المغناطيسي منهجية Elastography الرنين لتقييم الأنسجة المهندسة النمو كونستركت

Summary

الإجراء يدل على منهجية elastography بالرنين المغناطيسي لرصد نتائج هندسيا من الأنسجة الدهنية والبنى المكونة للعظم هندسيا من خلال تقييم محلي موسع من الخواص الميكانيكية باستخدام المجهرية elastography بالرنين المغناطيسي (μMRE).

Abstract

الاختبارات الميكانيكية التقليدية غالبا ما يؤدي إلى تدمير العينة، وذلك في حالة من الأنسجة على المدى الطويل بناء هندسيا دراسات، واستخدام تقييم مدمر غير مقبول. والبديل المقترح هو استخدام عملية التصوير المغناطيسي ودعا elastography الرنين. Elastography هو أسلوب غير تدميري لتحديد النتيجة هندسيا من خلال قياس قيمة العقارات المحلية الميكانيكية (أي مجمع معامل القص)، والتي هي علامات أساسية لتحديد هيكل وظيفة الأنسجة. كوسيلة لتقييم موسع، وشهدت رصد البنى هندسيا مع طرائق التصوير مثل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) اهتماما متزايدا في السنوات العشر الماضية ^1. على سبيل المثال، كانت بالرنين المغناطيسي (السيد) تقنيات النشر وrelaxometry قادرة على توصيف تغيرات في الخواص الكيميائية والفيزيائية خلال تنمية الأنسجة المهندسة ^2. الطريقة المقترحة فيالبروتوكول التالي يستخدم المجهرية elastography بالرنين المغناطيسي (μMRE) كأسلوب MR موسع مقرها لقياس الخواص الميكانيكية للأنسجة لينة صغيرة ^3. ويتم تحقيق التوعية من مخاطر الألغام وذلك بربط 1 المحرك الصوتية الميكانيكية مع النسيج من اهتمام وتسجيل الموجات القص مع ماسح MR ^4. في الآونة الأخيرة، وقد تم تطبيق μMRE في هندسة الأنسجة للحصول على المعلومات الأساسية النمو الذي يقاس عادة باستخدام تقنيات العيانية المدمرة ميكانيكي ^5. في الإجراء التالي، ويتحقق من خلال elastography التصوير من التركيبات الهندسية مع تسلسل تعديل تدور صدى هان إلى جانب وجود صمام ميكانيكي. كما هو مبين في الشكل 1، وتسلسل تعديل بالتزامن مع الحصول على الصور من انتقال موجات القص الخارجية؛ في وقت لاحق، والاقتراح هو توعية من خلال استخدام أزواج تتأرجح بين القطبين. بعد مجموعة من الصور مع sensitiza الحركة الإيجابية والسلبيةنشوئها، وتقسيم معقد للبيانات إنتاج صورة موجة القص. ثم، يتم تقييم الصورة باستخدام خوارزمية انعكاس لتوليد خريطة صلابة القص ^6. وقد تبين القياسات الناتجة في كل فوكسل لربط بقوة (R ^2> 0.9914) مع البيانات التي تم جمعها باستخدام التحليل الميكانيكي الحيوي ^7. في هذه الدراسة، تم دمج elastography في الأنسجة عملية التنمية البشرية لرصد الخلايا الجذعية الوسيطة (ح MSC) التمايز في البنى المكونة للعظم مكون الشحم وكما هو مبين في الشكل 2.

Protocol

1. الأنسجة كونستركت التحضير

النسيج بناء عملية إعداد يتكون من ثلاث مراحل رئيسية هي: التوسع في عدد السكان الخلية، والبذر من الخلايا على سقالة بيولوجية، والتمايز من خلال استخدام جزيئات إشارات كيميائية. ويستند هذا الإجراء لإعداد التصور على أساليب التي أجرتها دنيس وآخرون، هونج وآخرون، وماريون وماو ^8،9،10.

