يستخدم هذا البروتوكول التصوير المقطعي المحوسب الدقيق لتمكين القياس الكمي الفعال من حيث التكلفة للكتلة الخالية من الدهون ، بما في ذلك العضلات الهيكلية والأنسجة الحشوية والأنسجة الدهنية والأنسجة الهيكلية في الصغيرة. يميز بين الأنسجة الخالية من الدهون والدهنية ، مما يوفر مزايا كبيرة للأبحاث الطبية الحيوية ، لا سيما في الأبحاث الانتقالية في الصغيرة.
مقالة منهجية
القياس الكمي للعضلات الهيكلية غير الغازية في الصغيرة باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق
يفتح في علامة تبويب جديدة
في هذه المقالة
ملخص
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
الملخص
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
يعد حجم العضلات الهيكلية وكتلتها وتكوينها خصائص مهمة لدراسة الأمراض الأيضية والأمراض المرتبطة بالعضلات ، لأنها تؤثر بشكل مباشر على فهم تطور المرض ونتائج العلاج. يعد تحديد كتلة الحي الخالية من الدهون والدهن والهيكل العظمي أمرا مهما في دراسات التمثيل الغذائي وعلم وظائف الأعضاء والصيدلة وعلم الشيخوخة. ومع ذلك ، فإن الحصول على قياسات دقيقة لتكوين الجسم ، خاصة للكتلة الخالية من الدهون ، لا يزال يمثل تحديا بسبب القيود المتأصلة في تقنيات التقييم التقليدية. التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT) هو تقنية إشعاعية غير جراحية تتيح التصور عالي الدقة للهياكل الداخلية في نماذج الصغيرة. يمكن لطريقة التصوير المقطعي المحوسب الدقيقة الموحدة أن تعزز بشكل كبير الأبحاث الانتقالية بنتائج أكثر موثوقية وتأثيرا ، خاصة أثناء دراسات الشيخوخة أو في نقاط زمنية مختلفة داخل نفس. على الرغم من إمكاناته ، فإن الافتقار إلى التوحيد القياسي في طرق الحصول على الصور وتحليلها يعيق بشكل كبير قابلية مقارنة النتائج عبر الدراسات المختلفة. هنا ، نقدم بروتوكولا شاملا ومفصلا منخفض التكلفة لتحليل الكتلة الخالية من الدهون باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الصغير لمواجهة هذه التحديات وتعزيز الاتساق في الأبحاث التي تنطوي على نماذج الصغيرة.
المقدمة
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
الحجم والكتلة والتكوين هي خصائص حاسمة للعضلات الهيكلية لدراسة آليات الأمراض المتعلقة بالعضلات والتمثيل الغذائي1. تشترك ساركوبينيا ، والدنف ، والضمور ، والاعتلال العضلي في أنماط ظاهرية مشتركة: انخفاض الكتلة ، وتغيير في التكوين ، وضعف وظيفةالعضلات 2،3،4،5. ومع ذلك ، فإن تحديد تكوين الجسم في حي لا يزال معقدا للغاية وصعبا من الناحية الفنية6.
المنهجيات الأساسية للتصوير في الجسم الحي وتحليل تكوين الجسم هي قياس امتصاص الأشعة السينية ثنائي الطاقة (DXA) ، والتصوير المقطعي المحوسب (CT) ، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). تستخدم هذه الطرق بشكل أساسي لفحص ومراقبة الأمراض التي تؤدي إلى تقليل الكتلة الخالية من الدهون7،8،9،10،11. DXA هو المعيار الذهبي لتحليل تكوين الجسم نظرا لتكلفته المنخفضة. ومع ذلك ، فإن DXA له عيب كبير مقارنة بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب: عدم قدرته على حل العضلات والأنسجة الدهنية مكانيا1.
يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي مجالات مغناطيسية قوية وموجات راديو لتوليد صور مفصلة للهياكل الداخلية للجسم12. تتمثل إحدى مزاياها الرئيسية على التصوير المقطعي المحوسب في دقة التباين الفائقة ، مما يسمح بتمييز ممتاز بين أنواع الأنسجة الرخوةالمميزة 1،13،14. على عكس التصوير المقطعي المحوسب ، لا يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي الإشعاع المؤين ، مما يجعله أكثر أمانا للاستخدام المتكرر15،16. ومع ذلك ، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي أغلى ثمنا وأقل سهولة ، مع أوقات فحص أطول وتكاليف صيانة أعلى13،17. وبالتالي ، فإن أدوات التصوير بالرنين المغناطيسي التي تم تكييفها لتحليل الصغيرة لا تتوفر عادة.
يشبه التصوير المقطعي المحوسب الصغير التصوير المقطعي المحوسب التقليدي ولكنه مصمم للهياكل الصغيرة والبحوث الطبيةالحيوية 18. التصوير المسبب للتصوير المسبب للتصوير المقطعي المحوسب هو تقنية تقييم إشعاعي متقدمة وغير جراحية تتيح التصور التفصيلي للهياكل الداخلية في نماذج الصغيرة. يستخدم التصوير المقطعي المحوسب الصغير الأشعة السينية لإنشاء صور مفصلة للهياكل الداخلية للجسم ، بالاعتماد على التوهين التفاضلي للأشعة السينية بواسطة أنواع مختلفة من الأنسجة. أثناء الفحص بالأشعة المقطعية الدقيقة ، يستلقي الفأر على طاولة تتحرك ببطء عبر جسر دائري. داخل القنطرية ، يدور أنبوب الأشعة السينية حول الفأر ، ويصدر أشعة سينية من زوايا مختلفة. تلتقط أجهزة الكشف الموجودة على الجانب الآخر هذه الأشعة السينية بعد مرورها عبر الجسم18.
