Abstract

Fundo

Para comparar não destrutiva em vivo e ex vivo tomografia computadorizada-micro (μCT) e ex vivo de dupla energia-X-ray-absorptiometry (DXA) na caracterização de resposta do osso cortical e trabecular mineralizada ao câncer de próstata que envolve o esqueleto em um modelo de mouse.

Metodologia /Principais achados

In vivo μCT foi realizada antes e 10 semanas após o implante de células cancerosas humanas da próstata (MDA-PCA-2b) ou veículo em fémures SCID de rato. Após a ressecção, fémures foram fotografadas pela não destrutiva ex vivo espécime μCT em três tamanhos de voxel (31 μ, 16 u, 8 μ) e DXA, e depois seccionados para análise histomorfométrica de osso mineralizado. A densidade mineral óssea (DMO), parâmetros trabecular (número, TBN; separação, colheres de sopa; espessura, TbTh) e volume de osso mineralizado /volume ósseo total (BV /TV) foram comparados e correlacionados entre métodos de imagem e histomorfometria. Os testes estatísticos foram considerados significativos se P 0,05. Dez semanas após a inoculação, diafisária BMD aumentado no fémur em comparação com o tumor oposto ao fémur por todas as modalidades (p 0,005, n = 11). Diafisário DMO in vivo por μCT correlacionada com ex vivo 31 e 16 uM e histomorfometria μCT BV /TV (r = 0,91-0,94, P 0,001, n = 11). DXA DMO menos correlacionada com a histomorfometria óssea (r = 0,73, P 0,001, n = 11) e DXA não distinguir trabéculas do córtex. Por in vivo e ex vivo μCT, DMO trabecular diminuiu (P 0,05, n = 11) em oposição ao córtex. Ao contrário de BMD, parâmetros morfológicos trabecular eram dependentes de limiar e quando se usa “-óptima-limiares fixados,” todos, exceto TbTh demonstrou perda trabecular com tumor e correlacionados com histomorfometria (r = 0,73-0,90, P 0,05, n = 11).

Conclusões /Significado

o câncer de próstata que envolve o esqueleto pode provocar uma resposta osso hospedeiro que afeta diferencialmente o córtex comparação com trabéculas e que podem ser quantificados de forma não invasiva in vivo e ex vivo de forma não destrutiva.

Citation: Ravoori M, Czaplinska AJ, Sikes C, Han G, Johnson EM, Qiao W, et al. (2010) Quantificação dos óssea mineralizada Resposta ao cancro da próstata por não invasivo In Vivo μCT e Non-Destructive Ex Vivo μCT e DXA em um rato modelo. PLoS ONE 5 (3): e9854. doi: 10.1371 /journal.pone.0009854

editor: Eric J. Bernhard, National Cancer Institute, Estados Unidos da América

Recebido: 03 de novembro de 2009; Aceito: 04 de fevereiro de 2010; Publicação: 29 de março de 2010

Direitos de autor: © 2010 Ravoori et al. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Licença Creative Commons Attribution, que permite uso irrestrito, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o autor original ea fonte sejam creditados

Financiamento:. Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health /National Cancer Institute P50 CA090270, Universidade do Texas MD Anderson Cancer Center Research Program do cancro da próstata, UT MDACC Núcleo conceder P30CA16672 e John S. Dunn, Sr., Ilustre presidente em Diagnostic Radiology. Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo, coleta de dados e análise, decisão de publicar ou preparação do manuscrito

CONFLITO DE INTERESSES:.. Os autores declararam que não existem interesses conflitantes

Introdução

carcinoma da próstata é o câncer visceral mais frequentemente diagnosticado e a segunda causa mais comum de morte por câncer entre os homens americanos [1], [2]. Tem uma tendência para metastizar para o osso [3], [4]; e, o que se acredita ser devido não só a factores hemodinâmicos passivas, mas também o microambiente da medula óssea [5] – [7]. Não há interacção entre o tumor e o osso hospedeiro, com cada afectar o outro. Porque o prognóstico para pacientes com câncer de próstata se deteriora significativamente uma vez que a doença escapa da glândula, é necessária uma maior compreensão da interação de câncer de próstata com o osso. No entanto, o progresso em tal pesquisa tem sido limitada pela necessidade de métodos de imagem não destrutivos, quantitativos

