La investigación de los cánceres gástricos en ratones desnudos usando rayos X en línea de contraste de fase imaging

investigación de los cánceres gástricos en ratones desnudos utilizando rayos X de imágenes de contraste de fase en línea
Resumen Antecedentes

Este trabajo es informar la nueva formación de imágenes de los cánceres gástricos sin el uso de agentes de formación de imágenes. Ambas regiones normales gástricas y cáncer gástrico regiones pueden distinguirse mediante el análisis de componentes principales (PCA) basado en la matriz de nivel de gris co-(GLCM).
Métodos
cáncer gástrico humano BGC823 células fueron implantadas en los estómagos los ratones de desnudos. Entonces, 3, 5, 7, 9 o 11 días después de las células cancerosas de la implantación, los ratones desnudos fueron sacrificados y se extrajeron sus estómagos. De rayos X en línea de formación de imágenes de contraste de fase (XILPCI), un método de formación de imágenes de contraste de fase de rayos X, tiene un mayor contraste de los tejidos blandos que la radiografía de absorción tradicional y genera imágenes de mayor resolución. Las muestras se obtuvieron imágenes gástricas por un dispositivo de XILPCIs 'de carga acoplada (CCD) de 9 micras resolución de la imagen. El PCA de la región de interés (ROI) en base a las imágenes proyectivas GLCM 'se extrajeron para discriminar regiones normales gástricas y regiones con cáncer gástrico. Las diferentes etapas de los cánceres gástricos se clasifican mediante el uso de máquinas de vectores soporte (SVM).
Resultados comentario El de rayos X en línea imágenes de contraste de fase de muestras gástricas ratones desnudos muestran claramente las arquitecturas gástricos y los detalles de la gástrico precoz tipos de cáncer. Las imágenes de tomografía de contraste de fase computarizada (TC) de especímenes de cáncer gástrico ratones desnudos son mejores que las tradicionales imágenes de TC de absorción sin el uso de agentes de imagen. Los resultados de la PCA de los parámetros de textura basado en GLCM de las regiones normales es (F 1 + F 2) > 8.5, pero los de las regiones de cáncer es (F 1 + F 2) < 8.5. La precisión de la clasificación es el 83,3% que la clasificación de las muestras gástricas en diferentes etapas utilizando SVM.
Conclusiones
Este es un estudio muy preliminar de viabilidad. Con investigaciones adicionales, XILPCI podría llegar a ser un método no invasivo para el futuro de la detección precoz de los cánceres gástricos o investigaciones médicas.
Palabras clave
X-ray en línea imágenes de contraste de fase de rayos X imágenes de absorción Cáncer gástrico Análisis de componentes principales vectores de soporte Antecedentes de la máquina
el cáncer es la segunda causa mundial de morbilidad. El cáncer gástrico es una de las causas más frecuentes de muerte relacionada con el cáncer en Asia [1]. La detección temprana y el tratamiento precoz de los cánceres gástricos son siendo el foco de la prevención y el tratamiento del cáncer. De rayos X de imagen tradicional del esqueleto humano proporciona imágenes de alta resolución, sino la de los órganos abdominales humanos es muy pobre. En los últimos años, un nuevo método de imagen, la radiografía de imágenes de contraste de fase en línea (XILPCI) ha emergido. Este método de imagen se basa principalmente en el factor de cambio de fase de rayos X después de un examen de rayos X pasa a través de los objetos. XILPCI de los tejidos blandos proporciona una resolución espacial micrómetro.
Detección temprana del cáncer depende principalmente de las imágenes radiográficas. Los métodos actuales de examen de estómagos consisten principalmente de CT [2-5], formación de imágenes por resonancia magnética (MRI) [4, 6], la endoscopia [7, 8] y el doble de contraste de rayos X gastrointestinalgraphy gas-bario [9, 10]. La resolución de imagen de estos dispositivos está en la escala milimétrica. La resolución de la imagen que se puede lograr por medio de rayos X de formación de imágenes de contraste de fase (XPCI) está en la escala micrométrica. El desplazamiento de fase de rayos X es de aproximadamente 1000 veces mayor que el cambio en la absorción. En la actualidad, hay una serie de