يعالج برنامج الماسح الضوئي المقطعي المحوسب البيانات من هذه الزوايا المتعددة لإعادة بناء صور المقطع العرضي ثنائي الأبعاد (شرائح) الجسم. من خلال إعادة البناء ، يمكن دمج هذه الشرائح لتمثيل التشريح الداخلي بشكل شامل19. تعتمد الصور التي تنتجها فحوصات التصوير المقطعي المحوسب المجهري على درجات متفاوتة من توهين الأشعة السينية بواسطة الأنسجة المختلفة داخل الجسم. يتم قياس هذا التوهين كميا باستخدام وحدات Hounsfield (HU) ، وهو مقياس يوحد الكثافة الراديوية20،21. يعد مقياس HU أساسيا للتجزئة ، حيث أن كل هيكل له قيمة مختلفة قليلا.
في هذه المقالة ، استخدمنا قيم HU للتمييز بدقة بين العظام والأنسجة الخالية من الدهون والأنسجة الدهنية1. من خلال الرجوع إلى نطاقات HU المعمول بها ، تأكدنا من التحليل الدقيق ومقارنة تكوين الجسم. هنا ، نوضح كيفية الحصول على الصور باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الصغير وتطبيقه في تصور وقياس الكتلة الخالية من الدهون والدهون والهيكل العظمي.
البروتوكول
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تمت الموافقة على جميع الأساليب من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام التابعة للجامعة الفيدرالية في ريو دي جانيرو (UFRJ) ، ريو دي جانيرو (IACUC - UFRJ; A16 / 23-025-20). تم إجراء عمليات المسح على ذكور الفئران C57BL / 6 الذين تتراوح أعمارهم بين 6 و 22 شهرا.
1. تحضير
- تخدير الفئران باستخدام 2٪ إيزوفلوران في خليط من الأكسجين يتم توصيله عن طريق التبخير. استخدم مبذارا دقيقا لكل من الحث والصيانة بمزيج من الأكسجين بنسبة 100٪ باستخدام مبخر دقيق.
- ضع المخدر على الفحص المصغر باستخدام سرير الفأر. قم بتأمين الماوس بشريط لاصق لتقليل الحركة أثناء الفحص ثم إدخاله في القنطرية.
- طوال التجربة ، التي تستغرق حوالي 10 دقائق ، تأكد من ارتداء لقناع لإبقائه تحت مستوى التخدير أثناء تلقي جرعة الصيانة حسب الحاجة.
2. الحصول على الصور وإعادة بنائها
- الحصول على فحوصات التصوير المقطعي المحوسب المجهري للجسم باستخدام نظام تصوير قبل السريري عالي الدقة. التقط ما مجموعه 1,024 إسقاطا بزمن تعرض يبلغ 470 مللي ثانية لكل منها، باستخدام دوران وضع الطيران بجهد 60 كيلو فولت وتيار 480 ميكرو أمبير. اضبط النظام على تكبير 1.25 ، مما ينتج عنه مجال رؤية 94.72 مم (FOV) لوقت اقتناء إجمالي يبلغ 8.02 دقيقة. التقط الصور بتجميع 1 × 1 ، مما ينتج عنه دقة 2,368 × 2,240 بكسل.
ملاحظة: تمثل المعدات المستخدمة في هذه المخطوطة لصور التصوير المقطعي المحوسب الدقيقة قيودا في الحصول على صور الرأس بسبب التداخل مع قناع التخدير. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتم التقاط طول الذيل بالكامل. وبالتالي ، استبعدنا تحليل الرأس والذيل (انظر القسم 3). - قم بإجراء مسح بنفس المعلمات على شبح أسطواني أكريليك (قطر: 2.5 سم ، الطول: 11.5 سم) نصف مملوء بالماء المقطر لتحديد HU للهواء والماء. عند الانتهاء من عمليات الاستحواذ ، أعد بناء الصور باستخدام برنامج الاستحواذ مع الإعدادات المحسنة لتقليل الضوضاء وخوارزمية الإسقاط الخلفي المصفى (FBP). إعادة بناء كل من الصور الحيوانية والوهمية باستخدام حجم فوكسل متناحي الخواص 147 ميكرومتر ومصفوفة 640.
- استخرج الهواء والماء HU من الشبح (البيانات الأولية) باستخدام البرنامج المشار إليه. قم بتحويل الصور إلى ملفات DICOM وتصحيح قيم HU.
3. تحليل الصور
- تحميل ملف
ملاحظة: التصوير المسبب للتصوير المقطعي المحوسب هو تقنية تلتقط الصور زمانيا ومكانيا، وتولد تسلسل للصور. لذلك ، من الضروري فتح المجلد بأكمله بدلا من صورة واحدة.- في الجزء العلوي الأيسر من الواجهة ، ابحث عن قائمة 3D Slicer ، مظللة باللون الأزرق الرمادي. انقر فوق إضافة بيانات (
). - عند ظهور نافذة بها خياران، حدد الخيار الأول: اختر الدليل المراد إضافته.
