Die Autoren: (1) Fatemeh Azari, Abteilung für Maschinenbau und Materialwissenschaft, Universität Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (FAA104@pitt.edu); (2) Anne M. Robertson, Abteilung für Maschinenbau und Materialwissenschaft, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 und Abteilung für Bioengineering, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (rbertson@pitt.edu); (3) Lori A. Birder, Abteilung für Medizin, University of Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 und Abteilung für Pharmakologie und Chemische Biologie, University of Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 (lbirder@pitt.edu). Authors: (1) Fatemeh Azari, Abteilung für Maschinenbau und Materialwissenschaft, Universität Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (FAA104@pitt.edu); (2) Anne M. Robertson, Abteilung für Maschinenbau und Materialwissenschaft, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 und Abteilung für Bioengineering, University of Pittsburgh, 3700 O'Hara Street Benedum Hall of Engineering, Pittsburgh, PA 15261 (rbertson@pitt.edu); (3) Lori A. Birder, Abteilung für Medizin, University of Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 und Abteilung für Pharmakologie und Chemische Biologie, University of Pittsburgh, 3550 Terrace St, Pittsburgh, PA 15213 (lbirder@pitt.edu). Tisch links Zusammenfassung und 1 Einführung Methoden Ergebnisse, Schlussfolgerungen und Referenzen Zusammenfassung Aktuelle mechanische Modelle der Blase idealisieren die Blase weitgehend als sphärisch mit gleichmäßiger Dicke. Diese aktuelle Studie zielt darauf ab, diese Idealisierung mit Mikro-CT zu untersuchen, um 3D-rekonstruierte Modelle von Rattenblättern bei 10-20 Mikrometer Auflösung in sowohl leeren als auch gefüllten Zuständen zu erzeugen. Auf drei Rattenblättern angewendet, identifiziert dieser Ansatz - Form, Volumen und Dicke Variationen unter unterschiedlichen Druck. Diese Ergebnisse zeigen, dass der Füll- / Entleerprozess weit von der idealisierten sphärischen Inflation / Kontraktion entfernt ist. Jedoch können die Geometrie-Idealisierungen in Fällen angemessen sein, in denen die gefüllte Blase-Geometr 1 Einführung Die Funktionalität der Blasenoberfläche wird durch ihre Geometrie, Wanddicke und biomechanische Eigenschaften bestimmt, die alle anfällig für Verschlechterungen aufgrund von Alter und Krankheit sind, wie BOO. Die Bedeutung von BOO für die Bevölkerung wird durch die weltweit zunehmende Prävalenz von gutartiger Prostatahyperplasie (BPH), dem zentralen Beitrag zum BOO, hervorgehoben. BPH hat eine ausgeprägte Zunahme von 70,5% von 51,1 Millionen Fällen im Jahr 2000 auf 94 Millionen im Jahr 2019 gezeigt [1,2,3] und ist ein besonders wichtiges medizinisches Problem für Männer im Alter von 50-60 Jahren aus niedrigeren sozioökonomischen Hintergründen. BPH induziert ein Spektrum von Harnfunktionsstörungen [4-5] einschließlich Blasenwand Traditionell war die Bildgebung Modalität der Wahl für BOO-Patienten Ultraschall; es versagt jedoch, umfassende Einblicke in Wandveränderungen, die sich aus Gewebewachstum und Umgestaltung ergeben. Seit 1991 gab es intermittierende Erforschung in die geometrischen Eigenschaften der BW während der Füllung und Entleerung Zyklen. Dennoch wird dieses Feld der Untersuchung durch die Mangelhaftigkeit der integrierten interdisziplinären Methoden und die erforderlichen anspruchsvolle Ausrüstung [4,5,6] behindert. Bestehende wissenschaftliche Literatur beschreibt zwei primäre experimentelle Ansätze für die Klärung der BW-Eigenschaften: Analysen auf der Ebene des Organs und jene auf der Ebene des Gewebebands [7,8,9]. Während Untersuchungen Darüber hinaus haben konventionelle Ansätze zur Charakterisierung der Blasenmechanik historisch ein übermäßig vereinfachtes Modell der Blase angenommen, das sie als ein gleichmäßig dickes, sphärisches Gefäß konzeptualisiert. Während diese Idealisierungen in einigen Einstellungen angemessen sein können, können sie die komplexe Geometrie des Organs, einschließlich der sich ändernden und nicht gleichmäßigen Wanddicke während des Füllprozesses, nicht berücksichtigen. Weiterentwickelte Modelle der Blase sind erforderlich, um das komplexe biomechanische Verhalten der Blase authentisch zu reproduzieren. Als