Name: a sectioning, coring, and image processing guide for high-throughput cortical bone sample procurement and analysis for synchrotron micro-ct
Uploaded: 2020-06-12T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Sectioning, Coring, and Image Processing Guide for High-Throughput Cortical Bone Sample Procurement and Analysis for Synchrotron Micro-CT at JoVE.com

Die in diesem Beitrag beschriebene Forschung wurde in der BMIT-Anlage der Canadian Light Source durchgeführt, die von der Canada Foundation for Innovation, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, der University of Saskatchewan, der Regierung von Saskatchewan, Western Economic Diversification Canada, dem National Research Council Canada und den Canadian Institutes of Health Research unterstützt wird. Die Autoren danken den Beamline-Wissenschaftlern der kanadischen Lichtquelle, insbesondere Adam Webb, Denise Miller, Sergey Gasilov und Ning Zu für die Unterstützung beim Aufbau und der Fehlerbehebung der SkyScan SR-CT- und Weißstrahlmikroskopsysteme. Wir danken auch Beth Dalzell vom University of Toledo College of Medicine and Life Sciences und Dr. Jeffrey Wenstrup von der Northeast Ohio Medical University für den Zugang zu kadaverischen Proben für diese Studie. JM Andronowski wird durch Start-up-Forschungsfonds der University of Akron und eines Stipendiums des National Institute of Justice Research and Development in Forensic Science for Criminal Justice Purposes (2018-DU-BX-0188) unterstützt. RA Davis wird von einer Graduiertenassistenz der University of Akron unterstützt. Ausrüstungundzubehör, die zum Kornieren und Sägen verwendet wurden, wurden durch Start-up-Fonds der Universität Akron und nSF-Zuschuss EAR-1624242 an CW Holyoke erworben.

Alle Proben wurden von einbalsamierten kadaverischen Spendern der University of Toledo, des College of Medicine and Life Sciences und der Northeast Ohio Medical University (NEOMED) mit der informierten Zustimmung des Spenders selbst oder des nächsten Angehörigen des Spenders bezogen. Das Institutional Review Board for the Protection of Human Subjects (IRB) der Universität Akron hielt diese Proben für von der vollständigen IRB-Überprüfung ausgenommen, da sie nicht von lebenden Personen beschafft wurden. Demografisc...

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	<li>Andronowski, J. M., Crowder, C., Soto Martinez, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advancements+in+the+analysis+of+bone+microstructure:+New+dimensions+in+forensic+anthropology.">Recent advancements in the analysis of bone microstructure: New dimensions in forensic anthropology.</a> Forensic Sciences Research. 3 (4), 278-293 (2018).</li><li>Wysokinski, T. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beamlines+of+the+biomedical+imaging+and+therapy+facility+at+the+Canadian+light+source+-+part+3.">Beamlines of the biomedical imaging and therapy facility at the Canadian light source - part 3.</a> Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 775, 1-4 (2015).</li><li>Carter, Y., Suchorab, J. L., Thomas, C. D. L., Clement, J. G., Cooper, D. M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Normal+variation+in+cortical+osteocyte+lacunar+parameters+in+healthy+young+males.">Normal variation in cortical osteocyte lacunar parameters in healthy young males.</a> Journal of Anatomy. 225 (3), 328-336 (2014).</li><li>Carter, Y., Thomas, C. D. L., Clement, J. G., Cooper, D. M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femoral+osteocyte+lacunar+density,+volume+and+morphology+in+women+across+the+lifespan.">Femoral osteocyte lacunar density, volume and morphology in women across the lifespan.</a> Journal of Structural Biology. 183 (3), 519-526 (2013).