Etude des cancers gastriques chez les souris nues en utilisant X-ray en ligne contraste de phase imaging

Investigation des cancers gastriques chez les souris nues en utilisant des rayons X d'imagerie en ligne contraste de phase
Résumé de l'arrière-plan
Ce document est à signaler la nouvelle imagerie des cancers gastriques, sans l'utilisation d'agents d'imagerie. Les deux régions normales gastriques et les régions de cancer gastrique peuvent être distingués en utilisant l'analyse en composantes principales (ACP) sur la base de la matrice niveau de gris co-occurrence (GLCM).
Méthodes
cancer gastrique humain BGC823 cellules ont été implantées dans les estomacs souris de nus. Ensuite, 3, 5, 7, 9 ou 11 jours après l'implantation des cellules cancéreuses, les souris nude ont été sacrifiées et leurs estomacs ont été enlevés. X-ray en ligne imagerie par contraste de phase (XILPCI), une méthode d'imagerie à contraste de phase à rayons X, a un plus grand contraste des tissus mous que la radiographie d'absorption traditionnelle et génère des images à plus haute résolution. Les échantillons gastriques ont été imagées par couplage de charge du dispositif d'un XILPCIs (CCD) de 9 pm résolution d'image. Le PCA de la région des images projectives des intérêts (ROI) sur la base de GLCM ont été extraites de discriminer les régions normales gastriques et les régions de cancer gastrique. Résultats de différents stades de l'estomac cancers ont été classés en utilisant Support Vector Machines (SVM).
Le X-ray en ligne des images à contraste de phase de spécimens gastriques souris nude montrent clairement les architectures gastriques et les détails du début gastrique cancers. Les images tomographie assistée par contraste de phase (TDM) chez des souris nues des échantillons de cancer de l'estomac sont meilleures que les images traditionnelles d'absorption CT sans l'utilisation d'agents d'imagerie. Les résultats de l'APC des paramètres de texture à base de GLCM des régions normales est (F 1 + F 2) > 8,5, mais ceux des régions du cancer est (F 1 + F 2) < 8.5. La précision de la classification est de 83,3% que la classification des échantillons gastriques en différentes étapes en utilisant SVMs.
Conclusions
Ceci est une étude de faisabilité très préliminaire. Avec d'autres recherches, XILPCI pourrait devenir une méthode non invasive pour l'avenir de la détection précoce des cancers gastriques ou des recherches médicales.
Mots-clés
X-ray X-ray imagerie par absorption cancer gastrique analyse en composantes principales vecteur de support d'imagerie à contraste de phase en ligne Machine Contexte
le cancer est la deuxième cause mondiale de morbidité. Le cancer gastrique est l'une des causes les plus fréquentes de décès liés au cancer en Asie [1]. La détection précoce et le traitement précoce des cancers gastriques sont toujours au centre de la prévention et le traitement du cancer. X-ray imagerie traditionnelle du squelette humain fournit des images à haute résolution, mais celle des organes abdominaux humains est très pauvre. Au cours des dernières années, une nouvelle méthode d'imagerie, le X-ray en ligne imagerie par contraste de phase (XILPCI) a vu le jour. Cette méthode d'imagerie est principalement basée sur le facteur de rayons X à changement de phase après une radiographie passe à travers les objets. la détection précoce du cancer de XILPCI des tissus mous offre une résolution spatiale micrométrique. dépend principalement de l'imagerie radiographique. Les méthodes d'examen actuelles de l'estomac sont principalement constitués de CT [2-5], l'imagerie par résonance magnétique (IRM) [4, 6], l'endoscopie [7, 8] et double contraste X-ray gastrointestinalgraphy baryum gaz [9, 10]. La résolution de l'image de ces dispositifs est sur le échelle millimétrique. La résolution de l'image qui peut être obtenue par rayons X à contraste de phase image (XPCI) se trouve sur l'échelle du micron. Le déphasage de rayons X est d'environ 1000 fois supérieure à la variation d'absorption. À l'heure actuelle, il y a un certain nombre d'équipes de recherche internationales proposant diverses méthodes d'imagerie de contraste. Les approches les plus couramment utilisés construire des systèmes XPCI comprennent interféromètre à rayons X [11-13], imagerie par diffraction améliorée [14-16], XILPCI [17, 18] et X-ray réseau interféromètre [19].