Por causa dos baixos níveis de metástase óssea com modelos de câncer de próstata [8] – [15]., Técnicas de injecção directa osso ter sido estabelecida [16] – [19]. Usando um tal modelo de rato, já anteriormente demonstrado que a incidência do cancro da próstata que envolve o osso pode ser quantificada utilizando MR [20]. A capacidade de nondestructively imagem osso mineralizado em alta resolução em condições experimentais controladas em modelos animais [21], [22] também é necessário. Para animais pequenos, micro-CT (μCT), que tem a resolução espacial na ordem de micra, pode ser utilizado. Com o advento da mais recente geração de scanners CT clínica, resolução espacial e temporal têm continuamente melhorado, o que sugere a avaliação de trabéculas em breve será possível com scanners clínicos. Assim, é necessário o conhecimento de parâmetros críticos para essa avaliação.

Dual-energia absortometria de raio-X (DXA) é comumente usado clinicamente para medir a densidade mineral óssea DMO [23], [24]. No entanto, 2D DXA fornece relativamente baixa resolução espacial comparado com μCT e não distingue trabéculas. histomorfometria do osso pode ser utilizado para avaliar a estrutura trabecular em animais, mas é invasivo e destrutivo, bem como o trabalho e demorada.

μCT proporciona representações tridimensionais (3D) de ossos e está agora disponível ao várias resoluções [25]. No entanto, o efeito de limiar em medidas brutas tais como BMD e os parâmetros morfológicos trabecular é ainda incerto. A maioria dos trabalhos μCT tem usado técnicas automatizadas de limiar que normalizam a densidade óssea dentro da região de interesse, a densidade, mas pode ser alterado em condições patológicas, tais como osteopenia, e mais ainda com doença localizada, tais como o cancro da próstata. Nossa hipótese é que fixas “limiares ideais” seria superior ao comumente usado “limiares automáticos”, que variam de acordo com cada objeto analisado, em uma resposta trabecular quantificar ao câncer de próstata. Com doença localizada, a hipótese de que o efeito do tumor de próstata no osso trabecular mineralizado pode variar de osso cortical mineralizada já que o câncer geralmente envolve primeiro a medula. Tal avaliação pode ser proporcionada pela natureza tridimensional de μCT. Desde μCT também pode ser realizada de forma não invasiva, in vivo, é desejável porque permite que os estudos longitudinais da resposta do osso mineralizado ao cancro da próstata; No entanto, ele geralmente oferece menor resolução espacial do que ex vivo μCT; portanto, é necessário comparação com ex vivo análises.

Nós comparamos a capacidade de in vivo μCT, ex vivo espécime μCT e ex vivo DXA para caracterizar córtex mineralizado e trabéculas em um modelo de rato com câncer de próstata que envolve o osso.

Materiais e Métodos

1.1. Cultura de Células

MDA-PCA-2b células cancerosas humanas da próstata foram cultivadas [20], em BRFF-HPC1 médio (Biological Research Faculdade e Facility, Athena Serviços Ambientais, Baltimore, MD, EUA) suplementado com 20% fetal bovino de soro (Life Technologies, Inc., Gaithersburg, MD, EUA), 91 U /ml de penicilina, 91 ug /ml de estreptomicina, e glutamina 2 mM. As células MDA-PCa-2b foram mostrados para enxertar na cavidade da medula dos ossos, para ser responsivo hormonalmente, e para a produção de antigénio específico da próstata [26] – [29]

1.2.. Animais

com oito semanas de idade, ratinhos macho grave imunodeficiência combinada (SCID) (n = 14) foram adquiridos a Charles River Laboratories (Wilmington, MA, EUA) e alojados em condições específicas livres de agentes patogénicos. Eles foram tratados de acordo com as diretrizes estabelecidas pela Associação de Avaliação e Acreditação do Laboratório Animal Care e da Política EUA Serviço de Saúde Pública na Humane Cuidado e Uso de Animais de Laboratório. A Universidade do Comité de Conservação e Uso Institucional animal Texas M. D. Anderson Cancer do Centro aprovado todos os estudos.

