Vyšetrovanie žalúdočné rakoviny u nahých myší s využitím X-ray in-line fázový kontrast imaging

Vyšetrovanie žalúdočné rakoviny u nahých myší pomocou röntgenové pre in-line fázový kontrast zobrazovacie
abstraktné
pozadia hry tohto príspevku ak je ohlásiť novú imaging karcinómov žalúdka bez použitia zobrazovacích činidiel. Oba žalúdočné normálne regióny a rakovinou žalúdka kraja možno rozlíšiť pomocou analýzy hlavných komponentov (PCA) na základe úrovní šedej čo-výskyt matice (GLCM).
Metódy
rakovina žalúdka u ľudí BGC823 bunky boli implantované do žalúdkov u nahých myší. Potom, 3, 5, 7, 9 alebo 11 dní po implantácii rakovinové bunky, nahé myši usmrtia a ich žalúdky boli odstránené. X-ray in-line fázový kontrast obrazu (XILPCI), X-ray fázový kontrast zobrazovacie metódy, má väčší kontrast mäkké tkanivá ako tradičné absorpčné rádiografie a vytvára obraz s vyšším rozlíšením. Žalúdočné Vzorky boli zobrazené pomocou XILPCIs 'Charge Coupled Device (CCD) z 9 um rozlíšenie obrazu. PCA kraja projektívne obrázky "záujmov (ROI) na základe GLCM bolo vyťažených diskriminovať žalúdočné normálne regióny a rakovinou žalúdka regióny. Rôzne stupne karcinómov žalúdka boli klasifikované pomocou Support Vector Machines (SVMs).
Výsledky
X-ray in-line fázovým kontrastom obrazy nahých myšiach žalúdočných vzoriek jasne ukazujú žalúdočné architektúr a podrobnosti o včasnom žalúdočných rakoviny. S fázovým kontrastom sa počítačová tomografia (CT), obrazy nahých myšiach vzoriek s karcinómom žalúdka, sú lepšie ako tradičné absorpčné CT bez použitia zobrazovacích činidiel. Výsledky PCO textúry parametrov na základe GLCM normálnych regiónov je (F 1 + F 2) > 8,5, ale tí s rakovinou regiónoch (F 1 + F 2) < 8.5. Presnosť klasifikácie je 83,3%, že zaraďovanie žalúdočné vzorky do rôznych fáz s použitím SVMs.
Závery
Jedná sa o veľmi predbežné štúdie uskutočniteľnosti. S ďalšou výskumy, XILPCI by sa mohla stať neinvazívna metóda pre budúcnosť včasného odhalenia rakoviny žalúdka alebo lekárskych výskumov.
Kľúčové
X-ray in-line fázový kontrast obrazu X-ray absorpčné zobrazovacie Karcinóm žalúdka analýzy hlavných komponentov Support Vector stroj na pozadí
Rakovina je druhým najväčším svetovým príčinou chorobnosti. Rakovina žalúdka, je jednou z najčastejších príčin úmrtí na nádorové ochorenie v Ázii [1]. Včasná detekcia a skorá liečba rakoviny žalúdka sú stále stredobodom pozornosti prevencii a liečbe rakoviny. X-ray tradičné zobrazovanie ľudskej kostry poskytuje obraz s vysokým rozlíšením, ale to ľudských brušných orgánov je veľmi zlá. V posledných rokoch sa objavila nová zobrazovacia metóda je X-ray in-line fázový kontrast obrazu (XILPCI). Táto zobrazovacia metóda je založená predovšetkým na fázovou zmenou faktora X-ray potom, čo X-ray prechádza objekty. XILPCI mäkkých tkanív poskytuje mikrometra priestorového rozlíšenia.