- انتقل إلى المجلد الذي يحتوي على سلسلة صور DICOM للحيوان المستهدف وانقر فوقه. سيؤدي هذا الإجراء إلى فتح المجلد داخل البرنامج ، مما يسمح بعرض جميع الصور في وقت واحد.
- راقب الصور المعروضة عبر ثلاث شاشات. تمثل كل شاشة مستوى تشريحي مختلفا: إكليلي ، وهمي ، وعرضي ، يتم تحديده بالألوان الأخضر والأصفر والأحمر ، على التوالي.
- في الجزء العلوي الأيسر من الواجهة ، ابحث عن قائمة 3D Slicer ، مظللة باللون الأزرق الرمادي. انقر فوق إضافة بيانات (
- تجزئه
- حدد موقع محرر الشرائح (
) في علامة التبويب العلوية (الوحدات النمطية) ، وانقر فوقه. - انقر فوق الزر الأخضر + إضافة لإنشاء شرائح ، وتحديد نطاق HU.
- قم بإنشاء شرائح للعظام والأنسجة الخالية من الدهون والأنسجة الدهنية بالنقر فوق 3 أضعاف لكل منها.
- انقر نقرا مزدوجا فوق كل مقطع لتسميته وتلوينه وفقا للإعدادات المطلوبة.
- اضبط نطاق HU لكل مقطع باستخدام الدالة Threshold الموجودة على الجانب الأيسر من النافذة. للقيام بذلك ، ابحث عن وظيفة
نطاق العتبة وأدخل قيم HU لكل نوع من أنواع الأنسجة: الأنسجة الخالية من الدهون (-29 إلى 225 HU) ؛ الأنسجة الدهنية (-190 إلى -30 HU) ؛ العظام (500 إلى 5,000 HU). انقر فوق الزر تطبيق.
ملاحظة: راجع الشكل التكميلي S1 لمقارنات قيمة HU. - كرر عملية التجزئة لكل نوع من أنواع الأنسجة.
- انقر على إظهار 3D لإنشاء عرض ثلاثي الأبعاد.
ملاحظة: سيظهر العرض في الربع الأزرق للشاشة.
- حدد موقع محرر الشرائح (
- تنظيف الصورة
ملاحظة: بعد التجزئة والعرض ثلاثي الأبعاد ، يجب استبعاد العناصر الدخيلة لضمان عدم تضمينها في القياسات الحجمية للأنسجة الخالية من الدهون والأنسجة الدهنية والعظام. تعد إزالة هذه القطع الأثرية أمرا ضروريا لضمان التحليل الدقيق.- حدد موقع أداة "المقص" (
) في قائمة التجزئة . - اختر إما المستوى التشريحي أو العرض ثلاثي الأبعاد للحصول على رؤية أوضح للكائن المراد إزالته.
- إذا كنت تستخدم مستوى تشريحي، فانقر فوق زر تكبير العرض (
) على الشريط الملون للطائرة. داخل نافذة المستوى التشريحي ، استخدم زر تمرير الماوس للتنقل للأمام أو للخلف خلال التصوير المقطعي المحوسب.
ملاحظة: يمكن تمرير كل نافذة بشكل مستقل. - للعرض ثلاثي الأبعاد، استخدم زر الماوس الأيسر للتدوير على طول أي محور وزر الماوس الأيمن للتكبير.
ملاحظة: يمكن لمفاتيح الأسهم الموجودة على لوحة المفاتيح أيضا تدوير الصورة.
- إذا كنت تستخدم مستوى تشريحي، فانقر فوق زر تكبير العرض (
- مع تحديد أداة المقص ، قم بتمييز التجزئة حول الكائن غير المرغوب فيه وقم بتطويقه لإزالته من الصورة. يقوم البرنامج بحذف الكائن تلقائيا.
ملاحظة: تأكد من تحديد عملية المسح بالداخل . إذا كانت المعدات المستخدمة تولد صورا لأي صورة غير بيولوجية ، مثل الخرزة أو التخدير أو المعدات الجراحية ، فمن المهم إزالتها. بالإضافة إلى ذلك ، إذا لم يتم الحصول على أي منطقة تشريحية بالكامل ، فمن الضروري إنشاء مرجع تشريحي لإزالة هذه المناطق التي لم يتم الحصول عليها بالكامل لضمان التكرار بين التجارب. يجب إزالة الكائنات غير المرغوب فيها في كل مستوى. - انقر فوق أيقونة تخطيط طريقة عرض الاستعادة (
) للعودة إلى الشاشة مع النوافذ الأربعة، بغض النظر عن النافذة المحددة. - كرر العملية لجميع النوافذ التي يحتاج فيها الكائن إلى الإزالة.
- حدد موقع أداة "المقص" (
- حجم التجزئة
- بعد التجزئة، حدد أحجام المقاطع باستخدام وظيفة القياس الكمي الموجودة في القائمة المنسدلة.