Reaktion auf diese Lücke verwendete unsere Untersuchung Micro-CT, um die geometrischen Eigenschaften der Blasenwand innerhalb eines ex-vivo Füllmod 2 Methoden 2.1 Ex-Vivo Füllung der Harnblase Organ Die zugeordneten Harnblase, Harnleiter und Harnröhre wurden chirurgisch von drei 3-4 Monate alten weiblichen Sprague-Dawley-Ratten entfernt und sofort in eine HEPES-bufferte physiologische Salzlösung (HB-PBS) mit einer Zusammensetzung von 134 mM NaCl, 6 mM KCl, 1 mM MgCl2, 2 mM MgCl2, 10 mM HEPES und 7 mM Glukose gelegt, angepasst auf einen pH-Wert von 7,4. Calciumkanalblocker wurden zur Lösung hinzugefügt, um die spontane Kontraktion von glatten Muskelzellen (SMC) zu verhindern. Die Harnleiter wurden angrenzend an die Blasewand, 1 mM MgCl2, 2 mM MgC 2.2 Mikro-CT Experimentelles Design und morphologische Analyse Die zentralen Schritte, um ein 3D-rekonstruiertes Modell jeder Blase zu erhalten, sind i) Montage, Ausrichtung und Scan mit einem Skyscan 1272 Scanner mit hoher Auflösung (Anwender Micro-CT, Kontich, Belgien), ii) 3D-Rekonstruktion der micro-CT Z-Stacks von 2D-Bildern mit Nrecon-Software (Anwender MicroCT, Kontich, Belgien), iii) morphologische Analyse des 3D-Modells mit Simpleware ScanIP-Software (Synopsys, Sunnyvale, Kalifornien), iv), Segmentierung der internen (Lumen) und externen (lumaben) Geometrien in der Meshmixer-Software (Autodesk, San Francisco, Kalifornien) und Dickeanalyse mit Micro-CT-Scans wurden mit 80 kV Quellspannung und 125 μA Quellstrom durchgeführt. Bilder wurden bei einer Pixelgröße von 10,8 μm mit einem Drehschritt von 0,6 Grad, einer 2048 x 2048 Frame-Größe ohne Filterung und einer Belichtungszeit von 400 ms erfasst. Die Rekonstruktion dieser Bilder mit NRecon-Software beinhaltete Glättung auf Ebene 1, Ringartefakte bei 50%, und Korrektur für 2% Strahlhärtung. Die Scanning-Zeit für Blätter wurde weniger als 10 Minuten beibehalten, um Entwässerung zu vermeiden. Der Segmentierungsprozess begann mit der Schwelle der Grauschichtwerte, um Masken zu erstellen, indem die rekonstruierten 2D-Bilder in 3D-Mod 3 Ergebnisse und Schlussfolgerungen Eine quantitative Bewertung der Blasengeometrie wurde für drei Rattenblasenproben erhalten, die als Blasen A, B und C gekennzeichnet sind, Abbildung 2. Daten wurden in zwei Inflationszuständen erhalten: (1) leer (nicht verteilt Zustand - Erntezustand) und (2) gefüllt (verteilt). Im leeren Zustand war die Wanddicke sehr ungleichmäßig. In allen drei Fällen war der BW für den leeren Zustand an der Kuppel im Vergleich zu den mittleren Blase- und Trigonalbereichen deutlich dicker. Insbesondere war die durchschnittliche maximale Kuppeldicke für alle drei Blätter 2,84 mm ± 0,28 mm, während die mediane Dicke der mittleren und Trigonalbereiche 0,65 ± 0,14 war. Im Gegensatz dazu haben alle drei Blätter bei Distanzierung (Abbildung 2, b, d, f) eine relativ einheitliche, dünne Wand mit einer durchschnittlichen Mediendicke von 0,10 mm ± 0,02 mm. Zahlreiche Wandmodelle, einschließlich unserer eigenen [3], haben die Blase mit einer sphärischen Konfiguration und einer homogenen Wanddicke [3,6,10] idealisiert, eine Annäherung, die für die Ableitung analytischer Lösungen vorteilhaft ist. Die aktuelle Arbeit deutet darauf hin, dass dies eine angemessene Annäherung in Studien sein kann, in denen die gefüllte Blase-Geometrie von Bedeutung ist. Zum Beispiel in einer jüngsten Studie über das Wachstum und die Umgestaltung für BOO-Blätter wurde die gefüllte (sphärische) Blase als Referenzkonfiguration für die Definition der homöostatischen Strecke sowohl von Kollagenfasern als auch von glatten Muskelzellen [3]. Es ist jedoch möglich, dass selbst die vollständige Blase Abwe Zusammenfassend unterstreicht diese Arbeit die Notwendigkeit, anspruchsvolle Bildgebungsmodalitäten wie hochauflösende Micro-CTs einzusetzen, um die Blasenmorphologie aufzudecken und regionspezifische Veränderungen der Wanddicke während des Füll- und Entleerprozesses zu identifizieren. Solche hochauflösenden Daten sind entscheidend für berechnungsmechanische Modelle der Blasen, die für die Untersuchung der sich entwickelnden Blasenfunktionalität bei Krankheiten wie Blasenausgangsobstruktion (BOO) erforderlich sind. Referenzen [1] Awedew, A. F., et al. 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