equipos de investigación internacionales que proponen diversos métodos de imagen de contraste. Los enfoques más utilizados construir sistemas XPCI incluyen interferómetro de rayos X [11-13], la difracción de imagen mejorada [14-16], XILPCI [17, 18] y de rayos X rejilla de interferómetro [19]. Resolución espacial expresa la capacidad de resolver estructuras finas. Resolución del sistema (es decir, la resolución de contraste) expresa sutiles diferencias de densidad. En la actualidad, la resolución espacial de micro-CT se puede llegar a 2 micras [20] y micro-CT puede distinguir una diferencia de densidad del tejido de 0,01 g /cm 3 [21], pero la resolución de imagen de micro-CT es todavía en milímetros de escala sin el uso de agentes de formación de imágenes. MRI proporciona una buena resolución de contraste y la resolución espacial de los tejidos blandos, pero la resolución de imagen de resonancia magnética es sólo en el milímetro escala. La resolución espacial está limitada por la fuerza magnética de la resonancia magnética y es difícil aumentar aún más.
Actualmente, la detección precoz de los cánceres gástricos depende principalmente de la endoscopia y se confirma mediante una biopsia. La resolución de la imagen de la endoscopia es de aproximadamente 0,56 mm [22]. Los pacientes sintieron dolor en el proceso de examen, y no había el riesgo de perforación y sangrado.
Doble contraste gastrointestinalgraphy de rayos X de gas de bario es una herramienta clínica común para evaluar las condiciones gastrointestinales. CO 2-bario se utiliza con mayor frecuencia, debido a una mayor seguridad y menor precio. Antes del examen, algunos polvos aerogénica se toman por vía oral por los pacientes. Las reacciones entre los polvos secos no tendrán lugar hasta que encuentran agua. El tracto gastrointestinal se ampliará por el CO producido 2 de gas. Después de unos minutos, los pacientes toman por vía oral de bario. La imágenes de contraste de rayos X doble 2-bario CO no sólo puede proporcionar una visualización óptima de anomalías de la mucosa, sino también evaluar la función intestinal peristáltica [9]. Sin embargo, está prohibido el método a utilizar, cuando un paciente es sospechoso de perforación gastrointestinal u obstrucción completa. La resolución de la imagen es en la escala milimétrica. En el proceso de examen, los pacientes deben recibir varias irradiaciones de rayos-X. Es lento al bario vacío en el cuerpo del paciente después de un examen.
XILPCI se combina con CT, que proporciona imágenes basadas en la tomografía de fase. Fase contraste CT también se conoce como difracción CT [23] y es un método de formación de imágenes potencialmente útil para los tejidos blandos sin el uso de agentes de formación de imágenes. La resolución de imagen XILPCI de los tejidos blandos puede alcanzar 0,74 m sin el uso de agentes de formación de imágenes. Se aumenta la precisión de la detección y se puede utilizar para observar lesiones de cáncer temprano.
Métodos
Configuración y especímenes
ratones desnudos no poseen timos normales y sólo tienen restos de timo o epitelial del timo anormal, que no puede producir Las células T por división epiteliales del timo normal. también los ganglios linfáticos y linfocitos de bazo de ratones desnudos son muy pequeñas, por lo que los ratones nude son animales que poseen menos linfocitos y ratones nude mostrar piel y el cabello atrofia y la queratosis folicular. En general, los ratones nude se considera que es el modelo genético humano más cercano entre los animales de laboratorio para el estudio de enfermedades humanas. Una variedad de cánceres humanos en general son capaces de sobrevivir en ratones desnudos. Debido a su deficiencia inmune, ratones desnudos no rechazan los tejidos de otros animales. Por lo tanto, pueden ser utilizados como recipientes para el trasplante de los cánceres malignos humanos.
