Undersökning av magcancer i nakna möss med användning av röntgen in-line faskontrast imaging

Undersökning av magcancer i nakna möss med användning av röntgen in-line faskontrastbildframtagning Bild Sammanfattning
Bakgrund Review, är detta papper är att rapportera den nya bild av gastric cancer utan användning av avbildningsmedel. Både gastric normala regioner och magcancer regioner kan urskiljas med hjälp av principalkomponentanalys (PCA) baserad på den grå nivå förekommer samtidigt matris (GLCM).
Metoder
Human magcancer BGC823 celler implanterades i magar av nakna möss. Då, 3, 5, 7, 9 eller 11 dagar efter cancerceller implantering, de nakna mössen avlivades och deras magar avlägsnades. Röntgen in-line faskontrastbildframtagning (XILPCI), en röntgen faskontrast avbildningsmetod, har större mjuk vävnad kontrast än traditionell absorption radiografi och genererar högre upplösning. Mag prover avbildas av en XILPCIs "charge coupled device (CCD) av 9 pm bildupplösning. PCA av projektiva bilder "region av intresse (ROI) baserat på GLCM extraherades att diskriminera gastric normala regioner och magcancer regioner. Olika stadier av magcancer klassificerades genom att använda stödvektormaskin (SVMs).
Resultat
röntgen in-line fas kontrastrika bilder av nakna möss mag prover visar tydligt gastric arkitekturer och detaljerna i tidig gastric cancrar. De faskontrast datortomografi (CT) bilder av nakna möss magcancer exemplar är bättre än de traditionella absorption CT-bilder utan användning av avbildningsmedel. Resultaten av PCA av de textur parametrar baserade på GLCM av normala regioner är (F 1 + F 2) > 8,5, men de av cancer regioner (F 1 + F 2) < 8,5. Klassificeringen noggrannhet är 83,3% att klassificera mag prover i olika stadier använder SVMs.
Slutsatser Review, är detta en mycket preliminär genomförbarhetsstudie. Med ytterligare undersökningar, kan XILPCI bli en icke-invasiv metod för framtiden tidig upptäckt av magcancer eller medicinska undersökningar.
Nyckelord
röntgen in-line faskontrastbildframtagning röntgen absorption avbildning Magcancer Principal komponentanalys Support vektor maskin bakgrund
Cancer är världens näst vanligaste orsaken till sjuklighet. Gastric cancer är en av de vanligaste orsakerna till cancerrelaterad död i Asien [1]. Tidig upptäckt och tidig behandling av magcancer är fortfarande i fokus för förebyggande och behandling av cancer. Röntgen traditionell avbildning av det mänskliga skelettet ger högupplösta bilder, men det mänskliga bukorganen är mycket dålig. Under de senaste åren har en ny avbildningsmetod, röntgen in-line faskontrastbildframtagning (XILPCI) dykt upp. Denna avbildningsmetod är främst baserad på röntgen phase change faktor efter en röntgen passerar genom föremål. XILPCI av mjuka vävnader ger mikrometer rumslig upplösning.
Tidig upptäckt cancer beror huvudsakligen på röntgen avbildning. De nuvarande undersökningsmetoder för magar består huvudsakligen av CT [2-5], magnetisk resonanstomografi (MRT) [4, 6], endoskopi [7, 8] och gas-barium dubbelkontraströntgen gastrointestinalgraphy [9, 10]. Bildupplösningen av dessa enheter är på millimeterskala. Bildupplösningen som kan uppnås genom röntgen faskontrastbildframtagning (XPCI) är på micron skala. Röntgen fasförskjutning är ca 1000 gånger större än förändringen i absorption. För närvarande finns det ett antal internationella forskargrupper föreslår olika kontrastavbildningsmetoder. De mest allmänt använda tillvägagångssätt bygger XPCI system inkluderar röntgen interferometer [11-13], diffraktion förbättrad avbildning [14-16], XILPCI [17, 18] och röntgengitter interferometer [19].