La résolution spatiale exprime le pouvoir de résoudre des structures fines. résolution de densité (par exemple, la résolution de contraste) exprime les différences de densité subtiles. Actuellement, la résolution spatiale des micro-CT a peut atteindre 2 pm [20] et micro-CT peut distinguer une différence de densité des tissus de 0,01 g /cm 3 [21], mais la résolution d'image de micro-CT est encore à échelle millimétrique sans l'utilisation d'agents d'imagerie. L'IRM permet une bonne résolution de contraste et la résolution spatiale des tissus mous, mais la résolution d'image IRM est seulement au millimètre échelle. La résolution spatiale est limitée par la force magnétique de l'IRM et il est difficile d'accroître encore.
Actuellement, la détection précoce des cancers gastriques dépend principalement de l'endoscopie et il est confirmé par une biopsie. La résolution de l'image de l'endoscopie est d'environ 0,56 mm [22]. Les patients se sentaient la douleur dans le processus d'examen, et il y avait le risque de perforation et le saignement double contraste de gastrointestinalgraphy X-ray gaz baryum de. Est un outil clinique commun pour évaluer les conditions gastro-intestinales. CO 2-baryum est le plus souvent utilisé, en raison de la sécurité plus élevé et le prix inférieur. Avant l'examen, certaines poudres aérogènes sont pris par voie orale par les patients. Les réactions entre les poudres sèches ne seront pas avoir lieu jusqu'à ce qu'ils rencontrent l'eau. Le tractus gastro-intestinal sera élargi par le CO produit 2 de gaz. Après quelques minutes, les patients prennent par voie orale de baryum. Le CO 2-baryum à double imagerie de contraste aux rayons X peut non seulement fournir une visualisation optimale des anomalies de la muqueuse, mais aussi d'évaluer la fonction péristaltique intestinal [9]. Cependant, la méthode est interdit d'utiliser, quand un patient est suspecté de perforation gastro-intestinale ou une obstruction complète. La résolution de l'image est à l'échelle millimétrique. Dans le processus d'examen, les patients doivent recevoir plusieurs irradiations X-ray. Il est lent à baryum vide dans le corps du patient après examen.
XILPCI est combiné avec CT, qui fournit des images basées sur la phase de positons. Le contraste de phase CT est également connu sous le nom de diffraction CT [23] et est une technique d'imagerie potentiellement utiles pour les tissus mous, sans l'utilisation d'agents d'imagerie. La résolution de l'image XILPCI des tissus mous peut atteindre 0,74 um sans l'utilisation d'agents d'imagerie. Le programme d'installation et de spécimens Il augmente la précision de la détection et peut être utilisé pour observer les lésions cancéreuses précoces. Méthodes de
souris Nude ne possèdent pas thymus normaux et ont seulement des restes thymus ou épithéliales du thymus anormale, ce qui ne peut pas produire Les cellules T par division épithéliales thymus normale. Les ganglions lymphatiques et les lymphocytes de la rate de souris nues sont très petites, les souris de sorte nue sont des animaux possédant moins de lymphocytes et des souris nude également afficher la peau et les cheveux atrophie et kératose folliculaire. En général, les souris nude sont considérés comme le modèle le plus proche génétique humain chez les animaux de laboratoire pour l'étude des maladies humaines. Une variété de cancers humains sont généralement capables de survivre dans des souris nues. En raison de leur déficit immunitaire, les souris nues ne rejettent pas les tissus provenant d'autres animaux. Par conséquent, ils peuvent être utilisés comme receveurs pour la transplantation de cancers humains malignes.
Dans le processus de pré-test, à la fois pour simuler les conditions physiologiques de l'estomac humain et d'obtenir des images claires, nous avons constaté que l'image a été très clair pour répondre aux exigences de nos expériences, lorsque nous avons utilisé les échantillons gastriques nettoyé des résidus alimentaires et remplis d'air. Par conséquent, nous avons décidé d'utiliser les échantillons gastriques remplis d'air pour les expériences restantes.
