Abstract
Bakgrunn
Å sammenligne destruktiv in vivo og ex vivo mikro computertomografi (μCT) og ex vivo dual-energi-X-ray-absorpsjonsmetri (DXA) i karakter mineralisert kortikalt og trabekulært ben respons til prostata kreft involverer skjelettet i en musemodell.
metodikk /hovedfunnene
i vivo μCT ble utført før og 10 uker etter implantasjon av menneskelige prostata kreft celler (MDA -PCa-2b) eller kjøretøy i SCID-mus lårben. Etter reseksjon ble lårben fotografert av ikke-destruktiv ex vivo prøven μCT på tre voxel størrelser (31 μ, 16 um, 8 μ) og DXA, og deretter seksjonert for histomorphometric analyse av mineralisert bein. Benmineraltetthet (BMD), trabekulære parametre (nummer, TBN, separasjon, ss, tykkelse, TbTh) og mineralisert bein volum /totalt beinvolum (BV /TV) ble sammenlignet og korrelert blant avbildningsmetoder og histomorfometri. Statistiske tester ble betraktet som signifikant dersom P 0,05. Ti uker etter vaksinasjon, økt diafysile BMD i femur med svulst i forhold til det motsatte femur av alle modaliteter (p 0,005, n = 11). Diafysile BMD ved in vivo μCT korrelert med ex vivo 31 og 16 mikrometer μCT og histomorfometri BV /TV (r = 0,91 til 0,94, P 0,001, n = 11). DXA BMD korrelert mindre med benhistomorfometri (r = 0,73, P 0,001, n = 11) og DXA ikke skille trabeklene fra cortex. Ved in vivo og ex vivo μCT, redusert trabekulær BMD (P 0,05, n = 11) i motsetning til den cortex. I motsetning BMD, trabekulære morfologiske parametere var terskelen avhengig og ved bruk av «fast-optimale-terskler,» alle unntatt TbTh demonstrert trabekulært tap med svulst og korrelert med histomorfometri (r = 0,73 til 0,90, P 0,05, n = 11).
Konklusjon /Betydning
Prostatakreft involverer skjelettet kan lokke fram en rekke bein svar at ulikt påvirker cortex i forhold til trabeklene og som kan kvantifiseres invasivt in vivo og destruktivt ex vivo.
Citation: Ravoori M, Czaplinska AJ, Sikes C, Han L, Johnson EM, Qiao W, et al. (2010) Kvantifisering av mineralisert Bone Response til prostatakreft ved invasiv In Vivo μCT og ikke-destruktiv Ex Vivo μCT og DXA i en musemodell. PLoS ONE 5 (3): e9854. doi: 10,1371 /journal.pone.0009854
Redaktør: Eric J. Bernhard, National Cancer Institute, USA
mottatt: 03.11.2009; Godkjent: 04.02.2010; Publisert: 29 mars 2010
Copyright: © 2010 Ravoori et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av National Institutes of Health /National Cancer Institute P50 CA090270, University of Texas MD Anderson Cancer Center Prostate Cancer Research Program, UT MDACC Kjerne gi P30CA16672 og John S. Dunn, Sr., Distinguished Chair i Diagnostic Radiology. Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
prostata kreft er den hyppigst diagnostisert visceral kreft og den nest vanligste årsaken til kreftrelaterte dødsfall blant amerikanske menn [1], [2]. Den har en tilbøyelighet til å metastasere til ben [3], [4]; og, dette antas å skyldes ikke bare til passive hemodynamiske faktorer, men også mikromiljøet i benmargen [5] – [7]. Det er et samspill mellom tumor og vert ben, med hver påvirker den andre. Fordi prognosen for pasienter med prostatakreft forverres merkbart når sykdommen rømming kjertelen blir større forståelse av samspillet mellom prostatakreft med bein nødvendig. Men fremgang i slik forskning har vært begrenset av behovet for ikke-destruktiv, kvantitative avbildningsmetoder
På grunn av den lave nivåer av benmetastaser med prostatakreft modeller [8] -. [15], teknikker for direkte injeksjon i ben er blitt etablert [16] – [19]. Ved hjelp av en slik musemodell, har vi tidligere vist at prostatakreft byrde som involverer bein kan kvantifiseres ved hjelp av MR [20]. Evnen til ikke-destruktiv bilde mineralisert bein i høy oppløsning under kontrollerte eksperimentelle forhold i dyremodeller [21], [22] er også nødvendig. For små dyr, mikro-CT (μCT), som har romlig oppløsning i størrelsesorden mikron, kan anvendes. Med bruk av nyere generasjon klinisk CT skannere, romlig og tidsmessig oppløsning har kontinuerlig forbedret, vil foreslå vurdering av trabeculae snart være mulig med kliniske skannere. Således er kunnskap om kritiske parametre for slik vurdering er nødvendig.
