同步輻射技術(shù)應(yīng)用于小鼠腎臟的成像與病理對(duì)照

劉安娜 馬紫瑤 彭屹峰* 肖體喬 杜國(guó)浩 何 偉

自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X線后，X線在醫(yī)學(xué)上得到廣泛的應(yīng)用，但獲得的都是X線穿透物質(zhì)所產(chǎn)生的吸收襯度信息。其實(shí)除吸收襯度外，還包括X線的相位改變、衍射、折射、散射、熒光和光電子的激發(fā)信息等，其中相位襯度成像信息，具有高密度分辨率和高空間分辨率等優(yōu)點(diǎn)，可以獲得弱吸收襯度組織(含C、H、O成分為主)的清晰微結(jié)構(gòu)顯示，同時(shí)獲得更好的分辨率[1]。

同步輻射基于其良好的光源特征可以進(jìn)行相位襯度成像，目前開展的同步輻射相位襯度成像方法主要有干涉法[2]、衍射增強(qiáng)法[3-4]和類同軸法[5-6]。由于干涉法對(duì)光路及樣品精度要求非常高，在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究應(yīng)用較少，目前應(yīng)用較多的是衍射增強(qiáng)法和類同軸成像方法。

慢性腎小球腎炎（chronic glomerulonephritis）是臨床上常見的疾病，目前診斷主要依靠臨床及實(shí)驗(yàn)室生化指標(biāo)，影像診斷無(wú)法提供病變的早期信息，相位成像基于優(yōu)質(zhì)的成像機(jī)制尤其適應(yīng)于軟組織的微細(xì)顯示，如能應(yīng)用于腎臟方面的研究無(wú)疑對(duì)于我們臨床診斷和治療將取得較好的幫助作用。

本研究旨在通過同步輻射技術(shù)進(jìn)行小鼠正常腎臟及病變腎臟（慢性腎小球腎炎模型）組織樣品的成像，并與病理學(xué)結(jié)果對(duì)照，評(píng)價(jià)相位技術(shù)在腎臟方面的價(jià)值。

方 法

動(dòng)物模型的準(zhǔn)備，健康雄性小鼠作為本次實(shí)驗(yàn)的對(duì)象，被分為兩組，對(duì)照組和為CGN模型組，耳緣靜脈隔周注射17mg /kg鹽酸阿霉素。摘除腎臟分別病理組織切片觀察，剩下部分均固定在4% 福爾馬林溶液中。每個(gè)樣品大小約7mm。

同步輻射衍射增強(qiáng)成像（DEI）實(shí)驗(yàn)?zāi)芰繛?2keV，X光源和樣品間距離1.5m，樣品和成像板（探測(cè)器）距離為2m。掃描搖擺曲線后選擇曲線上的位點(diǎn)再行成像，一般選擇取經(jīng)典位置（峰位、雙側(cè)腰位及底位）作為研究目標(biāo)。

類同軸成像實(shí)驗(yàn)采用由單色器晶體引出的單色光對(duì)樣品進(jìn)行成像。單色光能量為12 keV，有效距離選用150cm。以上所有實(shí)驗(yàn)標(biāo)本均同時(shí)取相同組織經(jīng)過染色進(jìn)行病理學(xué)對(duì)照研究。

結(jié) 果

在小鼠腎臟大體標(biāo)本的成像實(shí)驗(yàn)中，腎臟血管結(jié)構(gòu)顯示較為清楚（圖1），包括從腎臟皮質(zhì)、髓質(zhì)及周圍的小血管均可獲得清晰顯示。而與腎臟大體病理標(biāo)本（圖2）的對(duì)照中可以獲得較好的一致。

斷層掃描成像實(shí)驗(yàn)顯示腎臟的諸多微細(xì)結(jié)構(gòu)（圖3），包括近曲、遠(yuǎn)曲小管等諸多腎臟組成微細(xì)結(jié)構(gòu)，以及腎小體、腎小囊結(jié)構(gòu)，其分辨率約為10μm量級(jí)，與腎臟病理顯微成像（圖4）的信息均高度一致。腎小球是腎臟構(gòu)成的基本功能和解剖單位，位于皮質(zhì)迷路和腎柱內(nèi)，直徑約20μm，由腎小囊和血管球組成，腎小囊（renal capsule）是腎小管起始部膨大凹陷而成的杯狀雙層囊，血管球是腎小囊中的一團(tuán)蟠曲的毛細(xì)血管。