Les souris nues étaient des femmes et pesant environ 16 g dans nos expériences. Un total de 36 souris nues ont été divisés au hasard en 6 groupes pour nos expériences et chaque groupe est de 6 souris nude. Un groupe est groupe normal de la souris nude, et les 5 autres groupes sont des groupes de cancer gastrique nu de la souris. Les souris nude dans des groupes de cancer de l'estomac de la souris nude ont été anesthésiés avec une injection intraperitoneale de 0,72 mg (45 mg /kg) au pentobarbital sodique. Après avoir été anesthésiés, chaque souris nude reçu une incision transversale dans l'abdomen. L'estomac a été extrudée, une incision a été faite et les cellules BGC823 de cancer gastriques humaines [24] ont été transplantés dans l'estomac de souris nude. Ensuite, la blessure a été suturée. Chaque opération a duré environ 10 minutes. Après environ une heure, la souris nude se réveilla. Après l'implantation de cellules de cancer gastrique, de 2 jours ont été autorisés à passer pour permettre des réponses possibles du système immunitaire des animaux. Au bout de 3, 5, 7, 9 ou 11 jours, les souris nude ont été sacrifiées et les estomacs des souris nues ont été enlevés. Les estomacs ont été nettoyés et remplis dans le formol. L'œsophage et du duodénum près de l'estomac ont été séparément par ligoté suture. Les échantillons gastriques ont été fixés dans une solution de formol à 10%. L'étude des animaux a été approuvé par le Comité d'éthique animale expérimentale. La certification de la qualité des animaux est Sheng Chan Xv Ke (SCXK Pékin) 2.005 à 0.004.
Principe de Synchrotron le rayonnement XILPCI [25] est un rayonnement électromagnétique dans lequel les particules chargées sont accélérées à près de la vitesse de la lumière dans un champ magnétique terrain par la force de Lorentz lors du déplacement à vitesse variable le long de la direction piste tangente. En tant que source de lumière, ses avantages sont évidents: large bande, haut collimation, polarisation élevée, de haute pureté, une luminosité élevée, impulsion étroite et haute cohérence. Le rayonnement synchrotron a un degré élevé de stabilité, à haut débit et d'un diamètre de micro-faisceau.
Les expériences de XILPCI ont été effectuées en utilisant la ligne de lumière BL13W1 de la Facilité Shanghai Synchrotron Radiation (SSRF) [26]. La ligne de lumière BL13W1 produit principalement des images 2-dimensionnelles des tissus biologiques en utilisant XILPCI. L'installation partielle BL13W1 de ligne de faisceau de SSRF a été dépeint comme Figure 1. XILPCI est également appelé diffraction de Fresnel [27, 28] ou coaxial imagerie par contraste de phase. En 1995, R. Snigirev [29] utilise une source de rayonnement synchrotron afin d'obtenir des images à contraste de phase. Le procédé ne nécessite pas XILPCI la cohérence temporelle de la source lumineuse. Il peut utiliser des sources de lumière multi-couleurs, ce qui élimine donc la nécessité de la complexité du système onéreux monochrome. La méthode peut directement utiliser des sources au lieu de sources de rayonnement synchrotron à rayons X micro-focus. Cet avantage peut XILPCI approprié pour la médecine clinique à l'avenir. Figure 1 L'image de l'installation partielle BL13W1 de ligne de faisceau de SSRF. 1. Une table de spécimen multidimensionnel. Les spécimens sont placés sur la table pour spécimen en rotation et les échantillons ont été obtenus sous des angles différents. 2. Un CCD X-ray. Il a obtenu des images projectives de spécimens à haute résolution. 3. Le rail de guidage précis. Il peut contrôler la distance exacte de la CCD aux spécimens.
Lorsqu'un rayon X passe par un échantillon, comme dans l'optique ordinaire, l'indice de réfraction complexe peut être utilisé pour décrire leurs caractéristiques. L'indice de réfraction n est un peu plus petit que le nombre de 1, peut être écrite comme: n
=
1
-
δ
-
iβ
(1) La vraie δ composante représente phase; et la partie imaginaire β représente terme d'absorption. δ est associée à la phase physique section de décalage P; et β est associé au coefficient d'absorption linéaire du matériau μ. La relation entre eux est la suivante: δ
=
ρ
e
r
e
λ
2
2
π
,
β =