</li><li>Langer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=X-Ray+Phase+Nanotomography+Resolves+the+3D+Human+Bone+Ultrastructure.">X-Ray Phase Nanotomography Resolves the 3D Human Bone Ultrastructure.</a> PLoS ONE. 7 (8), 35691 (2012).</li><li>Peyrin, F., Dong, P., Pacureanu, A., Langer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-+and+Nano-CT+for+the+Study+of+Bone+Ultrastructure.">Micro- and Nano-CT for the Study of Bone Ultrastructure.</a> Current Osteoporosis Reports. 12 (4), 465-474 (2014).</li><li>Dong, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+osteocyte+lacunar+morphometric+properties+and+distributions+in+human+femoral+cortical+bone+using+synchrotron+radiation+micro-CT+images.">3D osteocyte lacunar morphometric properties and distributions in human femoral cortical bone using synchrotron radiation micro-CT images.</a> Bone. 60, 172-185 (2014).</li><li>Gauthier, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+micro+structural+analysis+of+human+cortical+bone+in+paired+femoral+diaphysis,+femoral+neck+and+radial+diaphysis.">3D micro structural analysis of human cortical bone in paired femoral diaphysis, femoral neck and radial diaphysis.</a> Journal of Structural Biology. 204 (2), 182-190 (2018).</li><li>Giuliani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bisphosphonate-related+osteonecrosis+of+the+human+jaw:+A+combined+3D+assessment+of+bone+descriptors+by+histology+and+synchrotron+radiation-based+microtomography.">Bisphosphonate-related osteonecrosis of the human jaw: A combined 3D assessment of bone descriptors by histology and synchrotron radiation-based microtomography.</a> Oral Oncology. 82, 200-202 (2018).</li><li>Andronowski, J. M., Pratt, I. V., Cooper, D. M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Occurrence+of+osteon+banding+in+adult+human+cortical+bone.">Occurrence of osteon banding in adult human cortical bone.</a> American Journal of Physical Anthropology. 164 (3), 635-642 (2017).</li><li>Andronowski, J. M., Mundorff, A. Z., Pratt, I. V., Davoren, J. M., Cooper, D. M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluating+differential+nuclear+DNA+yield+rates+and+osteocyte+numbers+among+human+bone+tissue+types:+A+synchrotron+radiation+micro-CT+approach.">Evaluating differential nuclear DNA yield rates and osteocyte numbers among human bone tissue types: A synchrotron radiation micro-CT approach.</a> Forensic Science International: Genetics. 28, 211-218 (2017).</li><li>Britz, H. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prolonged+unloading+in+growing+rats+reduces+cortical+osteocyte+lacunar+density+and+volume+in+the+distal+tibia.">Prolonged unloading in growing rats reduces cortical osteocyte lacunar density and volume in the distal tibia.</a> Bone. 51 (5), 913-919 (2012).</li><li>Maggiano, I. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+reconstruction+of+Haversian+systems+in+human+cortical+bone+using+synchrotron+radiation-based+micro-CT:+morphology+and+quantification+of+branching+and+transverse+connections+across+age.">Three-dimensional reconstruction of Haversian systems in human cortical bone using synchrotron radiation-based micro-CT: morphology and quantification of branching and transverse connections across age.</a> Journal of Anatomy. 228 (5), 719-732 (2016).</li><li>Cooper, D. M. L., Thomas, C. D. L., Clement, J. G., Hallgr&#237;msson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+microcomputed+tomography+imaging+of+basic+multicellular+unit-related+resorption+spaces+in+human+cortical+bone.">Three-dimensional microcomputed tomography imaging of basic multicellular unit-related resorption spaces in human cortical bone.</a> The Anatomical Record Part A: Discoveries in Molecular, Cellular, and Evolutionary Biology. 