1.3. Estudos in vivo

Para procedimentos de imagem in vivo, ratos SCID foram anestesiados por inalação de isoflurano a 2%. O fémures (n = 14 ratinhos) foram primeiro digitalizado utilizando in vivo μCT conforme descrito abaixo. Depois de imagem de linha de base, 5 × 10

5 células-2b MDA-PCA [26], [29] em 5 mL de meio de crescimento foram injectadas na epífise distai do fémur direito de cada rato [26], [29] . A epífise distai do fémur contralateral foi injectado com 5 ul de veículo (solução de tampão fosfato (PBS)) para servir como um controlo. Três ratinhos morreram imediatamente após a injecção do tumor.

Dez semanas após a inoculação do tumor, os fémures foram novamente fotografadas in vivo por μCT (n = 11). Os animais foram sacrificados e os fémures foram removidos. O fémures desarticulado sem músculo foram fixados em formalina e armazenadas em 10% de etanol para amostra ex vivo e ex vivo μCT DXA. Os fémures foram então processados ​​para histomorfometria óssea.

1.4. In Vivo μCT

Para in vivo scans, SCID foram fotografadas em decúbito dorsal usando um scanner μCT em um tamanho voxel isotrópico 91 mícrons (modelo RS-9, General Electric Medical, London, Ontario, Canadá). O scanner tem um ânodo de tungstênio fixo com um tamanho de ponto focal de 50 × 30 mm. Imagens dos fémures foram adquiridas a um tamanho voxel isotrópico de 91 × 91 × 91 mm usando os seguintes parâmetros de verificação:. 80 kVp, 450 mA, 100 ms por fotograma, e 3 quadros por vista

Um padrão de calibração foi posicionado no campo de visão-de-scan para permitir a conversão de unidades Hounsfield (UH) em valores de DMO. software MicroView (versão: 2.1.1; General Electric Medical) foi usado para visualizar as imagens e calcular a densidade mineral óssea (em mg /cm

3) de cada diáfise femoral. Para este cálculo, um cilindro de medição padrão (2,5 × 2,5 × 5 mm) foi colocada de modo a que a sua parte inferior era de 1,5 mm acima da placa de crescimento do osso. BMD foi calculado para a direita e fêmures esquerdo e, a diferença absoluta na DMO entre o direito e femoral esquerda foi determinado. Um outro cilindro (1,5 × 1,5 × 0,6 milímetros) foi centrado em todos os três planos dentro da metáfise (excluindo osso cortical) com a parte inferior, no início da placa de crescimento para a medição da densidade mineral óssea trabecular e parâmetros morfométricos. Estes parâmetros (TBN, número de trabéculas /mm; colher de sopa, a separação trabecular /mm; TbTh, trabecular espessura /mm; e BV /TV, o volume de osso mineralizado per total de volume ósseo /%) foram medidos no limiares fixados e em limiares automáticos ( com os valores determinados pelo software) de osso mineralizado. O BMD, TbTh, TBN, colheres de sopa e BV /TV obtido por μCT foram correlacionados com os valores obtidos pela histomorfometria óssea. “Limiar óptimo” foi definido como o limiar que resultou em correlação máxima entre o parâmetro trabecular por μCT e que por histomorfometria óssea.

1,5. Ex Vivo espécime μCT

ex vivo μCT espécime do mesmo fémures foi realizada usando 31-um, de 16 ^ M, e 8 mícrons tamanhos de voxel numa Explorar Locus SP scanner de amostra pré-clínica (General Electric Medical). Este scanner CT tem um sistema de volume de cone-feixe que utiliza um tubo de raios-X fonte de tungsténio operando a 80 kV e 80 mA. O objecto no digitalizador é rodado em incrementos de 0,4 graus sobre um suporte entre a fonte de raios X e o detector baseado no dispositivo de acoplamento de carga. Cada amostra de osso necessário cerca de 4 horas para a aquisição de dados. Depois de imagens brutas foram normalizados e defeituosos detector de pixels foram corrigidos, um volume olheiro de baixa resolução foi reconstruída usando uma modificação do método utilizado por Feldkamp et al. [25] O volume olheiro foi usado para selecionar as coordenadas para um volume fêmur distal de interesse, que foi reconstruída em 31 mícrons, 16 mícrons e 8 mícrons voxels isotrópicos. As imagens foram vistos e analisados ​​para a DMO, TbTh, TBN, colheres de sopa e BV /TV usando o programa MicroView como descrito acima. Também obtivemos valores máximos em escala de cinza-limiar fixado tanto para a diáfise e metáfise de cada fêmur. Por causa de seu campo de visão limitado, a aquisição de 8 mm coberto apenas a metáfise.

