PLoS ONE: Kvantificering af mineraliseret knogle Reaktion på prostatakræft ved invasiv in vivo μCT og ikke-destruktiv Ex Vivo μCT og DXA i en musemodel

Abstrakt

Baggrund

At sammenligne destruktiv in vivo og ex vivo mikro-computertomografi (μCT) og ex vivo dual-energi-X-ray-absorptiometri (DXA) karakterisere mineraliseret kortikal og trabekulær knogle reaktion på prostatakræft involverer skelettet i en musemodel.

Metode /vigtigste resultater

In vivo μCT blev udført før og 10 uger efter implantation af humane prostata kræftceller (MDA -PCa-2b) eller vehikel i SCID mus femora. Efter resektion blev femora afbildet af destruktiv ex vivo model μCT på tre voxel-størrelser (31 μ, 16 u, 8 μ) og DXA, og derefter sektioneret for Histomorfometrisk analyse af mineraliseret knogle. Knoglemineraltæthed (BMD), trabekulære parametre (nummer, TBN, separation, spsk, tykkelse, TbTh) og mineraliseret knogle volumen /total knoglevolumen (BV /TV) blev sammenlignet og korreleret blandt billeddiagnostiske metoder og histomorfometri. Statistiske tests blev betragtet som signifikante, hvis P 0,05. Ti uger efter inokulation, diafyseale BMD forøget i femur med tumoren i forhold til den modsatte femur ved alle modaliteter (p 0,005, n = 11). Diafyseale BMD ved in vivo μCT korreleret med ex vivo 31 og 16 um μCT og histomorfometri BV /TV (r = 0,91-0,94, P 0,001, n = 11). DXA BMD korreleret mindre med knoglehistomorfometri (r = 0,73, P 0,001, n = 11) og DXA ikke skelne trabekler fra cortex. Ved in vivo og ex vivo μCT, trabekulær BMD faldt (P 0,05, n = 11) i modsætning til cortex. I modsætning til BMD, trabekulære morfologiske parametre var tærskel-afhængige og når du bruger “faste-optimale-tærskler,” alle undtagen TbTh demonstrerede trabekulær tab med tumor og korreleret med histomorfometri (r = 0,73-0,90, P 0,05, n = 11).

konklusioner /Signifikans

Prostatacancer involverer skelettet kan fremkalde en værtsknoglen reaktion, der differentielt påvirker cortex sammenlignet med trabekler og som kan kvantificeres ikke-invasivt in vivo og ikke-destruktiv ex vivo.

Henvisning: Ravoori M, Czaplinska AJ, Sikes C, Han L, Johnson EM, Qiao W, et al. (2010) Kvantificering af mineraliseret knogle Reaktion på prostatakræft ved invasiv in vivo μCT og ikke-destruktiv Ex Vivo μCT og DXA i en musemodel. PLoS ONE 5 (3): e9854. doi: 10,1371 /journal.pone.0009854

Redaktør: Eric J. Bernhard, National Cancer Institute, USA

Modtaget: November 3, 2009; Accepteret: 4 Februar 2010; Udgivet: Marts 29, 2010

Copyright: © 2010 Ravoori et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af National Institutes of Health /National Cancer Institute P50 CA090270, University of Texas MD Anderson Cancer center Prostata Cancer Research Program, UT MDACC Core giver P30CA16672 og John S. Dunn, Sr., Distinguished Chair i diagnostisk radiologi. De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

prostatacarcinom er den hyppigst diagnosticerede visceral cancer og den næsthyppigste årsag til cancer-relaterede dødsfald blandt amerikanske mænd [1], [2]. Det har en tilbøjelighed til at metastasere til knogle [3], [4]; og er dette antages at skyldes ikke alene passive hæmodynamiske faktorer, men også knoglemarvens mikromiljø [5] – [7]. Der er samspillet mellem tumoren og værtsknoglen, med hver især berører den anden. Fordi prognosen for patienter med prostatakræft forværres markant, når sygdommen undslipper kirtel, der er behov for større forståelse af samspillet mellem prostatakræft med knogle. Men fremskridt i en sådan forskning er blevet begrænset af behovet for ikke-destruktive, kvantitative billeddiagnostiske metoder

