利用X射线计算机断层扫描在小鼠肥胖模型的FAT卷的分割和测量

Sasser, T. A., Chapman, S. E., Li, S., Hudson, C., Orton, S. P., Diener, J. M., et al. Segmentation and Measurement of Fat Volumes in Murine Obesity Models Using X-ray Computed Tomography. J. Vis. Exp. (62), e3680, doi:10.3791/3680 (2012).

肥胖增加发病率和死亡率以及降低生活质量的指标与¹这两种遗传和环境因素与肥胖有关，虽然精确，有助于疾病的基本机制，目前正在划定^。2,3几个小动物肥胖模型已开发和在研究各种就业。这些实验的一个关键组成部分，涉及的各种条件下的区域和/或总的动物脂肪含量数据的收集。

传统的实验方法可用于测量肥胖的小动物模型中的脂肪含量，包括侵入性（如脂肪沉积的体外测量）和非侵入性的协议（如双能X射线骨密度仪（DEXA），或磁共振（MR）），每个呈现相对权衡。当前侵入性方法测量脂肪含量可能会提供详细情况机关和地区特定的脂肪分布，但牺牲的对象将排除纵向评估。相反，当前的非侵入性的战略提供器官和地区特定的脂肪分布的细节有限，但使宝贵的纵向评估。用专用的小动物，X射线计算机断层扫描（CT）系统和定制的分析程序，无论是机关和脂肪的分布区域和纵向分析具体分析的出现是可能的。最近的报告已经证实在活小鼠体内肥胖的纵向成像的CT使用^。5,6在这里，我们提供了一个修改后的方法，允许/总脂肪量测量，分析和利用结合锐珂分子成像Albira CT系统可视化与PMOD与Volview套装软件。

1。动物

1. 对于结果报告如下，C57BL/6J小鼠及四B6.V， 瘦素 ^OB / J小鼠获得了从杰克逊实验室（巴尔港，主，美国）。的B6.V - 瘦素^OB / J小鼠代表肥胖最早的车型之一，并继续积极研究。 B6.V 瘦素^OB / J小鼠表现出通过增加脂肪细胞的大小和数量特征的表型和可重达比野生型小鼠多三倍^。7,8在这里，B6.V 瘦素^OB / J小鼠作为一个积极的就业控制肥胖型说明的Albira CT的CT为基础的脂肪含量测量系统的可行性。
2. 成像进行的动物时达到约12个星期。 （4周龄后在B6.V， 瘦素^OB / J小鼠的肥胖是清单）。
3. 小鼠麻醉由Isofluorane（2.5％的流量），并保持在2.5％下，通过鼻锥成像设置。一个imals被定位俯卧在标准的大鼠与形象的Albira站提供的床（M2M Imaging公司俄亥俄州克利夫兰）。四肢的位置，从一个统一的CT收购的躯干外侧。
4. 图像采集完成后，小鼠，从鼻锥和返回直到门诊恢复笼。

2。图像采集和重建

1. 图像采集使用的Albira的CT系统（锐珂分子成像，伍德布里奇，CT）。小鼠麻醉由Isofluorane（2.5％的流量），并保持在2.5％下，通过鼻锥成像设置。收购进行扫描床长度为115毫米，使用600预测。 X射线源被设置为200μA和45 kVp的电压的电流，并加固梁用0.5毫米铝过滤。
2. 深近似的CT设置辐射剂量当量为220毫希，浅层剂量当量为357.4毫希沃特。这些剂量超过20倍LD50值比报告。
3. 图像重建FBP的算法（滤波反投影）通过Albira套房5.0 Reconstructor使用，使用“标准”参数。这些合并收购和重建设置125微米的各向同性体素产生最后的形象，被视为足以为整个动物分析。有关详细地区具体分析，有35微米的各向同性体素重建可以选择为90微米的最终解决。