1.6. DXA

pares combinados de fêmur esquerdo e direito dos 11 SCID foram digitalizados ex vivo em um plano sagital usando um scanner DXA (Norland Medical Systems, Inc., New York, NY EUA). Um rectangular (2,5 x 5 mm), região de interesse que englobava a diáfise foi colocada sobre cada um dos fémures para obter a densidade mineral óssea (em g /cm

2). Porque o trabeculado não se distinguiam do osso cortical, trabéculas não foram analisadas com DXA.

1.7. Osso histomorfometria

representativas cortes sagitais 5 mícrons de espessura através de toda a largura do fêmur foram obtidos em três níveis diferentes (direito, médio e esquerda) para medições de histomorfometria óssea. As três secções histológicas por fémur foram analisados ​​após coloração de von Kossa para o osso mineralizado [25]. espessura cortical foi visualmente avaliada e comparada com as avaliações visuais de μCT, DXA, e histomorfometria dados. Usando um sistema de análise trabecular (Osteometrics, TAS, versão 20.8, Atlanta, GA, EUA), as imagens obtidas a partir das secções sagitais foram visualizadas, e uma região rectangular de interesse foi colocada sobre cada uma diáfise do fémur (2,5 x 5 mm) ou metáfise (1,5 × 0,6 mm) a fim de medir TbTh, TBN, colheres de sopa e BV /TV. osso mineralizado foi calculada em termos de BV /TV, como descrito acima. Foi tomado cuidado para coincidir com o tamanho ea colocação da região retangular de interesse com o tamanho ea colocação da região cilíndrica utilizada no programa MicroView para avaliar os conjuntos de dados μCT.

1.8. Análise Estatística

regressão

linear foi realizada para analisar a correlação entre os valores obtidos a partir de in vivo e ex vivo μCT, DXA, e estudos de histomorfometria óssea usando software Excel (Microsoft; 2003 SP2, Bellevue, WA, EUA). O teste t de Student (frente e verso) foi utilizado para comparar valores entre direita e esquerda fémures. coeficiente de correlação de Pearson foi calculado para as diferenças entre as técnicas de imagem, ea transformação Z de Fisher do coeficiente de correlação foi empregado utilizando o software SAS (SAS Institute, Cary, NC, EUA). Para todos os testes, P 0,05 foi considerado significativo

Resultados de

2.1.. Mudança no Diafisário BMD com câncer de próstata Envolvimento

Qualitativamente, in vivo μCT não mostrou nenhuma diferença aparente na espessura cortical entre a esquerda ea direita fémures antes da injeção de tumor; Considerando que, alterações espessantes e trabecular da diáfise cortical foram observados utilizando in vivo e ex vivo μCT 10 semanas após a inoculação do fémur direito com células de cancro da próstata, mas não deixou o fémur controlo injectado com veículo (Figura 1). Quantitativamente (Figura 2), não houve diferença na DMO entre as diáfises femurais direita e esquerda antes da injecção do tumor in vivo por μCT. A diferença média absoluta (MAD) na DMO entre diáfises femorais direito e esquerdo foi de 6,9 ​​± 4,3 mg /cm

3. Dez semanas após a inoculação do tumor, o BMD do fémur com tumores aumentou (P 0,003), com um MAD de 65,91 ± 57,6 mg /cm

3. Os resultados foram concordantes entre in vivo μCT e ex vivo espécime μCT com tamanho de voxel de 31 mícrons (P 0,005, n = 11, MAD = 182,9 ± 168,7 mg /cm

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

3). As variações nos desvios-padrão são devidas às diferenças biológicas no crescimento do tumor e resposta do hospedeiro em animais individuais, ainda diferenças significativas (P 0,01) foram observados. Imagens representativas mostram que todos os métodos (in vivo μCT aos 91 uM de tamanho de voxel, ex vivo espécime μCT em 31, 16, e tamanhos de voxel 8-um, DXA, e a histomorfometria óssea) demonstraram resposta do osso hospedeiro para o cancro da próstata (Figura 3) , incluindo espessamento cortical da diáfise (P 0,01, n = 11, por 91, 31, e 16 uM de tamanho de voxel CT, DXA, e a histomorfometria óssea, Figura 2 e os dados não mostrados). No entanto, DXA não distinguiu a mudança trabecular, que, μCT e histomorfometria óssea fez.