På grund af de lave niveauer af knoglemetastaser med prostatakræft modeller [8] -. [15], teknikker til direkte injektion i knogle er blevet etableret [16] – [19]. Anvendelse af en sådan musemodel, har vi tidligere vist, at prostatakræft byrde involverer knogle kan kvantificeres under anvendelse af MR [20]. Evnen for ikke-destruktivt billede mineraliseret knogle ved høj opløsning under kontrollerede forsøgsbetingelser i dyremodeller [21], [22] Der er også behov. For små dyr, micro-CT (μCT), som har rumlig opløsning i størrelsesordenen mikrometer, kan anvendes. Med fremkomsten af ​​nyere generation kliniske CT scannere, rumlig og tidsmæssig opløsning løbende har forbedret, hvilket tyder på vurdering af trabekler vil snart være muligt kliniske scannere. Således er der behov for viden om kritiske parametre for en sådan vurdering.

DXA-skanning (DXA) er almindeligt anvendt klinisk til at måle knoglemineraltætheden BMD [23], [24]. Men 2D DXA giver relativt lav rumlig opløsning i forhold til μCT og skelner ikke Bjælkerne. Knoglehistomorfometri kan anvendes til at vurdere det trabekulære struktur hos dyr, men det er invasiv, destruktiv, samt arbejds- og tidskrævende.

μCT tilvejebringer tredimensionale (3D) repræsentationer af knogler og er nu tilgængelig på forskellige beslutninger [25]. Men effekten af ​​tærskling på brutto foranstaltninger såsom BMD og morfologiske trabekulære parametre er endnu uklart. De fleste μCT arbejde har brugt automatiserede tærsklingsparametre teknikker, normalisere til knogletæthed inden for regionen af ​​interesse, men tætheden kan ændres i patologiske tilstande såsom osteopeni, og mere så med lokaliseret sygdom, såsom prostatakræft. Vi antager, at faste “optimale tærskler” ville være bedre end almindeligt anvendte “automatiserede tærskelværdier”, som varierer fra hvert objekt undersøgt, i en kvantificering trabekulær reaktion på prostatakræft. Med lokaliseret sygdom, vi hypotese, at effekten af ​​prostata tumor på trabekulære-mineraliseret knogle kan variere fra mineraliseret knoglecortex siden kræft generelt først involverer marven. En sådan evaluering kan ydes af den tredimensionelle natur μCT. Da μCT også kan udføres ikke-invasivt in vivo, er det ønskeligt, fordi det muliggør langsgående undersøgelser af reaktionen af ​​mineraliseret knogle til prostatacancer; Men det er almindeligt giver mindre rumlig opløsning end ex vivo μCT; Derfor er der behov for sammenligning med ex vivo analyser.

Vi sammenlignede evnen af ​​in vivo μCT, ex vivo model μCT, og ex vivo DXA at ​​karakterisere mineraliseret cortex og trabekler i en musemodel af prostatacancer og knoglemetastaser. Salg

Materialer og metoder

1.1. Cell Culture

MDA-PCa-2b humane prostata kræftceller blev dyrket [20] i BRFF-HPC1 medium (Biological Research Faculty og Facility, Athena Environmental Services, Baltimore, MD, USA) suppleret 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 er blevet vist at indpode i marvkavitetsareal af knogler, for at være hormonalt svartider og til frembringelse prostataspecifikt antigen [26] – [29]

1.2.. Dyr

Otte uger gammel mand svær kombineret immundefekt (SCID) mus (n = 14) blev erhvervet fra Charles River Laboratories (Wilmington, MA, USA) og huset i specifik-patogenfrie betingelser. De blev passet efter retningslinjer fastsat af Foreningen for Vurdering og akkreditering af Laboratory Animal Care og USA Public Health Service Policy på Humane Pleje og anvendelse af forsøgsdyr. The University of Texas M. D. Anderson Cancer Center Institutional Animal Care og brug Udvalg godkendte alle undersøgelser.

1.3. In vivo studier Salg

I in vivo-billeddannelse procedurer, blev SCID-mus bedøvet ved inhalation af 2% isofluran. Den femora (n = 14 mus) blev første scannet under anvendelse af in vivo μCT som beskrevet nedenfor. Efter baseline billeddannelse, 5 × 10

5 MDA-PCA-2b-celler [26], [29] i 5 pi vækstmedium blev injiceret i den distale epiphysis af retten femur på hver mus [26], [29] . Den distale epiphysis af den kontralaterale femur blev injiceret med 5 pi bærer (phosphatpufferopløsning (PBS)) for at tjene som kontrol. Tre mus døde umiddelbart efter tumorinjektion.