Rumslig upplösning uttrycker befogenhet att lösa fina strukturer. Densitet upplösning (dvs. kontrast upplösning) uttrycker subtila densitetsskillnader. För närvarande, den rumsliga upplösningen av mikro-CT har kan nå 2 pm [20] och mikro-CT kan urskilja en vävnadsdensitetsskillnad på 0,01 g /cm 3 [21], men bildupplösning på mikro-CT är fortfarande vid millimeterskala utan användning av avbildningsmedel. MRT ger bra kontrast upplösning och rumslig upplösning av mjuka vävnader, men MRI bildupplösning är endast på millimeterskala. Den rumsliga upplösningen begränsas av den magnetiska styrkan hos MRI och är svårt att ytterligare öka.
För närvarande är huvudsakligen beroende av endoskopi den tidiga upptäckten av magcancer och det bekräftas av en biopsi. Bildupplösningen av endoskopi är ca 0,56 mm [22]. Patienterna kände smärta i processen för granskning, och det fanns risk för perforation och blödning.
Gas-barium dubbelkontraströntgen gastrointestinalgraphy är ett vanligt kliniskt verktyg för att bedöma gastrointestinala tillstånd. CO 2-barium är vanligast på grund av högre säkerhet och lägre pris. Före granskningen vissa aerogenic pulver tas oralt av patienter. Reaktioner mellan de torra pulvren kommer inte att ske förrän de möter vatten. Mag-tarmkanalen kommer att utökas genom det producerade CO 2 gas. Efter några minuter, patienterna tar muntligen barium. CO 2-barium dubbelkontrast röntgen kan inte bara ge optimal visualisering av slemhinnor avvikelser, men också utvärdera tarm peristaltiska funktion [9]. Emellertid är den metod som förbjudet att använda, då en patient misstänkt för gastrointestinal perforation eller fullständig obstruktion. Bildupplösningen är i millimeterskala. I processen för granskning måste patienterna få flera röntgen bestrålning. Den är långsam till tom barium i kroppen hos patienten efter undersökning.
XILPCI kombineras med CT, som ger bilder baserat på fasen tomografi. Faskontrast CT är också känd som diffraktion CT [23] och är ett potentiellt användbart avbildningsmetod för mjukvävnad utan användning av avbildningsmedel. Den XILPCI bildupplösning av mjuka vävnader kan nå 0,74 | im utan användning av avbildningsmedel. Det ökar noggrannheten hos detektering och kan användas för att observera tidiga cancer skador.
Metoder
Setup och prover
Nakna möss inte har normala thymuses och har bara bräss rester eller onormal bräss epitel, som inte kan producera T-celler från normal tymus epitel division. Lymfkörtlar och mjältlymfocyter av nakna möss är mycket små, så nakna möss är djur som har färre lymfocyter och nakna möss också visas hud och hår atrofi och follikulär keratos. I allmänhet är nakna möss anses vara den närmast human genetisk modell bland försöksdjur för att studera mänskliga sjukdomar. En mängd olika humana cancerformer är i allmänhet kunna överleva i nakna möss. På grund av deras immunbrist, inte nakna möss inte avvisa vävnader från andra djur. Därför kan de användas som mottagare för transplantation av maligna humana cancrar.