sagital in vivo scans μCT longitudinais obtidos em 91 mm tamanho voxel antes e 10 semanas após (a) injecção intrafemoral de controle do veículo ( imagens esquerda) ou células de cancro da próstata humano MDA-PCA-2b (imagens à direita) mostram espessamento cortical (seta) nos fémures contendo tumores. Ex vivo espécime μCT varreduras de fémures excisados ​​ao tamanho de voxel de 31 mícrons (B), 16 uM (C), e 8 mícrons (D) também mostram espessamento cortical do fémur direito com o tumor. No tamanho voxel de 8 mm, apenas o aspecto distal do fêmur foi coberto pelos scans.

Diafisário BMD foi medido em ambos os fémures por in vivo μCT antes da injecção (A) e 10 semanas após injecção (B) de veículo (fémures esquerda) ou células cancerosas da próstata (fémures direito), e depois por ex vivo espécime μCT em 31 mm (C) e 16 tamanhos mm (D) voxel.

sagital μCT in vivo e ex vivo espécime μCT imagens de fémures 10 semanas após a injecção de veículo (esquerda) ou células de cancro da próstata (direita). (A) in vivo μCT (dimensão do voxel-91 | iM); (B) ex vivo espécime μCT em 31 mícrons, 16 mícrons e tamanhos de voxel de 8 m; (C) ex vivo de dupla energia absortometria de raio-X (DXA); e (d) as imagens histomorfometria óssea são apresentados. L, fêmur esquerdo; R, fémur direito com tumor; seta, espessamento cortical.

2.2. Correlação dos valores Diafisário DMO obtidos pela In Vivo e Ex Vivo μCT, Ex Vivo DXA, and Bone histomorfometria

Houve alta correlação da diáfise in vivo μCT DMO e ex vivo μCT DMO e DMO entre os ex vivo μCT em 31 -μm- e 16 micrometros de tamanho de voxel (Figura 4, Tabela 1). Em comparação, a DMO correlacionados moderadamente entre DXA e in vivo μCT, ou ex vivo μCT (Figura 4, Tabela 1).

(A) in vivo μCT a 91 mícrons vs ex vivo μCT em voxel 31 mícrons tamanho. (B) in vivo μCT a 91 mícrons vs μCT ex vivo em tamanho de voxel de 16 uM. (C) In vivo μCT aos 91 mícrons vs ex vivo DXA. (D) Ex vivo μCT a 16 mícrons vs ex vivo DXA.

Diafisário BMD por in vivo μCT ou ex vivo μCT no tamanho de 31 μm- ou 16 mícrons-voxel correlacionados altamente com BV /TV por histomorfometria de osso (Figura 5, Quadro 1). Em comparação, a DXA DMO correlacionados moderadamente com a histomorfometria óssea BV /TV (Figura 5, Quadro 1). Além disso, as correlações entre μCT in vivo e ex vivo μCT, a 31 mícrons ou de 16 um, foram maiores do que aquelas entre DXA e ex vivo μCT, a 31 mícrons ou de 16 uM (Tabela 1).

in vivo μCT (91 mícrons, A), ex vivo espécime μCT (31 mícrons, B; 16 uM, C), e DXA (D) medições de densidade mineral óssea (DMO) se correlacionam com as medições histomorfométricas do volume ósseo mineralizado /volume total do osso (BV /TV).

2.3. Parâmetros metafisárias e de limiar fixo

Porque trabeculae foram localizados principalmente na metáfise, nós nos concentramos em metáfise para avaliações trabecular. Foram comparados parâmetros de DMO e morfométricas trabecular obtidos por in vivo ou ex vivo μCT em diferentes limiares com histomorfometria óssea. Thresholding não afetou trabecular DMO obtidos utilizando in vivo ou ex vivo μCT, mas afetou parâmetros morfométricos μCT derivados, tais como TBN, BV /TV, colheres de sopa (Figura 6, as tabelas 2 e 3), e TbTh (Tabelas 2 e 3) . μCT realizada a cada tamanho de voxel teve intervalos estreitos individuais para melhores limiares para a correlação máxima de parâmetros trabecular quando comparado a histomorfometria óssea e estes intervalos estreitos sobrepostos para TBN, BV /TV, e colheres de sopa. Em todos os tamanhos de voxel e limiares, TbTh μCT derivado não se correlacionam bem com TbTh por histomorfometria óssea (P 0,17, P 0,47, n = 11)., Provavelmente por causa do pequeno tamanho das trabéculas causadas artefactos de volume de média de

