Tutkimus mahasyövistä nude-hiirissä käyttäen röntgen- in-line faasikontrastimikro- imaging

tutkinta mahasyövistä nude-hiirissä käyttäen röntgen- in-line faasikontrastimikro- kuvantaminen
tiivistelmä
tausta
paperi on raportoida uuden kuvantamisen mahasyövistä ilman kuvantamisen tekijöille. Molemmat mahalaukun normaali alueille ja mahasyövän alueet voidaan erottaa käyttämällä Pääkomponenttianalyysin (PCA), joka perustuu harmaustason yhteistyössä esiintyminen matriisi (GLCM). Tool Menetelmät
Ihmisen mahasyövän BGC823 solut istutetaan vatsat nude-hiirten. Sitten 3, 5, 7, 9 tai 11 päivää sen jälkeen, kun syöpäsolujen implantaation nude-hiiret lopetettiin ja niiden vatsat poistettiin. X-ray in-line vaihe kontrasti kuvantaminen (XILPCI), X-ray vaihe kontrasti kuvantaminen menetelmällä, on suurempi pehmytkudoksen kontrasti kuin perinteiset imeytyminen röntgenkuvaus ja luo korkeamman resoluution kuvia. Mahalaukun näytteet kuvattiin toimesta XILPCIs "charge coupled device (CCD) 9 pm kuvan tarkkuutta. PCA on projektiivisten kuvien "alueen etujen (ROI), joka perustuu GLCM uutettiin syrjiä mahalaukun normaalia alueita ja mahasyövän alueilla. Eri vaiheissa mahasyövistä luokiteltiin käyttämällä tukivektorikoneet (SVMs).
Tulokset
röntgen in-line faasikontrastimikro- kuvia nude-hiirten vatsa- näytteet osoittavat selvästi mahan arkkitehtuurit ja yksityiskohtia aikaisin mahalaukun syövät. Vaiheen kontrasti tietokonetomografia (CT) kuvien nude-hiirten mahasyövän yksilöt ovat parempia kuin perinteiset imeytyminen CT-kuvia ilman kuvantamisen tekijöille. Tulokset PCA tekstuurin parametrien perustuu GLCM normaalien alueiden (F 1 + F 2) > 8.5, mutta ne syövän alueiden (F 1 + F 2) < 8.5. Luokittelu tarkkuus on 83,3%, joka luokittelemalla mahalaukun yksilöt eri vaiheisiin käyttäen SVMs.
Johtopäätökset
on hyvin alustava toteutettavuustutkimus. Edelleen tutkimukset, XILPCI voisi tulla invasiivinen menetelmä tulevaa varhaiseksi havaitsemiseksi mahasyövistä tai lääketieteellisiä tutkimuksia.
Avainsanat
X-ray in-line faasikontrastimikro- kuvantaminen X-ray imeytyminen kuvantaminen Mahasyöpää Pääkomponenttianalyysi Tuki vektori koneen Taustaa
Syöpä on maailman toiseksi suurin syy sairastuvuuteen. Mahalaukun syöpä on yksi yleisimmistä syistä syöpään liittyvät kuolemat Aasiassa [1]. Varhainen toteaminen ja varhainen hoito mahasyövistä vaikuttavat edelleen keskeisesti syövän ehkäisyyn ja hoitoon. X-ray perinteinen kuvantaminen ihmisen luuranko tarjoaa korkean resoluution kuvia, mutta ihmisen vatsaontelon elimiä on erittäin huono. Viime vuosina uuden kuvantamismenetelmä, X-ray in-line vaihe kontrasti kuvantaminen (XILPCI) on syntynyt. Tämä kuvausmenetelmä perustuu lähinnä röntgen vaihe muutostekijä jälkeen röntgen kulkee esineitä. XILPCI pehmeiden kudosten tarjoaa mikrometriä erotuskyly.