228 (7), 806-816 (2006).</li><li>Holyoke, C. W., Kronenberg, A. K., Newman, J., Ulrich, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rheology+of+magnesite:+Rheology+of+Magnesite.">Rheology of magnesite: Rheology of Magnesite.</a> Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 119 (8), 6534-6557 (2014).</li><li>Holyoke, C. W., Kronenberg, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+water+weakening+of+quartz.">Reversible water weakening of quartz.</a> Earth and Planetary Science Letters. 374, 185-190 (2013).</li><li>Holyoke, C. W., Kronenberg, A. K., Newman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dislocation+creep+of+polycrystalline+dolomite.">Dislocation creep of polycrystalline dolomite.</a> Tectonophysics. 590, 72-82 (2013).</li><li>Raterron, P., Fraysse, G., Girard, J., Holyoke, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strength+of+orthoenstatite+single+crystals+at+mantle+pressure+and+temperature+and+comparison+with+olivine.">Strength of orthoenstatite single crystals at mantle pressure and temperature and comparison with olivine.</a> Earth and Planetary Science Letters. 450, 326-336 (2016).</li><li>Millard, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+Dependence+of+Magnesite+Creep.">Pressure Dependence of Magnesite Creep.</a> Geosciences. 9 (10), 420 (2019).</li><li>Thomas, C. D. L., Feik, S. A., Clement, J. 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C., Zinaich, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+skeletal+remodeling+in+aging+men.">Studies of skeletal remodeling in aging men.</a> Clinical Orthopaedics and Related Research. (149), 268-282 (1980).</li><li>Martin, R. B., Burr, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+implications+of+porosity+distribution+in+bone+of+the+appendicular+skeleton.">Mechanical implications of porosity distribution in bone of the appendicular skeleton.</a> Orthopedic Transactions. 8, 342-343 (1984).</li><li>Bousson, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+of+Intracortical+Porosity+in+Human+Midfemoral+Cortex+by+Age+and+Gender.">Distribution of Intracortical Porosity in Human Midfemoral Cortex by Age and Gender.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 16 (7), 1308-1317 (2001).</li><li>Goldman, H. M., Thomas, C. D. L., Clement, J. G., Bromage, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationships+among+microstructural+properties+of+bone+at+the+human+midshaft+femur.">Relationships among microstructural properties of bone at the human midshaft femur.</a> Journal of Anatomy. 206 (2), 127-139 (2005).</li><li>De Micheli, P. O., Witzel, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructural+mechanical+study+of+a+transverse+osteon+under+compressive+loading:+The+role+of+fiber+reinforcement+and+explanation+of+some+geometrical+and+mechanical+microscopic+properties.">Microstructural mechanical study of a transverse osteon under compressive loading: The role of fiber reinforcement and explanation of some geometrical and mechanical microscopic properties.</a> Journal of Biomechanics. 44 (8), 1588-1592 (2011).</li><li>Martin, R. B., Boardman, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+collagen+fiber+orientation,+porosity,+density,+and+mineralization+on+bovine+cortical+bone+bending+properties.">The effects of collagen fiber orientation, porosity, density, and mineralization on bovine cortical bone bending properties.</a> Journal of Biomechanics. 26 (9), 1047-1054 (1993).</li><li>Cooper, D. M. L., Turinsky, A. L., Sensen, C. W., Hallgr&#237;msson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+3D+analysis+of+the+canal+network+in+cortical+bone+by+micro-computed+tomography.">Quantitative 3D analysis of the canal network in cortical bone by micro-computed tomography.