As variações no coeficiente de correlação (r) para a densidade mineral metaphyseal óssea (DMO, A), número trabecular (TBN, B) densidade de volume ósseo (BV /TV, C), e separação trabecular (colher de sopa, D) por μCT em diferentes limiares e histomorfometria óssea. Inserções: usando limiares ideais, in vivo μCT aos 91 mícrons tamanho voxel mostra diferenças significativas em metaphyseal DMO (DMO, A), TBN (TBN, B), BV /TV (BV /TV, C) e colher de sopa (colheres de sopa, D ) entre fémures esquerda e direita 10 semanas após a inoculação do tumor.

o limiar automático ou limite máximo de escala de cinza geralmente não retornou o limite ideal (Tabela 2). O limiar automática variou 550-975 HU no fémur esquerdo e 350-1250 HU no fémur direito, e os valores variaram entre animais e tamanhos de voxel. Da mesma forma, os limites máximos, em escala de cinza variou 706-855 HU no fêmur esquerdo e 744-915 HU no fêmur direito, e estes valores também variaram entre os animais e tamanhos de voxel. Correlações entre μCT e histomorfométrica TBN, BV /TV, e os valores foram maiores colheres de sopa usando limiares ideais fixos de usar limiares automáticos (Tabela 2). parâmetros trabecular (TBN, BV /TV colher de sopa) derivado utilizando os limiares óptimas correlacionados entre in vivo e ex vivo μCT (Tabela 4), e entre in vivo ou ex vivo μCT e histomorfometria (Tabela 2). Apesar de não encontrar boas correlações entre os valores TbTh obtidos por μCT e histomorfometria óssea, TbTh correlacionados moderadamente entre in vivo e ex vivo μCT aos 16, 31, ou tamanhos de voxel de 8 mm, e entre ex vivo μCT nos três tamanhos de voxel ( tabela 4). limiares ideais Portanto, nós utilizamos fixos em diferentes tamanhos de voxel para comparar parâmetros trabecular em μCT com os da histomorfometria óssea.

2.4. DMO de trabéculas de metáfise

in vivo e ex vivo μCT demonstraram decréscimos na DMO da trabécula metafisário em fémures com tumores, em comparação para controlar fémures em todos os tamanhos de voxel (p 0,05, n = 11, Figura 6A, tabela 3). O BMD das trabéculas nas metáfises foi altamente correlacionadas entre in vivo μCT e ex vivo μCT em todos os tamanhos de voxel (Tabela 1).

2.5. Morfométricas trabecular Parâmetros

Trabéculas apareceu mais bem definida com a diminuição do tamanho do voxel de μCT, e desbaste trabecular, espessamento e perda poderia ser identificado (Figuras 1 e 3). Com limiares automáticos ou optimizadas, correlações de parâmetros trabecular por μCT e histomorfometria óssea tendeu para aumentar à medida que o tamanho de voxel diminuiu de 91 ^ m a 8 uM (Tabela 2), mas as correlações foram baixos (dados não mostrados). Dez semanas após a inoculação, foi observado uma diferença significativa em todos os parâmetros, exceto trabecular TbTh entre fémures esquerda e à direita na in vivo μCT e ex vivo μCT em todos os tamanhos de voxel com limite ideal, concordante com histomorfometria. Houve quedas em TBN e BV /TV, e aumento na colheres de sopa em fêmures com tumores em comparação com o controle fémures por in vivo μCT ou ex vivo μCT em todos os tamanhos de voxel (Figura 6B, C e inserções D, Tabela 3) com limite ideal, consistente com a perda global trabecular. Isto não foi visto com limiarização automática para TBN e BV /TV por in vivo μCT ou ex vivo em 31 mm ou com colher de sopa por in vivo ou ex vivo μCT em qualquer tamanho voxel; Este resultado demonstra a importância da utilização de limiar óptimo fixo em vez de thresholding automática. Corrigido limiar óptimo demonstrado que o câncer de próstata envolve a morfologia trabecular óssea alterada.