μλ
4
π
(2) P =

2
πδ
λ
,
μ
=
4
πβ
λ
(3) λ est la longueur d'onde des rayons X, ρ e est la densité d'électrons dans le matériau, r e est un rayon d'électrons classique, et leur taille est déterminée par la densité d'électrons des structures intérieures des objets.
Lorsqu'un rayon X passe à travers l'objet, la phase et le changement d'amplitude. changement de phase est déterminé par la δ et l'atténuation d'amplitude est déterminée par le β. Dans les rayons X, pour des éléments plus légers (tels que C, H, O, etc.) du matériau, δ est 1000 fois plus que le β, de sorte que la quantité de changement de phase est beaucoup plus grande que la quantité de changement de rayons X atténuation d'absorption . Quand une longueur d'onde des rayons X est très court, pour les matériaux d'absorption faibles, les petits changements de densité peuvent également produire de grands changements de phase, obtenant ainsi un contraste élevé de phase. La résolution spatiale de contraste d'imagerie de phase peut atteindre l'échelle du micron et une microstructure très fine d'un objet peut être observé.
Lorsque uniformes ondes lumineuses intervenant passent à travers un objet de surface inégale, ils génèrent inévitablement des changements de phase, à savoir la distorsion «vagues. Si les vagues de distorsion continuent de se propager à une certaine distance, les vagues de distorsion vont interférer avec les ondes non-distorsion. Les étapes de Ainsi, on peut conclure que l'obtention de la phase de contraste des images nécessite une lumière cohérente source et appropriées distances à partir de la source de lumière à l'échantillon et de l'échantillon au détecteur de XILPCI de méthodes expérimentales spécifiques:. la souris nude spécimens gastriques contenant transplantées cancer gastrique humain BGC823 cellules ont été prises à partir de formaline, enveloppés avec des matériaux isolants et placés sur la table de spécimen.
Nous avons constaté que l'énergie du faisceau de rayons X de 13 keV était adapté aux exigences d'expériences d'imagerie, par nous à plusieurs reprises débogué énergie des rayons X. Il fera des images trop claires si l'énergie est supérieure à 13 keV. Il fera augmenter le temps d'exposition de formation d'image, si l'énergie est inférieure à 13 keV. Les images deviennent sombres si le temps d'exposition est trop courte. Lorsque nous avons augmenté le temps d'exposition, il nous a fallu plus de temps pour tirer plus de 1000 images pour CT reconstruction de l'image. spécimens gastriques seront amenés à une déformation grave si le temps de tournage est trop long. Donc 13 keV est un paramètre optimal de facteurs complets. La distance de la source lumineuse sur l'échantillon est la longueur de la source de rayons X SSRF à l'échantillon gastrique sur la table pour spécimen. La distance est de 59,3 m. Le détecteur était de 85 cm de distance de l'échantillon, avec 9 pm résolution d'image et le temps d'exposition de 35-45 ms. Les étapes de Il a fallu environ 20 minutes pour obtenir XILPCI images projectives de 0,1 degrés pas du degré de 0 à 180 d'un échantillon gastrique. de l'imagerie d'absorption traditionnelle X-ray
traditionnels images absorption CT de spécimens de cancer gastrique ont été effectués en utilisant SIEMENS Inveon Scanners et Inveon Acquisition en milieu de travail avec 1,5 service pack. spécimens de cancer gastrique ont été mis sur la table d'échantillons et les paramètres expérimentaux ont été déboguées dans la salle d'opération afin de répondre aux exigences d'expérimentation. La résolution minimale de cet équipement était de 11 um. L'énergie du rayon X est de 80 keV et 400 pA. paramètres de l'énergie ont été la puissance maximale de l'équipement. Un spécimen de cancer de l'estomac a été scanné par rotation à 360 °. Il faut 967 s pour analyser un échantillon de cancer gastrique et reconstruire des images absorption CT dans le même temps.
Méthode GLCM
Nous avons utilisé la matrice 9 niveaux de gris co-occurrence (GLCM) Les caractéristiques de texture de second moment angulaire (ASM) , l'inertie, moment différence inverse (IDM), l'entropie, la corrélation moyenne de somme (SA), moyenne de différence (DA), somme entropie (SE), et la différence d'entropie (dE) [30]. Le GLCM est défini comme C ij seconde formule moment
Angulaire:. T
1
=
Σ
i
=
0
K
- 1
Σ
j
=
0
K
- 1
C
ij
2
(4) formule Inertia: T
2
=
Σ
i =

0
K
- 1
Σ
j
=
0
K
- 1
i
- j
2
C
ij
(5) formule moment différence inverse: T
3
=
Σ
i =

0
K
- 1
Σ
j
=
0
K
- 1
1
1
+
i
- j
2
C
ij
(6) formule Entropy: T
4
=
- Σ
i =

0
K
- 1
Σ
j
=
0
K
- 1
C
ij
log
C
ij
(7) la distribution marginale provenant de 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
représentent respectivement la moyenne et l'écart type de la distribution marginale
le spécifient en niveaux de gris et la somme de probabilité de différence entre i et j express comme suit:. 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) formule de corrélation: 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

• Severe gastrique variqueuse hémorragie due à une thrombose de l'artère splénique et dérivation artérielle consécutive
• mutations BRCA1 fondateurs ne contribuent pas à un risque accru de cancer gastrique dans la population polonaise