1. بعد ثقافة وتوسيع خط الخلية، بذرة الإنسان الخلايا الجذعية الوسيطة (ح MSCS) على اسفنجة الجيلاتين (4 القطر مم، سماكة 3.5 ملم) في مناطق ذات كثافة من 1x10 ⁶ خلية / مل للعظم وخلايا 3x10 ⁶ / مل تشكيل الدهنية.
2. إلى التمييز بين اللجان الدائمة ح إلى الدهنية، وتطبيق وسائل الإعلام الاستقراء الدهنية التي تتكون من ديكساميثازون ميكرومتر 1، 0،5 ميكرومتر الاستيوفينون-بالميثيل، 10 ميكروغرام / مل الإنسان المترابطة الانسولين، و 200 ميكرومتر في المتوسط ​​اندوميثاسين توسيع الخليةمرة واحدة تظهر الخلايا متجمعة على منصة الاعدام. بعد ثلاثة أيام، ويحل محل وسائل الاعلام مع 10 ميكروغرام / مل من الانسولين البشري المؤتلف في وسائل الاعلام توسع لمدة 24 ساعة ثم العودة الى وسائل الاعلام الاستقراء. تكرار دورة ثلاث مرات، وتبادل وبعد ذلك فقط في وسائل الاعلام صيانة كل يومين.
3. للحث على التعظم، وإعداد وسائل الاعلام الاستقراء المكونة للعظم من خلال جعل تركيز النهائي من ديكساميثازون 0.1 ميكرومتر، و 50 ميكرومتر من L-الاسكوربيك 2phosphate الحمضية، و 10 مللى β-جليسروفوسفات في المتوسط ​​توسيع الخلية. استبدال مع وسائل الاعلام عظمية جديدة كل يومين.

2. المحرك توصيف

توصيف المحرك هو خطوة حيوية للتجربة التوعية من مخاطر الألغام. التوعية من مخاطر الألغام تعتمد على انتشار الموجات القص الميكانيكية لتقييم القيم المحلية من الخواص الميكانيكية، وبالتالي، فإن هذه الاهتزازات الميكانيكية يجب أن يتم إنشاؤها، وتميزت في الأنسجة من الاهتمام باستخدام المحرك كهرضغطية. ويتضح إكساءويرد mple من عملية التوصيف في الشكل 3. الهدف من هذا الإجراء هو لتحسين الحركة من المحرك من أجل توليد موجات القص غير ضارة مع سعة كبيرة (~ 250 ميكرون).

1. قبل هذه التجربة، وتطبيق 0.5٪ الاغاروز هلام أن أرفق التصور في أنبوب اختبار 10 ملم. وينبغي أن درجة حرارة هلام تكون حوالي 37 درجة مئوية للحد من الأضرار التي لحقت بناء.
2. بعد السماح للهلام الاغاروز خمس دقائق لتعيين في درجة حرارة الغرفة، إدراج غيض من السيارات والانحناء كهرضغطية إلى السطح من هلام.
3. نعلق أنبوب يحتوي على عينة وصمام لدعم جامدة، وتوجيه شعاع من الليزر Vibrometer دوبلر نحو غيض من صمام ميكانيكي. ضبط وضع نظام لتحسين إشارة تعكس، استخدم تعكس الشريط إذا لزم الأمر.
4. استنادا إلى تردد صدى المتوقعة من المحرك الميكانيكية، ووضع المولد وظيفة تغزو دesired النطاق الترددي (أي 20 حتي 2000 هرتز في هذه التجربة) باستخدام التيار الكهربائي التي تعمل من 20 VPP مع إشارة ضوضاء بيضاء.
5. عرض الطيف يتميز على البرنامج Vibrosoft بوليتيك لتحديد تردد صدى للنظام ووضع برنامج لFFT والسرعة كما المحور ص.
6. لقياس التشرد، وضبط المحرك لتقديم جيباني؛ شبه جيبي المستمر في وتيرة صدى المشار إليها باستخدام الجهد التشغيل من 200 VPP، ثم لاحظ التشريد ولدت يجري تسليمها إلى سطح هلام. ضبط Vibrosoft لعرض الاتحاد الفرنسي للتنس مع التشرد والمحور ص.

3. صورة اكتساب

1. بعد الانتهاء من توصيف المحرك، ضع عينة والمحرك في وسط الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي. للتجارب التصور الأنسجة، واستخدام الترددات اللاسلكية لفائف صغيرة وأكثر حساسية (أي 10 ملم في هذه التجربة) لإرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية. (الإجراء هو موضح يستخدم تي 9.4مغناطيس تتحمل عمودي مجهزة التدرجات المحور الثلاثي، 100 جم / سم).
2. الحصول على صورة الكشفية لتحديد موقع بناء.
3. تعيين المعلمات لاقتناء. وهناك عادة في المختبر سهمي الفحص وقتا تكرار MS 1000، وقت صدى MS 20-40، وسمك شريحة من 0،5-1،0 ملم، ومجال الرؤية من 12x10 ملم ² مع حجم مصفوفة من 128x128 بكسل.
4. للمعلمات elastography، ضبط تردد المحرك إلى القيمة التي يحددها Vibrometer الليزر وصف دوبلر. في الدراسة الحالية، كان هناك حاجة لثنائي القطب الزوج مع سعة التدرج من 50 سم / G. غيرها من المعالم لضبط وتشمل التأخير الذي يجب تعيين إلى الصفر ميلي ثانية لعملية الاستحواذ المبدئية.
5. تغيير المولد وظيفة إلى انفجار الوضع وضبط المعلمات من المولد وظيفة لتتناسب مع تلك الموجودة في اكتساب المعلمات elastography بما في ذلك وتيرة وعدد من الدورات. أيضا، تعيين وظائفهاأن مولد نشوئها أثار خارجيا.
6. للحصول على صورة السهمي، تعيين توعية اقتراح أن يكون في اتجاه إيجابي شريحة والبدء في عملية المسح. بعد عملية الاستحواذ، والتحقق من الصور وتغيير الاتجاه إلى توعية شريحة سلبي.
7. تنفيذ برنامج MATLAB من شأنها أن تؤدي إلى تقسيم مجمع لتوليد صورة موجة القص.
8. تقييم صورة عن وجود موجات القص والتحف ممكن مثل التفاف المرحلة.
9. إذا لم يكن هناك تعديلات على صورة ضرورية، لضبط المعلمة حجم الصفيف إلى ثمانية القيم زمنية متساوية تتراوح بين صفر ثانية لفترة كاملة من تردد صدى تتميز.
10. الحصول على المسح في كل من توجهات شريحة الإيجابية والسلبية.
11. مرة واحدة يتم الحصول على الصور، واستخدام برنامج MATLAB مصممة لتوليد البيانات موجة القص من مجموعة من الصور.