ملاحظة: يجب أن تكون جميع الشرائح مرئية لهذا الإجراء. - انتقل إلى القياس الكمي | إحصائيات القطاعات. انقر فوق تطبيق ، وانتظر حتى يقوم البرنامج بإنشاء جدول يعرض قيما لكل تجزئة. يوفر البرنامج قيمتين لوحدة التخزين لكل تجزئة: Labelmap (LM) و Closed Surface (CS).
ملاحظة: قيمة LM مناسبة بشكل عام لحساب أحجام المقاطع ، باستخدام عدد فوكسل مضروبا في حجم فوكسل واحد. تستخدم CS Value نموذج سطح أملس وتدمج الحجم بناء على عناصر السطح الثلاثية. يتماشى CS بشكل وثيق مع الخطوط التشريحية ويوصى به لإجراء قياسات دقيقة. - لتحميل بيانات من جديد، احفظ المشهد وأغلقه في قائمة الملف .
- بعد التجزئة، حدد أحجام المقاطع باستخدام وظيفة القياس الكمي الموجودة في القائمة المنسدلة.
- تحليل تكوين الجسم
- استخدم قياسات الحجم التي يوفرها البرنامج بسم3 لتحويل هذه الأحجام إلى كتلة الأنسجة وتطبيق الكثافة المناسبة لكل نوع من أنواع الأنسجة. استخدم كثافات الأنسجة التالية التي حددتها اللجنة الدولية لوحدات الإشعاعوالقياسات 22: 0.95 جم / سم مكعب (الأنسجة الدهنية) ، و 1.05 جم / سم مكعب (الأنسجة الخالية من الدهون) ، و 1.92 جم / سم مكعب (الأنسجة الهيكلية) 2.
- لحساب كتلة الأنسجة ، اضرب الحجم (سم مكعب) الذي تم الحصول عليه من البرنامج في كثافة الأنسجة المعنية (جم / سم مكعب):
كتلة الأنسجة الدهنية:تجزئة الحجم × 0.95 =الدهون الجماعية
كتلة الأنسجة الخالية من الدهون:تجزئة الحجم × 1.05 =الكتلة العجاف
كتلة الأنسجة الهيكلية:تجزئة الحجم × 1.92 =الهيكل العظمي الشامل
الكتلة الإجمالية:الدهون الكتلية +الكتلة الهزيلة +الهيكل العظمي الشامل =إجمالي الكتلة
- لحساب كتلة الأنسجة ، اضرب الحجم (سم مكعب) الذي تم الحصول عليه من البرنامج في كثافة الأنسجة المعنية (جم / سم مكعب):
- استخدم قياسات الحجم التي يوفرها البرنامج بسم3 لتحويل هذه الأحجام إلى كتلة الأنسجة وتطبيق الكثافة المناسبة لكل نوع من أنواع الأنسجة. استخدم كثافات الأنسجة التالية التي حددتها اللجنة الدولية لوحدات الإشعاعوالقياسات 22: 0.95 جم / سم مكعب (الأنسجة الدهنية) ، و 1.05 جم / سم مكعب (الأنسجة الخالية من الدهون) ، و 1.92 جم / سم مكعب (الأنسجة الهيكلية) 2.
- قياس طول العظام
ملاحظة: لتصحيح كتلة الأنسجة حسب طول العظام لبعض التحليلات ، من الضروري الحصول على أطوال عظام محددة.- ارجع إلى قائمة محرر الشرائح . قم بإخفاء الأنسجة الدهنية وتجزئة الأنسجة الخالية من الدهون بالنقر فوق رمز العين (
) بجوار كل جزء.
ملاحظة: يجب أن يظل التجزئة المقابلة للأنسجة الهيكلية مرئية فقط. - حدد خيار تبديل العلامات / شريط الأدوات (
) في الزاوية العلوية من القائمة الرئيسية. سيؤدي هذا إلى فتح قائمة ثانوية أسفل القائمة الرئيسية مباشرة. حدد موقع زر إنشاء سطر جديد (
). - بعد النقر فوق الزر "إنشاء خط جديد " ، انتقل إلى إعادة بناء 3D وحدد العظم المراد قياسه.
ملاحظة: العظام الموصى بها هي الساق أو عظم الفخذ22. - بمجرد تحديد العظم ، انقر بزر الماوس الأيسر على أحد طرفي العظم ومرة أخرى على الطرف الآخر من الأنسجة. يسمح هذا الإجراء للبرنامج بحساب حجم العظام.
ملاحظة: للحصول على قياسات متسقة ، حدد نفس المنطقة التشريحية من العظم لكل. على سبيل المثال ، يتم استخدام رأس الفخذ كطرف واحد واللقمة الجانبية كطرف آخر من عظم الفخذ.
- ارجع إلى قائمة محرر الشرائح . قم بإخفاء الأنسجة الدهنية وتجزئة الأنسجة الخالية من الدهون بالنقر فوق رمز العين (
- تحليل البيانات وتطبيعها
ملاحظة: يمكن الحصول على البيانات الجماعية كما هو موضح في القسم 3.5 واستخدامها كما هي. بدلا من ذلك ، يمكن تطبيع كتلة العظام الخالية من الدهون والدهون بطريقتين.- احسب النسبة بين كتلة الأنسجة ووزن في يوم الحصول على الصور.
التطبيع للوزن:الكتلة العجاف ÷ وزن الجسم - احسب النسبة بين الكتلة وحجم العظام (على سبيل المثال ، عظم الفخذ أو الساق).