Dual-energy x-ray absorptiometry (DXA) blir ofte brukt klinisk for å måle benmineraldensiteten BMD [23], [24]. Imidlertid gir 2D DXA forholdsvis lav romlig oppløsning i forhold til μCT og skiller ikke trabeculae. Benhistomorfometri kan brukes til å vurdere trabekulært strukturen i dyr, men det er invasiv, ødeleggende, samt arbeids- og tidkrevende.
μCT gir tredimensjonale (3D) representasjoner av bein og er nå tilgjengelig på ulike oppløsninger [25]. Men virkningen av terskel på brutto tiltak som BMD og morfologiske trabekulære parametre er foreløpig uklart. Mest μCT arbeid har benyttet automatiske Terskelverdier teknikker som normaliserer til beintetthet innenfor regionen av interesse, men tettheten kan bli endret i patologiske tilstander som osteopeni, og mer så med lokalisert sykdom slik som prostatakreft. Vi antok at faste «optimale terskler» ville være bedre enn vanlig brukt «automatiske terskler», som varierer etter hvert objekt undersøkt, i en kvantifisering trabekulært respons på prostatakreft. Med lokalisert sykdom, hypotese vi at effekten av prostata svulst på trabekulært-mineralisert bein kan variere fra mineralisert corticalbenet siden kreft generelt første innebærer margen. En slik evaluering kan gis av den tredimensjonale natur μCT. Siden μCT kan også utføres en ikke-invasiv in vivo, er det ønskelig fordi det muliggjør langsgående studier av responsen av mineralisert ben til prostatakreft; men det vanligvis gir mindre romlig oppløsning enn ex vivo μCT; Derfor blir sammenlignet med ex vivo analyser er nødvendig.
Vi sammenlignet evnen til in vivo μCT, ex vivo prøven μCT, og ex vivo DXA å karakter mineralisert cortex og trabeculae i en musemodell av prostata kreft som involverer ben.
Materialer og metoder
1,1. Cell Culture
MDA-PCA-2b menneskelige prostata kreft celler ble dyrket [20] i BRFF-HPC1 medium (biologisk forskning fakultet og Facility, Athena Environmental Services, Baltimore, MD, USA) supplert med 20% føtalt bovint serum (Life Technologies, Inc., Gaithersburg, MD, USA), 91 U /ml penicillin, 91 ug /ml streptomycin, og 2 mM glutamin. MDA-PCa-2b-celler har vist seg å innpode i marghulen av bein, for å være responsive hormonelt, og for å fremstille prostata-spesifikt antigen [26] – [29]
1,2.. Dyr
Åtte uker gammel mann alvorlig kombinert immunsvikt (SCID) mus (n = 14) ble kjøpt fra Charles River Laboratories (Wilmington, MA, USA) og holder til i spesifikt patogenfrie forhold. De ble tatt hånd om i henhold til retningslinjer fastsatt av Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care og USA Public Health Service politikk på Humane Stell og bruk av forsøksdyr. The University of Texas M. D. Anderson Cancer Center Institutional Animal Care og bruk komité godkjente alle studier.
1,3. In vivo studier
For in vivo imaging-prosedyrer, ble SCID mus bedøvet ved inhalasjon av 2% isofluran. Den lårben (n = 14 mus) ble først skannet ved bruk av in vivo μCT som beskrevet nedenfor. Etter at basislinje avbildning, 5 x 10
5 MDA-PCA-2b-celler [26], [29] i 5 ul vekstmedium ble injisert inn i den distale epiphysis av den høyre femur fra hver mus [26], [29] . Den distale epiphysis av den kontralaterale femur ble injisert med 5 pl bærer (fosfatbufferoppløsning (PBS)) for å tjene som en kontroll. Tre mus døde umiddelbart etter tumorinjeksjon.
