Method Article

מדריך מקטעים, קורינג ועיבוד תמונה לרכש וניתוח מדגם עצם קליפת המוח בעל תפוקה גבוהה עבור מיקרו-CT של Synchrotron

DOI:

10.3791/61081

⸱

June 12th, 2020

 ,  , 
1Department of Biology, The University of Akron, 2Department of Geosciences, The University of Akron

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

השתמשנו בפרוטוקול דגימה גיאולוגי (coring) כדי להשיג דגימות עצם קליפת המוח בגודל אחיד לניסויי SRμCT מההיבט הקדמי של הפמורה האנושית. שיטה זו היא הרסנית מינימלית, יעילה, גורמת לדגימות גליליות הממזערות את ממצאי ההדמיה מצורות מדגם לא סדירות ומשפרות את ההדמיה והניתוח המיקרו-ארכי-ארכיאולוגיים.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עצם היא רקמה דינמית ופעילה מכנית שמשתנה במבנה לאורך תוחלת החיים האנושית. המוצרים של תהליך שיפוץ העצם נחקרו באופן משמעותי באמצעות טכניקות דו מימדיות מסורתיות. ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית הדמיית רנטגן באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת מיקרו-שולחנית (μCT) וטומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת של קרינת סינכרוטרון (SRμCT) אפשרו רכישה של סריקות תלת מימדיות (3D) ברזולוציה גבוהה של שדה ראייה גדול יותר (FOV) מאשר טכניקות הדמיה תלת-ממדיות אחרות (למשל, SEM) המספקות תמונה מלאה יותר של מבנים מיקרוסקופיים בתוך עצם המוח האנושית. הדגימה צריכה להיות ממורכזת במדויק בתוך FOV, עם זאת, כדי להגביל את המראה של חפצי פס ידוע להשפיע על ניתוח נתונים. מחקרים קודמים דיווחו על רכש של בלוקי עצם מלבניים בצורה לא סדירה שתוצאתם היא ממצאי הדמיה עקב קצוות לא אחידים או חיתוך תמונה. יישמנו פרוטוקול דגימה גיאולוגי (coring) כדי להשיג דגימות ליבת עצם קליפת המוח בגודל עקבי עבור ניסויים SRμCT מההיבט הקדמי של femora האנושי. שיטת coring זו יעילה והרסנית מינימלית לרקמות. היא יוצרת דגימות גליליות אחידות המקטינות את ממצאי ההדמיה מטבעם של איזומטריות במהלך הסיבוב ומספקות אורך נתיב אחיד לקרני רנטגן לאורך הסריקה. עיבוד תמונה של נתונים טומוגרפיים רנטגן של דגימות cored בצורה לא סדירה מאשר את הפוטנציאל של הטכניקה כדי לשפר את ההדמיה וניתוח של מיקרוארכיטקטורה עצם קליפת המוח. מטרת פרוטוקול זה היא לספק שיטה אמינה וחוזרת על עצמה להפקת ליבות עצם קליפת המוח הניתנת להתאמה לסוגים שונים של ניסויים בהדמיית עצם ברזולוציה גבוהה. מטרת העל של העבודה היא ליצור רכש עצם קליפת המוח סטנדרטי עבור SRμCT כי הוא סביר, עקבי, וישיר. הליך זה עשוי להיות מותאם עוד יותר על ידי חוקרים בתחומים קשורים אשר בדרך כלל להעריך חומרים מרוכבים קשים כגון אנתרופולוגיה ביולוגית, מדעי הרוח, או מדעי החומר.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עם ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית ההדמיה, כעת ניתן לרכוש נתוני הדמיית רנטגן ברזולוציה גבוהה מאוד. מערכות מיקרו-CT (μCT) שולחניות הן התקן הנוכחי להדמיה מבטלת עצם בשל אופין הבלתי הרסני1. עם זאת, בעת הדמיה של תכונות מיקרו-מבניות של עצם קליפת המוח, השימוש במיקרו-טקט היה מוגבל יותר. בשל אילוצי רזולוציה, מערכות שולחן עבודה אינן יכולות להשיג את הרזולוציה הנדרשת כדי לצלם תכונות מיקרו-מבניות קטנות יותר מנקבוביות קליפת המוח, כגון לקונה אוסטאוציט. עבור יישום זה, SRμCT הוא אידיאלי בשל הרזולוציה הגדולה יותר של מערכות אלה1. לדוגמה, ניסויים במקור האור הקנדי (CLS) על קווי ההדמיה והטיפול הביו-רפואי (BMIT)2 יצרו תמונ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל הדגימות הגיעו מתורמים קדמיים חנוטים באוניברסיטת טולדו, המכללה לרפואה ומדעי החיים והאוניברסיטה הרפואית של צפון מזרח אוהיו (NEOMED), בהסכמה מדעת של התורם עצמם או קרובי המשפחה של התורם. ועדת הביקורת המוסדית של אוניברסיטת אקרון להגנה על נבדקים אנושיים (IRB) קבעה כי דגימות אלה פטורות מביקורת מלאה של IRB מכיוון שהן לא הושגו מאנשים חיים. מידע דמוגרפי כולל גיל, מין וסיבת מוות היה זמין לכל התורמים. האנשים שנבחרו לא תיעדו מצבים המשפיעים על העצמות ולא חשיפה למשטרי טיפול שאולי השפיעו על שיפוץ העצם בזמן המוות. דגימות עצם קליפת המוח התקבלו femora של זכרים ונקבות מודרניים cadaveric עם גילאים הנעים בין 19 ל 101 שנים של גיל (ממוצע = 73.9 שנים). מידשפט הירך נחקר בהרחבה כולל בדיקות ש....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