التطبيع لعظم الفخذ: كتلةالعجاف ÷ حجمعظم الفخذ
التطبيع إلى الساق:الكتلة العجاف ÷ حجمالساق
ملاحظة: يتم اختيار معلمات التسوية بناء على السؤال التجريبي. إذا كانت هناك تغييرات متوقعة في حجم العظام (على سبيل المثال: عند مقارنة إعادة تشكيل العظام) يقترح التطبيع حسب وزن الجسم (البند 3.7.1). بالإضافة إلى ذلك ، إذا كانت التغييرات في وزن الجسم متوقعة في سؤالك التجريبي ، فإن حجم العظم الطويل هو معلمة التطبيع المقترحة (البند 3.7.2).
- احسب النسبة بين كتلة الأنسجة ووزن في يوم الحصول على الصور.
النتائج
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
يضمن الوضع التشريحي المناسب للحيوان المخدر على طاولة التصوير نتائج مسح متسقة وقابلة للتكرار ، مما يسلط الضوء على فعالية الحصول على البيانات في تحقيق نتائج موثوقة. يعد التخدير المناسب للحيوانات في جميع أنحاء التصوير ، بما في ذلك أنظمة توصيل الغاز المتخصصة والمبخرات ، أمرا أساسيا للتقييمات التشريحية الدقيقة (الشكل 1).
يوضح الشكل 2 التجزئة والعرض في مستويات تشريحية مختلفة ، ويقدم صورا متسلسلة في المستويات الإكليلية والسهمية والعرضية. توضح هذه الصور التجزئة التدريجية للأنسجة الهيكلية والدهنية والخالية من الدهون ، وبلغت ذروتها في تمثيل مجزأ تماما يدمج جميع أنواع الأنسجة ، مما يسلط الضوء على تمييز واضح بين الأنسجة وإظهار علامات خاصة بالمنطقة بناء على أنواع الأنسجة المحددة. على الرغم من قيود المعدات التي تمنع التقاط الجسم بالكامل ، توفر الطريقة معلومات مفصلة عن توزيع الأنسجة وتكوينها عبر مختلف المستويات التشريحية.
يعرض الشكل 3 عروضا ثلاثية الأبعاد تركز على أنواع الأنسجة - العظام (الأزرق) والأنسجة الدهنية (الصفراء) والأنسجة الخالية من الدهون (الأحمر) - مما يوفر تصورا شاملا للهياكل التشريحية. يؤكد هذا التصور على فعالية البروتوكول في إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد مفصلة ضرورية للدراسات التشريحية.
يوضح الجدول 1 تفاصيل كتل الأنسجة الطبيعية (الكتلة الخالية من الدهون ودهون الجسم والكتلة الهيكلية) بالنسبة لوزن في يوم التصوير. تنتج القيم المقدمة عن ضرب حجم الأنسجة (بالسنتيمتر مكعب) في كثافة الأنسجة المقابلة ، كما هو مفصل في الخطوة 3.5.1.1 من المنهجية.
يوفر الجدول 2 قيما مطلقة لتكوين الجسم ، توضح توزيع كتلة كل ونسبة الدهون والدهون في الجسم والأنسجة الهيكلية. يسمح لنا بتقييم الكمية الإجمالية لكل نوع من أنواع الأنسجة وكيف يساهم في تكوين الجسم العام لكل عينة.
يوضح الجدول التكميلي S1 الوقت الذي يستغرقه كل محلل لإكمال تحليل تكوين الجسم لكل والتباين في النتائج عبر المحللين. يقيم ما إذا كان هناك تباين كبير بين المشغلين ذوي الخبرة (المحللين 1 و 2 و 5) وعديمي الخبرة (المحللان 3 و 4) في قياس مقاييس تكوين الجسم مثل الكتلة الخالية من الدهون وكتلة الدهون في الجسم وكتلة الهيكل العظمي.
يقدم الشكل 4 تحليلا مقارنا لتكوين الجسم بين البالغين وكبار السن. يكشف عن انخفاض في نسبة الكتلة الخالية من الدهون وزيادة الدهون في الجسم ، والتي تتماشى مع أنماط الشيخوخة النموذجية. تسلط هذه النتائج بشكل جماعي الضوء على متانة بروتوكول التصوير ودقته في تقديم البيانات التشريحية الهامة ، وهو أمر ضروري لتطوير منهجيات البحث قبل السريرية.