Varhainen syövän havaitseminen riippuu pääasiassa röntgenkuvausta. Nykyinen tutkimus menetelmät vatsat ovat pääosin CT [2-5], magneettikuvaus (MRI) [4, 6], tähystys [7, 8] ja kaasu-barium kaksinkertainen kontrasti X-ray gastrointestinalgraphy [9, 10]. Kuvan tarkkuus näistä laitteista sijaitsee millimetrimittakaavaisen. Kuvan tarkkuus, joka voidaan saavuttaa röntgen- vaihekontrasti kuvantaminen (XPCI) sijaitsee mikrometrin mittakaavassa. X-ray vaihesiirto on noin 1000 kertaa suurempi kuin muutos imeytymistä. Tällä hetkellä on olemassa useita kansainvälisiä tutkimusryhmiä esittää erilaisia ​​kontrasti kuvantamismenetelmiä. Yleisimmin käytetty lähestymistapoja rakentaa XPCI järjestelmät sisältävät X-ray interferometri [11-13], diffraktio tehostetun kuvantamisen [14-16], XILPCI [17, 18] ja X-ray ritilä interferometri [19].
Erotuskyky ilmaistaan valta ratkaista hieno rakenteisiin. Density resoluutio (eli kontrasti resoluutio) ilmaisee hienoisia tiheys eroja. Tällä hetkellä, spatiaalinen resoluutio mikro-CT on pääsee 2 pm [20] ja mikro-CT voi erottaa kudostiheyksien ero 0,01 g /cm 3 [21], mutta kuvan resoluutio on mikro-CT on edelleen at millimetrimittakaavaisen ilman kuvantamisen tekijöille. MRI tarjoaa hyvän kontrastin erottelukyvyn ja erotuskyky pehmytkudoksiin, mutta MRI kuvan resoluutio on vasta millimetrimittakaavaisen. Erotuskyly rajoittaa magneettinen vahvuus MRI ja on vaikea edelleen kasvua.
Tällä hetkellä varhainen havaitseminen mahasyövistä riippuu pääasiassa tähystys ja se on vahvistanut koepala. Kuvan resoluutio tähystys on noin 0,56 mm [22]. Potilaat kokivat kivun prosessissa tutkimus, ja siellä oli syöpymisvaara ja verenvuotoa.
Kaasu-barium kaksinkertainen kontrasti X-ray gastrointestinalgraphy on yleinen kliininen keino arvioida ruoansulatuskanavan sairauksien. CO 2-barium on yleisimmin käytetty, koska korkeamman turvallisuuden ja halvemmalla. Ennen tutkimusta, jotkut aerogenic jauheet otetaan suun kautta potilaat. Reaktiot kuivan jauheet ei tapahdu ennen kuin ne kohtaavat vettä. Ruoansulatuskanavassa laajennetaan tuotetun CO 2 kaasua. Muutaman minuutin kuluttua, potilaat ottaa suun kautta barium. CO 2-barium double kontrastin röntgenkuvaus voi vain tarjota optimaalinen visualisointi limakalvon poikkeavuudet, vaan myös arvioida suolen peristalttinen toiminta [9]. Kuitenkin menetelmä on kiellettyä käyttää, kun potilas epäillään ruoansulatuskanavan perforaatio tai täydellinen tukkeuma. Kuvan resoluutio on tällä millimetrimittakaavaisen. Tässä prosessissa tutkimus, potilaiden on saatava useita röntgen säteilytyksillä. Se on hidas tyhjä barium kehossa potilaan tutkimuksen jälkeen.
XILPCI on yhdistetty CT, joka tarjoaa kuvia, jotka perustuvat vaiheessa tomografia. Vaihekontrasti CT tunnetaan myös diffraktio CT [23], ja se on potentiaalisesti käyttökelpoinen kuvantamisen menetelmä pehmeiden kudosten ilman kuvantamisen aineita. XILPCI kuvan resoluutio pehmeiden kudosten voi saavuttaa 0,74 um ilman kuvantamisen tekijöille. Se lisää tarkkuutta havaitseminen ja voidaan tarkkailla varhain syöpään vaurioita. Tool Menetelmät
Setup ja näytteet