השיטה המתוארת של דגימת ליבה הוכיחה להיות יעיל מאוד ויעיל. דגימות Coring באמצעות פרוטוקול זה מותר עבור הרכש של >300 דגימות בגודל עקבי לניסויים על CLS BMIT-BM קרן2, עם FOV של ~ 2 מ"מ ב 1.49 מיקרומטר voxel גודל. כדי לאמת את העקביות של קוטר הליבה, שלוש מדידות נלקחו לאורך (למעלה, באמצע, למטה) של תת קבוצה של ליבות הירך השמאלית האנושית (n= 69). הקוטר הממוצע של הליבות היה 1.96 ± 0.11 מ"מ, והדילול הממוצע לאורך הליבה היה 0.06 ± 0.06 מ"מ/מ"מ כדי להדגיש את הישימות של חומרים מרוכבים קשים אחרים, ניס.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לא היה פרוטוקול מקיף ומתוקנן לרכש דגימות ליבת עצם קליפת המוח האחידת והגלינדרית להדמיית SRμCT ברזולוציה גבוהה עם הגדרות FOV מוגבלות. הפרוטוקול המפורט כאן ממלא את החלל הזה על ידי מתן הדרכה מקיפה לגבי איך להשיג דגימות ליבת עצם קליפת המוח בגודל עקבי עבור הדמיית SRμCT ואת ההדמיה המדויקת הבאים והפקת נתונים מיקרו-ארכיאולוגיים. הראינו שהפרוטוקול שלנו מספק שיטה מתוקננת ואמינה יותר לרכש ליבות עצם קליפת המוח מאשר תיאורים קודמים של חתך קוביות עצם מלבניות בממדים שרירותיים. לכן, חוקרים שהסתמכו על כלים סיבוביים כף יד (למשל, דרמל) כדי ל.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר המתואר במאמר זה בוצע במתקן BMIT במקור האור הקנדי, הנתמך על ידי קרן קנדה לחדשנות, מדעי הטבע ומועצת המחקר ההנדסי של קנדה, אוניברסיטת ססקצ'ואן, ממשלת ססקצ'ואן, גיוון כלכלי מערבי קנדה, מועצת המחקר הלאומית קנדה והמכונים הקנדיים לחקר הבריאות. המחברים רוצים להודות למדעני הקורה במקור האור הקנדי, ובמיוחד לאדם ווב, דניס מילר, סרגיי גאסילוב ונינג זו על הסיוע בהקמה ופתרון בעיות של מערכות המיקרוסקופ SkyScan SRμCT וקרן לבנה. ברצוננו גם להודות לבית דלזל מאוניברסיטת טולדו קולג' לרפואה ומדעי החיים ולד"ר ג'פרי וונסטופ מהאוניברסיטה הרפואית של צפון מזרח אוהיו על הגישה לדגימות קעורות למחקר זה. JM Andronowski נתמך באמצעות קרנות מחקר סטארט-אפ המסופקות על ידי אוניברסיטת אקרון ומכון לאומ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1-1/8 "צלילה חיתוך קרביד לחומרים מרוכביםלוחם6181228.6 מ"מ צלילה
70% אתנולפישר סיינטיפיקBP82015003.8 ליטר