Ti uger efter tumor podning blev femora igen afbildes in vivo af μCT (n = 11). Dyrene blev aflivet, og de femora blev fjernet. Den disarticulated lår uden muskel blev fikseret i formalin og opbevaret i 10% ethanol til ex vivo model μCT og ex vivo DXA. De lårben blev derefter behandlet til knoglehistomorfometri.

1.4. In vivo μCT

For in vivo scanninger blev SCID-mus afbildet liggende ved hjælp af en μCT scanner på en 91-um isotrope voxel størrelse (model RS-9, General Electric Medical, London, Ontario, Canada). Scanneren har en fast wolfram anode med en brændvidde spot størrelse på 50 × 30 um. Billeder af lårben blev erhvervet ved en isotropisk voxel størrelse på 91 × 91 × 91 um med følgende scanningsparametre:. 80 KVP, 450 pA, 100 ms pr frame, og 3 frames per view

En kalibrering standard blev anbragt i field-of-scan for at muliggøre omdannelsen af ​​Hounsfield enheder (HU) i BMD værdier. MicroView software (version: 2.1.1; General Electric Medical) blev anvendt til at se billederne og beregne BMD (i mg /cm

3) i hver femoral diafyse. Til denne beregning blev en standard bægerglas (2,5 x 2,5 x 5 mm) placeres, så dens bund var 1,5 mm over knoglens vækst plade. BMD blev beregnet for højre og venstre lår, og den absolutte forskel i BMD-værdier mellem højre og venstre lår blev bestemt. En anden cylinder (1,5 × 1,5 × 0,6 mm) blev centreret i alle tre planer i metafyse (ekskl cortical knogle) med bunden i begyndelsen af ​​væksten plade til måling af BMD og trabekulær morfometriske parametre. Disse parametre (TBN, antal trabekler /mm spsk, trabekulær separation /mm TbTh, trabekulær tykkelse /mm, og BV /TV, mineraliseret knogle volumen pr total knogle volumen /%) blev målt på faste tærskler og automatiske tærskler ( med værdier bestemt af softwaren) af mineraliseret knogle. Den BMD, TbTh, TBN, spsk, og BV /TV opnået ved μCT blev korreleret med værdierne opnået ved knoglehistomorfometri. “Optimal tærskel” blev defineret som den tærskel, der resulterede i maksimal korrelation mellem det trabekulære parameter ved μCT og at ved knoglehistomorfometri.

1.5. Ex Vivo eksemplar μCT

Ex vivo eksemplar μCT af samme lår blev udført ved hjælp af 31-um, 16-um, og 8-um voxel størrelser på en Udforsk Locus SP præklinisk eksemplar scanner (General Electric Medical). Denne scanner har en kegle-beam volumen CT system, der bruger en wolfram kilde røntgenrør arbejder ved 80 kV og 80 uA. Objektet i scanneren drejes i intervaller 0,4-graders på en holder mellem X-ray kilde og charge-coupled device-baserede detektor den. Hver knogle prøve kræves ca. 4 timer for dataindsamling. Efter rå billeder blev normaliseret og defekte detektor pixels blev korrigeret, var en lav opløsning spejder volumen rekonstrueres ved hjælp af en modifikation af den metode, som Feldkamp et al. [25] spejder volumen blev anvendt til at vælge koordinaterne for en distal femur volumen af ​​interesse, der blev rekonstrueret i 31-um, 16 um, og 8 um isotrope voxels. Billederne blev vist og analyseret for BMD, TbTh, TBN, spsk, og BV /TV med MicroView programmet, som beskrevet ovenfor. Vi opnåede også maksimale grå-skala fast tærskelværdier for både diafysen og metafyse af hver lårbenet. På grund af sin begrænsede synsfelt, købet 8-um dækkede kun metafysen.

1.6. DXA

Matchede venstre og højre femur par fra de 11 SCID-mus blev scannet ex vivo i et sagittalt plan under anvendelse af en DXA scanner (Norland Medical Systems, Inc., New York, NY USA). En rektangulær (2,5 x 5 mm) region af interesse, der omfattede diafysen blev placeret over hver lårben for at opnå den BMD (i g /cm

2). Fordi trabekler ikke var skelnes fra korticale knogle, blev trabekler ikke analyseret med DXA.