Nude hiiret eivät omaa normaalia kateenkorvat ja vain kateenkorva jäänteitä tai epänormaali kateenkorva epiteelin, joka voi tuottaa T-solujen normaalin kateenkorva epiteelin jako. Imusolmukkeiden ja pernan lymfosyyttien nude-hiirten ovat hyvin pieniä, joten nude-hiirissä ovat eläimiä, joilla on vähemmän lymfosyyttejä ja paljaisiin hiiriin myös näyttää ihon ja hiusten surkastumista ja follikulaarinen keratoosi. Yleisesti, nude-hiiriä pidetään lähinnä ihmisen geneettistä mallia joukossa koe-eläimiä tutkimiseen ihmisen sairauksia. Erilaisia ​​ihmisen syövissä yleensä selviytyisi nude-hiirissä. Koska niiden immuunipuutoksen nude-hiiret eivät hylkää kudosten muista eläimistä. Siksi niitä voidaan käyttää vastaanottajat elinsiirtoon pahanlaatuisten ihmisen syövistä.
Edeltävässä testissä prosessin sekä simuloida fysiologisia olosuhteita ihmisen mahat ja saada selkeitä kuvia, huomasimme, että kuva oli hyvin selkeä täyttämään meidän kokeita, kun käytimme mahalaukun yksilöt puhdistettu pois ruoanjäänteet ja täytetään ilmalla. Siksi päätimme käyttää ilman täyttämä mahalaukun yksilöitä jäljellä kokeita.
Nude-hiirissä oli naisia ​​ja painoltaan noin 16 g meidän kokeita. Yhteensä 36 nude-hiirten jaettiin satunnaisesti 6 ryhmässä meidän kokeita ja kukin ryhmä on 6 nude-hiirissä. Yksi ryhmä on nude hiiri normaali ryhmä, ja toinen 5 ryhmät ovat nude mouse mahasyövän ryhmiä. Nude-hiiret nude mouse mahasyövän ryhmiä nukutettiin injektoimalla vatsaonteloon 0,72 mg (45 mg /kg) pentobarbitaalinatriumia. Kun se nukutettiin kukin nude hiiri sai poikittaisen viillon sen vatsa. Vatsa ekstrudoitiin, tehtiin viilto ja ihmisen mahasyövän BGC823 soluihin [24] istutettiin nude-hiiren vatsan. Sitten haava ommeltiin. Jokainen toiminta kesti noin 10 minuuttia. Noin tunnin kuluttua, nude mouse heräsi. Kun istuttaminen mahalaukun syöpäsoluja, 2 päivää annettiin kulkea, jotta mahdollisten eläimen immuunivastetta. Kun 3, 5, 7, 9 tai 11 päivää, nude-hiiret lopetettiin ja vatsat nude-hiiret poistettiin. Mahat puhdistetaan ja täytetään formaliiniin. Ruokatorven ja pohjukaissuoli lähellä vatsaa oli erikseen trussed mukaan ommelta. Mahalaukun Näytteet kiinnitettiin 10% formaliinilla ratkaisu. Eläin Tutkimuksen hyväksyi Experimental Animal eettinen komitea. Laadun sertifiointi eläinten Sheng Chan Xv Ke (SCXK Beijing) 2005-0004.
Periaate XILPCI
Synkrotronisäteily [25] on sähkömagneettista säteilyä, jossa varatut hiukkaset kiihdytetään lähes valon nopeudella magneetti- kenttä Lorentzin voima liikuttaessa nopeussäätöisesti radan varrella tangentti suuntaan. Valonlähteenä, sen edut ovat selvät: laajakaistainen, korkea kollimoinnin, korkea polarisaatio, erittäin puhdasta, korkea kirkkaus, kapea pulssi ja korkea johdonmukaisuus. Synkrotronisäteilylaitteiston on erittäin vakaa, korkea suoritusteho ja mikro-säteen halkaisija.