En el proceso previo a la prueba, tanto para simular las condiciones fisiológicas de los estómagos humanos y para obtener imágenes claras, se encontró que la imagen era muy clara para satisfacer los requerimientos de nuestros experimentos, cuando utilizamos las muestras gástricas limpiadas de residuos de comida y llenos de aire. Por lo tanto, hemos decidido utilizar las muestras gástricas llenas de aire para los experimentos restantes. Empresas El ratones desnudos eran mujeres y un peso aproximado de 16 g en nuestros experimentos. Un total de 36 ratones desnudos fueron divididos aleatoriamente en 6 grupos para nuestros experimentos y cada grupo es de 6 ratones desnudos. Un grupo es un grupo normal de ratón desnudo, y los otros 5 grupos son grupos de cáncer gástrico ratón desnudo. La ratones desnudos en los grupos de cáncer gástrico ratón desnudo se anestesiaron con una inyección intraperitoneal de 0,72 mg (45 mg /kg) de sodio pentobarbital. Después de que se anestesió, cada ratón nude recibió una incisión transversal en su abdomen. El estómago se extruyó, se realizó una incisión y las células BGC823 cáncer gástrico humano [24] se trasplantaron en el estómago de ratón desnudo. A continuación, se suturó la herida. Cada operación duró alrededor de 10 minutos. Después de aproximadamente una hora, el ratón desnudo se despertó. Después de la implantación de células de cáncer gástrico, 2 días se les permitió pasar para permitir posibles respuestas de los animales inmunes. Después de 3, 5, 7, 9 ó 11 días, los ratones desnudos fueron sacrificados y se extrajeron los estómagos de los ratones desnudos. Los estómagos fueron limpiados y rellenados con formalina. El esófago y el duodeno cerca del estómago se ataron por separado por sutura. Las muestras gástricas se fijaron en una solución de formalina al 10%. El estudio en animales fue aprobado por el Comité Ético de Experimentación Animal. La certificación de la calidad de los animales es Sheng Chan Xv Ke (SCXK Beijing) desde 2005 hasta 0004.
Principio de XILPCI
La radiación sincrotrón [25] es la radiación electromagnética en el que las partículas cargadas son aceleradas a casi la velocidad de la luz en un campo magnético campo por la fuerza de Lorentz cuando se mueve a velocidad variable a lo largo de la dirección de la pista tangente. Como fuente de luz, sus ventajas son evidentes: banda ancha, alta colimación, alta polarización, de alta pureza, alto brillo, pulso estrecho y alta coherencia. La radiación sincrotrón tiene un alto grado de estabilidad, de alto rendimiento y un diámetro de micro-haz. México La experimentos XILPCI se realizaron utilizando la línea de luz BL13W1 del Fondo para el Shanghai de Radiación Sincrotrón (SSRF) [26]. La línea de luz BL13W1 produce principalmente imágenes 2-dimensionales de los tejidos biológicos usando XILPCI. La instalación parcial BL13W1 línea de luz de FRSS fue representado como figura 1. XILPCI también se denomina difracción de Fresnel [27, 28] o de imágenes de contraste de fase coaxial. En 1995, A. Snigirev [29] utiliza una fuente de luz de sincrotrón para obtener imágenes de contraste de fase. El método XILPCI no requiere coherencia temporal de la fuente de luz. Se puede usar fuentes de luz de múltiples colores, por lo tanto eliminando la necesidad de la complejidad oneroso del sistema monocromático. El método se puede utilizar directamente micro-foco fuentes de rayos X en lugar de fuentes de radiación de sincrotrón. Esta ventaja puede hacer XILPCI adecuado para la medicina clínica en el futuro. Figura 1 La imagen de instalación parcial BL13W1 línea de luz de FRSS. 1. Una tabla muestra multidimensional. Las muestras se colocan sobre la mesa de muestras para girar y se obtuvieron muestras en diferentes ángulos. 2. Un CCD de rayos X. Se obtuvieron imágenes proyectivas especímenes "con alta resolución. 3. El carril de guía precisa. Se puede controlar la distancia exacta desde el CCD a los especímenes.
Cuando una placa de rayos X pasa a través de una muestra, como en óptica ordinario, el índice de refracción complejo se puede utilizar para describir sus características. El índice de refracción n es un poco más pequeño que el número de 1, puede escribirse como: n
=
1 | -
δ
-
iβ gratis (1) El componente real δ representa la fase; y la parte imaginaria β representa término absorción. δ está asociado a la fase física sección de cambio de P; y β se asocia con el coeficiente de absorción lineal del material μ. La relación entre ellos es el siguiente: δ =