מלקחיים קהים פישרסיינטיפיק10-300
צינורות צנטריפוגהThermoFisher55398
Crystalbond 509-3 אפוקסיטד פלה821-3
CTAnalyserBruker microCTv.1.15.4.0הורד והתקן ב
https://www.bruker.com/products/microtomography/micro-ct-software/3dsuite.html ערכת כלי שינייםאמזון787269885110
להב מסור יהלום לחומר מרוכבBuehler#11-4247
מקדחהטחנת סילון / מקדחה350017דגם: JMD-15, מכבשי מקדחה ספסליים הם תחליפים מתאימים, אך בדרך כלל חסרים שולחן מכונה הניתן לתרגום למיקום דגימות מתחת לגזע המקדחה
מלקחיים עדיניםפישר סיינטיפיק22-327379
מהדקי קיבוע לשולחן מכונת XY לטחנה/מקדחהMSC אספקה תעשייתית#04804571
שקופיות מיקרוסקופ זכוכיתטד פלה26005שקופיות 75x50 מ"מ, עובי 1 מ"מ
צ'אק שקופיות זכוכיתBuehler#112488גדול מספיק כדי להכיל שקופיות זכוכית בגודל 75x50 מ"מ
פלטה חמה המסוגלת להגיע ל-140 מעלות; CThermoScientificHP88850105
אינקובטורNAPCOדגם 4200
Isocutנוזל Buehler111193032של תכשיטן 30 מ"ל
Otto Frei#119.0502 מ"מ קוטר פנימי של סיבית ליבה גזע חלול
NReconBruker microCTv.1.6.10.2הורד והתקן ב https://www.bruker.com/products/microtomography.html
מסור מתנדנדHarbor Freight62866
כלי זכוכית בטוחים לתנורPyrex1117715מיכל אחסון מזון מזכוכית
מסור מדויק במהירות איטית (Isomet 1000)Buehler111280160
סכיני גילוח אמזון25181
פחיות אלומיניום רדודותאמזוןבקוטר B01MRWLD0R ~ 8 ס"מ
כוסות דגימהאמזון616784425436 885334344729
Tergazyme חומר ניקויAlconox1304-1קופסה 1.8 ק"ג
מנקה אולטרסאונדMTI CorporationKJ201508006
חומר סיכה; מקדח קידוח ליבת יהלום

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Andronowski, J. M., Crowder, C., Soto Martinez, M. Recent advancements in the analysis of bone microstructure: New dimensions in forensic anthropology. Forensic Sciences Research. 3 (4), 278-293 (2018).
  2. Wysokinski, T. W., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cortical Bone ProcurementSynchrotron Micro CTBone Core SamplingImage Processing GuideSectioning and CoringHigh Throughput AnalysisBone Specimen PreparationMicro CT Artifact ReductionCylindrical Bone SamplesBone Microarchitecture Analysis

Related Articles