4. التوعية من مخاطر الألغام معالجة التجربة صورة

1. اله الخطوة النهائية من التوعية من مخاطر الألغام هو لحساب صلابة جز من الصور موجة القص. وضع البيانات في برنامج MATLAB الذي سيقيم مجموعة البيانات ثلاثية الأبعاد (2 المكانية، 1 الزمانية).

ملاحظة: بافتراض موجة القص المستوية، معادلات الفصل بين اقتراح السماح لتقدير معامل معقدة ذات القيمة القص بوصفها وظيفة من التشرد وLaplacian لها. الخوارزمية يقترب المشتقات الثانية المكانية مع اختلاف محدود، ويحسب معامل القص على أساس بكسل حسب بكسل. من هذا العدد معقدة، يمكن استنتاج الكثير من المعلمات الميكانيكية مثل سرعة موجة القص، وتخفيف موجة، وتصلب القص، ومرونة القص، واللزوجة القص، وما إلى ذلك الخوارزمية يتيح أيضا اختيار المناطق التي تهم التي والمتوسط ​​والانحراف المعياري لل ويحسب كل معلمة.

2. المعلمات التصوير تحتاج إلى تحديد في بداية البرنامج. بالإضافة إلى ذلك، الويمكن تعديل ه الحد الأعلى للelastogram لتحسين التباين في العينة.

ملاحظة: ويقدم البرنامج نتائج المتوسطة (بعد موجة المنخفضة تمرير المرشحات، وبعد موجة تصفية اتجاهي، الاتحاد الفرنسي للتنس الزمنية، وملامح خط، وغيرها) التي تساعد المستخدم على تقدير الاخلاص للانتعاش.

3. ويمكن تعديل بعض المعلمات استنادا إلى هذه المعلومات، مثل مستويات المنخفضة تمرير المرشحات، وتواتر الزمني للحركة، في اتجاه انتشار الموجة، وما إلى ذلك الانحراف المعياري للمعلمة في منطقة محددة من الفائدة أيضا مؤشرا على نوعية العملية الحسابية.

5. ممثل النتائج

الشكل 4 يلاحظ التغير في الخواص الميكانيكية طوال أربعة أسابيع من تطوير التركيبة المكونة للعظم ومكون الشحم. وقد أجريت التوعية من مخاطر الألغام في 730-820 هرتز. في حين بدأ كل من الإسفنج المصنفة في ما يقرب من 3 كيلو باسكال، osteogeniج أدى الأنسجة الموجه في صلابة من 22 كيلو باسكال، في حين، توجه الأنسجة الدهنية انخفضت في صلابة إلى 1 كيلو باسكال. وعلاوة على ذلك، أظهرت البنى المكونة للعظم في انخفاض ملحوظ في حجم بالمقارنة من بدايتها وحتى نهاية الدراسة. وتظهر خصائص إضافية مستمدة من دراسة elastography في الجدول رقم 1.

الشكل 1. إن عملية الحصول على الصور لelastography بالرنين المغناطيسي. خلال الحصول على الصور، وتسلسل نبض (أ) تسيطر على التزامن (ب) من المولد وظيفة مع نبضات التدرجات بين القطبين من الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي. بعد الحصول على التدرجات القطبين مثبت في التوجهات الإيجابية والسلبية، (ج) يتم إنتاج صورة موجة القص باستخدام تقسيم معقد.