الشكل 1: تحضير. (أ) الجهاز المستخدم لتخدير طوال عملية التصوير ، مثل أنظمة توصيل الغاز والمبخرات ؛ (ب) نظام المسح بالتصوير المقطعي المحوسب الدقيق. (ج) المخدر مستلقي على فراش الفأر. يعد تحديد المواقع الصحيح أمرا بالغ الأهمية للحصول على نتائج متسقة وقابلة للتكرار. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: تجزئة وتصور الشرائح في مستويات تشريحية مختلفة. (أ) المستوى الإكليلي ، (ب) المستوى السهمي ، و (ج) المستوى المستعرض. من اليسار إلى اليمين ، تظهر الصور مسحا غير مجزأ (رمادي) ، وتجزئة العظام (أزرق) ، وتجزئة دهون الجسم (أصفر) ، وتجزئة الأنسجة الخالية من الدهون (أحمر) ، وأخيرا ، تجزئة كاملة ، بما في ذلك جميع التجزئة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: عروض ثلاثية الأبعاد. من اليسار إلى اليمين ، تعرض الصور عرضا ثلاثي الأبعاد للموضوع ، مع تسليط الضوء على أنواع الأنسجة المختلفة: العظام باللون الأزرق ، ودهون الجسم باللون الأصفر ، والأنسجة الخالية من الدهون باللون الأحمر ، وتظهر الصورة النهائية عرضا شاملا يجمع بين العظام والأنسجة الدهنية والأنسجة الخالية من الدهون. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: مقارنة تكوين الجسم بين الفئران البالغة وكبار السن. يوضح الرسم البياني الشريطي النسب المئوية لتكوين الجسم للأنسجة الهيكلية (البالغين: 10.5 ± 0.5٪ ؛ كبار السن: 9.9 ± 1.0٪ ، ص = 0.19) ، دهون الجسم (البالغون: 17.2 ± 5.7٪ ؛ كبار السن: 27.9 ± 4.4٪ ، ص = 0.03) ، والكتلة الخالية من الدهون (البالغون: 72.3 ± 5.7٪ ؛ كبار السن: 62.3 ± 3.6٪ ، ص = 0.03). يتم تقديم البيانات على أنها MEAN ± SD من (البالغون: ن = 3 ؛ كبار السن: ن = 3). تم حساب الإحصائيات باستخدام اختبار t غير متزاوج بقيمة p أحادية الذيل (* p < 0.05). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| ميل | |||
| معرف | الكتلة الخالية من الدهون (ز) | الوزن (جم) | التطبيع (الوزن) |
| كبار السن 1 | 15.1 | 37.4 | 0.4 |
| كبار السن 2 | 14.4 | 44.4 | 0.3 |
| كبار السن 3 | 14.3 | 37.7 | 0.4 |
| الكبار 1 | 12.3 | 29.1 | 0.4 |
| الكبار 2 | 16.5 | 30.4 | 0.5 |
| الكبار 3 | 16.1 | 31.7 | 0.5 |
| دهون الجسم | |||
| معرف | كتلة الدهون في الجسم (غ) | الوزن (جم) | التطبيع (الوزن) |
| كبار السن 1 | 6.4 | 37.4 | 0.2 |
| كبار السن 2 | 8.2 | 44.4 | 0.2 |
| كبار السن 3 | 5.3 | 37.7 | 0.1 |
| الكبار 1 | 4.4 | 29.1 | 0.2 |
| الكبار 2 | 2.7 | 30.4 | 0.1 |
| الكبار 3 | 3.4 | 31.7 | 0.1 |
| الهيكل العظمي | |||
| معرف | كتلة الهيكل العظمي (غ) | الوزن (جم) | التطبيع (الوزن) |
| كبار السن 1 | 2.3 | 37.4 | 0.06 |
| كبار السن 2 | 2.3 | 44.4 | 0.05 |
| كبار السن 3 | 2.4 | 37.7 | 0.06 |
| الكبار 1 | 2.0 | 29.1 | 0.07 |
| الكبار 2 | 2.3 | 30.4 | 0.08 |
| الكبار 3 | 2.2 | 31.7 | 0.07 |
الجدول 1: تطبيع الجماهير حسب وزن في يوم التصوير. كما هو موضح في القسم 3.7 ، يمكن تطبيع كتلة الأنسجة بوزن في يوم الفحص. تم تطبيق هذا التطبيع على الأنسجة الخالية من الدهون والدهنية والعظام بناء على وزن.
| تكوين الجسم (غ) | ||||
| حجم التجزئة × 1.05 | حجم التجزئة × 0.95 | حجم التجزئة × 1.92 | العجاف + الدهون + الهيكل العظمي | |
| معرف | الكتلة الخالية من الدهون (ز) | كتلة الدهون في الجسم (غ) | كتلة الهيكل العظمي (غ) | الكتلة الكلية (غ) |
| كبار السن 1 | 15.1 | 6.4 | 2.3 | 23.8 |
| كبار السن 2 | 14.3 | 8.2 | 2.3 | 24.9 |
| كبار السن 3 | 14.3 | 5.3 | 2.4 | 22.0 |
| الكبار 1 | 12.3 | 4.4 | 2.0 | 18.6 |
| الكبار 2 | 16.5 | 2.7 | 2.3 | 21.5 |
| الكبار 3 | 16.1 | 3.4 | 2.2 | 21.7 |
| تكوين الجسم (٪) | ||||
| معرف | الكتلة الخالية من الدهون (٪) | كتلة الدهون في الجسم (٪) | كتلة الهيكل العظمي (٪) | الكتلة الكلية (٪) |
| كبار السن 1 | 63.6 | 26.8 | 9.6 | 100 |
| كبار السن 2 | 58.1 | 32.8 | 9.0 | 100 |
| كبار السن 3 | 64.9 | 24.1 | 11.0 | 100 |
| الكبار 1 | 65.9 | 23.5 | 10.6 | 100 |
| الكبار 2 | 76.8 | 12.4 | 10.9 | 100 |
| الكبار 3 | 74.3 | 15.7 | 9.9 | 100 |
الجدول 2: تكوين الجسم. (أ) تكوين جسم بالجرام؛ (ب) النسبة المئوية لتكوين الجسم.