Ti uker etter tumor-inokulering, ble lårben igjen avbildet in vivo ved μCT (n = 11). Dyrene ble avlivet og lårben ble fjernet. Den disarticulated lårben uten muskel ble fiksert i formalin og lagret i 10% etanol for ex vivo prøven μCT og ex vivo DXA. De lårben ble deretter behandlet for benhistomorfometri.
1,4. In vivo μCT
For in vivo skanner, ble SCID mus avbildes liggende ved hjelp av en μCT skanner på en 91-mikrometer isotrope voxel størrelse (modell RS-9, General Electric Medical, London, Ontario, Canada). Skanneren har en fast wolfram anode med et fokuspunktstørrelse på 50 x 30 mikrometer. Bilder av lårben ble kjøpt til en isotrop voxel størrelse på 91 × 91 × 91 mikrometer ved hjelp av følgende skanneparametrene:. 80 KVP, 450 uA, 100 msek per ramme, og 3 bilder per view
En kalibreringsstandard ble plassert i felt-av-scan sikte på å muliggjøre omdannelse av Hounsfield-enheter (HU) i BMD verdier. MicroView programvare (versjon: 2.1.1; General Electric Medical) ble brukt til å vise bildene og beregne BMD (i mg /cm
3) for hver femoral diaphysis. For denne beregningen, ble en standard målesylinder (2,5 x 2,5 x 5 mm) som er plassert slik at dens nederste var 1,5 mm over beinvekstplaten. BMD ble beregnet for høyre og venstre lårben, og den absolutte forskjell i BMD verdier mellom høyre og venstre lårben ble bestemt. En annen sylinder (1,5 x 1,5 x 0,6 mm) ble sentrert i alle tre plan innenfor metafyse (unntatt kortikalt ben) med bunnen i begynnelsen av vekstplaten for måling av BMD og trabekulært morfometriske parametere. Disse parametrene (TBN, antall trabeculae /mm, ss, trabekulært separasjon /mm; TbTh, trabekulært tykkelse /mm, og BV /TV, mineralisert bein volum per totale beinvolum /%) ble målt ved faste terskler og automatiske terskler ( med verdier bestemt av programvaren) av mineralisert bein. Den BMD, TbTh, TBN, ss, og BV /TV oppnås ved μCT var korrelert med verdiene oppnådd ved benhistomorfometri. «Optimal terskel» ble definert som den terskel som resulterte i maksimale korrelasjon mellom det trabeklære parameter ved μCT og at ved benhistomorfometri.
1,5. Ex vivo prøven μCT
Ex vivo prøven μCT av samme lårben ble utført ved hjelp av 31-mikrometer, 16-mikrometer, og 8-mikrometer voxel størrelse på en Utforsk Locus SP preklinisk prøven scanner (General Electric Medical). Denne skanneren har en kjegle-bjelke volum CT system som bruker en tungsten kilde X-ray tube opererer på 80 kV og 80 uA. Objektet i skanneren roteres i trinn på 0,4 grader på en holder mellom røntgenkilde og CCD-basert detektor. Hver bein prøven kreves ca 4 timer for datainnsamling. Etter råbilder ble normalisert og defekte detektor piksler ble korrigert, ble en speider volum med lav oppløsning rekonstruert ved hjelp av en modifikasjon av metoden som brukes av Feldkamp et al. [25] Speideren volumet ble brukt til å velge koordinatene for en distal femur volum av interesse, som ble rekonstruert i 31-mikrometer, 16-mikrometer, og 8-mikrometer isotrope voxels. Bildene ble sett og analysert for BMD, TbTh, TBN, ss, og BV /TV med MicroView programmet som beskrevet ovenfor. Vi har også fått maksimal grå-skala fast terskelverdier for både diaphysis og metafyse av hver femur. På grunn av sin begrensede synsfelt, 8-mikrometer oppkjøpet dekket bare metafysært.
1,6. DXA
matchede venstre og høyre femur parene fra de 11 SCID-mus ble skannet ex vivo i en sagittal plan ved hjelp av en DXA skanner (Norland Medical Systems, Inc., New York, NY USA). En rektangulær (2,5 × 5 mm) region av interesse som omfattet diaphysis ble plassert over hver femur å oppnå BMD (i g /cm
2). Fordi trabeklene var ikke skilles fra kortikalt ben, ble trabeklene ikke analysert med DXA.