1.7. Knoglehistomorfometri

Repræsentative 5-um-tykke sagittal snit gennem hele bredden af ​​femur blev opnået ved tre forskellige niveauer (højre, midt, og venstre) til knoglehistomorfometri målinger. De tre histologiske snit pr femur blev analyseret efter Von Kossa farvning for mineraliseret knogle [25]. Kortikal tykkelse blev visuelt vurderet og sammenlignet med visuelle vurderinger af μCT, DXA, og histomorfometri data. Ved hjælp af en trabekulær analysesystem (Osteometrics, TAS, udgave 20.8, Atlanta, GA, USA), de er fremstillet af de sagittale snit billederne blev vist, og et rektangulært område af interesse blev placeret over hver lårbenet diafyse (2,5 x 5 mm) eller metafysen (1,5 × 0,6 mm) for at måle TbTh, TBN, tbsp, og BV /TV. Mineraliseret knogle blev beregnet og udtrykt ved BV /TV, som beskrevet ovenfor. Der blev draget omsorg for at svare til størrelsen og placeringen af ​​det rektangulære område af interesse med størrelsen og placeringen af ​​det cylindriske område anvendes i MicroView program til at evaluere de μCT datasæt.

1.8. Statistisk analyse

Lineær regression blev udført for at analysere sammenhænge mellem værdier opnået fra in vivo og ex vivo μCT, DXA og knoglehistomorfometri undersøgelser ved hjælp af Excel software (2003 SP2, Microsoft, Bellevue, WA, USA). T-test (to-sidet) blev anvendt til at sammenligne værdier mellem højre og venstre femora. Pearsons korrelationskoefficient blev beregnet for forskelle mellem billeddannelsesteknikker, og Fishers Z transformation af korrelationskoefficienten blev anvendt under anvendelse af SAS-software (SAS Institute, Cary, NC, USA). For alle prøver, P blev 0,05 betragtet som signifikant

Resultater

2.1.. Ændring i diafyseale BMD med prostatakræft Involvering

Kvalitativt viste in vivo μCT ingen synlig forskel i kortikal tykkelse mellem venstre og højre lår før tumor injektion; henviser blev diafyseale corticale fortykkelse og trabekulære ændringer noteret under anvendelse in vivo og ex vivo μCT 10 uger efter inokulering af retten femur med prostatacancerceller, men ikke kontrol venstre lårben injiceret med vehikel (figur 1). Kvantitativt (figur 2), var der ingen forskel i BMD mellem venstre og højre femorale diaphyses før tumor injektion ved in vivo μCT. Den gennemsnitlige absolutte forskel (MAD) i BMD mellem højre og venstre femorale diaphyses var 6,9 ± 4,3 mg /cm

3. Ti uger efter podning med tumoren, BMD af lårbensknoglen med tumorer forøget (P 0,003), med en MAD på 65,91 ± 57,6 mg /cm

3. Resultaterne var overensstemmende mellem in vivo μCT og ex vivo eksemplar μCT med voxel størrelser på 31-um (P 0,005, n = 11, MAD = 182,9 ± 168,7 mg /cm

3) og 16 um (P 0,005, n = 11, MAD = 167,5 ± 163,4 mg /cm

3). Variationerne i standardafvigelser skyldes biologiske forskelle i tumorvækst og vært reaktion i enkelte dyr, endnu signifikante forskelle (P 0,01) blev noteret. Repræsentative billeder viser, at alle metoder (in vivo μCT på 91 um voxel størrelse, ex vivo model μCT ved 31, 16, og 8-um voxel størrelser, DXA, og knoglehistomorfometri) demonstrerede værtsknogle reaktion på prostatacancer (figur 3) , herunder cortical fortykkelse af diafysen (P 0,01, n = 11, ved 91, 31, og 16-um voxelstørrelsen CT, DXA, og knoglehistomorfometri, figur 2 og data ikke vist). Men DXA ikke skelne den trabekulære forandring, mens μCT og knoglehistomorfometri gjorde.