ρ
e
r
e
λ
2
2
π
, España β =

μλ
4
π gratis (2) P =

2
πδ
λ
, España μ
=
4
πβ
λ gratis (3) λ es la longitud de onda de rayos X, ρ e es la densidad de electrones en el material, r e es un radio clásico del electrón, y su tamaño se determina por la densidad de electrones de las estructuras interiores objetos.
Cuando una placa de rayos X pasa a través del objeto, su fase y cambio de amplitud. cambio de fase es determinada por el δ, y atenuación de la amplitud se determina por la β. En los rayos X, para elementos más ligeros (como C, H, O, etc.) del material, δ es 1000 veces más que β, por lo que la cantidad de cambio de fase es mucho mayor que la cantidad de cambio de atenuación de absorción de rayos X . Cuando una longitud de onda de rayos X es muy corto, para materiales de absorción débiles, los pequeños cambios de la densidad también pueden producir grandes cambios de fase, obteniendo con ello de contraste de fase alta. La resolución espacial de las imágenes de contraste de fase puede llegar a escala micrométrica y una microestructura muy fina de un objeto puede ser observado.
Cuando las ondas de luz que interviene uniformes pasan a través de un objeto de superficie irregular, es inevitable generar cambios de fase, es decir, la distorsión de las ondas. Si las ondas de distorsión siguen propagándose a una cierta distancia, las ondas de distorsión interferirán con las olas no distorsión. . Por lo tanto, se puede concluir que la obtención de imágenes de contraste de fase requiere una fuente de luz coherente y distancias adecuadas de la fuente de luz para la muestra y de la muestra al detector
Pasos de XILPCI
métodos experimentales específicos: los ratones desnudos especímenes gástricos que contienen trasplantaron el cáncer gástrico humano fueron llevados a cabo a partir de células BGC823 formalina, envueltos con materiales aislantes y se colocan en la tabla de muestras.
encontramos que la energía del haz de rayos X de 13 keV era adecuado para los requisitos experimento de imágenes, a través de nosotros depurado repetidamente energía de rayos X. Esto hará que las imágenes demasiado claro si la energía es superior a 13 keV. Esto hará que aumento el tiempo de exposición de imágenes si la energía es inferior a 13 keV. Las imágenes se vuelven oscuras si el tiempo de exposición es demasiado corto. Cuando aumentamos el tiempo de exposición, nos llevó más tiempo para disparar más de 1000 imágenes por TC reconstrucción de la imagen. especímenes gástricos serán dirigidas a la deformación grave si el tiempo de rodaje es demasiado largo. Así 13 keV es un parámetro óptimo de factores integrales. La distancia desde la fuente de luz a la muestra es la longitud de la fuente de rayos X SSRF al espécimen gástrico en la tabla de muestra. La distancia era de 59,3 m. El detector fue de 85 cm de distancia de la muestra, con 9 micras resolución de la imagen y el tiempo de exposición de 35-45 ms. Tardó aproximadamente 20 minutos para obtener XILPCI imágenes proyectivas en 0,1 grados pasos del grado de 0 a 180 de un espécimen gástrico.
Pasos de imágenes de absorción de rayos X tradicional
imágenes de TC de absorción tradicionales de especímenes de cáncer gástrico habían sido hechas mediante el uso SIEMENS Inveon Escáneres y Inveon Adquisición Lugar de trabajo con 1.5 Service pack. especímenes de cáncer gástrico se pusieron sobre la mesa de la muestra y los parámetros del experimento fueron depuradas en la sala de operaciones con el fin de cumplir con los requisitos del experimento. La resolución mínima de este equipo fue de 11 micras. La energía de los rayos X era 80 keV y 400 mu. parámetros de la energía han sido la potencia máxima del equipo. Un espécimen de cáncer gástrico se escaneó mediante la rotación de 360 ​​°. Se necesitaba 967 s para explorar una muestra de cáncer gástrico y reconstruir las imágenes de TC de absorción al mismo tiempo. GLCM método
Se utilizó la matriz de 9 niveles de gris co-(GLCM) características de textura de segundo momento angular (ASM) , la inercia, inversa diferencia momento (IDM), entropía, de correlación, suma promedio (SA), promedio de diferencia (DA), la suma de la entropía (SE), y la entropía diferencia (DE) [30]. El GLCM se define como C ij
angular segunda fórmula actualidad. T
1 | = Σ

i =

0
K -
1 | Σ
j =

0
K -
1 | C ij

2 gratis (4) inercia fórmula: T
2
= Σ

i =

0
K -
1 | Σ
j =

0
K -
1 | i -
j
2
C ij
gratis (5) fórmula de diferencias inverso momento: T
3
=
Σ
i =

0
K -
1 | Σ
j
=
0
K -
1 | 1 | 1 | +
i -
j
2
C ij
gratis (6) La entropía fórmula: T
4
= -
Σ
i =

0
K -
1
Σ
j =

0
K -
1 | C
ij
log
C ij
gratis (7) La distribución marginal derivado de GLCM. c
x
i =

Σ
j =

0
K -
1 | c ij
gratis (8) c
y
j
= Σ

i =

0
K -
1 | c
ij gratis (9) μ
x
, μ
y
, σ
x
, σ
y
representan, respectivamente, la media y la desviación estándar de la distribución marginal comentario el escala de grises y la suma probabilidad de diferencia entre i y j expresa especificar de la siguiente manera:. c
x
+
y
k =

Σ
i +

j =

k
c ij

k =

0
, España 1 | , España 2
, España ⋯
, España 2
K -
2 gratis (10) c
x -
y
k =

Σ
i -
j =

k
c ij

k
=
0
, España 1 | , España 2
, España ⋯
, España K
-
1 | (11), la fórmula de correlación: T
5
= Σ

i =

0
K -
1 | Σ
j =

0
K -
1 | ij
C ij
CD - PCA

Normal

3-days

5-days

7-days

9-days

11-days

F1
7.01

• Severa hemorragia por varices gástricas debido a una trombosis de la arteria esplénica y de derivación arterial consecutiva
• fundador mutaciones BRCA1 no contribuyen al aumento del riesgo de cáncer gástrico en el BRCA1 population