Method Article

Руководство по секционной обработке, корингу и обработке изображений для закупок и анализа образцов высокой пропускной способности кортикальной кости для синхротронной микро-CT

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

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

Мы использовали геологический (коринг) протокол отбора проб для закупки образцов корковых костей одинакового размера для экспериментов SR-CT с переднего аспекта бедренной кости человека. Этот метод является минимально разрушительным, эффективным, приводит к цилиндрическим образцам, которые минимизируют артефакты изображений из нерегулярных форм образца и улучшают микроархитектурную визуализацию и анализ.

Abstract

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

Кость является динамичной и механически активной тканью, которая изменяется в структуре в течение всего срока службы человека. Продукты процесса ремоделирования костей были изучены с использованием традиционных двумерных методов. Недавние достижения в области технологии рентгеновской визуализации с помощью настольной микро-компьютерной томографии (КТ) и синхротронной радиационной микро-компьютерной томографии (СРЗКТ) позволили получить трехмерное (3D) сканирование трехмерного (3D) высокого разрешения более широкого поля зрения (FOV), чем другие методы 3D-изображения (например, SEM), обеспечивающие более полную картину микроскопических структур в человеческой кости. Образец должен быть точно по центру в FOV, однако, чтобы ограничить появление полос артефактов, как известно, влияние анализа данных. Предыдущие исследования сообщили о закупке неправильной формы ректилинейных блоков костей, которые приводят к визуализации артефактов из-за неравномерных краев или утончения изображения. Мы применили протокол геологической выборки (коринг) для закупки последовательно размера образцов коркового костного ядра для экспериментов SR-CT из переднего аспекта бедренной кости человека. Этот метод coring эффективен и минимально разрушительн к ткани. Он создает однородные цилиндрические образцы, которые уменьшают артефакты изображений по своей природе быть изометрическим во время вращения и обеспечивают единую длину пути для рентгеновских лучей во время сканирования. Обработка рентгеновских томографических данных образцов кора и неправильной формы подтверждает потенциал методики улучшения визуализации и анализа микроархитектуры корковой кости. Цель этого протокола заключается в предоставлении надежного и повторяемого метода для извлечения корковых костных ядер, который адаптируется для различных типов экспериментов по визуализации костей высокого разрешения. Главной целью работы является создание стандартизированной закупки корковых костей для SR-CT, которая является доступной, последовательной и простой. Эта процедура может быть дополнительно адаптирована исследователями в смежных областях, которые обычно оценивают твердые композитные материалы, такие как биологическая антропология, геонауки или материаловедения.

Introduction

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

С последними достижениями в области технологии визуализации, в настоящее время возможно получить рентгеновские данные изображения с очень высоким разрешением. Настольные микро-CT (КТ) системы являются текущим стандартом для изображения канцелятной кости из-за их неразрушающая природа1. Однако при визуализации микроструктурных особенностей корковой кости использование КТ было более ограниченным. Из-за ограничений разрешения настольные системы не могут достичь разрешения, необходимого для изображения микроструктурных объектов меньше корковых пор, таких как остеоциты лакуны. Для этого приложения, SR-CT идеально подходит из-за большего разрешения э....

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

Protocol

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

Все образцы были собраны у забальзамированного трупного донора в Университете Толедо, Колледже медицины и наук о жизни и Северо-Восточном Медицинском университете Огайо (NEOMED), с информированного согласия самого донора или ближайших родственников донора. Совет по институциональному обзору Университета Акрона по защите человеческих субъектов (IRB) счел, что эти образцы освобождены от полного обзора IRB, поскольку они не были приобретены у живых людей. Для всех доноров имеется демографическая информация, включая возраст, пол и причину смерти. Выбранные лица не имеют документально кости затрагивающих условиях, ни воздействие схем лечения, которые могут повлиять на кост....