</a> The Anatomical Record Part B: The New Anatomist. 274 (1), 169-179 (2003).</li><li>Crowder, C., Heinrich, J., Stout, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rib+histomorphometry+for+adult+age+estimation.">Rib histomorphometry for adult age estimation.</a> Forensic Microscopy for Skeletal Tissues: Methods and Protocols. , 109-127 (2012).</li><li>Pfeiffer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paleohistology:+Health+and+disease.">Paleohistology: Health and disease.</a> Biological Anthropology of the Human Skeleton. , 287-302 (2000).</li><li>Bone Hedges, R. E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=diagenesis:+an+overview+of+processes.">diagenesis: an overview of processes.</a> Archaeometry. 44 (3), 319-328 (2002).</li><li>. The use of formaldehyde imbedded human remains in experimental procedures Available from: <a target="_blank" href="https://capa-acap.net/sites/default/files/basic-page/capa_2017_program_final_no_cover.pdf">https://capa-acap.net/sites/default/files/basic-page/capa_2017_program_final_no_cover.pdf</a> (2017)</li><li>Currey, J. D., Brear, K., Zioupos, P., Reilly, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+formaldehyde+fixation+on+some+mechanical+properties+of+bovine+bone.">Effect of formaldehyde fixation on some mechanical properties of bovine bone.</a> Biomaterials. 16 (16), 1267-1271 (1995).</li><li>Asaka, T., Kikugawa, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+formaldehyde+solution+on+fracture+characteristics+of+bovine+femoral+compact+bone.">Effect of formaldehyde solution on fracture characteristics of bovine femoral compact bone.</a> Journal of the Japan Institute of Metals. 69 (8), 711-714 (2005).</li></ol>

Es gibt kein umfassendes, standardisiertes Protokoll zur Beschaffung einheitlicher und zylindrischer kortikaler Knochenkernproben für hochauflösende SR-CT-Bildgebung mit begrenzten FOV-Setups. Das hier beschriebene Protokoll füllt diese Lücke, indem es ein umfassendes Tutorial zur Beschaffung von konsistent dimensionierten kortikalen Knochenkernproben für die SR-CT-Bildgebung und die anschließende genaue Visualisierung und Extraktion von mikroarchitektonischen Daten bereitstellt. Wir haben gezeigt, dass unser Proto...

Mit den jüngsten Fortschritten in der Bildgebungstechnologie ist es nun möglich, Röntgenbilddaten mit sehr hoher Auflösung zu erfassen. Desktop-Mikro-CT-Systeme sind aufgrund ihrer zerstörungsfreien Natur der aktuelle Standard für die Bildgebung von Cancellous-Knochen1. Bei der Abbildung der mikrostrukturellen Merkmale des kortikalen Knochens war die Verwendung von CT jedoch begrenzter. Aufgrund von Lösungseinschränkungen können Desktop-Systeme nicht die Auflösung erreichen, die erforderlich ist, um mikrostrukturelle Merkmale abzubilden, die kleiner sind als kortikale Poren, wie z. B. Osteozyten-Lücken. Für diese Anwendung ist SR-CT ideal aufgrund der höheren Auflösung dieser Systeme1. Experimente an der Canadian Light Source (CLS) an den Beamlines2 der BioMedical Imaging and Therapy (BMIT) haben beispielsweise Bilder mit Voxeln von bis zu 0,9 m erzeugt. Frühere Studien1,3,4,5 haben diese Auflösung verwendet, um Projektionen und nachfolgende dreidimensionale (3D) Renderungen von kortikalen Knochenproben von menschlichen langen Knochen ( Abbildung1) zu quantifizieren Osteozyten-Lückendichte4,6,7,8,9 und Variation in der lacunar Form und Größe3 über die menschliche Lebensdauer und zwischen den Geschlechtern. Weitere Studien haben das Vorhandensein von Osteon-Banding beim Menschen10gezeigt, ein Phänomen, das bisher als nur mit nichtmenschlichen Säugetieren in der forensischen anthropologischen Literatur in Verbindung gebracht wurde.
