Experimentelle Untersuchung der Nierenalterung von Mäusen mit SR PCI-Technologie

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P. Yifeng,a,1 et al

ABSTRAKT:

Objektiv. Basierend auf dem Kohärenzcharakter der Synchrotronstrahlung (SR) wird die MausNiereDie Studie wird mit der propagationsbasierten Phasenkontrastbildgebung (PCI) durchgeführt, die ein Ansatz der Phasenkontrastbildgebung (PCI) ist. Ziel dieses Papiers war es, visualisieren Sie die Niere in verschiedenen Altersstufen und bewerten Sie den latenten Wert des Alterungsmechanismus mit SR Phasenkontrast-Bildgebungstechnologie.

Methodik.Die Experimente wurden am BL13W1 durchgeführt Linie der SSRF (Shanghai Synchrotronstrahlungsanlage), die Proben wurden zu 10% eingeweicht Formalinlösung wurden die Mausnieren in unterschiedlichem Alter im Regal im ausbreitungsbasierten Phasenkontrast-Bildgebungsaufbau abgebildet und mit CCD erfasst. Die aufgenommenen Bilder wurden analysiert und verglichen.

Befund.Wenn der Abstand zwischen den Proben und der Bildplatte 50 cm beträgt, ist dies gut Kontrast und hohe Auflösung wurden in der ausbreitungsbasierten Phasenkontrastbildgebung (PCI) erzielt, als solche Nierenkapsel gut offenbart, und die Auflösung erreicht 30 Mikrometer; Es gibt einen signifikanten Unterschied in der Form und den Gefäßstrukturen zwischen der MausNierenin unterschiedlichem Alter.

Schlussfolgerung.Der PCI ist gut für die Anwendung von Hauptlichtelement-Organisationsbildgebung, der Unterschied in Form und Gefäßstruktur zwischen der jungen und alten MausNierekann einigen angezeigt werden Ausdehnung mit der ausbreitungsbasierten Phasenkontrast-Bildgebungstechnologie.

SCHLÜSSELWÖRTER:Röntgenmonochromatoren; Instrumentierung für Synchrotronstrahlungsbeschleuniger; Medizinische Bildrekonstruktionsmethoden und -algorithmen, computergestützt so; Beschleuniger-Anwendungen

Cistanche kann nährenNieren und Verbesserung der Nierenfunktion

Kürzlich war die bildgebende Forschung an SR-harten Röntgenstrahlen schnell entwickelt worden. Besonders die harte X-Phasenkontrastbildgebung (PCI), für die Vorzüge der hohen räumlichen Auflösung (μm-Grad) Level) und besserer Kontrast [1], kann die schwache Absorptionsprobe (wie die Biologie Weichgewebe einschließlich Tumor im Frühstadium und Gefäße, et al.). Die PCI kann zu umfangreichen Anwendungsperspektiven im biomedizinischen Bereich. Die SR ist an dieNiereBildgebung für die bessere Quelle Charakter und fortschrittlicher Bildgebungsmechanismus: 1) Hohe Helligkeit: Die Wellenlänge der SR-Hartröntgenstrahlung erreicht den Grad von nm, während die Bildauflösung auf das Gradniveau von μm ausreicht zur Bildgebung des renalen Glomerulus. 2) Partielle Kohärenz, mit der die Phasenkontrastbildgebung (PCI) kann durchgeführt werden. Die harte Röntgen-Phasenkontrastbildgebung, einschließlich Röntgeninterferometer [2], Beugungsverstärkungsbildgebung (DEI) [3] und ausbreitungsbasierte Bildgebung [4].

DasNiereist ein wichtiges Organ, das die Urinproduktion und -ausscheidung durchführt. Aktuelle Verfahren für die Diagnose vonNiereKrankheiten umfassen hauptsächlich CT, MR, Kernbildgebung und Ultraschall, Es gibt jedoch viele Einschränkungen für die Bildgebung von Mikrostrukturen. Die Biopsie ist der Goldstandard für Nierendiagnose ist es jedoch harmlos, einschließlich der Wunde während der Durchführung, Blutungen, Infektionen usw., insbesondere die Schwierigkeit der Nachsorge und Kontraindikationen. Seine Anwendung ist also innerhalb der Begrenzung.