Sagittal in vivo langsgående μCT scanninger opnået ved 91 um voxel størrelse før og 10 uger efter (A) intrafemoral injektion af kontrol køretøj ( venstre billeder) eller MDA-PCa-2b humane prostata kræftceller (højre billeder) viser kortikale fortykkelse (pil) i femora indeholder tumorer. Ex vivo model μCT scanninger af udskårne lårben på voxel størrelser af 31-um (B), 16-um (C), og 8-um (D) viser også cortical fortykkelse af højre femur med tumor. Ved 8-um voxel størrelse, blev kun den distale aspekt af femur omfattet af scanninger.

diafyseale BMD blev målt i både lår ved in vivo μCT før injektionen (A) og 10 uger efter injektion (B) køretøj (venstre lårben) eller prostatacancerceller (højre femora), og derefter ved ex vivo eksemplar μCT 31. um (C) og 16 um (D) voxel størrelser.

sagittal in vivo μCT og ex vivo eksemplar μCT billeder af lårben 10 uger efter injektion af køretøj (venstre) eller prostata kræftceller (til højre). (A) In vivo μCT (91-um voxel størrelse); (B) ex vivo model μCT 31.-um, 16 um, og 8 um voxel størrelser; (C) ex vivo DXA-skanning (DXA); og (D) knoglehistomorfometri billeder præsenteres. L, venstre lårben; R, højre lårben med tumor; pil, kortikal fortykkelse.

2.2. Korrelation af diafyseale BMD Værdier opnået ved in vivo og ex vivo μCT, Ex Vivo DXA, og Bone Histomorfometri

Der var høj korrelation af diafyseal in vivo μCT BMD og ex vivo μCT BMD og BMD blandt ex vivo μCT 31. -μm- og 16-um-voxel størrelse (figur 4, tabel 1). Til sammenligning BMD korreleret moderat mellem DXA og in vivo μCT, eller ex vivo μCT (figur 4, tabel 1).

(A) In vivo μCT ved 91-um vs ex vivo μCT 31.-um voxel størrelse. (B) In vivo μCT ved 91-um vs ex vivo μCT ved 16-um voxel størrelse. (C) In vivo μCT ved 91-um vs ex vivo DXA. (D) Ex vivo μCT ved 16-um vs ex vivo DXA.

diafyseale BMD ved in vivo μCT eller ex vivo μCT 31.-μm- eller 16-um-voxel størrelse korreleret meget med BV /TV af knoglehistomorfometri (figur 5, tabel 1). Til sammenligning DXA BMD korrelerede moderat med knoglehistomorfometri BV /TV (figur 5, tabel 1). Desuden korrelationerne mellem in vivo μCT og ex vivo μCT, 31.-um eller 16-um, var højere end dem mellem DXA og ex vivo μCT, 31.-um eller 16-um (tabel 1).

In vivo μCT (91-um, A), ex vivo model μCT (31-um, B; 16-um, C), og DXA (D) målinger af knoglemineraltæthed (BMD) korrelere med histomorfometriske målinger af mineraliseret knogle volumen /total knogle volumen (BV /TV).

2.3. Metafysale Parametre og Fast Threshold

Fordi trabeculae var placeret primært i metafysen, vi fokuserede på metafysen for trabekulære vurderinger. Vi sammenlignede trabekulære BMD og morfometriske parametre opnået ved in vivo eller ex vivo μCT på forskellige tærskler med knoglehistomorfometri. Thresholding påvirkede ikke trabekulær BMD opnået ved hjælp af in vivo eller ex vivo μCT, men påvirker μCT-afledte morfometriske parametre såsom TBN, BV /TV, spsk (figur 6, tabel 2 og 3), og TbTh (tabel 2 og 3) . μCT udføres på hver voxel størrelse havde enkelte snævre intervaller for bedste tærskler for maksimal korrelation af trabekulær parametre i forhold til knoglehistomorfometri og disse snævre områder overlappede for TBN, BV /TV, og spsk. På alle voxel størrelser og tærskler, har μCT-afledt TbTh ikke korrelerer godt med TbTh ved knoglehistomorfometri (r 0,17, P 0,47, n = 11)., Sandsynligvis fordi den lille størrelse af trabeculae forårsaget volumen-gennemsnitsperioder artefakter