1,7. Benhistomorfometri
Representative 5-mikrometer tykke sagittal seksjoner gjennom hele bredden av lårbenet ble oppnådd ved tre forskjellige nivåer (høyre, midten, og venstre) for benhistomorfometri målinger. De tre histologiske snitt per femur ble analysert etter Von Kossa farging for mineralisert bein [25]. Kortikal tykkelse ble visuelt vurdert og sammenlignet med visuelle vurderinger av μCT, DXA, og Histomorfometri data. Ved hjelp av en trabekulært analysesystem (Osteometrics, TAS, versjon 20.8, Atlanta, GA, USA), bildene innhentet fra sagittal seksjonene ble vist, og et rektangulært område av interesse ble plassert over hver femur diaphysis (2,5 × 5 mm) eller metafyse (1,5 x 0,6 mm) for å måle TbTh, TBN, ss, og BV /TV. Mineralisert ben ble beregnet i forhold til BV /TV, som beskrevet ovenfor. Care ble tatt for å matche størrelsen og plasseringen av den rektangulære regionen av interesse med størrelsen og plasseringen av den sylindriske regionen brukt i MicroView program for å evaluere μCT datasett.
1,8. Statistisk analyse
Lineær regresjon ble utført for å analysere sammenhenger mellom verdier hentet fra in vivo og ex vivo μCT, DXA og benhistomorfometri studier ved hjelp av Excel-programvare (2003 SP2, Microsoft, Bellevue, WA, USA). T-test (tosidig) ble brukt for å sammenligne verdier mellom høyre og venstre lårben. Pearsons korrelasjonskoeffisient ble beregnet for forskjeller mellom bildeteknikker, og Fisher Z transformasjon av korrelasjonskoeffisient ble ansatt ved hjelp av SAS programvare (SAS Institute, Cary, NC, USA). For alle tester, P ble 0,05 ansett som signifikant
Resultater
2,1.. Endring i diafysile BMD med prostatakreft Involvering
Kvalitativt in vivo μCT viste ingen synlig forskjell i kortikal tykkelse mellom venstre og høyre lårben før svulst injeksjon; mens, ble diafysile kortikale fortykningsmidler og trabekulære endringer noteres ved hjelp av in vivo og ex vivo μCT 10 uker etter inokulering av høyre femur med prostata kreftcellene, men ikke kontroll venstre femur injisert med bærer (figur 1). Kvantitativt (figur 2), var det ingen forskjell i BMD mellom de venstre og høyre femorale diaphyses før tumor injeksjon av in vivo μCT. Gjennomsnittlig absolutt forskjell (MAD) i BMD mellom høyre og venstre femoral diaphyses var 6,9 ± 4,3 mg /cm
3. Ti uker etter tumor-inokulering, den BMD i lårben med tumorer øket (P 0,003), med en MAD av 65,91 ± 57,6 mg /cm
3. Resultatene var konkordant mellom in vivo μCT og ex vivo prøven μCT med voxel størrelser av 31-mikrometer (P 0,005, n = 11, MAD = 182,9 ± 168,7 mg /cm
3) og 16 mikrometer (P 0,005, n = 11, MAD = 167,5 ± 163,4 mg /cm
3). Variasjonene i standardavvik skyldes biologiske forskjeller i tumorvekst og vertsrespons i enkelte dyr, men likevel signifikante forskjeller (P 0,01) ble notert. Representative bilder viser at alle metoder (in vivo μCT på 91 um voxel størrelse, ex vivo prøven μCT ved 31, 16, og 8-um voxel størrelser, DXA, og benhistomorfometri) viste vert ben respons på prostatakreft (Figur 3) inkludert kortikal fortykkelse av diaphysis (P 0,01, n = 11, ved 91, 31, og 16-um voxel størrelse CT, DXA, og benhistomorfometri, figur 2 og data ikke vist). Men DXA ikke skille trabekulært endring, mens μCT og benhistomorfometri gjorde.