Detekcia rakoviny Čoskoro závisí predovšetkým na röntgenovú zobrazovania. Súčasné vyšetrovacie metódy žalúdkov sa skladajú predovšetkým z CT [2-5], zobrazenia pomocou magnetickej rezonancie (MRI) [4, 6], endoskopia [7, 8] a plynu bárnatý double kontrastný X-ray gastrointestinalgraphy [9, 10]. Rozlíšenie obrazu týchto zariadení je na milimeter meradle. Rozlíšenie obrazu, ktoré možno dosiahnuť pomocou röntgenovej snímkovania fázovým kontrastom (XPCI) je na mikrónov meradle. X-ray fázový posun je približne 1000 krát väčšia ako zmena absorpcie. V súčasnej dobe existuje celý rad medzinárodných výskumných tímov navrhujú rôzne kontrastné zobrazovacích metód. Najčastejšie používané prístupy stavať XPCI systémy zahŕňajú röntgenový interferometer [11-13], difrakcie vylepšeným obrazovým [14-16], XILPCI [17, 18] a röntgenové strúhanie interferometra [19].
Priestorové rozlíšenie vyjadruje právomoc riešiť jemných štruktúr. Rozlíšenie hustota (tj., Rozlíšenie kontrastu) vyjadruje jemné rozdiely hustoty. V súčasnej dobe, priestorové rozlíšenie mikro-CT sa môže dosiahnuť 2 um [20] a mikro-CT možno rozlíšiť rozdiel hustoty Tkanivo 0,01 g /cm 3 [21], ale rozlíšenie obrazu mikro-CT je stále na milimetrových meradle bez použitia zobrazovacích činidiel. MRI poskytuje dobré rozlíšenie kontrastu a priestorového rozlíšenia mäkkých tkanív, ale rozlíšenie MRI obrázok je iba na milimetrovej stupnice. Priestorové rozlíšenie je obmedzená magnetickou silou MRI a je ťažké ďalej zvyšovať.
V súčasnej dobe je včasné zistenie rakoviny žalúdka je hlavne závislá na endoskopii a je potvrdená biopsiou. Rozlíšenie obrazu endoskopia je asi 0,56 mm [22]. Pacienti cítil bolesť v procese skúmania a existuje riziko perforácie a krvácania.
Dvojito kontrastný X-ray gastrointestinalgraphy Gas-bárnatý je v klinickej praxi častým nástrojom na posúdenie gastrointestinálnych stavov. CO 2-bária je najviac bežne používaný, pretože vyššiu bezpečnosť a nižšiu cenu. Pred vyšetrením, niektoré aerogenic prášky sú prijímané orálne pacientmi. Reakcia medzi suchých práškov sa nebude konať, kým sa stretnú s vodou. Gastrointestinálny trakt bude rozšírený o produkovaného CO 2 plynu. Po niekoľkých minútach, pacienti sa orálne bárnatý. CO 2-bárnatý double zobrazovacie kontrastné X-ray môže poskytovať nielen optimálne vizualizáciu slizničných abnormalít, ale tiež hodnotiť črevnú peristaltiku funkcie [9]. Avšak, tento spôsob je zakázané používať, ak je pacient podozrenie, že gastrointestinálne perforácie alebo úplné obštrukciu. Rozlíšenie obrazu je pri milimetrové stupnice. V procese skúmania, pacienti musia dostávať viac X-ray ožarovanie. Je pomaly prázdne bária v tele pacienta po vyšetrení.
XILPCI je v kombinácii s CT, ktorý poskytuje obrazy na základe fázy tomografia. Fázový kontrast CT je taktiež známy ako difrakčné CT [23] a je potenciálne užitočná metóda pre zobrazovanie mäkkých tkanív bez použitia zobrazovacích činidiel. Rozlíšenie obrazu XILPCI mäkkých tkanív môže dosiahnuť 0,74 um bez použitia zobrazovacích činidiel. To zvyšuje presnosť detekcie a môžu byť použité pozorovať skoré lézie rakoviny.