Um eine außergewöhnliche Auflösung zu erreichen, muss der Röntgenstrahl im Sichtfeld (FOV) fein fokussiert sein, was die maximale Probengröße oft auf wenige Millimeter Durchmesser begrenzt. Derzeit gibt es keine umfassenden, standardisierten Verfahren, die in der Literatur beschrieben sind und die Beschaffung von Knochenproben skizzieren, die diese Einschränkungen erfüllen. Das Zentrieren von Proben innerhalb des FOV ist entscheidend, um sicherzustellen, dass 1) die Probe zentriert bleibt, während sie sich während der Bildgebung um 180° dreht, und 2) Scan-Artefakte sind begrenzt, da es keine Bildkürzung gibt. Mit anderen Worten, keine Teile der Probe außerhalb des FOV stören den Strahl, der in seinen Brennpunkt innerhalb des FOV eintritt. In diesem Fall wird dem Rekonstruktionsalgorithmus ein Teil der Dämpfungsdaten entzogen, die für eine vollständig korrekte Rekonstruktion benötigt werden. Es ist ferner erwähnenswert, dass 360°-Scans (Vollrotation) die Auswirkungen der Strahlhärtung minimieren, aber Artefakte erhöhen, die durch Fehlausrichtung und Probenbewegungen während der Bildgebung verursacht werden. Während also ein 360°-Scan in der Regel sauberere Daten generiert, wird die Bildzeit verdoppelt, so dass ein Kompromiss zwischen experimentellen Kosten und Datenqualität angegangen werden muss.
Ein wichtiger und oft übersehener Aspekt von Knochenbildversuchen ist die genaue und reproduzierbare Probenvorbereitungstechnik, die vor dem Scannen durchgeführt wird. In Studien, die die SR-CT-Methoden in ihre Experimente einbeziehen, wird kurz ihr Probenahmeprotokoll erwähnt, aber die Autoren geben wenig bis gar keine Details über die jeweilige Methodik an, die zum Sammeln ihrer Proben verwendet wird. Viele solcher Studien erwähnen das Schneiden geradliniger Knochenblöcke beliebiger Dimensionen, geben aber im Allgemeinen keine weiteren Informationen über die verwendeten Werkzeuge oder Einbettmaterialien3,4,10,11,12,13,14. Einige Forscher verwenden häufig Hand-Drehwerkzeuge (z.B. Dremel), um geradlinige Knochenblöcke aus einem Bereich von Interesse (ROI)3,4,10,11,12,13,14. Diese Methode führt zu Proben mit ungleichmäßiger Größe, die größer als die FOV sein können, was die Wahrscheinlichkeit von Scanartefakten und Bildabschneidungen erhöht. Solche Proben erfordern oft eine weitere Verfeinerung mit einer Präzisions-Diamant-Wafer-Säge (z.B. Bühler Isomet). Die Beschaffung von Stichproben mit konsistenten Abmessungen (bis zu zwei Hundertstel/mm) ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die erfassten Datensätze von höchster Qualität sind und die nachfolgenden Ergebnisse reproduzierbar sind.
Die begrenzte Berichterstattung über die Stichprobenbeschaffungsmethodik fügt eine zusätzliche Schwierigkeitsschicht bei dem Versuch hinzu, Methoden einzusetzen und/oder zu validieren, die in einer früheren Studie durchgeführt wurden. Derzeit müssen sich die Forscher direkt an die Autoren wenden, um weitere Informationen zu ihren Probenahmeverfahren zu erhalten. Das hier beschriebene Protokoll bietet biomedizinischen Forschern eine gründlich dokumentierte, reproduzierbare und kosteneffiziente Probenahmetechnik. Das primäre Ziel dieses Artikels ist es, ein umfassendes Tutorial zur Beschaffung konsistent dimensionierter kortikaler Knochenkernproben mit einer Fräsbohrmaschine und einem Diamant-Coring-Bit für die genaue Visualisierung und Extraktion von mikroarchitektonischen Daten bereitzustellen. Diese Methode wird von Verfahren geändert, die verwendet werden, um routinemäßig einheitliche,1-5 mm Zylinder mit kleinem Durchmesser (1-5 mm) aus Blöcken harter Materialien in der Hochdruckgesteinsmechanik15,16,17,18,19zu sammeln.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1367px;" width="1367">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">1-1/8&#34; plunge cutting carbide for composites</td>
			<td style="width:120px;">Warrior</td>
			<td style="width:133px;">61812</td>
			<td style="width:899px;">28.6mm plunge</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">70% Ethanol</td>
			<td style="width:120px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:133px;">BP8201500</td>
			<td>3.8 Liters</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Blunt-tipped forceps</td>