Discussão

O câncer de próstata que envolve os resultados de esqueleto em uma resposta osso hospedeiro que podem ser quantificados por in vivo e ex vivo μCT em um modelo do rato. Embora não houvesse heterogeneidade na trabeculae afetada pelo câncer (com desbaste, espessamento e perda), em geral, houve perda trabecular nos fêmures com tumor como exemplificado pela diminuição da TBN, BV /TV, e BMD, bem como o aumento colheres de sopa; Em contraste, o córtex diafisária espessada. Além disso para o efeito de factores de crescimento, os dados com o modelo actual do rato sugerem que um mecanismo provável para os resultados é a perda induzida por tumor de osso trabecular que provoca tanto uma reacção óssea trabecular e espessamento cortical para estabilizar a perda de resistência mecânica do osso. Isto pode ainda ser testada em estudos futuros. Os resultados também sugerem que é importante para avaliar tanto do osso cortical e trabecular do osso uma vez que estes podem ser discordante, especialmente no cancro. Isto sugere que se tornará importante para avaliar os parâmetros trabecular como a resolução espacial de CT clínica melhora a um grau que permite essa avaliação

Foram comparadas as habilidades dos três métodos de imagem para avaliar a resposta do osso ao tumor:. In vivo μCT , ex vivo espécime μCT e ex vivo DXA. Todos os três métodos de imagem foram capazes de distinguir uma DMO nas diáfises, consistindo principalmente de osso cortical, dos fémures com tumores. Em comparação com BMD μCT-derivada, BMD DXA-derivado teve um menor coeficiente de correlação com histomorfometria óssea. Isto é consistente com os achados de Barou et al. que também observou menor correlação entre DXA e histomorfometria óssea em ratos [23]. Além disso, a DXA foi incapaz de separar o osso cortical do osso trabecular, enquanto μCT podia. Uma limitação do ex vivo μCT com o tamanho voxel de 8 mm foi o seu pequeno campo de visão que resultou na avaliação de apenas metáfise. É também necessário um tempo relativamente longo de computação. Ex vivo μCT a 31 ou 16 mícrons de tamanho voxel permitido de imagem de todo o fêmur. Com o aumento da resolução, observou-se uma tendência de maior correlação de parâmetros trabecular com histomorfometria, mas a tendência não foi estatisticamente significativa. Surpreendentemente, mesmo com relativamente baixa resolução espacial, parâmetros trabecular poderia ser avaliada por in vivo μCT, assim, permitindo a avaliação longitudinal. Isto sugere que in vivo μCT pode ser utilizada para avaliar alterações na densidade do osso mineralizado e arquitectura trabecular ao longo do tempo, o que pode ser causado por doença ou terapia, por exemplo, em modelos animais. In vivo μCT e ex vivo μCT quantificado o BMD do córtex e trabéculas bem. Ao comparar diferentes de imagiologia modalidades /Máquinas para avaliar a DMO, é comumente necessário adicionar um factor de correcção [30]. DMO determinada por ex vivo μCT foi 2,2 vezes maior do que a densidade mineral óssea determinado por in vivo μCT e porque a correlação entre essas modalidades foi elevada, um factor de correcção de 2,2 poderia ser aplicada ao comparar in vivo μCT DMO com ex vivo μCT DMO.

In vivo ou ex vivo μCT parâmetros trabecular morfométricas (TBN, colheres de sopa e BV /TV) bem correlacionada com a histomorfometria óssea. A maioria dos estudos μCT de ossos usaram amostras de ratos [21], [23], [31] ou de seres humanos [32] – [34], que têm ossos e trabéculas do que os ratos maiores. Devido a diferenças no tamanho entre as espécies, a dimensão do voxel deve ser considerada. Muller et al. [35] encontraram correlações altas para BV /TV (r = 0,91) e colher de sopa (r = 0,91) das amostras de biópsia óssea humana por 14 mícrons 3D μCT e histomorfometria. Para BV /TV, TBN, e TbTh de ílio humanos, Uchiyama, et al. [36] relataram correlações de r = 0,95, 0,75, 0,86, respectivamente, comparando 2D μCT (resolução espacial, de 26 mm) e histomorfometria óssea. Para BV /TV, TBN, colheres de sopa, e TbTh de vértebras humanas, Peyrin et al. alta correlação observado (P 0,93) entre 6,6 mm Synchrotron CT e histomorfometria [33]. Nós também descobrimos que TbTh derivado in vivo μCT moderadamente correlacionada com ex vivo μCT em todos os tamanhos de voxel; No entanto, foi observada uma correlação pobre entre TbTh por histomorfometria óssea e por, in vivo ou ex vivo μCT. Isto pode ser devido a vários fatores, incluindo o nivelamento de volume da pequena trabeculae rato [37], [38] e erro de amostragem, uma vez que apenas três fatias de osso (à direita, no meio, e sagital esquerda /fermur) por fémur foram avaliados por histomorfometria óssea e perda óssea na metáfise foi expectavelmente não homogénea no modelo de tumor. Correlações de TbTh foram maiores entre os métodos μCT. Usando um modelo de rato de osteoporose por desuso, Barou, et ai. [23] encontraram correlação pobre para TbTh por μCT contra histomorfometria óssea e sugeriu que 3D- μCT pode ser mais sensível do que histomorfometria na detecção de mudanças na DMO e trabéculas.

