조직 평가에 대한 자기 공명 Elastography 방법론은 구조 성장하는 기술

종종 샘플의 파괴를 초래하는 기존의 기계적 테스트 구조를 조작하는 것은 용납되지 않습니다. 이 방법은 미세한 자기 공명 탄성 조영술 또는 마이크로 MRE를 작은 연조직의 기계적 특성을 측정하기 위한 비침습적 기술로 사용합니다. 먼저 세포를 생체 재료 골격에 올려 조직을 생성합니다.

조직은 aros gel에 현탁되고 액추에이터의 끝이 gel에 배치됩니다. 그런 다음 액추에이터를 특성화하기 위해 모션이 샘플로 전송되고 레이저를 사용하여 감지됩니다. 도플러 바이터.

샘플과 액추에이터는 자석과 자기 공명으로 전달됩니다. 엘라스토그래피 이미지를 획득합니다. 결과 이미지의 분석은 골형성 및 지방형성 구조물 모두에 대한 순전한 강성의 변화를 보여줍니다.

우리는 이 기술에 대한 아이디어를 처음 가지고 있었고 질병 진단에 사용하기 위한 자기 레지던시 파형을 관찰하고 조직 공학으로 확장될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 기계적 테스트와 같은 다른 기존 기술에 비해 이 기술의 주요 장점은 MRI의 비침습적 기술을 조직의 주요 기계적 특성에 적용한다는 것입니다. 이 기술의 응용은 기계적 특성에 대한 지식이 뼈 및 연골 공학에서 의도된 용도에 적합하다는 것을 보장하기 때문에 조직 공학으로 확장됩니다.

이러한 방법은 조직 공학에 대한 귀중한 통찰력을 제공하지만 간 섬유증, 외상성 뇌 손상 또는 뇌암과 같은 다른 장기의 질병을 진단하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이 방법의 시각적 시연은 배우기 어려운 단계와 조직 공학 및 크기 리듬 이미징에 대한 사전 인식을 포함하기 때문에 매우 중요합니다. 가르스. 조직 구성 준비 과정은 세포 개체군 확장, 생체 재료 골격에 세포 파종 및 화학 신호 분자의 사용을 통한 분화의 세 가지 주요 단계로 구성됩니다.

세포주의 배양 및 확장 후 인간 중간엽 줄기 세포 또는 HMC를 뼈 형성을 위해 1 x 10의 밀도에서 1 밀리리터 당 6 개의 세포로 젤라틴 스폰지에 파종합니다. 약 3일 후, 세포는 분화를 유도하기 위해 골격에 합류하는 것처럼 보여야 합니다. 매체를 제거하고 지방 유도 매체로 교체하십시오.

그런 다음 3일 후에 섭씨 37도에서 5%의 이산화탄소로 세포를 배양합니다. 배지를 인간 재조합 인슐린의 밀리리터당 10마이크로그램을 함유하는 팽창 배지로 구성된 유지 배지로 교체하십시오. 24시간 동안 배양한 후 유지 관리 매체를 유도 매체로 교체하십시오.

이 주기를 세 번 반복합니다. 골형성을 유도하기 위해 그 후 4주 동안 2일마다 유지 배지를 교체하십시오. 연구 기간 동안 이틀에 한 번씩 새로운 골형성 배지로 교체하십시오.

여기서 연구는 4주 동안 진행되며 MRE는 매주 수행됩니다. 자기 공명 탄성 인쇄는 기계적 특성의 국소 값을 평가하기 위해 기계적 전단파의 전파에 의존합니다. 따라서 샘플을 준비하기 위해 piso 전기 액추에이터를 사용하여 관심 조직 내에서 이러한 기계적 진동을 생성하고 특성화해야 하며, 조직 배양액을 고체 베이스와 0.5% AGROS 젤 층을 포함하는 10mm 직경의 시험관으로 옮깁니다.

그런 다음 따뜻한 0.5 아크로 젤을 추가합니다. 그것을 둘러싸기 위해. 아그로스 젤을 5분 동안 굳힙니다.

실온에서 피소 전기 벤딩 모터의 끝을 젤 표면에 삽입합니다. 다음으로, 샘플이 들어 있는 튜브와 액추에이터를 단단한 지지대에 부착합니다. 레이저 도플러 기압계의 빔을 기계식 액추에이터의 끝을 향하게 합니다.

시스템의 위치를 조정하여 기압계에 표시되는 반사된 신호 강도를 최적화합니다. 반사를 최대화하려면 필요한 경우 반사 테이프를 사용하여 약 250미크론의 상당한 진폭을 가진 무해한 깎아지른 파동을 생성하도록 액추에이터를 설정합니다. 백색 잡음 신호와 함께 20V 피크 토프의 작동 전압을 사용하여 원하는 주파수 범위를 스윕하도록 함수 발생기를 설정합니다.

이 실험에서 원하는 주파수 범위는 20 - 2000Hz입니다. Polytech Rsof 프로그램에서 특성화된 스펙트럼을 보려면 속도 및 FFT 표시를 선택하십시오. 신호 캡처를 시작하고 스펙트럼의 피크를 기반으로 시스템의 공진 주파수를 식별합니다.

다음으로, 액추에이터의 편향을 측정하기 위해, 특성화된 공진 주파수에서 연속적인 정현파를 전달하도록 액추에이터를 설정합니다. 200 볼트의 작동 전압을 사용하여 피크 토프를 표시하고 액추에이터에 의해 젤 세트 섬유의 표면으로 전달되는 생성 된 변위를 표시하여 Y 축으로 변위가있는 FFT를 표시합니다. 액추에이터의 특성화가 완료되면 샘플과 액추에이터가 포함된 테스트 튜브를 10mm RF 코일의 슬롯에 넣고 샘플과 액추에이터를 MRI 스캐너 중앙에 놓습니다.