I pre-testprocessen, både för att simulera de fysiologiska villkoren för mänskliga magar och få tydliga bilder, fann vi att bilden var mycket tydlig att uppfylla kraven i våra experiment, när vi använde de gastriska prover rensas ut av matrester och fyllda med luft. Därför bestämde vi oss för att använda luftfyllda gastric prover för de återstående experimenten. Sälja The nakna möss var kvinnor och väger cirka 16 g i våra experiment. Sammanlagt 36 nakna möss delades slumpmässigt in i 6 grupper för våra experiment och varje grupp är 6 nakna möss. En grupp är nakenmus normala gruppen, och de andra 5 grupperna är nakenmus gastriska cancergrupper. Den nakna möss i nakna mus gastriska cancergrupper bedövades med en intraperitoneal injektion av 0,72 mg (45 mg /kg) pentobarbitalnatrium. Efter det sövdes erhöll varje naken mus en tvärgående incision i dess buk. Magen extruderades, en incision gjordes och humana gastriska cancer BGC823 celler [24] transplanterades in i naken mus magen. Sedan tillsattes såret suturerades. Varje operation varade i ca 10 minuter. Efter omkring en timme, vaknade naken mus. Efter implantation av gastric cancerceller, fick 2 dagar tillåts passera för att möjliggöra eventuella djur immunsvar. Efter 3, 5, 7, 9 eller 11 dagar, var de nakna mössen offrades och magarna hos de nakna möss togs bort. Magarna rengjordes och fylldes i formalin. Matstrupen och tolvfingertarmen nära magen var för sig fackverks av sutur. Mag proverna fixerades i en 10% formalinlösning. Djuret Studien godkändes av den experimentella djuretikkommittén. Kvalitetscertifiering av djur är Sheng Chan Xv Ke (SCXK Beijing) 2005-0004.
Principen XILPCI
Synkrotronljus [25] är elektromagnetisk strålning i vilken laddade partiklar accelereras till nästan ljusets hastighet i ett magnetfält fält genom Lorentz-kraften vid förflyttning med variabel hastighet längs spåret tangentens riktning. Som en ljuskälla, dess fördelar är uppenbara: brett band, hög kollimation, hög polarisation, hög renhet, hög ljusstyrka, smal puls och hög samstämmighet. Synkrotronstrålning har en hög grad av stabilitet, hög genomströmning och en mikro-stråldiametern. Sälja The XILPCI experiment utfördes med användning av BL13W1 strålröret av Facility Shanghai Synchrotron Radiation (SSRF) [26]. Den BL13W1 beamline produceras huvudsakligen två-dimensionella bilder av biologiska vävnader med hjälp av XILPCI. Den BL13W1 beamline partiell anläggningen i SSRF avbildades som Figur 1. XILPCI är också kallas Fresnel diffraktion [27, 28] eller koaxial faskontrastbildframtagning. 1995, A. Snigirev [29] använde en synkrotron ljuskälla för erhållande av faskontrast bilder. Den XILPCI metoden kräver inte tidssamstämmigheten i ljuskällan. Den kan använda flerfärgade ljuskällor, därför eliminerar behovet av den betungande komplexitet monokroma systemet. Metoden kan direkt använda mikro-fokus röntgenkällor i stället för synkrotronljuskällor. Denna fördel kan göra XILPCI lämplig för klinisk medicin i framtiden. Figur 1 Bilden av BL13W1 beamline partiell anläggningen i SSRF. 1. En flerdimensionell provbord. De provexemplar ställs på provbordet att rotera och prover erhölls i olika vinklar. 2. En röntgen CCD. Det erhållna exemplar "projektiva bilder med hög upplösning. 3. Den exakta styrskenan. Den kan styra det exakta avståndet från CCD till proverna.
När en X-ray går igenom ett prov, som i vanlig optisk, kan det komplexa brytningsindex användas för att beskriva deras egenskaper. Brytningsindex n är en något mindre än antalet 1, kan skrivas som: n
=
1
-
δ
-
iβ
(1) Den verkliga komponent δ representerar fas; och den imaginära delen β representerar absorption sikt. δ är förknippad med fysisk fasförskjutning sektionen P; och β är associerad med den linjära absorptionskoefficienten hos materialet μ. Förhållandet mellan dem är som följer: δ
=
ρ
e
r
e
λ
2 Review 2 Review π