Metódy
Setup a vzorky
Holé myši nemajú normálne thymuses a majú iba týmus zvyšky alebo abnormálne týmusu epiteliálnym, ktoré nemôžu produkovať T-bunky od normálneho rozdelenia týmus epitelu. Lymfatických uzlín a sleziny lymfocyty u nahých myší sú veľmi malé, takže nahé myši sú zvieratá majúce menej lymfocyty a holé myši tiež zobraziť pokožky a vlasov atrofiu a folikulárnej keratóza. Všeobecne platí, že nahých myší, sú považované za najbližší ľudský genetický model u laboratórnych zvierat pri štúdiu ľudských chorôb. Rôzne ľudské rakoviny sú všeobecne schopné prežiť v nahých myší. Vzhľadom na ich zlyhania imunity, nahých myší nie sú odmietnutie tkaniva z iných zvierat. Preto môžu byť použité ako príjemcovia na transplantáciu malígnych ľudských nádorov.
V pre-test procesu, a to tak, aby simulovali fyziologické podmienky ľudských žalúdkov a získať jasný obraz, sme zistili, že obraz je veľmi jasné, aby spĺňali požiadavky našich experimentov, kedy sme použili žalúdočné vzoriek vyčistiť zo zvyškov jedál a naplnené vzduchom. Preto sme sa rozhodli použiť vzduch-naplnené žalúdočných vzoriek pre zostávajúce experimenty.
Nahé myši boli ženy a vážiace približne 16 g v našich experimentoch. Celkom 36 nahých myší bolo náhodne rozdelených do 6 skupín pre naše experimenty a každá skupina je 6 nahých myší. Jedna skupina je nahý myšou normálne skupina, a ostatné 5 skupín sú holé myši rakovinou žalúdka skupiny. Nahé myši v nahých myšiach s karcinómom žalúdka skupín boli anestéziu intraperitoneálnou injekciou 0,72 mg (45 mg /kg pentobarbitalu sodného). Potom, čo bola podaná anestézia, každá myš dostala nude priečny rez v bruchu. Žalúdok bol extrudovať bol vykonaný rez a rakovina žalúdka BGC823 bunky [24] boli transplantované do nahých myší žalúdka. Potom sa rana bola prišitá. Každá operácia trvala asi 10 minút. Približne po jednej hodine, nahá myš prebudila. Po implantácii buniek karcinómu žalúdka, 2 dni sa nechajú prejsť, aby bolo možné možných reakcií zvierat imúnna. Po 3, 5, 7, 9 alebo 11 dní, nahé myši boli usmrtené a boli odstránené žalúdky nahých myší. Žalúdky boli vyčistené a vyplnené formalínu. Pažeráka a dvanástnika v blízkosti žalúdku boli oddelene zviazaná stehom. Žalúdočné Vzorky boli fixované v 10% roztoku formalínu. Štúdia zviera bola schválená etickou komisiou pokusného zvieraťa. Certifikácia Kvalita zvierat Sheng Chan Xv Ku (SCXK Peking) 2005 - 0004.
Princíp XILPCI
synchrotónové žiarenia [25] je elektromagnetické žiarenie v ktorom nabité častice sú urýchľované na takmer rýchlosti svetla v magnetickom poľa Lorentz sily pri pohybe na premenlivou rýchlosťou v smere trať tangenta. Ako zdroj svetla, jeho výhody sú zrejmé: široký pás, vysoká kolimáciu, vysokú polarizáciu, vysokú čistotu, vysoký jas, úzky pulz a vysokú súdržnosť. Synchrotónové žiarenie má vysokú stabilitu, vysokou kapacitou a priemerom mikro-lúča.