Die ausbreitungsbasierte Phasenkontrastbildgebung (PCI) ist die einfachste Möglichkeit, die Phasenkontrast (auch als "Phasenausbreitungsbildgebung" bezeichnet), der analog zur Inline-Holographie ist. Das PCI ist eine Art Röntgenbildgebungsverfahren zur Detektion der Röntgenphasenverschiebung [5]. Das Streubalken in Vorwärtsrichtung (Z-Richtung) stört den ungestreuten Strahl und stört dabei Änderung der Amplitude des sich ausbreitenden Strahls. Wenn es Variationen in der projizierten Elektronendichte ρ(x,y) des Objekts gibt, werden Intensitätsschwankungen auf der Bildebene beobachtet.

In diesem Artikel untersuchten wir Mausnieren nach dem PCI-Ansatz auf der Grundlage von Bildgebungsinformationen und des Vergleichs von Mausnieren in verschiedenen Altersgruppen. Ziel ist es, die ausbreitungsbasierte Bildgebung inNiereBildgebung.

Materialien und Methoden.

Die Experimente wurden an der BL13W1-Linie in Shanghai durchgeführt. Radiation Facility (SSRF) bzw. Der Versuchsaufbau ist in Abbildung 1 skizziert. In die SSRF die Wigglerquelle der Beamline BL13Wl wurde 32 m vom Experiment entfernt positioniert Stall. Die Elektronenstrahlenergie im Speicherring betrug 3,5 GeV bei einem Strom von 200 mA. Im Ausbreitungsbasiertes Bildgebungsexperiment der SSRF, es wurde nur ein Kristallmonochromator verwendet. Der effektive Abstand Z zwischen dem Probentisch und dem Detektor (CCD) war abstimmbar und 50 cm wurde in dieser Studie ausgewählt, die Belichtungszeit für jedes Bild betrug 10 ms. DasNiereProben aus der SD-Maus wurden schnell extrahiert und mit 10% Formalin fixiert. Die MausNiereim richtigen Alter (im Alter von ca. 12 Monaten) wurde zuerst abgebildet, dann der bildgebende Vergleich unter den Jugendlichen (ca. 10 Monate), die Blütezeit des Lebens (ca. 18 Monate) und das Alter (ca. 24 Monate) waren durchgeführt, und die CT 3D-Rekonstruktion wurde durchgeführt. Der Röntgenstrahl in der SSRF, nachdem er gegangen ist durch die Probe, wurde von einer Röntgen-CCD-Kamera erfasst. Die Bilder können mit Röntgen-CCD mit der Pixelgröße 9 μm (Photonic-Science VHR) in der SSRF.

Befund.

Nach unseren Erfahrungen vor dem Experiment ist der bildgebende Kontrast der MausNiereGewebe ist das Beste bei der Energie von 12 KeV und dem Abstand Z von 50 cm an der Beamline BL13Wl Linie in der SSRF, also in unserer bildgebenden Untersuchung, wurden die Parameter genommen.

In der Bildgebung der MausNieredes richtigen Alters (im Alter von ca. 12 Monaten, normale Niere), die Mikrostrukturen der Nierenrinde und der Medulla in der normalen Niere. Der Nierenglomerulus, Bowmans Raum, verschiedene Nierentubuli, Gefäße und interstitielle Substanz waren gut aufgelöst (Abbildung 2A) und lieferten im Wesentlichen die gleichen Informationen wie die Histologie (Abbildung 2B). Der Nierenglomerulus besteht aus der Nierenkapsel und Kapillarschlaufen sind die strukturelle und funktionelle Einheit der Niere. Gegenwärtig ist die klinische konventionelle fortschrittliche Bildgebungstechnologie, einschließlich CT und MR, kann die Nieren nicht herstellen Glomerulus direkt sichtbar.