Sagittal in vivo langsgående μCT skanninger oppnådd ved 91 mikrometer voxel størrelse før og 10 uker etter (A) intrafemoral injeksjon av kjøretøy kontroll ( venstre bilder) eller MDA-PCA-2b menneskelige prostata kreft celler (høyre bilde) viser kortikal fortykkelse (pil) i lårben inneholder svulster. Ex vivo-prøven μCT skanninger av utskåret lårben ved voxel størrelser på 31-um (B), 16-um (C), og 8-um (D) viser også kortikale fortykning av høyre femur med tumor. Ved voxel størrelse 8-um, ble bare den distale del av lårbenet dekket av skanninger.
diafysile BMD ble målt i begge lårben ved in vivo μCT før injeksjon (A) og 10 uker etter injeksjon (B) på bilen (venstre lårben) eller prostata kreft celler (høyre lårben), og deretter ved ex vivo prøven μCT på 31 mikrometer (C) og 16 mikrometer (D) voxel størrelser.
sagittal in vivo μCT og ex vivo eksemplar μCT bilder av lårben 10 uker etter injeksjon av kjøretøy (venstre) eller prostata kreft celler (høyre). (A) In vivo μCT (91-mikrometer voxel størrelse); (B) ex vivo prøven μCT på 31-mikrometer, 16-mikrometer, og 8-mikrometer voxel størrelser; (C) ex vivo dobbel-energi X-ray absorptiometry (DXA); og (D) benhistomorfometri bilder blir presentert. L, venstre lårben; R, høyre femur med svulst; arrow, kortikal jevning.
2,2. Korrelasjon av diafysile BMD verdier oppnådd ved in vivo og ex vivo μCT, Ex Vivo DXA, og benhistomorfometri
Det var høy korrelasjon av diafysile in vivo μCT BMD og ex vivo μCT BMD og BMD blant ex vivo μCT på 31 -μm- og 16-um-voxel størrelse (figur 4, tabell 1). Til sammenligning BMD korrelert moderat mellom DXA og in vivo μCT, eller ex vivo μCT (figur 4, tabell 1).
(A) In vivo μCT på 91-nm vs ex vivo μCT på 31-mikrometer voxel størrelse. (B) In vivo μCT på 91-nm vs ex vivo μCT på 16-mikrometer voxel størrelse. (C) In vivo μCT på 91-nm vs ex vivo DXA. (D) Ex vivo μCT på 16-nm vs ex vivo DXA.
diafysile BMD ved in vivo μCT eller ex vivo μCT på 31-μm- eller 16-mikrometer-voxel størrelse korrelert sterkt med BV /TV ved benhistomorfometri (Figur 5, Tabell 1). Til sammenligning DXA BMD korrelert moderat med benhistomorfometri BV /TV (Figur 5, tabell 1). I tillegg er de korrelasjoner mellom in vivo og ex vivo μCT μCT, på 31-um eller 16-um, var høyere enn de som er mellom DXA og ex vivo μCT, på 31-um eller 16 um (tabell 1).
I vivo μCT (91-mikrometer, A), ex vivo prøven μCT (31-mikrometer, B; 16-mikrometer, C), og DXA (D) målinger av beinmineraltetthet (BMD) korrelerer med histomorphometric målinger av mineralisert bein volum /totalt beinvolum (BV /TV).
2,3. Metaphyseal Parametere og Fixed Threshold
Fordi trabeklene ble plassert hovedsakelig i metafysært, vi fokusert på metafysært for trabekulære vurderinger. Vi sammenlignet trabekulære BMD og morfometriske parametere som oppnås ved in vivo eller ex vivo μCT på ulike terskler med benhistomorfometri. Thresholding påvirket ikke trabekulær BMD innhentet ved hjelp av in vivo eller ex vivo μCT, men påvirker μCT-avledet morfometriske parametere som TBN, BV /TV, ss (Figur 6, tabell 2 og 3), og TbTh (tabell 2 og 3) . μCT utføres ved hver voxel størrelse hadde enkelte snevre områder for beste terskler for maksimal korrelasjon på trabekulære parametere i forhold til benhistomorfometri og disse trange områder overlappet for TBN, BV /TV, og ss. På alle vokselver størrelser og terskler, gjorde μCT-avledet TbTh ikke korrelerer godt med TbTh av benhistomorfometri (r 0,17, P 0,47, n = 11)., Trolig fordi den lille størrelsen på trabeculae forårsaket volum gjennomsnitts gjenstander
Variasjoner i korrelasjonskoeffisient (r) for metaphyseal beinmineraltetthet (BMD, A), trabekulært nummer (TBN, B) benvolum tetthet (BV /TV, C), og trabekulært separasjon (ss, D) ved μCT på forskjellige terskler og benhistomorfometri. Innfellinger: med optimale terskler, in vivo μCT på 91-mikrometer voxel størrelse viser signifikante forskjeller i metaphyseal BMD (BMD, A), TBN (TBN, B) BV /TV (BV /TV, C), og ss (ss, D ) mellom venstre og høyre lårben 10 uker etter tumorinokulasjon.