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

Results

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

Описанный метод отбора проб ядер оказался высокоэффективным и эффективным. Образцы Coring, использующие этот протокол, позволяли засовывать образцы последовательного размера для экспериментов на луче CLS BMIT-BM2, с FOV в размере 2 мм при размере 1,49 мкм вокселя. Для проверки согласованности диаметра ядра было проведено три измерения по длине (вверху, середину, дно) подмножества передних бедренной кости человека(nNo69). Средний диаметр ядер составил 1,96 ± 0,11 мм, а среднее истончение п.......

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

Discussion

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

Не было никакого всеобъемлющего, стандартизированного протокола для закупки однородных и цилиндрических образцов корковой кости для изображения СРЗКТ высокого разрешения с ограниченными установками FOV. Протокол, подробно описанный здесь, заполняет эту пустоту, предоставляя всеобъемлющий учебник о том, как закупать последовательно размера образцов корковых костных ядер для визуализации SR-CT и последующей точной визуализации и извлечения микроархитектуральных данных. Мы показали, что наш протокол обеспечивает более станд.......

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

Disclosures

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

Авторов нечего раскрывать.

Acknowledgements

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

Исследования, описанные в настоящем документе, были проведены на объекте BMIT в Канадском источнике света, который поддерживается Канадским фондом инноваций, естественных наук и инженерных исследований Совета Канады, Университета Саскачевана, правительства Саскачевана, Западной экономической диверсификации Канады, Национального исследовательского совета Канады и Канадских институтов исследований в области здравоохранения. Авторы хотели бы поблагодарить ученых-лучей из Канадского источника света, в частности Адама Уэбба, Дениз Миллер, Сергея Гасилова и Нин Цу за помощь в настройке и устранении неполадок в системах SkyScan SR-CT и микроскопов белого луча. Мы также хотел....

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" погружной режущий карбид для композитовWarrior6181228,6 мм врезка
70% этанолFisher ScientificBP82015003,8 литра
Тупые щипцыFisher Scientific10-300
Центрифужные трубкиThermoFisher55398
Кристаллбонд 509-3 Эпоксидная смолаTed Pella821-3
CTAnalyserBruker microCTv.1.15.4.0Скачать и установить в https://www.bruker.com/products/microtomography/micro-ct-software/3dsuite.html
Набор стоматологических инструментовAmazon787269885110
Алмазное вафельное пиловое полотно для композитного материалаBuehler#11-4247
Сверлильный станок/сверлильный350017Модель: JMD-15, настольные сверлильные станки являются подходящими заменителями, но, как правило, не имеют переводимого машинного стола для размещения образцов под буровой штангой
Щипцы с тонкими наконечникамиFisher Scientific22-327379
Крепежные зажимы для XY машинный стол для фрезерного / сверлильного станкаMSC Industrial Supply#04804571
Предметные стекла для микроскопаTed Pella2600575x50 мм, толщина 1 мм
Патрон для стеклаBuehler#112488Достаточно большой, чтобы вместить стеклянные слайды 75x50 мм
Горячая плита, способная достигать 140 градусов; CThermoScientificHP88850105
инкубаторNAPCOМодель 4200
Isocut FluidBuehler111193032Lubricant; 30 мл
Ювелирное алмазное сверлоOtto Frei#119.050Внутренний диаметр 2 мм Долота для отбора керна
NReconBruker microCTv.1.6.10.2Скачать и установить в https://www.bruker.com/products/microtomography.html
Качающаяся пилаHarbor Freight62866
Безопасная для духовки стеклянная посудаPyrex1117715Стеклянный контейнер для хранения продуктов
Прецизионная тихоходная пила (Isomet 1000)Buehler111280160
Бритвенные лезвияAmazon25181
Неглубокие алюминиевые банкиАмазонкаB01MRWLD0R~8 см диаметром
Чашки для образцовAmazon616784425436 885334344729
Тергазиме моющее средствоAlconox1304-11,8 кг
коробка Ультразвуковой очистительMTI CorporationKJ201508006

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