Variationer i korrelationskoefficient (r) for metafysale knoglemineraltæthed (BMD, A), trabekulære (TBN, B) knoglevolumen densitet (BV /TV, C), og trabekulære separation (tbsp, D) efter μCT på forskellige tærskler og knoglehistomorfometri. Mellemværker: hjælp optimale tærskler, in vivo μCT ved 91-um voxel størrelse viser betydelige forskelle i metafysale BMD (BMD, A), TBN (TBN, B), BV /TV (BV /TV, C) og spsk (spsk, D ) mellem venstre og højre lår 10 uger efter podning med tumoren. Vejviser

den automatiske tærskel eller maksimumsgrænse grå-skala normalt ikke returnere den optimale tærskel (tabel 2). Den automatiske tærskel varierede fra 550 til 975 HU i venstre lår og 350 til 1250 HU i den rigtige lår, og værdierne varierede mellem dyr og voxel størrelser. Tilsvarende de maksimale grå skala tærskelværdier varierede 706-855 HU i venstre lår og 744-915 HU i den rigtige lår, og disse værdier også varierede mellem dyr og voxel størrelser. Korrelationer mellem μCT og histomorfometrisk TBN, BV /TV, og spsk værdier var højere ved hjælp af faste optimale tærskler end at bruge automatiske tærskler (tabel 2). Trabekulære parametre (TBN, BV /Tv og tbsp) udledes ved anvendelse af optimale tærskler korrelerede blandt in vivo og ex vivo μCT (tabel 4), og blandt in vivo eller ex vivo μCT og histomorfometri (tabel 2). Selvom vi ikke finde gode korrelationer mellem TbTh værdier opnået ved μCT og knoglehistomorfometri, TbTh korrelerede moderat mellem in vivo og ex vivo μCT ved 16, 31, eller 8-um voxel størrelser, og blandt ex vivo μCT på de tre voxel størrelser ( tabel 4). Derfor brugte vi faste optimale tærskler ved forskellige voxel størrelser at sammenligne trabekulære parametre på μCT med dem på knoglehistomorfometri.

2.4. BMD af Trabekler af metafyse

In vivo og ex vivo μCT demonstrerede fald i BMD af metafysale trabekler i femora med tumorer i forhold til kontrol femora på alle voxel størrelser (P 0,05, n = 11, figur 6A, tabel 3). Den BMD af bjælkerne på metafyser var stærkt korreleret mellem in vivo μCT og ex vivo μCT på alle voxel størrelser (tabel 1).

2.5. Morfometrisk trabekulær Parametre

Trabekler optrådte defineres bedre med faldende voxel størrelse μCT, og trabekulær udtynding, fortykkelse, og tab kunne identificeres (figur 1 og 3). Med automatiske eller optimerede tærskelværdier, korrelationer af trabekulær parametre ved μCT og knoglehistomorfometri trended mod stigende som voxelstørrelsen faldt fra 91 um til 8 um (tabel 2), men korrelationerne var lave (data ikke vist). Ti uger efter inokulation blev en signifikant forskel i alle trabekulære parametre undtagen TbTh set mellem venstre og højre lår på in vivo μCT og ex vivo μCT på alle voxel størrelser ved hjælp optimal tærskling, samstemmende med histomorfometri. Var der nedsat TBN og BV /TV, og stigning i Tbsp i femora med tumorer i forhold til kontrol femora ved in vivo μCT eller ex vivo μCT på alle voxel størrelser (figur 6B, C og D mellemværker, tabel 3) ved hjælp optimal tærskling, overensstemmelse med overordnet trabekulær tab. Dette blev ikke set med automatisk tærskelværdier for TBN og BV /TV ved in vivo μCT eller ex vivo ved 31 pm eller med Tbsp ved in vivo eller ex vivo μCT til enhver voxel størrelse; dette resultat viser betydningen af ​​at anvende faste optimal tærskling stedet for automatisk tærskling. Fast optimal tærskling viste, at prostatakræft involverer knogle ændret trabekulær morfologi.