XILPCI Kokeet suoritettiin käyttäen BL13W1 beamline Shanghai Synkrotronisäteily Facility (SSRF) [26]. BL13W1 beamline valmistetaan pääasiassa 2-ulotteinen kuvia biologisten kudosten avulla XILPCI. BL13W1 beamline osittainen laitoksen SSRF oli kuvattu kuviossa 1. XILPCI kutsutaan myös Fresnel diffraktio [27, 28] tai koaksiaalinen vaihekontrasti kuvantaminen. Vuonna 1995 A. Snigirev [29] käytti synkrotronikiihdyttimen valonlähde saada vaihekontrasti kuvia. XILPCI menetelmä ei vaadi ajallista johdonmukaisuutta valonlähteen. Se voi käyttää monivärinen valonlähteitä, eliminoiden siten tarpeen raskaita monimutkaisuuden yksivärinen järjestelmän. Menetelmää voidaan suoraan käyttää mikro-keskittyä röntgenlähteitä sijasta Synkrotronisäteilyn lähteistä. Tämä etu voi XILPCI soveltuvat kliinisen lääketieteen tulevaisuudessa. Kuva 1 kuvaa BL13W1 beamline osittaisen laitokseen SSRF. 1. Moniulotteinen näyte pöytä. Koekappaleet asetetaan näytteen pöydän pyörimään ja näytteet saatiin eri näkökulmista. 2. X-ray CCD. Se saadaan yksilöt "projective kuvia korkean resoluution. 3. tarkka ohjauskisko. Se voi ohjata tarkka etäisyys CCD yksilöt.
Kun X-ray kulkee näytteen kuten tavalliset optiset, monimutkainen taitekerroin voidaan käyttää kuvaamaan niiden ominaisuuksia. Taitekerroin n on hieman pienempi kuin määrä 1, voidaan kirjoittaa: n
=
1
-
δ
-
iβ
(1) todellinen komponentti δ edustaa vaihetta; ja imaginaariosa β edustaa imeytymistä aikavälillä. δ liittyy fyysinen vaihesiirto jakso P; ja β liittyy lineaarinen absorptiokerroin materiaalin μ. Niiden välinen suhde on seuraava: δ
=
ρ
e
r
e
λ
2
2
π
,
β
=
μλ
4
π
(2) P
=
2
πδ
λ
,
μ
=
4
πβ
λ
(3) λ on X-ray aallonpituus, ρ e on elektronin tiheys materiaalissa, r e on klassinen elektronin säde, ja niiden koko määritetään elektronitiheys esineiden "sisärakenteet.
Kun X-ray kulkee objektin, sen vaihe ja amplitudi muuttuvat. Vaiheen muutos määritetään δ, ja amplitudin vaimennuksen määräytyy β. X-säteet, kevyempiä elementtejä (kuten C, H, O, jne.) Materiaalin, δ on 1000 kertaa enemmän kuin β, joten vaiheen muutos määrä on paljon suurempi kuin muutos määrän X-ray absorption vaimennus . Kun X-ray aallonpituus on hyvin lyhyt, sillä heikko imeytyminen materiaalien, pienet muutokset tiheyden voi myös tuottaa suuria vaihe työaika, mikä saamassa korkea vaihekontrasti. Erotuskyly vaihekontrasti kuvantaminen voidaan saavuttaa mikronin mittakaavassa ja erittäin hieno mikrorakenne kohde voidaan havaita.
Yhtenäisten välissä valonsäteet kulkevat epätasaisella pinnalla esine, he väistämättä tuottaa vaihe muuttuu, eli aaltoja "vääristymä. Jos vääristymä aallot edelleen levitä tiettyä etäisyyttä, vääristymä aallot häiritsee ei-vääristymä aaltoja. Siten voidaan päätellä, että saadakseen vaihekontrasti kuvia edellyttää johdonmukaista valonlähteen ja riittävä etäisyys valolähteestä olevan mallin ja näytteestä ilmaisimeen.
Askelta XILPCI
Erityiset kokeellisia menetelmiä: nude-hiirissä mahalaukun näytteet sisältävät siirrettyjen ihmisen mahasyövän BGC823 solut otettiin pois formaliinilla, käärittiin eristeet ja asetetaan näyte taulukon.