الجدول التكميلي S1: تكوين الجسم الذي تم تقييمه من قبل مشغلين مختلفين. تم تسجيل الكتلة الخالية من الدهون ، وكتلة الدهون في الجسم ، والكتلة الهيكلية ، والوقت المستغرق للتحليل (بالدقائق) لكل تقييم. كان المحللون 1 و 2 و 5 مشغلين ذوي خبرة ، بينما كان المحللان 3 و 4 عديمي الخبرة واتبعا البروتوكول الموصوف في الدراسة فقط. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي S1: نطاق كثافة المواد البيولوجية وغير البيولوجية المختلفة. يوضح الشكل نطاقات كثافة الأنسجة البيولوجية المختلفة والمواد غير البيولوجية. تم الحصول على القيم من الأدبيات وتعديلها لتحقيق التمايز الأمثل للأنسجة. تظهر العظام أعلى كثافة ، تليها الأنسجة الخالية من الدهون ، بينما تظهر دهون الجسم كثافة أقل بكثير. تمت معايرة الجهاز بالماء كمرجع بكثافة 0. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
المناقشة
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
يعد التقييم من خلال التصوير المقطعي طريقة فعالة وغير جراحية للحصول على معلومات مفصلة عن تكوين الجسم. يقدم التصوير المقطعي المحوسب الصغير ، على وجه الخصوص ، مقاييس نتائج قيمة للدراسات قبل السريرية. في مجال العظام ، فإن التصوير المقطعي المحوسب الصغير له استخدامات مختلفة ، حيث أن تحليل الهندسة المعمارية الدقيقة23 وإعادة تشكيل العظام24 مثيران للاهتمام بشكل خاص. يعد تقييم مورفولوجيا التركيب البيولوجي الداخلي مناسبا أيضا في البحوث الطبية الحيوية ، حيث يمكن لتحليل كثافة الأوعية الدموية في أنسجة معينة تقييم وظيفتها واستنتاج عملية التمثيل الغذائي25. بالنسبة لدراسات الغدد الصماء والتمثيل الغذائي للكتلة الدهنية ، يوفر استخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق معلومات أساسية في الصغيرة الحية26،27. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تطبيق التصوير المقطعي المحوسب الصغير في مجالات أخرى ، مثل علم وعلم النبات ، حيث يتم استخدامه لتقييم هياكل الحشرات والنباتات الصغيرة28،29.
أحد القيود الكبيرة للتصوير المقطعي المحوسب هو التكلفة العالية والوصول المحدود إلى برامج تحليل الصور. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المعرفة التشريحية المسبقة ، وخاصة تشريح ، ضرورية للقياسات الصحيحة. تقدم هذه المخطوطة برنامج تقطيع التقطيع ثلاثي الأبعاد القادر على إنتاج نتائج مماثلة للبدائل التجارية. يقلل هذا النظام أيضا من متطلبات المعرفة التشريحية الواسعة ، لأنه شبه أوتوماتيكي30.
أظهرت الصور التي تم الحصول عليها من خلال التصوير المقطعي المحوسب الصغير وتحليلها بواسطة البرنامج أن تكوين جسم الفئران يتبع مسارا مشابها لمسار البشر أثناء الشيخوخة ، ويتميز بزيادة في إجمالي الأنسجة الدهنية وانخفاض مصاحب في الكتلة الخالية من الدهون31. كانت هذه النتائج واضحة عند مقارنة الفئران البالغة (6 أشهر) بالفئران المسنة (22 شهرا).
نظرا لقيود الجهاز ، يمنع قناع التخدير اكتساب الرأس. وبالتالي ، لم نتمكن من التقاط الرأس بالكامل وتقسيمته بدقة. نتيجة لذلك ، أنشأنا اتفاقية لاستخدام عظم الأطلس (C1) كنقطة مرجعية تشريحية ، مع تركيز تحليلنا على المنطقة الواقعة أسفل هذه النقطة في المعدات المستخدمة هنا. لذلك ، تم تحديد جميع الصور الموجودة أعلى C1 لإزالتها. لم تحصل المعدات على طول الذيل الكامل. وهكذا ، تمت إزالة الذيل من المنطقة القاعدية في جميع التحليلات. نقترح على المستخدم إنشاء نقاط تشريحية لمناطق مستبعدة محددة للحفاظ على قابلية التكاثر بين التجارب.
تقدم هذه المقالة طريقة لتحليل الصور المقطعية باستخدام بروتوكول يمكن الوصول إليه وفعال من حيث التكلفة. نجح البرنامج في التمييز بين ثلاثة أنواع من الأنسجة: الكتلة الخالية من الدهون والأنسجة الدهنية والأنسجة الهيكلية. ومع ذلك ، لم يكن قادرا على التمييز بين عضلات الهيكل العظمي والأعضاء الحشوية ، وهو تحد شائع في تحليل تكوين جسم الفئران.