Diskussion

Prostatakræft involverer skelettet resulterer i en vært knogle reaktion, der kan kvantificeres ved in vivo og ex vivo μCT i en musemodel. Selv om der var heterogenitet i ramt af kræft (med udtynding, fortykkelse, og tab) trabeculae, samlet var der trabekulær tab i lårben med tumor som eksemplificeret ved nedsat TBN, BV /TV, og BMD, samt øget spsk; i modsætning hertil diafyseal cortex fortykket. Ud over virkningen af ​​vækstfaktorer, data med den nuværende musemodel tyder på, at en sandsynlig mekanisme til resultaterne er tumorinduceret tab af trabekulær knogle, der forårsager både en trabekulær knogle reaktion og kortikale fortykkelse at stabilisere tab af mekanisk styrke af knogle. Dette kan yderligere testes i fremtidige studier. Resultater antyder også, at det er vigtigt at vurdere både cortical knogle og trabekulær knogle da disse kan være uharmoniske, især i cancer. Dette antyder, at det vil blive vigtigt at evaluere trabekulære parametre som rumlig opløsning på klinisk CT forbedrer i en grad, der tillader sådan vurdering

Vi sammenlignede evner tre billeddannende metoder til at evaluere knogle reaktion på tumor:. In vivo μCT , ex vivo model μCT og ex vivo DXA. Alle tre billeddannende metoder var i stand til at skelne BMD stigninger i diaphyses, bestående primært af cortical knogle, af femora med tumorer. Sammenlignet med μCT-afledte BMD, DXA-afledt BMD havde en lavere korrelationskoefficient med knoglehistomorfometri. Dette er i overensstemmelse med resultater fra Barou et al. som også bemærkede lavere korrelation mellem DXA og knoglehistomorfometri i en rottemodel [23]. Desuden DXA var ikke i stand til at adskille cortical knogle fra trabekulær knogle, hvorimod μCT kunne. En begrænsning af ex vivo μCT i 8-um voxel størrelse var dens lille synsfelt, der resulterede i evalueringen af ​​kun metafyse. Det krævede også en relativt længere computing tid. Ex vivo μCT på 31 eller 16-um voxel størrelse tilladt billeddannelse af hele lårben. Med stigende beslutning, bemærkede vi en tendens til højere korrelation af trabekulær parametre med histomorfometri, men tendensen var ikke statistisk signifikant. Overraskende, selv med relativt lav rumlig opløsning, trabekulære parametre kunne vurderes ved in vivo μCT dermed muliggør langsgående vurdering. Dette antyder at in vivo μCT kan anvendes til at vurdere ændringer i mineraliseret knogle tæthed og trabekulær arkitektur over tid, hvilket kan være forårsaget af sygdom eller behandling, for eksempel i dyremodeller. In vivo μCT og ex vivo μCT kvantificeret BMD af cortex og trabeculae godt. Ved at sammenligne forskellige billeddiagnostiske modaliteter /maskiner til vurdering BMD, er det almindeligt nødvendigt at tilføje en korrektionsfaktor [30]. BMD bestemt ved ex vivo μCT var 2,2 gange højere end den BMD bestemt ved in vivo μCT og fordi korrelationen mellem disse modaliteter var høj, kunne en korrektionsfaktor på 2,2 skal anvendes, når man sammenligner in vivo μCT BMD med ex vivo μCT BMD.

I vivo eller ex vivo μCT trabekulær morfometriske parametre (TBN, spsk, og BV /TV) korreleret godt med knoglehistomorfometri. De fleste μCT undersøgelser af knogler har brugt prøver fra rotter [21], [23], [31] eller mennesker [32] – [34], som har større knogler og trabekler end mus. På grund af forskelle i størrelse mellem arter, bør betragtes voxelstørrelsen. Muller et al. [35] fundet høje korrelationer for BV /TV (r = 0,91) og spsk (r = 0,91) af menneskelige knogle biopsi prøver med 14-um 3D μCT og histomorfometri. For BV /TV, TBN, og TbTh af human ilium, Uchiyama et al. [36] rapporterede korrelationer af r = 0,95, 0,75, 0,86, henholdsvis sammenligne 2D μCT (rumlig opløsning, 26-um) og knoglehistomorfometri. For BV /TV, TBN, spsk, og TbTh af menneskelig ryghvirvler, Peyrin et al. bemærkede høj korrelation (r 0,93) mellem 6,6 um Synchrotronbestrålingscenter CT og histomorfometri [33]. Vi fandt også, at TbTh stammer fra in vivo μCT moderat korreleret med ex vivo μCT på alle voxel størrelser; blev imidlertid observeret ringe korrelation mellem TbTh ved knoglehistomorfometri og ved in vivo eller ex vivo μCT. Dette kan skyldes flere faktorer, herunder volumen gennemsnitsberegning af de små mus trabekler [37], [38] og prøveudtagning fejl, da kun tre ben skiver (højre, midt, og venstre sagittale planer /fermur) pr lårben blev vurderet ved knoglehistomorfometri og knogletab i metafysen var forventeligt inhomogen i tumormodel. Korrelationer af TbTh var højere blandt μCT metoder. Under anvendelse af en rottemodel for manglende brug osteoporose, Barou, et al. [23] fandt dårlig korrelation til TbTh af μCT versus knoglehistomorfometri og foreslog, at 3D-μCT kan være mere følsomme end histomorfometri i detektering af ændringer i BMD og trabekler.

