Un guide de sectionnement, de coring et de traitement d’image pour l’approvisionnement et l’analyse d’échantillons d’os cortical à haut débit pour le micro-CT synchrotron

Summary

Nous avons utilisé un protocole d’échantillonnage géologique (carottage) pour se procurer des spécimens d’os corticals de taille uniforme pour les expériences SRμCT de l’aspect antérieur du femora humain. Cette méthode est minimalement destructrice, efficace, se traduit par des spécimens cylindriques qui minimisent l’imagerie des artefacts à partir de formes d’échantillons irrégulières et améliore la visualisation et l’analyse microarchitecturales.

Abstract

L’os est un tissu dynamique et mécaniquement actif qui change de structure au cours de la durée de vie humaine. Les produits du processus de remodelage d’os ont été étudiés substantiellement utilisant les techniques bidimensionnelles traditionnelles. Les progrès récents de la technologie d’imagerie aux rayons X par l’intermédiaire de la tomographie micro-calculée de bureau (μCT) et de la tomographie micro-calculée par rayonnement synchrotron (SRμCT) ont permis l’acquisition de balayages tridimensionnels à haute résolution (3D) d’un plus grand champ de vision (FOV) que d’autres techniques d’imagerie 3D (p. ex., SEM) fournissant une image plus complète des structures microscopiques dans l’os cortical humain. Toutefois, le spécimen doit être centré avec précision à l’intérieur du FOV afin de limiter l’apparence des artefacts de stries connus pour avoir un impact sur l’analyse des données. Des études antérieures ont signalé l’achat de blocs osseux rectilinaires de forme irrégulière qui entraînent des artefacts d’imagerie en raison de bords inégaux ou de troncature d’image. Nous avons appliqué un protocole d’échantillonnage géologique (carottage) pour se procurer des spécimens de carottes osseuses corticales de taille constante pour des expériences SRμCT de l’aspect antérieur du femora humain. Cette méthode de carottage est efficace et minimalement destructrice pour les tissus. Il crée des échantillons cylindriques uniformes qui diminuent les artefacts d’imagerie par nature d’être isométrique pendant la rotation et de fournir une longueur de chemin uniforme pour les faisceaux de rayons X tout au long de la numérisation. Le traitement d’image des données tomographiques de rayon X des échantillons cored et irrégulièrement formés confirme le potentiel de la technique pour améliorer la visualisation et l’analyse de la microarchitecture corticale d’os. L’un des objectifs de ce protocole est de fournir une méthode fiable et reproductible pour l’extraction de noyaux d’os corticals adaptables à divers types d’expériences d’imagerie osseuse à haute résolution. Un objectif global du travail est de créer un approvisionnement normalisé d’os cortical pour SRμCT qui est abordable, cohérent, et simple. Cette procédure peut en outre être adaptée par des chercheurs dans des domaines connexes qui évaluent généralement des matériaux composites durs tels que dans l’anthropologie biologique, les géosciences, ou les sciences des matériaux.

Introduction

Avec les progrès récents de la technologie d’imagerie, il est maintenant possible d’acquérir des données d’imagerie par rayons X avec une très haute résolution. Les systèmes de micro-CT de bureau (μCT) sont la norme actuelle pour l’imagerie des os cancellous en raison de leur nature non destructive¹. Quand les dispositifs microstructuraux de formation image de l’os cortical, cependant, l’utilisation de μCT a été plus limitée. En raison de contraintes de résolution, les systèmes de bureau ne peuvent pas atteindre la résolution requise pour l’image des caractéristiques microstructurales plus petites que les pores corticals, tels que les lacunae o....