3。图像分析

使用PMOD（PMOD科技有限公司，瑞士苏黎世）分析软件进行图像分析。图像PMOD分段，根据总体积密度第一的组织和脂肪体积。

可减少3.1图像进行分析，以减少计算需求。

1. 减少，导航到“主视图 ”选项卡。 选择“工具”>“减少”。
2. 选择由2 x，y 2，和 Z 2。
3. 检查更换 。
4. 选择运行 。

消息：“ 边框将改变 ”显示，一旦减少是完整的。

3.2图像可以被屏蔽，随后利益体积（VOI）分析，以消除床和鼻锥的元素。

1. 为了掩盖，导航飞机，布局，旋转，镜像，三维标志物 > 飞机和布局 。
2. 选择显示平面Z。
3. 在Z平面上，滚动到鼻锥。
4. 选择的主要Visa奥运畅想 “选项卡> 绘制顶点 。
5. 周围画动物的感兴趣区域（ROI），鼻子不包括床和鼻锥。
6. 选择将实际的投资回报率 。
7. 移动到下一个切片， 粘贴缓冲区，通过鼻子的有关飞机的投资回报率 。
8. 使用“ 编辑组顶点调整是必要的投资回报。
9. 选择“ 删除”在鼻锥之外的第一架飞机的投资回报率 。
10. 产生一个新的VOI的鼻锥之外的第一架飞机，包括在动物周长（不包括动物床）。
11. 导航VOI的“工具”>“遮蔽与代数 。
12. 提供的对话方块中，输入-1000。
13. 外选定VOIS按钮选择的面膜像素 。

消息：“ 操作不可逆的数据，你要继续吗？”显示器。

14. 选择 Yes。
15. 导航平面布局，旋转，镜像，三维标记 > 飞机及莱超时。
16. 选择“ 显示所有飞机 。
17. 检查VOI的完整性。
18. 选择“ 保存”。
19. 保存分析 。
20. 更改文件名的前缀。

3.3首先，部分动物总体积的形象：

1. 选择“ 工具”>“外部”。
2. 选择分割复选框。
3. 输入范围为-300到+3500（来自腹部脂肪区域的密度范围内的密度范围参考）。
4. 选择“ 运行”分割“。
5. 检查分割完整性。
6. 选择“ 确定”。
7. 选择删除的投资回报率 。
8. 选择VOI统计 。

报告统计总量。

9. 记录报道体积。

   3.4下，部分脂肪体积的形象：

   1. 返回到非脂肪量分割分段蒙面形象。
   2. 要加载蒙面数据保存的文件，检查在 Load窗口的分析框）。
   3. 选择“ 工具”>“外部”。
   4. 选择分割复选框。
   5. 输入范围为-200至-50。
   6. 选择“ 运行”分割“。
   7. 检查分割完整性。
   8. 选择“ 确定”。
   9. 选择VOI统计 。

   报告的统计数据表示的脂肪量。

   10. 记录报道体积。
   11. 选择“ 保存”。
   12. 保存分析 。
   13. 更改文件名的前缀。

   可选：如果皮肤/周边密度仍然存在，“腐蚀和膨胀”协议可能进行VOI的分析，以消除这些地区。

   1. 选择“ 工具”>“外部”。
   2. 选择形态复选框。 形态视图显示。
   3. 选择侵蚀 。
   4. 选择“ 确定”。
   5. 选择“ 工具”>“外部”。
   6. 选择形态复选框。 形态视图显示。
   7. 选择扩张 。
   8. 选择“ 确定”。

   4。 CT图像的可视化

   4.1 VolView V3.2（Kitware，克利夫顿公园，纽约，美国）利用创建渲染三维图像分割的视觉显示。

   分析格式的数据集。
   1. 在弹出窗口中使用的默认设置。
   2. 打开插件菜单。
   3. 在实用程序 ，选择“ 合并卷 。
   4. 取消选择重缩放组件 。
   5. 单击“ 分配第二次输入 。
   6. 选择第二个输入的脂肪分割数据。
   7. 在弹出窗口中使用的默认设置。
   8. 单击“ 应用插件 。
   9. 体积较大的主题鼠标双击视图窗口 。

   4.2返回颜色/透明度“选项卡 。组件的下拉框是指数据集目前正在编辑。两个滑块位于底部的标签，并确定覆盖范围内设定每个组件数据的相对亮度，用0到1的值。对于组件1，THé的CT，我们更倾向于使用灰度颜色方案。要改变颜色：

   1. 在标量颜色映射“部分中，双击颜色滑块之一。
   2. 要删除一个滑块，拖动它开箱。
   3. 添加一个新的滑块，滑块范围内的任意位置单击。
   4. 删除滑动条之一。
   5. 使左边的颜色滑块黑 （标值（S）= -19000）。
   6. 做出正确的颜色滑块白（（）= 15000）。
   7. 从标量透明度映射中，通过点击方框内的创建一个新的起点。这将给窗口中的三个点。
   8. 为中间点，改变的（S）〜-3000，不透明度（O）的值设置为0。
   9. 在右边的窗口中选择第三点。
   10. 改变（S）到32000左右， .25。
   11. 第一点，可以在任何地方在左边，只要Opacity值设置为0。
   12. 更改组成部分，它应该编辑脂肪的外观。
   13. 改变颜色滑块通过双击和色相（高）滑动滑块到左边的假色图脂肪红色到红色 。很没有别的应需要调整脂肪的外观。