I modsætning til vurdering af BMD, hvor tærskling ikke var en faktor, valget af tærskling påvirkede signifikant vurdering af trabekulær morfometriske parametre. Automatisk tærskling og maksimal grå-skala tærskling førte til variabilitet i morfometriske værdier mellem dyr og lår med og uden tumorer. Endvidere hverken korrelerede godt med trabekulære parametre som vurderet ved histomorfometri. Til sammenligning blev der korrelationer af morfometriske trabekulære parametre (TBN, BV /TV og spsk) ved histomorfometri med μCT høj ved hjælp af en fast “optimale tærskel”. Vi fandt, at μCT ved hver voxel størrelse havde en separat “optimale” fast tærskelværdi. Så vidt vi ved, disse resultater er ikke tidligere blevet rapporteret. Støtte vores data, Ruegsegger et al. [32], [37] viste i en human crista iliaca biopsi prøve model, en 10% ændring af tærskelværdien resulterede i en ændring i BV /TV ved hjælp 28 um CT 5%. Bouxsein et al. [39] beskrev trabekulær og kortikale knogle ændringer af indavlede stammer af mus ved hjælp μCT med en tærskel på 22% af maksimal grå-skala for ryghvirvler og skinneben og 30% for mid-femoral kortikal knogle. I den aktuelle indstilling, fandt vi, at maksimal grå skalaværdier kan variere, og kan ikke overlappe “optimale tærskelværdier,” især når tumor er til stede. Brug af automatisk tærskling, forskellene mellem morfologiske trabekulære parametre var vanskeligt at skelne mellem lårben med og uden tumor; hvorimod blev sådanne forskelle klart værdsat ved hjælp af “optimale” faste tærskler og ved knoglehistomorfometri. vores data foreslår derfor, at er vigtigt for at opnå robuste trabekulær morfometrisk parameterværdier ved hjælp af faste optimale tærskler.

Resultaterne af denne undersøgelse med μCT til kvantitativt karakterisere mineraliseret del af mus lårben kan gælde for andre undersøgelser af knogler i små dyr og mennesker. For eksempel kan man evaluere knogle reaktion på strategier til forebyggelse eller behandling af prostata knoglemetastaser, primær knogle tumor eller metastaser fra andre primære tumorer. Resultaterne har også potentiale til at generaliseres til andre knogle modeller, såsom metabolisk knoglesygdom.

Kliniske multi-slice CT-skannere nærmer resolutioner fint nok til at vurdere Bjælkerne. Vore data indebærer, at hver voxel størrelse anvendes, vil kræve optimering af tærskling. Automatisk tærskling eller maksimalt grå-skala tærskelværdiansættelse ønsker validering, fordi de kan være for variabel for at opnå ensartede resultater klinisk. En fast optimale tærskel kan være overlegen til vurdering morfometriske parametre. Fordi 70% af virkningerne af metabolisk knoglesygdom først afspejlet i trabekler og kun 30% i cortex [40], og fordi knoglemetastaser begynde i marven, evaluering af trabekler kan detektere metabolisk knoglesygdom og vi formoder også metastatisk sygdom tidligere end evaluering af cortex. Da BMD var uafhængig af voxel størrelse og tærskelværdier i den aktuelle undersøgelse og givet sub-millimeter voxelstørrelse af nye kliniske scannere, er det muligt, at den kliniske multi-slice CT snart kan anvendes til at bestemme BMD af trabekler at vurdere metaboliske og neoplastisk sygdom hos patienter. Det kræver yderligere undersøgelse.