Dann wurde die Bildgebung der Mausnieren in verschiedenen Altersstufen verglichen und analysiert. Mit dem alternd und alt, die Morphologie und Gefäßstruktur der MausNiereVeränderung. Mit der MausNiereim Alter von 10 m (Abbildung 3 A, D, G) sind die Gefäße glatt mit natürlicher Routine, während die Die Verteilung der Gefäße und Kapillarschleifen ist regelmäßig und homogen, und die Kontur derNieresind rund. Im Alter von 18 m (Abbildung 3 B, E, H) zeigt sich die Mausniere jedoch mit leichte Atrophie, die Nierenrinde ist weniger regelmäßig mit den Gefäßen leicht ungeordnet, während die Größe und Dickenrate der distalen Verzweigung auf proximale Stammgefäße weniger homogen ist und die Kapillarschleifen sind im Alter von 24 m weniger regelmäßig und homogen (Abbildung 3 C, F, I) die Mausniere mit offensichtlicher Atrophie und Verformung offenbart wird, während der Rand uneben ist, sogar knotig prominent, und die Gefäßkonfiguration in derNieresind vollständig ungeordnet und Weniger klar, auch mit Interrupt einhergehend, sind die Kapillarschleifen Unordnung und Reduktion, die Der Kortex dünnt sich aus.

Diskussion.

In der Standardradiographie ergibt sich der Kontrast aus Variationen der Röntgenabsorption, die sich aus Dichteunterschieden und aus Variationen in der Dicke und Zusammensetzung der Probe ergeben. Die Empfindlichkeit der Technik wird drastisch verringert, wenn die Probe aus Elementen mit niedrigem Z wie der Niere besteht, für die die Unterschiede in den Absorptionskoeffizienten für harte Röntgenaufnahmen.

Die ausbreitungsbasierte Phasenkontrastbildgebung (PCI) ist einer der Röntgen-Phasenkontrast-Bildgebungsansätze zur Detektion der Röntgenphasenverschiebung [6]. Einfallende Röntgenstrahlen, die durch weiches biologisches Gewebe gehen, werden phasenweise moduliert, wobei sich der Wellenfeldmodul kaum ändert. Bei freiem Speicherplatz Ausbreitung zwischen der Austrittsfläche der Probe und der Oberfläche des Detektors. D.h. als die Strahlung breitet sich von der Probe aus, Teile der Wellenfront, die unterschiedliche Erfahrungen gemacht haben Ablenkungen, stören und führen zu einem charakteristischen Muster, das dann von einem Detektor aufgezeichnet wird, der auf eine bequeme Entfernung (effektiver Abstand Z). Dank der Fresnel-Beugung sind die Phasenverschiebungen Daher werden diese unsichtbaren Phasenmodulationen in detektierbare Intensitätsvariationen umgewandelt in sichtbare Intensitätsvariationen im gemessenen Bild umgewandelt [7, 8] Solche Bilder sollen Ausbreitungsbasierter Phasenkontrast [9]. Der PCI im Gegensatz zu anderen beiden Phasenkontrast-Bildgebungsansätzen Als solches kann Interferometer und Beugungsverstärkungsbildgebung mit Mikrofokal durchgeführt werden Röntgenquellen und benötigt keine spezielle Röntgenoptik oder eine Synchrotronanlage [10, 11], die Infolgedessen könnte es am besten für den Einsatz im klinischen Umfeld geeignet sein [12]. Zur Zeit fällig Zu den kleinen Lichtquellen und der schwachen Energie ist der Wert begrenzt, aber mit der Entwicklung fortschrittlicher Lichtquellen und der Verbesserung der Technikparameter kann die Anwendung von PCI in Kliniken vielversprechend sein.

