) 335.
[8] A. Snigirev ve diğ., Tutarlı yüksek enerjili senkrotron radyasyonu ile X-ışını faz-kontrast mikro-görüntüleme olasılıkları üzerine, Rev. Sci. Enstrüman. 66 (1995) 5486.
[9] D. Gao ve diğerleri, Faz kontrastlı radyografi, Imag. orada. Teknoloji. 18 (1998) 1257.
[10] W. Sun ve ark., Tavşan femur başı kıkırdak defekti için senkrotron X-ışını ile faz kontrastlı görüntüleme, Chin. J. Med. Resim. Teknoloji. 20 (2004) 3682370.
[11] A. Momose ve diğerleri, Biyolojik yumuşak dokuları gözlemlemek için faz kontrastlı X-ışını bilgisayarlı tomografi, Nat. Med. 2 (1996) 473.
[12] J. Xu ve diğerleri, intrakoklear elektrot dizilerinin geliştirilmesinde radyografik faz kontrastlı görüntülemenin rolü, Otology & Neurotology 22 (2001) 862.
[13] S.-A. Zhou ve A. Brahme, Faz kontrastlı X-ışını görüntüleme tekniklerinin geliştirilmesi ve potansiyel tıbbi uygulamalar, Phys. Med. 24 (2008) 129.
[14] L. Gang ve diğerleri, En basit DEI yapısı, Nucl. Enstrüman. Met. 548 (2005) 200.
[15] J. Wu ve diğerleri, SPring'de temel biyomedikal çalışma için mikrofaz-kontrast x-ışını bilgisayarlı tomografi-8, Proc. SPIE 5535 (2004) 740.
[16] CY Yoon ve ark., Refraktif indeks radyolojisi ile renal ve prostat karsinomunun görüntülenmesi, Int. J. Urol. 14 (2007) 96.
[17] J. Wu ve diğerleri, X-ışını faz kontrastlı mikrotomografi ile böbrek yapılarının görüntülenmesi, Kidney Int. 75 (2009) 945.