β
=
μλ
4
π
(2) P
=
2 Review πδ
λ

μ
=
4
πβ
λ
(3) λ är röntgenvåglängden, ρ e är elektrontätheten i materialet, r e är en klassisk elektronradie, och deras storlek bestäms av elektrondensiteten av föremålens inre strukturer.
När ett X-ray går igenom objektet, dess fas och amplitud förändring. Fasförändring bestäms av δ, och amplitud dämpning bestäms av β. I röntgenstrålar, för lättare element (såsom C, H, O, etc.) av materialet, är δ 1000 gånger mer än β, så fasförändringen kvantiteten är mycket större än förändringen mängden röntgenabsorption dämpning . När en röntgenvåglängd är mycket kort, för svaga absorptionsmaterial, de små förändringar av densiteten också kan producera stora fasförskjutningar, och därigenom få hög faskontrast. Den rumsliga upplösningen av faskontrast avbildning kan nå micron skala och en mycket fin mikrostruktur hos ett objekt kan observeras.
När enhetliga mellanliggande ljusvågor passera genom en ojämn yta föremål, de oundvikligen genererar fasförändringar, nämligen vågor "distorsion. Om distorsions vågor fortsätter att sprida sig till ett visst avstånd, kommer distorsionsvågor interfererar med de icke-distorsions vågor. . Således kan man dra slutsatsen att erhålla fas kontrastrika bilder kräver en koherent ljuskälla och lämpliga avstånd från ljuskällan till provet och från provet till detektorn
Steg XILPCI
Specifika experimentella metoder: den nakna möss gastric prover innehållande transplanterade human magcancer BGC823 celler togs ut från formalin, lindade med isolerande material och placeras på provbordet.
vi fann att röntgenstråleenergi av 13 keV var lämplig för kraven imaging experiment, genom att vi upprepade gånger debuggade röntgenstråleenergi. Det kommer att göra bilder för ljus om energi är högre än 13 keV. Det kommer att göra imaging exponeringstiden ökar om energi är lägre än 13 keV. Bilder blir mörkt om exponeringstiden är för kort. När vi ökade exponeringstid, tog det oss längre tid att skjuta mer än 1000 bilder för CT bildrekonstruktion. Gastric prover kommer att ledas till allvarlig deformation om fotograferingen är för lång. Så 13 keV är en optimal parameter omfattande faktorer. Avståndet från ljuskällan till provet är längden från SSRF röntgenkälla till de gastriska provet på preparatbordet. Avståndet var 59,3 m. Detektorn var 85 cm avstånd från provet, med 9 pm bildupplösning och exponeringstiden för 35-45 ms. Det tog ungefär 20 minuter för att få XILPCI projektiva bilder med 0,1 grader steg från graden av 0-180 av en gastrisk prov.
Steg röntgen traditionell absorption avbildning
Traditionella absorption CT-bilder av magcancer prover gjordes genom att använda SIEMENS Inveon Scanner och Inveon Acquisition arbetsplats med 1,5 service Pack. Magcancer prover ut på exempeltabellen och experimentparametrar debuggade i operationsrummet för att uppfylla kraven experiment. Den minsta upplösning av denna utrustning var 11 um. Energin i röntgen var 80 keV och 400 pA. Energiparametrarna har varit utrustningens maximal effekt. En magcancer prov scannades genom att rotera 360 °. Det behövs 967 s för att skanna en magcancer prov och rekonstruera absorption CT-bilder samtidigt.
GLCM metod
Vi använde nio grånivån samtidig förekomst matris (GLCM) textur egenskaper vinkel andra ögonblick (ASM) , tröghet, inverterade skillnads ögonblick (IDM), entropi, korrelation, summa genomsnitt (SA), tidsskillnad genomsnitt (DA), summa entropi (SE), och skillnaden entropi (DE) [30]. Den GLCM definieras som C ij
Vinkel andra ögonblick formel:. T
1
=
Σ
i
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
C
ij
2 Review (4) Tröghet formel: T
2 Review =
Σ
i
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
i -
j
2 Review C
ij
(5) Omvänd skillnad ögonblick formel: T
3
=
Σ
i
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
1
1
+
i -
j
2 Review C
ij
(6) Entropi formel: T
4
= -
Σ
i
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
C
ij
log
C
ij
(7) marginal~~POS=TRUNC fördelning härrör från 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
respektive representerar medelvärdet och standardavvikelsen för marginalfördelning
ange gråskala och sannolikheten summan av skillnaden mellan i och j express enligt följande:. c
x
+
y
k
=
Σ
i
+
j
=
k
c
ij
k
=
0

1

2 Review
⋯

2 Review K -
2 Review (10) c
x -
y
k
=
Σ
i -
j
=
k
c
ij
k
=
0

1

2 Review
⋯

K
-
1
(11) Korrelation formel: T
5
=
Σ
i
=
0
K -
1
Σ
j
=
0
K -
1
ij
C
ij Omdömen - PCA

Normal

3-days

5-days

7-days

9-days

11-days

F1
7.01

• Svår gastric variceal blödning på grund av mjälten artär trombos och löpande arteriell bypass
• BRCA1 grundare mutationer bidrar inte till ökad risk för magcancer i den polska befolkningen