Protocol

Tous les spécimens proviennent de donneurs cadavériques embaumés de l’Université de Tolède, du College of Medicine and Life Sciences et de la Northeast Ohio Medical University (NEOMED), avec le consentement éclairé du donneur lui-même ou du plus proche parent du donneur. La Commission d’examen institutionnel de la protection des sujets humains (CISR) de l’Université d’Akron a jugé ces spécimens exemptés de l’examen complet de la CISR, car ils n’ont pas été obtenus de personnes vivantes. Des renseignements démographiques, y compris l’âge, le sexe et la cause du décès, étaient disponibles pour tous les donneurs. Les personnes sélectionnées n’ont pas documenté les condit....

Results

La méthode décrite d’échantillonnage de base s’est avérée très efficace et efficiente. Les échantillons de coring utilisant ce protocole ont permis l’achat d’échantillons de taille constante pour des expériences sur la ligne de faisceau CLS BMIT-BM^2,avec un FOV d’environ 2 mm à 1,49 μm voxel. Pour valider la consistance du diamètre du noyau, trois mesures ont été prises le long de la longueur (en haut, au milieu, en bas) d’un sous-ensemble de noyaux fémoraux antérieurs humains(n=69). Le d.......

Discussion

Il n’y a pas eu de protocole complet et normalisé pour l’achat d’échantillons de carottes corticales uniformes et cylindriques pour l’imagerie SRμCT haute résolution avec des configurations FOV limitées. Le protocole détaillé ici comble ce vide en fournissant un tutoriel complet sur la façon de se procurer des échantillons de carottes osseuses corticales de taille constante pour l’imagerie SRμCT et la visualisation et l’extraction précises subséquentes des données microarchitecturales. Nous avons montré que notre protoco.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Carbure de coupe plongeant 1-1/8" pour composites	Warrior	61812	28,6 mm plongée
70 % éthanol	Fisher Scientific	BP8201500	3,8 litres
Pince à pointe arrondie	Fisher Scientific	10-300
Tubes à centrifuger	ThermoFisher	55398
Crystalbond 509-3 Epoxy	Ted Pella	821-3
CTAnalyser	Bruker microCT	v.1.15.4.0	Téléchargez et installez chez https://www.bruker.com/products/microtomography/micro-ct-software/3dsuite.html
Kit d’outils dentaires	Amazon	787269885110
Lame de scie à gaufrette diamantée pour matériau composite	Buehler	#11-4247
Perceuse à	colonne Broyeur à jet/Perceuse	350017	Modèle : JMD-15, les perceuses à colonne d’établi sont des substituts appropriés, mais manquent généralement d’une table de machine traduisible pour positionner les échantillons sous la tige de forage
Pince à pointe fine	Fisher Scientific	22-327379
Pinces de fixation pour table de machine XY pour fraiseuse/perceuse	MSC Industrial Supply	#04804571
Lames de microscope en verre	Ted Pella	26005	Lames de 75x50mm, épaisseur 1mm
Mandrin coulissant en verre	Buehler	#112488	Assez grand pour contenir des diapositives en verre de 75x50mm
Plaque chauffante capable d’atteindre 140 ° ; C	ThermoScientific	HP88850105
Incubateur	NAPCO	Modèle 4200
Isocut Fluid	Buehler	111193032	Lubrifiant ; 30mL
Foret de carottage diamanté de bijoutier	Otto Frei	#119.050	2mm de diamètre intérieur Trépan à tige creuse
NRecon	Bruker microCT	v.1.6.10.2	Téléchargez et installez chez https://www.bruker.com/products/microtomography.html
Scie oscillante	Harbor Freight	62866
Plats en verre allant au four	Pyrex	1117715	Récipient de conservation des aliments
en verre Scie de précision à vitesse lente (Isomet 1000)	Buehler	111280160
Lames de rasoir	Amazon	25181
Boîtes en aluminium peu profondes	Amazon	B01MRWLD0R	~8cm de diamètre
Gobelets	à échantillons Amazon	616784425436 885334344729
Tergazyme détergent	Alconox	1304-1	1,8kg boîte
Nettoyeur à ultrasons	MTI Corporation	KJ201508006