Im Vergleich zum herkömmlichenNiereDiagnosemethoden, Phasenkontrastbildgebung Höhere Auflösung und mehr Mikrominute ohne Wunde [13]. Die Phasenkontrastbildgebung (PCI) Nutzt subtile Änderungen des Röntgenbrechungsindex zwischen benachbarten Medien, um Grenzen zwischen ihnen sichtbar zu machen. Die Kontrastverstärkung hängt von der jeweiligen Phasenkontrastmodalität ab. Für Bei jeder dieser Techniken hängt der endgültige Bildkontrast von mehreren Faktoren ab, einschließlich der räumlichen Auflösung des Röntgendetektors, der spezifische Bildbildungsmechanismus, Röntgenenergie und Strahldivergenz [5].

In diesen Jahren gibt es viele vielversprechende Fortschritte für die SRNiereBildgebende Studie einschließlich der Bildgebende Technik und Qualität. Li Gang [14] verwendete die einfachsten zwei Kristalle, um die Beziehung zwischen der Dicke der Nierenscheiben und der Bildqualität. Wu T [15] erhaltene RatteNierenscheibenBildgebung als hohe Auflösung von 0,01 mm mit einem Röntgeninterferometer. Yoon [16] hat die normales Nieren- und Karzinomgewebe, fand er die Bilder mit klarer Kantenverstärkung aufgedeckt deutlich Mikrostruktur in dickem Nierengewebe (mehr als 700-fach dicker als mikroskopische Aufnahmen). Jin Wu [17] untersuchte den Hamster mit der Röntgenkristall-Interferometer-basierten Röntgen-Phasenkontrast-Mikrotomographie, mit der die Nierenmikrostruktur sichtbar sein kann.

NiereAltern ist ein natürlicher Prozess in der Natur. Es ist bekannt, dass die Degeneration mit 40 Jahren beginnt. Jahre alt beim Menschen, begleitet von einer allmählichen Gewichtsabnahme und Schrumpfung in Volumen. Die Maus ist genauso gleich, für die Mausniere ist das Alter bei 10 Monaten ähnlich wie bei der Erwachsene (28 Jahre alt) beim Menschen, das Alter von 18 Monaten bis 45 Jahren und die 24 Monate bis 65 Jahre alt. Die geschrumpfte Niere ist relevant für die Ausdünnung des Kortex. Mit dem Altern Die Anzahl der Integrität und des normalen renalen Glomerulus nimmt allmählich ab, während die Anzahl der Sklerose glomerulus nimmt allmählich zu, insbesondere in der Kortexzone, und die Anzahl und das Volumen der Nierentubuli nimmt allmählich ab, das Niereninterstitium nimmt offensichtlich mit interstitiellen Fibrose im Volumen, begleitet von kleinen Gefäßen hyaline Degeneration und Arteriosklerose.

In unseremNiereBei der Untersuchung des natürlichen Alterns fanden wir den Trend der Gefäße, des partiellen Kortex und der Niere Volumenänderung und abnehmender Glomerulus, die Ausdünnung des Kortex, die Verteilung und Zahlenänderung der Kapillarschleifen, nimmt das Niereninterstitium bei interstitieller Fibrose offensichtlich zu.

Die oben genannten Arbeiten, die wir gemacht haben, beziehen sich auf die MausNiereDegeneration im normalen physiologischen Zustand. Wie wäre es, wenn die Krankheit regelmäßig auf pathologischen Zuständen wie chronischen Infektion oder akutes Trauma? Ist, wenn es das gleiche wie das der oben genannten alternden Niere ist, wie wäre es mit regelmäßig die Anzahl und das Volumen des renalen Glomerulus und der Interstitium-Haltung und die Verteilung und Sequenz, die für die Diagnose und Behandlung im Frühstadium der Krankheit virtuell sein kann. In der nächsten Arbeit werden wir ein Modell erstellen, das wir erforschen und erkennen könnenNiereKrankheit regelmäßig mit der SR-PCI-Technik.

Bestätigungen

Diese Arbeit wird unterstützt durch die Projection of Shanghai Science Foundation, PRC (Grant Nr.11ZR1427800).

Aus: "Experimentelle Untersuchung der MausNiereAlterung mit SR PCI Technologie' durchP. Yifeng, a,1 et al

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

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