den automatiske terskel eller maksimalt grå-skala terskel vanligvis ikke returnere optimal terskel (tabell 2). Den automatiske terskel varierte 550-975 HU i venstre lårben og 350-1250 HU i den høyre lårben, og verdiene som varierte mellom dyr og voxel størrelser. Tilsvarende maksimal grå-skala terskelverdiene varierte 706-855 HU i venstre lårben og 744-915 HU i riktig lårben, og disse verdiene varierte også mellom dyr og voxel størrelser. Sammenhenger mellom μCT og histomorphometric TBN, BV /TV, og ss verdiene var høyere ved hjelp av faste optimale terskler for å bruke automatiske terskler (tabell 2). Trabekulært parametre (TBN, BV /TV ss) utledet med optimale terskler korrelerte blant in vivo og ex vivo μCT (tabell 4), og blant in vivo eller ex vivo μCT og histomorfometri (tabell 2). Selv om vi ikke finner gode korrelasjoner mellom TbTh verdier oppnådd ved μCT og benhistomorfometri, TbTh korrelert moderat mellom in vivo og ex vivo μCT på 16, 31, eller 8-mikrometer voxel størrelser, og blant ex vivo μCT på tre voxel størrelser ( tabell 4). Derfor brukte vi faste optimale terskler på ulike vokselver størrelser å sammenligne trabekulære parametere på μCT med de på benhistomorfometri.
2,4. BMD av trabeculae av metafyse
In vivo og ex vivo μCT viste nedgang i BMD i metafysile trabeculae i lårben med tumorer sammenlignet med kontroll lårben til enhver voxel størrelser (P 0,05, n = 11, figur 6A, tabell 3). Den BMD av trabeklene på metafysene var sterkt korrelert mellom in vivo μCT og ex vivo μCT på alle vokselver størrelser (tabell 1).
2,5. Morfometrisk trabekulært Parametere
trabeculae først bedre definert med avtagende voxel størrelse på μCT, og trabekulært tynning, fortykning, og tapet kan bli identifisert (figur 1 og 3). Med automatiske eller optimalisert terskler, korrelasjoner av trabekulære parametere ved μCT og benhistomorfometri tendert mot å øke som voxel størrelse redusert fra 91 pm til 8 pm (tabell 2), men sammenhengene var lav (data ikke vist). Ti uker etter vaksinasjonen, var en betydelig forskjell i alle trabekulære parametre unntatt TbTh sett mellom venstre og høyre lårben på in vivo μCT og ex vivo μCT på alle vokselver størrelser ved hjelp av optimal terskelverdier, konkordant med histomorfometri. Hadde nedsatt TBN og BV /TV, og økning i ss i lårben med tumorer sammenlignet med kontroll lårben hos in vivo μCT eller ex vivo μCT til enhver voxel størrelser (figur 6B, C og D innfellinger, tabell 3) ved hjelp av optimal terskelverdier, i samsvar med overordnede trabekulært tap. Dette ble ikke sett med automatisk terskling for TBN og BV /TV ved in vivo μCT eller ex vivo på 31 mikrometer eller med ss av in vivo eller ex vivo μCT til enhver voxel størrelse; dette resultatet viser viktigheten av å bruke fast optimal terskelverdier i stedet for automatisk terskel. Fast optimal thresholding vist at prostata kreft involverer bein endret trabekulært morfologi.