Em contraste com a avaliação da DMO, onde limiar não foi um fator, a escolha do limiar afetou significativamente a avaliação dos parâmetros morfométricos trabecular. limiarização automática e limiar máximo de escala de cinza levou a variabilidade nos valores morfométricas entre os animais eo fémures com e sem tumores. Além disso, nem bem correlacionados com os parâmetros trabeculares como avaliado por histomorfometria. Em comparação, as correlações dos parâmetros morfométricos trabecular (TBN, BV /TV, e colheres de sopa) por histomorfometria com μCT foram alto usando um “limiar óptimo” fixo. Descobrimos que μCT em cada tamanho do voxel tinha um limite fixo separado “ótimo”. Para o nosso conhecimento, estes resultados não foram relatados anteriormente. Apoiar os nossos dados, Ruegsegger et al. , [37] [32] mostraram num modelo exemplar da crista ilíaca biópsia humana que uma alteração de 10% no limiar resultou numa mudança de 5% no BV /TV, usando 28 uM CT. Bouxsein et ai. [39] descrito trabecular e alterações ósseas corticais de estirpes puras de ratos usando μCT com um limiar de 22% do valor máximo da escala de cinzentos de vértebras e tíbia e 30% para o osso cortical mid-femoral. No cenário atual, descobrimos que os valores máximos de escala cinza pode variar e não podem se sobrepor com “limiares ideais”, especialmente quando tumor está presente. Com limite automático, diferenças entre parâmetros trabecular morfológicas eram difíceis de distinguir entre fémures com e sem tumor; Considerando que tais diferenças foram claramente apreciada usando limiares “ótimas” fixos e pela histomorfometria óssea. Por conseguinte, os nossos dados sugerem que o uso de limiares fixo óptimas é importante para a obtenção de valores de parâmetros morfométricos trabecular robustos.

Os resultados deste estudo utilizando μCT para caracterizar quantitativamente o componente mineralizado de fémures de rato pode ser aplicável a outros estudos de ossos em pequenos animais e nos seres humanos. Por exemplo, pode-se avaliar a resposta óssea para estratégias que visam a prevenção ou o tratamento de metástases ósseas, próstata tumor ósseo primário ou metástases de outros tumores primários. Os resultados também têm o potencial de ser generalizado para outros modelos de ossos, tais como a doença óssea metabólica.

clínicos scanners CT multi-slice estão se aproximando resoluções fina o suficiente para avaliar trabéculas. Os nossos dados implicam que cada tamanho de voxel usado exigirá a optimização do limiar. limiarização automática ou limite máximo de escala de cinza vai precisar de validação porque pode ser muito variável para alcançar resultados consistentes clinicamente. Um limiar óptimo fixo pode ser superior para avaliar parâmetros morfométricos. Uma vez que 70% dos efeitos de doença óssea metabólica são reflectidas pela primeira vez no trabéculas e apenas 30% no córtex [40] e por metástases ósseas começar na medula, a avaliação das trabéculas pode detectar a doença metabólica dos ossos e nós suspeitamos também doença metastática mais cedo do que a avaliação do córtex. Desde DMO foi independente do tamanho do voxel e thresholding no estudo atual e dada a dimensão sub-milímetro voxel de novos scanners clínicos, é possível que CT multi-slice clínica em breve poderá ser usado para determinar a DMO das trabéculas para avaliar metabólica e neoplásico doença nos pacientes. Isto requer um estudo mais aprofundado.