			<td style="width:120px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:133px;">10-300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Centrifuge tubes</td>
			<td style="width:120px;">ThermoFisher</td>
			<td style="width:133px;">55398</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Crystalbond 509-3 Epoxy</td>
			<td style="width:120px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:133px;">821-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">CTAnalyser</td>
			<td style="width:120px;">Bruker microCT</td>
			<td style="width:133px;">v.1.15.4.0</td>
			<td>Download and install at https://www.bruker.com/products/microtomography/micro-ct-software/3dsuite.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Dental Tool Kit</td>
			<td style="width:120px;">Amazon</td>
			<td style="width:133px;">787269885110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Diamond wafering saw blade for composite material</td>
			<td style="width:120px;">Buehler</td>
			<td style="width:133px;">#11-4247</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Drill Press</td>
			<td style="width:120px;">Jet Mill/Drill</td>
			<td style="width:133px;">350017</td>
			<td>Model: JMD-15, benchtop drill presses are suitable substites, but typically lack a translatable machine table for positioning samples beneath the drill stem</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Fine-tipped forceps</td>
			<td style="width:120px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:133px;">22-327379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Fixturing clamps for XY machine table for mill/drill</td>
			<td style="width:120px;">MSC Industrial Supply</td>
			<td style="width:133px;">#04804571</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Glass microscope slides</td>
			<td style="width:120px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:133px;">26005</td>
			<td>75x50mm slides, 1mm thick</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Glass slide chuck</td>
			<td style="width:120px;">Buehler</td>
			<td style="width:133px;">#112488</td>
			<td>Large enough to hold 75x50mm glass slides</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Hot plate capable of reaching 140 &#176;C</td>
			<td style="width:120px;">ThermoScientific</td>
			<td style="width:133px;">HP88850105</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Incubator</td>
			<td style="width:120px;">NAPCO</td>
			<td>Model 4200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Isocut Fluid</td>
			<td style="width:120px;">Buehler</td>
			<td style="width:133px;">111193032</td>
			<td>Lubricant; 30mL</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Jeweler&#39;s diamond coring drill bit</td>
			<td style="width:120px;">Otto Frei</td>
			<td style="width:133px;">#119.050</td>
			<td>2mm inner diameter hollow stem coring bit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">NRecon</td>
			<td style="width:120px;">Bruker microCT</td>
			<td style="width:133px;">v.1.6.10.2</td>
			<td>Download and install at https://www.bruker.com/products/microtomography.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Oscillating saw</td>
			<td style="width:120px;">Harbor Freight</td>
			<td style="width:133px;">62866</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Oven-safe glass dishes</td>
			<td style="width:120px;">Pyrex</td>
			<td style="width:133px;">1117715</td>
			<td>Glass food storage container</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Precision slow-speed saw (Isomet 1000)</td>
			<td style="width:120px;">Buehler</td>
			<td style="width:133px;">111280160</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Razor blades</td>
			<td style="width:120px;">Amazon</td>
			<td style="width:133px;">25181</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Shallow aluminum tins</td>
			<td style="width:120px;">Amazon</td>
			<td style="width:133px;">B01MRWLD0R</td>
			<td>~8cm diameter</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Specimen cups</td>
			<td style="width:120px;">Amazon</td>
			<td style="width:133px;">616784425436 885334344729</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Tergazyme detergent</td>