رسم بياني رقم 2 التدفق. عملية التوعية من مخاطر الألغام لمحرك الأنسجةالدو بنيات. أولا، وتزرع الخلايا 1 (أ) وتوسيعها لحجم السكان الأساسية للمشروع تصميم. ثم كانت الخلايا يتم تطبيقها المصنفة (ب) على سقالة بيولوجية والكواشف الكيميائية للإشارة إلى التمايز. وتتميز السقالات مع التوعية من مخاطر الألغام، الذي الخطوة الأولى (ج) هو تحديد تردد صدى من جانب المحرك للبناء. يتم الحصول المقبل، وصور الرنين المغناطيسي (د) لإنشاء صورة موجة القص (ه). أخيرا، يتم تطبيق خوارزمية لتسفر عن elastogram (و) أن خرائط وصلابة من بناء. في وقت واحد، هي ثوابت مقطوع لتقييم النسيجية (ز) من أجل التحقق من صحة التمايز.

الشكل 3. المحرك الداخلي التوصيف. تم تضمينه في سقالة الجيلاتين من هلام الاغاروز 0.5٪. لتوصيف حركة نقلهم الى عينة يتم إرسالها أولا الضوضاء البيضاء في النظام(1A)، ويتم الكشف عن الحركة الناتجة باستخدام الليزر دوبلر Vibrometer (1B). مرة واحدة يتم تحديد تردد رنين، إشارة والمستمر في صدى جيباني؛ شبه جيبي (2A) يتم إرسالها إلى تحديد الإزاحة (2B) نقلها إلى بيئة الجيلاتين.

الشكل 4. بانشاء خريطة التنمية خلال فترة أربعة أسابيع. وتظهر مكون الشحم (A) والمكونة للعظم (O) يبني من اليسار إلى اليمين مع حجم المقابل والصور موجة القص، elastogram، ومتوسط ​​صلابة القص. وخارطة الألوان ليتوافق مع elastogram نظام الألوان على الرسم البياني للشريط وأشرطة الخطأ تمثل الانحراف المعياري في كل منطقة التصور للاهتمام.

الجدول رقم 1. الخواص الميكانيكية للبنيات الدهنية وosteo خلال فترة أربعة أسابيع من النمو.

Discussion

في هذا الإجراء، ويتجلى في عملية التوعية من مخاطر الألغام للبنيات الأنسجة المهندسة من إعداد الخلية إلى جيل من elastogram. من خلال تطبيق أسلوب تدميري تقييم الميكانيكية للأنسجة خط أنابيب والهندسة، وأصبح من الممكن الآن لتقييم التغييرات في البنى الهندسية طوال مراحل متعددة م?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
اسم المادة	نوع	شركة	فهرس العدد	تعليقات
MSCGM من الرصاص كيت	الكاشف	Lonza	PT-3001	تخزين في 4 درجات مئوية
DPBS 1X	الكاشف	إينفيتروجن	21600-010
0.05٪ التربسين-EDTA	الكاشف	Gibco، إينفيتروجن	25300-054	متجر في -20 درجة مئوية
ديكساميثازون	الكاشف	سيغما الدريخ	D2915
3-الاستيوفينون-1-بالميثيل	الكاشف	سيغما الدريخ	I5879	متجر في -20 درجة مئوية
الانسولين البقري البنكرياس	الكاشف	سيغما الدريخ	I6634	متجر في -20 درجة مئوية
اندوميثاسين	الكاشف	سيغما الدريخ	I7378
Β-جليسروفوسفات	الكاشف	سيغما الدريخ	G9891
L-2-حمض الأسكوربيك الفوسفات	الكاشف	سيغما الدريخ	A8960
جلفوم	سقالة	فارماسيا وشركاه أبجون	09-0315-08
الإنسان الخلايا الجذعية الوسيطة	خط خلوي	Lonza	PT-2501
9.4T MR سكانر	معدات	اجيلنت		البنك الدولي بسرعة 400MHz
10MM Litz لفائف	معدات	Doty العلمية
الليزر دوبلر Vibrometer	معدات	بوليتيك	PDV-100
Vibrosoft (20)	البرنامج	بوليتيك
وظيفة مولد	معدات	اجيلنت	AFG 3022B
مكبر الصوت	معدات	بيزو المؤتمر الوطني العراقي	وكالة حماية البيئة، 104-115
بيزو الانحناء السيارات	معدات	بيزو المؤتمر الوطني العراقي.	T234-A4Cl-203X
كمبيوتر لينكس	معدات	المعالج: إنتل كور 2 ديو E8400 الذاكرة: 2G
الكمبيوتر ويندوز	معدات	المعالج: إنتل كور 2 ديو E8400 الذاكرة: 2G
MATLAB	البرنامج	برنامج Mathworks، المؤتمر الوطني العراقي		2009b