구성 위치를 식별하기 위한 스카우트 이미지를 획득합니다. 조직 구성물을 찾으면 획득을 위한 매개변수를 설정합니다. 일반적인 체외 시상 스캔의 반복 시간은 1000밀리초입니다.

20-40 밀리 초의 에코 시간, 0.5-1 밀리미터의 슬라이스 두께, 12 x 10 밀리미터 제곱의 시야, 1 28 x 1 28 픽셀의 매트릭스 크기. 엘라스토그래피 매개변수의 경우, 액추에이터 주파수를 레이저 도플러 바이터 특성화에 의해 결정된 값으로 설정합니다. 이 샘플의 경우 gradient amplitude가 50 gauss per centimeter이고 MRE delay가 0으로 설정된 하나의 bi pair가 필요합니다.

함수 발생기를 버스트 모드로 변경하고 주파수 및 사이클 수를 포함하여 엘라스토그래피 수집 파라미터의 파라미터와 일치하도록 함수 발생기의 파라미터를 조정합니다. 또한 함수 생성기가 외부에서 트리거되도록 설정합니다. 시상 이미지를 얻으려면 모션 민감도를 양의 슬라이스 방향으로 설정하고 획득 후 스캔을 시작합니다.

이미지를 확인하여 조직 구성체의 신호 품질을 평가합니다. 이미지가 너무 어둡게 보이면 MR 매개변수를 조정하고 다른 스캔을 획득합니다. 다음으로, 민감화를 음의 슬라이스 방향으로 변경합니다.

MRI 스캐너에서 MATLAB이 설치된 다른 컴퓨터로 파일을 전송하고, 전단파 전파를 묘사하는 이미지를 생성하기 위해 복잡한 분할을 수행할 MATLAB 프로그램을 실행합니다. 이미지에서 전단파의 존재 여부를 평가하고 위상 래핑 라인 프로파일과 같은 가능한 아티팩트를 플롯하여 파동의 품질과 진폭을 더 잘 평가할 수 있습니다. 래핑이 발생하면 그라디언트 진폭을 줄이고 다른 스캔을 획득합니다.

이미지를 조정할 필요가 없는 경우. 파라미터 배열 크기를 0초부터 특성화된 공진 주파수의 전체 주기까지 8개의 균일한 간격의 값으로 조정합니다. 이미지가 획득되면 positive 및 negative slice 방향 모두에서 스캔을 획득합니다.

순파(순파) 데이터와 샘플에서 전파되는 파동의 해당 동영상을 생성하도록 설계된 MATLAB 프로그램을 사용합니다. 이 파일은 기계적 특성을 추정하는 데 필요한 파일입니다. MRE의 마지막 단계는 깎아지른 파동 이미지에서 깎아지른 듯한 강성을 계산하는 것입니다.

먼저 3차원 데이터셋을 평가할 MATLAB 프로그램에 데이터를 배치하고, 시야각, 기울기, 진폭, 양극성 쌍 수를 포함한 이미징 파라미터를 지정하고, 코드를 실행합니다. 이 알고리즘을 사용하면 각 매개변수의 평균과 표준 편차가 계산되는 관심 영역을 선택할 수 있습니다. 조직 구성의 윤곽을 그려 관심 영역을 선택합니다.

선택한 관심 영역 내의 강성(stiffness), 저장(storage), 계수(modulus) 및 손실 계수(loss modulus)의 평균 및 표준 편차(mean and standard deviation)가 표시됩니다. 이 프로그램은 또한 복구 충실도를 추정하는 데 도움이 되는 필터 후 파동, 방향 후 파동 필터링 및 라인 프로파일을 포함한 중간 결과를 제공합니다. 정확한 추정을 위해서는 필터링된 파동이 매끄러워야 합니다.

특정 관심 영역에 있는 매개변수의 표준 편차는 필요한 경우 계산 품질의 지표이기도 하며, 필요에 따라 다른 매개변수를 조정하여 기계적 특성의 정확한 값을 얻고 엔지니어링 구조물의 기계적 특성 변화를 관찰합니다. MRE 검사는 4주에 걸쳐 적용되었습니다. 이 구조체 개발 맵은 문자 A로 표시되는 adipogenec과 문자 O 구조체로 표시된 osteogenic을 해당 크기 이미지, 순파동 이미지, ELA 및 평균 전단 강성과 함께 보여줍니다.

ELA의 색상 맵은 막대의 색 구성표와 일치합니다. 차트와 오차 막대는 각 구성 관심 영역 내의 표준 편차를 나타냅니다. 시간이 지남에 따라 addipogenic 구조체는 덜 뻣뻣해졌으며 이는 지방 조직과 유사한 특성을 나타냅니다.

유사하게, 골형성 구조물은 4주 동안 더 뻣뻣해졌는데, 이는 뼈와 같은 분화를 나타냅니다.일단 숙달되면 이 기술은 적절하게 수행되면 약 2시간 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 이 절차에 따라 액추에이터를 완전히 특성화하는 것이 중요합니다. 생화학적 분석 및 조직학과 같은 방법을 사용하여 광물 침전의 확인과 같은 질문에 답할 수 있습니다.

인간 세포 물질 및 MRI로 작업할 때 매우 위험할 수 있으며 적절한 BL 2 및 MRI를 인식할 수 있다는 것을 잊지 마십시오. 이러한 절차를 수행하는 동안 예방 조치를 취해야 합니다.