Diskusjoner
Prostatakreft involverer skjelettet resulterer i en rekke bein reaksjon som kan kvantifiseres ved in vivo og ex vivo μCT i en musemodell. Selv om det var heterogenitet i trabeklene rammet av kreft (med tynning, fortykning, og tap), totalt var det trabekulære tap i lårben med tumor som eksemplifisert ved redusert TBN, BV /TV, og BMD, samt økt ss; i motsetning til dette diafysile cortex fortykket. I tillegg til effekten av vekstfaktorer, data med den nåværende musemodellen antyder at en sannsynlig mekanisme for funnene er tumor-indusert tap av trabekulært ben som fører til både en trabeklære ben reaksjon og kortikale fortykning for å stabilisere tapet av mekaniske styrke bein. Dette kan bli ytterligere testet i fremtidige studier. Resultatene tyder også på at det er viktig å vurdere både kortikalt ben og trabekulært ben, siden disse kan være uharmoniske, spesielt i kreft. Dette tyder på at det vil bli viktig å evaluere trabekulære parametere som romlig oppløsning på klinisk CT øker i en grad som gjør at en slik vurdering
Vi har sammenlignet evnene til tre avbildningsmetoder for å vurdere bein respons på svulsten. In vivo μCT , ex vivo prøven μCT og ex vivo DXA. Alle tre avbildningsmetoder var i stand til å skille BMD i diaphyses, som hovedsakelig består av kortikalt bein, av lårben med svulster. Sammenlignet med μCT-avledede BMD, DXA-avledede BMD hadde en lavere koeffisient for korrelasjon med benhistomorfometri. Dette stemmer overens med funn av Barou et al. som også bemerket lavere korrelasjon mellom DXA og benhistomorfometri i en rottemodell [23]. I tillegg DXA var ute av stand til å skille kortikale ben fra trabeklære ben, mens μCT kunne. En begrensning av ex vivo μCT på voxel størrelse 8-mikrometer var det lite synsfelt som resulterte i evalueringen av bare metafysært. Det kreves også en relativt lengre regnetid. Ex vivo μCT på 31 eller 16 mikrometer voxel tillatt størrelse avbildning av hele lårbenet. Med økende oppløsning, noterte vi en tendens mot høyere korrelasjon av trabekulære parametre med histomorfometri, men tendensen var ikke statistisk signifikant. Overraskende, selv med forholdsvis lav romlig oppløsning, trabekulære parametere kan bli bestemt ved in vivo μCT således muliggjør langsgående vurdering. Dette tyder på at in vivo μCT kan anvendes for å evaluere endringer i mineralisert bentetthet og trabekulært arkitektur over tid, noe som kan være forårsaket av sykdom eller terapi, for eksempel i dyremodeller. In vivo μCT og ex vivo μCT kvantifisert BMD av hjernebarken og trabeklene godt. I sammenligne ulike bildediagnostikk /maskiner for å vurdere BMD, er det ofte nødvendig å legge til en korreksjonsfaktor [30]. BMD bestemt ved ex vivo μCT var 2,2 ganger høyere enn den BMD bestemmes ved in vivo μCT og fordi korrelasjonen mellom disse modaliteter var høy, kan en korreksjonsfaktor på 2,2 anvendes når man sammenligner in vivo μCT BMD med ex vivo μCT BMD.
I vivo eller ex vivo μCT trabekulært morfometriske parametere (TBN, ss, og BV /TV) korrelert godt med benhistomorfometri. De fleste μCT studier av bein har brukt prøver fra rotter [21], [23], [31] eller mennesker [32] – [34], som har større bein og trabeklene enn mus. På grunn av forskjeller i størrelse mellom arter, bør voxel størrelse tas i betraktning. Muller et al. [35] funnet høye korrelasjoner for BV /TV (r = 0,91) og ss (r = 0,91) av menneskelige bein biopsiprøver av 14-mikrometer 3D μCT og histomorfometri. For BV /TV, TBN, og TbTh av menneskelig ilium, Uchiyama, et al. [36] rapporterte korrelasjon av r = 0,95, 0,75, 0,86, henholdsvis, å sammenligne 2D μCT (romlig oppløsning, 26-um) og benhistomorfometri. For BV /TV, TBN, ss, og TbTh av menneskelig ryggvirvler, Peyrin et al. bemerket høy korrelasjon (r 0,93) mellom 6,6 mikrometer Synchrotron CT og histomorfometri [33]. Vi fant også at TbTh avledet fra in vivo μCT moderat korrelert med ex vivo μCT på alle vokselver størrelser; imidlertid, ble det observert dårlig korrelasjon mellom TbTh ved benhistomorfometri og ved in vivo eller ex vivo μCT. Dette kan skyldes flere faktorer, inkludert volumet gjennomsnittsberegning av den lille musen trabeklene [37], [38] og prøvetaking feil, ettersom bare tre bein skiver (høyre, midten, og venstre sagittalplan /fermur) per femur ble vurdert av benhistomorfometri og bentap i metafysært var expectedly inhomogen i svulsten modell. Korrelasjoner av TbTh var høyere blant μCT metoder. Ved hjelp av en rottemodell uten bruk osteoporose, Barou, et al. [23] fant dårlig korrelasjon for TbTh av μCT versus benhistomorfometri og foreslo at 3D- μCT kan være mer følsomme enn histomorfometri påvise endringer i BMD og trabeklene.