   4.3要创建一个三板的旋转电影显示的CT，脂肪和覆盖：

   1. 单击并拖动到直立位置与背对着你的主题鼠标。
   2. 在组件的重量 ，设置组件的价值2 0只显示CT扫描。
   3. 单击“ 修改”>“相机 。
   4. 选择帧FO数r的旋转电影（本案中，我们选择了“36”）。
   5. 改变X旋转360度的价值 。
   6. 选择创建 。
   7. 在弹出的对话框中，创建一个新文件夹命名的CT，并保存在TIFF格式的文件，将输出一系列的旋转图像。
   8. 重复这一步脂肪形象，以及覆盖的脂肪/ CT图像，他们每次保存到单独的文件夹。

   4.4 ImageJ的至五1.43u被用来生成一个旋转的电影文件使用VolView输出图像。

   1. ImageJ的，选择文件>导入>图像序列 。
   2. 选择CT的文件夹中的第一张图片。该软件会自动检测到的其他文件，并打开它们作为一个堆栈。
   3. 重复打开的脂肪和覆盖序列。
   4. 根据分析打开>工具>投资回报率的投资回报经理经理。
   5. 围绕主题鼠标绘制的投资回报率，排除不必要的背景像素。
   6. 在ROI经理 ，单击“ 添加 ”，以增加投资回报率。
   7. 选择一个不同的图像序列。
   8. 在ROI经理 ，单击将它应用到图片的投资回报率 。在这种方式中，每个裁剪栈完美匹配。
   9. 当投资回报率是所有的堆栈，右键单击内的投资回报率。
   10. 选择“ 复制”。
   11. 选择“ 检查重复堆栈框图像的其余部分分开的投资回报率。
   12. 关闭更大的图像堆栈。
   13. 重复此过程为所有三个图像序列。
   14. 去图像>书库>工具>合并栈结合在一起。
   15. 选择CT栈1。
   16. 选择栈2发 。
   >重复，并选择1堆栈和堆栈2的叠加结合栈 。
   17. 现在有三个面板，图像旋转堆栈，可以选择在图像窗口左下角的“ 播放预览。
   18. 保存为一个AVI的电影，选择文件>另存为...>的AVI ...
   19. 点击“ 保存 ”。

   5。代表结果

   WT（只C57BL/6J）小鼠和四个肥胖（B6.V， 瘦素^OB / J的）小鼠的结果报告作为用人Albira CT系统的脂肪/总体积比测量有代表性的例子。下面的图1提供了一个代表显示VolView V3.2创建肥胖小鼠CT图像的分割（ 即总量和脂肪量）。

   0/3680fig1.jpg“/>
   图1。代表的CT图像分割为脂肪。（一）肥胖小鼠（B6.V 瘦素^OB / J的）CT灰度总量，（B）在红色的脂肪量，和（C）图像融合。 （四）野生型小鼠（C57BL/6J小鼠）CT在灰度总量，（五）脂肪量在红色，（F）的图像融合。

   在下面的表1报告总量，脂肪量，脂肪/总额比率计算，每个WT鼠标和每个肥胖小鼠。 WT组和肥胖组的平均脂肪/总体积比分别为0.09和0.42（ 图2）。肥胖小鼠与野生型小鼠的脂肪/总体积比被发现显着差异（P = 0.001）。

   WT（只C57BL/6J）	总计（3厘米）	脂肪（3厘米）	脂肪/总比率	肥胖（B6.V瘦素OB	总计（3厘米）	脂肪（3厘米）	脂肪/总比率
   动物1	28.79	3.00	0.10	动物1	66.25	26.75	0.40
   动物2	33.25	3.05	0.09	动物2	61.15	26.31	0.43
   动物3	30.30	2.63	0.09	动物3	64.19	25.7	0.40
   				动物4	54.25	23.78	0.44

   
   

   表1。总成交量，脂肪量，WT和肥胖小鼠的脂肪/总体积的比率。共有和脂肪量，推导出从使用PMOD VOI的分析图像分割。

   
   图2。平均肥胖小鼠与野生型小鼠的脂肪/总体积的比率。平均为WT（只C57BL/6J）与肥胖（B6.V， 瘦素^OB / J的）脂肪/总体积的比率是0.09和0.42分别显示。 （误差线=单一的标准偏差）。野生与肥胖的脂肪/总体积比被发现显着差异（p值= 0.001）。