在對(duì)正常腎臟與GGN模型的腎臟的對(duì)照研究中，正常腎臟（圖5A）顯示完整健全的腎小球、腎小囊、腎小管結(jié)構(gòu)、清晰的系膜和間質(zhì)；三維重建后（圖5B）顯示腎臟微結(jié)構(gòu)，腎單位、腎小管及腎間質(zhì)較清晰；獲得的病理切片中，正常腎臟（H-E染色×100，圖5C）顯示微結(jié)構(gòu)清晰，血管形態(tài)正常。慢性腎小球腎炎（CGN）的腎臟模型中，切片（圖5D、E）顯示腎小囊損傷，腎小管稍擴(kuò)張，間質(zhì)水腫，細(xì)胞浸潤(rùn)；間質(zhì)模糊滲出性改變，系膜增生；同時(shí)獲得的GGN

圖1 小鼠腎臟冠狀面SR成像。圖2 小鼠腎臟大體病理標(biāo)本。圖3 腎臟SR高分辨成像。圖4 腎臟標(biāo)本病理顯微成像。

圖5 正常和病變兩組腎臟間組織學(xué)( H-E 染色×100) 、DEI 及三維圖（A～F）。A.正常腎臟SR高分辨成像。B.正常腎臟SR三維成像。C.正常腎臟病理影像。D.CGN病變SR高分辨成像。E.CGN病變腎臟SR三維成像。F.CGN病變腎臟病理影像。

病理切片（H-E染色×100）（圖5F），顯示腎臟微結(jié)構(gòu)稍紊亂，微血管增生、扭曲，間質(zhì)系膜增多。

討 論

同步輻射（synchrotron radiation，SR）是高能量電子或正電子作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所發(fā)射的電磁輻射。1946年Blewett首先在電子加速器上觀察到同步輻射，標(biāo)志著一種新的光源時(shí)代開始。目前醫(yī)學(xué)影像學(xué)的X線成像采用吸收成像，其最大弱點(diǎn)是對(duì)軟組織的分辨力較差。從微觀上，相位隨密度變化的襯度比吸收變化的襯度要高得多，利用相襯信息有可能獲得更清晰的軟組織成像。

衍射增強(qiáng)成像技術(shù)最大特點(diǎn)是在樣品與探測(cè)器之間使用了一塊與單色器晶體一致的分析晶體，無(wú)須采用干涉方法就可以獲得物體的相位分布。類同軸成像主要依賴于X射線的折射作用。

常規(guī)臨床影像學(xué)由于基于吸收襯度無(wú)法提供診斷腎臟病變較有力的信息?；谙辔灰r度成像方法在成像機(jī)制上的突破和改進(jìn)帶來了這方面的發(fā)展。近年來應(yīng)用同步輻射開展腎臟成像的研究有較大發(fā)展；]Gang等[7]采用最簡(jiǎn)單的兩塊晶體研究了腎臟切片厚度與成像質(zhì)量之間的關(guān)系。陳志華等[8]采用同步輻射DEI成像顯示一個(gè)腎段的細(xì)微解剖結(jié)構(gòu)，最細(xì)的分支直徑為30μm。Yong等[9]在韓國(guó)Pohang Light Source (PLS)裝置上，應(yīng)用同步輻射折射成像方法，對(duì)腎臟正常及癌腫組織進(jìn)行了成像研究，顯示相當(dāng)于700倍光學(xué)顯微鏡下的微細(xì)組織結(jié)構(gòu)。

腎小球是腎臟解剖和功能的基本單位，腎小球的病變是腎臟病變的基礎(chǔ)。在我們的實(shí)驗(yàn)中[10]，通過建立動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瞳@得的成像具有較好的效果，如果進(jìn)一步建立動(dòng)態(tài)觀察、同時(shí)進(jìn)一步提高圖像分辨率，優(yōu)化成像參數(shù)等諸多改進(jìn)措施將有望獲得很好的成像效果[11]。