Pokusy XILPCI boli vykonané za použitia BL13W1 beamline facility Shanghai synchrotónové žiarenia (SSRF) [26]. BL13W1 Beamline vyrábané prevažne 2-rozmerné obrazy biologických tkanív s využitím XILPCI. BL13W1 Beamline čiastočné zariadením SSRF bol predstavovaný ako na obrázku 1. XILPCI je označovaná tiež Fresnelove difrakcie [27, 28] alebo koaxiálne fázy kontrastné zobrazenie. V roku 1995 A. Snigirev [29] použili ako zdroj synchrotron ľahké získať fázový kontrast snímok. Spôsob XILPCI nevyžaduje časovú koherenciu svetelného zdroja. Je možné použiť viac farebných svetelných zdrojov, teda eliminuje potrebu zaťažujúce zložitosti monochromatické systému. Táto metóda môže priamo používať mikro-zaostrovanie röntgenových zdrojov namiesto zdrojoch synchrotronového žiarenia. Táto výhoda môže XILPCI vhodné pre klinickej medicíny v budúcnosti. Obrázok 1 Obraz BL13W1 beamline čiastočné zariadení v SSRF. 1. multidimenzionálne vzorka tabuľky. Vzorky sú umiestnené na stole vzorke otočiť a vzorky boli získané v rôznych uhloch. 2. X-ray CCD. Získal projektívne obrazy vzorky "s vysokým rozlíšením. 3. Presný vodiace koľajnice. Môže kontrolovať presnú vzdialenosť od CCD do vzoriek.
Keď X-ray prechádza vzorkou, ako v bežnej optickej, komplex index lomu môžu byť použité na opis ich vlastnosti. Index lomu n je o niečo menší, než je počet 1, môže byť zapísaný ako: n
=
1
-
δ
-
iβ
(1) skutočný zložka δ reprezentuje fázu; a imaginárnu časť β predstavuje absorpčná termín. δ je spojená s fyzickou fázou sekcie posun P; a β je spojená s lineárnou absorpčný koeficient materiálu μ. Vzťah medzi nimi je nasledujúci: δ
=
ρ
e
r
e
λ
2
2
π
,
β
=
μλ
4
π
(2) P
=
2
πδ
λ
,
μ
=
4
πβ
λ
(3) λ je vlnová dĺžka X-ray, ρ e je hustota elektrónov v materiáli, r e je klasický polomer elektrónu, a ich veľkosť je daná elektrónová hustota vnútorných štruktúr objektov je.
Keď X-ray prechádza objektu, jeho fázy a amplitúdy zmeny. Zmena fáza je daná: delta, a amplitúda útlm je určená p. V röntgenových lúčov, pre ľahších prvkov (napríklad C, H, O, atď) materiálu, δ je 1000 krát viac ako beta, takže zmena množstva fáza je oveľa väčšie ako množstvo zmien absorpčné útlmu X-ray , V prípade, že X-ray vlnová dĺžka je veľmi krátka, pre slabé absorpčné materiály, malé zmeny hustoty tiež môžu produkovať veľké fázové posuny, čím sa získava vysoký kontrast fázy. Priestorové rozlíšenie fázového kontrastného zobrazovania môže dosiahnuť mikrónov-mierka a veľmi jemnú mikroštruktúru objektu možno pozorovať.
Keď jednotná zasahujúce svetelné vlny prechádzajú nerovnom povrchu objektu, nevyhnutne vytvárať fázové zmeny, a síce skreslenie vlny. V prípade, že skreslenie vlny šíria ďalej do určitej vzdialenosti, bude skreslenie vlny interferujú s non-skreslenie vlny. . Preto možno dospieť k záveru, že získanie fázový kontrast snímok vyžaduje koherentné zdroj svetla a príslušné vzdialenosti od zdroja svetla do vzorky a zo vzorky k detektoru
Kroky XILPCI
špecifických experimentálnych metód: nahé myši žalúdočné vzorky obsahujúce transplantované ľudské rakoviny žalúdka BGC823 bunky boli vyňaté z formaldehydu, zabalené s izolačnými materiálmi a umiestniť na stôl vzorke.