			<td style="width:120px;">Alconox</td>
			<td style="width:133px;">1304-1</td>
			<td>1.8kg box</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Ultrasonic cleaner</td>
			<td style="width:120px;">MTI Corporation</td>
			<td style="width:133px;">KJ201508006</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a sectioning, coring, and image processing guide for high-throughput cortical bone sample procurement and analysis for synchrotron micro-ct

Knochen ist ein dynamisches und mechanisch aktives Gewebe, das sich im Laufe der menschlichen Lebensdauer in der Struktur verändert. Die Produkte des Knochenumbauprozesses wurden im Wesentlichen mit traditionellen zweidimensionalen Techniken untersucht. Jüngste Fortschritte in der Röntgenbildgebungstechnologie durch Desktop-Mikrocomputertomographie (CT) und Synchrotronstrahlung Mikrocomputertomographie (SR-CT) haben die Erfassung von hochauflösenden dreidimensionalen (3D) Scans eines größeren Sichtfeldes (FOV) als andere 3D-Bildgebungstechniken (z. B. SEM) ermöglicht, die ein vollständigeres Bild der mikroskopischen Strukturen innerhalb des menschlichen Kortikalknochens liefern. Die Probe sollte jedoch innerhalb des FOV genau zentriert sein, um das Auftreten von Streifenartefakten zu begrenzen, von denen bekannt ist, dass sie Datenanalysen beeinflussen. Frühere Studien haben die Beschaffung von unregelmäßig geformten geradlinigen Knochenblöcken berichtet, die aufgrund ungleichmäßiger Kanten oder Bildabschneide zu bildgebenden Artefakten führen. Wir haben ein geologisches Probenahmeprotokoll (Coring) angewendet, um konsistent ekortikale Knochenkernproben für SR-CT-Experimente aus dem vorderen Aspekt der menschlichen Femora zu beschaffen. Diese Coring-Methode ist effizient und minimal destruktiv für Gewebe. Es werden einheitliche zylindrische Proben erstellt, die bildgebende Artefakte von Der Art, die während der Rotation isometrisch ist, verringern und eine gleichmäßige Pfadlänge für Röntgenstrahlen während des Scannens bereitstellen. Die Bildverarbeitung von röntgentomographischen Daten von entkernten und unregelmäßig geformten Proben bestätigt das Potenzial der Technik, die Visualisierung und Analyse der kortikalen Knochenmikroarchitektur zu verbessern. Ein Ziel dieses Protokolls ist es, eine zuverlässige und wiederholbare Methode für die Extraktion von kortikalen Knochenkernen zu liefern, die für verschiedene Arten von hochauflösenden Knochenbildgebungsexperimenten anpassungsfähig ist. Ein übergeordnetes Ziel der Arbeit ist es, eine standardisierte kortikale Knochenbeschaffung für SR-CT zu schaffen, die erschwinglich, konsistent und unkompliziert ist. Dieses Verfahren kann von Forschern in verwandten Bereichen, die häufig harte Verbundwerkstoffe wie in der biologischen Anthropologie, Geowissenschaften oder Materialwissenschaften bewerten, weiter angepasst werden.

Die beschriebene Methode der Kernprobenahme erwies sich als äußerst effektiv und effizient. Die Mithilfe für Proben, die dieses Protokoll verwenden, ermöglichte die Beschaffung von Proben in konstanter Größe von >300 für Experimente an der CLS BMIT-BM-Beamline2, mit einem FOV von 2 mm bei einer Voxelgröße von 1,49 m. Um die Konsistenz des Kerndurchmessers zu validieren, wurden entlang der Länge (oben, Mitte, Unten) einer Teilmenge menschlicher vorderer Femoralkerne (n=69) drei M...

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A Sectioning, Coring, and Image Processing Guide for High-Throughput Cortical Bone Sample Procurement and Analysis for Synchrotron Micro-CT

Wir verwendeten ein geologisches (Coring) Probenahmeprotokoll, um kortikale Knochenproben von einheitlicher Größe für SR-CT-Experimente aus dem vorderen Aspekt der menschlichen Femora zu beschaffen. Diese Methode ist minimal destruktiv, effizient, führt zu zylindrischen Proben, die bildgebende Artefakte aus unregelmäßigen Probenformen minimieren und die mikroarchitektonische Visualisierung und Analyse verbessern.

Bone is a dynamic and mechanically active tissue that changes in structure over the human lifespan. The products of the bone remodeling process have been ...

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