在这里，利用B6.V 瘦素^OB / J小鼠，我们已经说明了在一个小的动物使用的Albira的CT系统模型进行脂肪含量测量的可行性。这些测量与比较组内和组间测量的期望是一致的。首先，这里提供有代表性的成果，突出有限集团内部WT和肥胖小鼠使用这些程序组中的脂肪/总体积比测量的变化。其次，野生型与肥胖小鼠的脂肪/总量比差异显着。最后，根据以前的值相对总脂肪量和野生与B6.V 瘦素^OB / J小鼠体脂肪百分比比较（未显示），野生与脂肪/总体积比我们的测量B6.V LEP ^OB / J小鼠属于预期范围内^，7，8。

这里详细的方法可以适用或适用于其他Models和/或研究的目标。重建参数的修改，可能需要达到的具体目标。例如，Judex 等 。 （2010）报道，一些地区的具体分析需要50微米的高分辨率图像。一厘米图像的各向同性卷可以选择的Albira 5.0套房Reconstructor使用“人力资源”重建选项为35微米的重建。一旦已被利用的具体地区和器官的脂肪含量测量的Albira CT系统的全部好处的CT为基础的脂肪含量分析（即同时区域和特定器官的脂肪量的测量和纵向测量），可实现的Albira CT系统。

结论：

在这里，我们提供了一个详细的，一步一步使用X射线CT成像生活小鼠中脂肪含量的测量方法。我们收购的CT数据集使用一个Albira形象站，并进行后续的分割和全日空裂解使用PMOD软件的套件。最后，我们提供的指示，使浅显的渲染和可视化在整个动物的脂肪组织分布。

托德·A·震荡波，Shengting李肖恩体育顿，和Seth T.的金门是锐珂分子成像的员工。卡洛斯Correcher是一个Oncovision雇员，宝石影像看到马修Leevy是锐珂分子成像的顾问。

我们衷心感谢圣母院综合成像设备（NDIIF）和Carestream Health公司的这个项目的金融支持。

1. Clarke, P.J., O'Malley, P.M., Schulenberg, J.E., & Johnston, L.D. Midlife and Socioeconomic Consequences of Persistent Overweight Across Early Adulthood: Findings From a National Survey of American Adults (1986-2008). Am. J. Epidemiol., (2008).
2. Brockman, G. & Bevova, M. Using Mouse Models to Dissect the Genetic of Obesity. TRENDS in Genetics. 18 (7), 367-376 (2002).
3. Bray, G.A. Progress in Understanding the Genetics of Obesity. Journal of Nutrition. 127 (5 Suppl.), 940S-942S, Review, (1997).
4. Carroll, L. Mouse Models of Obesity. Clinics in Dermatology. 22, 345-349 (2004).
5. Judex, S., Luu, Y.K., Ozcivici, E., Adler, B., Lublinsky, S., & Rubin, C.T. Quantification of Adiposity in Small Animal Rodents using Micro-CT. Methods. 50 (1), 14 (2010).
6. Luu, Y.K., Lublinsky, S., Ozcivici, E., Capilla, E., Pessin, J.E., Rubin, C.T., & Judex, S. In Vivo Quantificaiton of Subcutaneous and Visceral Adiposity by Micro Computed Tomography in a Small Animal Model. Med. Eng. Phys. 31 (1), 34-41 (2009).
7. Medina-Gomez, G., Gray, S.L., Yetukuri, L., Shimomura, K., Virtue, S., Campbell, M., Curtis, R.K., Jimenez-Linan, M., Blount, M., Yeo, G.S., Lopez, M., Seppänen-Laakso, T., Ashcroft, F.M., Oresic, M., & Vidal-Puig, A. PPAR gamma 2 prevents lipotoxicity by controlling adipose tissue expandability and peripheral lipid metabolism. PLoS Genet. 3 (4), e64 (2007).
8. Sakkou, M., Wiedmer, P., Anlag, K., Hamm, A., Seuntjens, E., Ettwiller, L., Tschöp, M.H., & Treier, M.A role for brain-specific homeobox factor bsx in the control of hyperphagia and locomotory behavior. Cell Metab. 5 (6), 450-63 (2007).
9. Patchen, M.L., MacVittie, T.J., & Souza, L.M. Postirradiation treatment with granulocyte colony-stimulating factor and preirradiation WR-2721 administration synergize to enhance hemopoietic reconstitution and increase survival. International Journal of Radiation Oncology. 22 (4), 773-9 (1992).

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