Zistili sme, že X-ray energie lúča 13 keV bol vhodný pre zobrazovanie požiadaviek experimentu, a to prostredníctvom my opakovane ladený X-ray energie. To bude robiť snímky príliš svetlé, ak energia je vyššia ako 13 keV. To umožní zvýšiť expozíciu zobrazovanie času, ak energia je nižšia ako 13 keV. Snímky budú stmavne, ak doba expozície je príliš krátky. Keď sa nám podarilo zvýšiť expozičný čas, to nám trvalo dlhší čas vystreliť viac ako 1000 snímok pre rekonštrukciu CT obrazu. Žalúdočné vzorky budú viedlo k vážnemu deformácii v prípade, že doba natáčania je príliš dlhá. Takže 13 keV je optimálny parameter komplexných faktorov. Vzdialenosť od zdroja svetla na vzorke je dĺžka od SSRF zdroja röntgenového žalúdočné vzorka na stole vzorky. Vzdialenosť bola 59,3 m. Detektor bol 85 cm vzdialenosť od vzorky, s 9 um rozlíšenie obrazu a doby osvitu 35-45 ms. Trvalo približne 20 minút na získanie XILPCI projektívne obrazov o 0,1 stupňov krokov od stupňa 0 až 180 žalúdočné vzorky.
Kroky X-ray tradičné absorpčné zobrazovanie
Tradičné absorpcie CT obrazy vzoriek s karcinómom žalúdka bolo vykonané pomocou SIEMENS Inveon Skenery a Inveon akvizičné pracoviská s 1.5 Service Pack. Vzorky rakovina žalúdka boli umiestnené na stole vzorky a experiment parametre boli ladený v operačnom sále, aby boli splnené požiadavky experimentu. Minimálne rozlíšenie tohto zariadenia bola 11 um. Energia röntgene bola 80 keV a 400 uA. Energetické parametre boli maximálny výkon komponent. Žalúdočné rakovina vzorka bola snímaný otočenie o 360 °. Je potreba 967 ov naskenovať rakovina žalúdka vzorku a rekonštruovať absorpcie CT snímok naraz.
Metódu GLCM
Použili sme deväť úrovní šedej čo-výskyt matice (GLCM) charakteristík štruktúry uhlových druhého momentu (ASM) , zotrvačnosť, inverzný rozdiel moment (IDM), entropia, korelácia, súčet priemer (SA), rozdiel priemer (DA), sum entropia (SE), a rozdiel entropia (DE) [30]. GLCM je definovaná ako C ij
uhlové moment zotrvačnosti vzorca :. T
1
=
Σ
aj
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
C
ij
2
(4) Zotrvačnosť vzorec: T
2
=
Σ
aj
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
i -
j
2
C
ij
(5) Inverzný rozdiel moment vzorec: T
3
=
Σ
aj
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
1
1
+
i -
j
2
C
ij
(6) Entropy vzorca: T
4
= -
Σ
aj
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
C
ij
prihlásiť
C
ij
(7) okrajové rozdelenie odvodenú z GLCM. c
x
aj
=
Σ
j
=
0
K -
1
c
ij
(8) c
y
j
=
Σ
aj
=
0
K -
1
c
ij
(9) μ
x
, μ
y
, σ
x
, σ
y
respektíve predstavujú strednú hodnotu a smerodajnú odchýlku marginálne distribúcie
zadať v odtieňoch sivej a pravdepodobnosť súčtu rozdielu medzi i a j Express takto :. c
x
+
y
k
=
Σ
aj
+
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) Korelácia vzorec: T
5
=
Σ
aj
=
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 Obaja autori čítať a schválená konečná rukopis.

• Ťažká žalúdočných varixov krvácanie v dôsledku trombózy sleziny tepny a následnej arteriálnej bypass
• BRCA1 zakladateľ mutácie neprispievajú k zvýšenému riziku rakoviny žalúdka v poľskom population