Huomasimme, että röntgensäde energia 13 keV oli sopiva kuvauskokeessa vaatimuksia, kautta me toistuvasti debugged X-ray energia. Se tekee kuvien liian kevyt, jos energia on suurempi kuin 13 keV. Se tekee kuvantamisen valotusajan kasvaessa, jos energia on pienempi kuin 13 keV. Kuvat tulee tumma, jos valotusaika on liian lyhyt. Kun lisäsimme valotusaikaa, kesti kauemmin aikaa ampua yli 1000 kuvaa CT kuvan muodostamiseen. Mahalaukun näytteet johdatetaan vakavia muodonmuutoksia, jos ampua aika on liian pitkä. Joten 13 keV on optimaalinen parametri laajassa tekijöistä. Etäisyys valonlähteestä näytteen on pituus SSRF röntgen lähde mahan näyte on näytteen taulukossa. Matkaa oli 59,3 m. Ilmaisin oli 85 cm etäisyydellä näytteen, jossa on 9 um kuvan resoluutio ja valotusaikaa 35-45 ms. Kesti noin 20 minuuttia, jolloin saatiin XILPCI projektiivisia kuvia 0,1 astetta askeleen päässä aste 0-180 of mahalaukun näytteen.
Portaat röntgen- perinteiset imeytyminen kuvantaminen
Perinteinen imeytymistä CT-kuvia mahasyövän näytteet tehtiin käyttämällä SIEMENS Inveon skannerit ja Inveon Acquisition työpaikka 1,5 Service Pack. Mahasyöpä yksilöt asetettiin näytteeseen pöydän ja koe parametreja debugged leikkaussaliolosuhteissa täyttääkseen kokeen vaatimukset. Pienin ratkaisu tähän laitteen oli 11 um. Energia X-ray oli 80 keV ja 400 uA. Energia parametrit on laitteiston maksimiteho. Mahalaukun syöpä näyte skannattiin kääntämällä 360 °. Se tarvitaan 967 s skannata mahasyövän näyte ja rekonstruoida imeytymisen CT kuvaa samaan aikaan.
GLCM menetelmä
Käytimme 9 harmaa tason yhteistyötä esiintyminen matriisi (GLCM) tekstuuriominaisuudet kulmikasta hitausmomentti (ASM) , inertia, käänteinen erotus hetkellä (IDM), entropia, korrelaatio, summa keskimäärin (SA), ero keskiarvo (DA), sum entropia (SE), ja ero entropia (DE) [30]. GLCM määritellään C ij.
Kulmikas toinen hetki kaava: T
1
=
Σ
i
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
C
ij
2
(4) inertia kaava: T
2
=
Σ
i
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
i -
j
2
C
ij
(5) Inverse ero hetki kaava: T
3
=
Σ
i
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
1
1
+
i -
j
2
C
ij
(6) Entropy kaava: T
4
=
- Σ
i
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
C
ij
log
C
ij
(7) Marginaaliset jakelu johdettu GLCM. c
x
i
=
Σ
j
=
0
K
- 1
c
ij
(8) c
y
j
=
Σ
i
=
0
K -
1
c
ij
(9) μ
x
, μ
y
, σ
x
, σ
y
vastaavasti edustavat keskiarvon ja keskihajonnan marginaalinen jakelu.
määrittää harmaasävy- ja todennäköisyys summan erotus i ja j ilmaista seuraavasti: c
x
+
y
k
=
Σ
i
+
j
=
k
c
ij
k
=
0
,
1
,
2
,
⋯
,
2
K -
2
(10) c
x -
y
k
=
Σ
i -
j
=
k
c
ij
k
=
0
,
1
,
2
,
⋯
,
K
-
1
(11) Korrelaatio kaava: T
5
=
Σ
i
=
0
K -
1
Σ
J
=
0
K -
1
ij
C
ij
- PCA

Normal

3-days

5-days

7-days

9-days

11-days

F1
7.01

• Vaikea mahalaukun ruokatorvivariksvuotojen verenvuoto johtuu pernan valtimotromboositapausten ja peräkkäisen valtimon ohitus
• BRCA1 perustaja mutaatiot eivät edistä lisääntynyt mahalaukun syövän riski Puolan väestö