I motsetning til vurderingen av BMD, hvor thresholding var ikke en faktor, valg av terskel betydelig påvirket vurderingen av trabekulære morfometriske parametere. Automatisk thresholding og maksimal grå-skala thresholding ført til variasjon i morfometriske verdier mellom dyr og lårben med og uten svulster. Videre verken korrelert godt med trabekulære parametere som vurderes av histomorfometri. Til sammenligning ble korrelasjoner av morfometriske trabekulære parametere (TBN, BV /TV og ss) ved histomorfometri med μCT høy ved bruk av en fast «optimal terskel». Vi fant ut at μCT på hver voxel størrelse hadde en egen «optimal» fast terskel. Så vidt vi vet, har disse funnene ikke blitt rapportert tidligere. Støtte til våre data, Ruegsegger et al. [32], [37] viste i en human hoftekam biopsi prøvemodell som en 10% endring i terskelen resulterte i en 5% forandring i BV /TV ved hjelp av 28 um CT. Bouxsein et al. [39] beskrevet trabekulære og kortikale bein endringer av innavlede stammer av mus ved bruk μCT med en terskel på 22% av maksimal grå-skala verdi for ryggvirvler og tibia og 30% for mid-lår kortikalt ben. I dagens innstilling, fant vi at maksimal grå skalaen kan variere og kan ikke overlapper med «optimale terskler», spesielt når svulst er til stede. Bruke automatisk thresholding, forskjeller mellom morfologiske trabekulære parametere var vanskelig å skille mellom lårben med og uten tumor; mens slike forskjeller ble tydelig satt pris på å bruke «optimale» faste terskler og ved benhistomorfometri. Derfor tyder våre data på at bruk av faste optimale terskler er viktig for å oppnå robuste trabekulært morfometrisk parameterverdier.
Resultatene fra denne studien bruker μCT å kvantitativt karakter mineralisert komponent muse lårben kan være aktuelt for andre studier av bein i små dyr og mennesker. For eksempel kan en vurdere ben respons på strategier rettet mot forhindring eller behandling av prostata skjelettmetastaser, primær bensvulst, eller metastaser fra andre primære tumorer. Resultatene har også potensial til å generaliseres til andre bein modeller, for eksempel metabolsk bensykdom.
Kliniske multi-slice CT-skannere nærmer vedtak greit nok for å vurdere trabeklene. Våre data antyder at hver voxel størrelsen vil kreve optimalisering av terskel. Automatisk thresholding eller maksimum grå-skala thresholding trenger validering fordi de kan være for variabel til å oppnå konsistente resultater klinisk. Et fast optimal terskel kan være overlegen for vurdering morfometriske parametere. På grunn 70% av effekten av metabolsk bensykdom som først reflekteres i trabekler og bare 30% i cortex [40] og fordi skjelettmetastaser begynne i marg, evaluering av trabeculae kan detektere metabolsk bensykdom, og vi tror også metastaser tidligere enn evaluering av hjernebarken. Siden BMD var uavhengig av voxel størrelse og terskel i denne studien og gitt den sub-millimeter voxel størrelse av nye kliniske skannere, er det mulig at klinisk multi-skive CT snart kan bli anvendt for å bestemme BMD av trabekulae å vurdere metabolske og neoplastiske sykdom i pasienter. Dette krever videre studier.