يفتقر التصوير المقطعي المحوسب إلى القدرة على التمييز بين الأنسجة الحشوية وكتلة العضلات والهيكل العظمي. على الرغم من هذا القيد ، توضح نتائجنا قيمة البرنامج في دراسة الأمراض التي تؤثر على تكوين الجسم ، لا سيما تلك التي تؤثر على العضلات الهيكلية ، مثل التضخم أو الضمور. يمكن تكراره كاختبار غير جراحي ، مما يتيح مراقبة تكوين الجسم الطولي. تساعد هذه القدرة في تقييم العلاجات الوقائية وتطوير بروتوكولات لنمذجة العديد من أمراض التمثيل الغذائي.
الإفصاحات
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
ويعلن أصحاب البلاغ عدم وجود مصالح متضاربة.
شكر وتقدير
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تم تمويل هذا البحث من قبل مؤسسة كارلوس شاغاس فيلهو لدعم البحوث في ولاية ريو دي جانيرو (FAPERJ; E-26 / 010.002643 / 2019 و E-26 / 201.335 / 2022) ، Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brazil (CAPES) -001 Finance Code. Programa Institucional de bolsas de iniciação científica da Universidade Federal do Rio de Janeiro. المجلس الوطني للتنمية العلمية والتكنولوجية (CNPq; FFB: 001. 306236/2022-2 TMO-C: 309339/2023-5). يقر المؤلفون بالمركز الوطني للبيولوجيا الهيكلية والتصوير الحيوي (CENABIO) / الجامعة الفيدرالية في ريو دي جانيرو لاستخدام منشآتها ، وخاصة منصة microPET / SPECT / CT في وحدة تصوير الصغيرة (UIPA). تم إنشاء الشكل التكميلي S1 باستخدام BioRender.com.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 3DSlicer ، الإصدار 5.6.2 | 3D Slicer | برنامج مجاني ومفتوح المصدر لتحليل الصور والتصور العلمي. | |
| Amide ، الإصدار 1.0.1 | منصة | برنامج مجاني ومفتوح المصدر يستخدم لتصحيح قيم Hounsfield Unit في صور DICOM المعالجة. | |
| Amira ، الإصدار 4.1 | Thermo Fisher Scientific | يستخدم لاستخراج قيم وحدة Hounsfield للهواء والماء من البيانات الأولية للشبح ولتحويل الصور إلى ملفات DICOM. | |
| الأيزوفورين | كريست á lia | Isoflurane هو عامل مخدر سائل غير قابل للاشتعال للاستخدام في التخدير الاستنشاقي العام عن طريق التبخير. | |
| النظام الفرعي Triumph XO | Gamma Medica-Ideas Flex | الفرعي للتصوير المتقدم للتصوير قبل السريري للحيوانات الصغيرة ، مما يوفر إمكانات التصوير المقطعي المحوسب والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني عالية الدقة للتحليل الكمي والنوعي. |
المراجع
Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
- Engelke, K., Museyko, O., Wang, L., Laredo, J. D. Quantitative analysis of skeletal muscle by computed tomography imaging-State of the art. J Orthop Translat. 15, 91(2018).
- Peixoto da Silva, S., Santos, J. M. O., Costa e Silva, M. P., Gil da Costa, R. M., Medeiros, R. Cancer cachexia and its pathophysiology: links with sarcopenia, anorexia and asthenia. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 11 (3), 619(2020).
- Lan, X. Q., et al. The role of TGF-β signaling in muscle atrophy, sarcopenia and cancer cachexia. Gen Comp Endocrinol. 353, 1-10 (2024).
- Bloise, F. F., Oliveira, T. S., Cordeiro, A., Ortiga-Carvalho, T. M. Thyroid hormones play role in sarcopenia and myopathies. Front Physiol. 9, 560(2018).
- Yin, L., et al. Skeletal muscle atrophy: From mechanisms to treatments. Pharmacol Res. 172, 1-12 (2021).
- Heymsfield, S. B., Adamek, M., Gonzalez, M. C., Jia, G., Thomas, D. M. Assessing skeletal muscle mass: historical overview and state of the art. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 5 (1), 9-18 (2014).
- Cruz-Jentoft, A. J., et al. Sarcopenia: revised European consensus on definition and diagnosis. Age Ageing. 48 (1), 16-31 (2019).
- Faron, A., et al. Quantification of fat and skeletal muscle tissue at abdominal computed tomography: associations between single-slice measurements and total compartment volumes. Abdom Radiol (NY). 44 (5), 1907-1916 (2019).
- Marra, M., et al. Assessment of body composition in health and disease using bioelectrical impedance analysis (BIA) and dual energy X-ray absorptiometry (DXA): A critical overview. Contrast Media Mol Imaging. 2019, 3548284(2019).
- Martin, L., et al. Cancer cachexia in the age of obesity: skeletal muscle depletion is a powerful prognostic factor, independent of body mass index. J Clin Oncol. 31 (12), 1539-1547 (2013).
- Schlaeger, S., et al. Association of paraspinal muscle water-fat MRI-based measurements with isometric strength measurements. Eur Radiol. 29 (2), 599-608 (2019).
- Kose, K. Physical and technical aspects of human magnetic resonance imaging: present status and 50 years historical review. Adv Phys: X. 6 (1), (2021).
- Arnold, T. C., Freeman, C. W., Litt, B., Stein, J. M. Low-field MRI: Clinical promise and challenges. J Magn Reson Imaging. 57 (1), 25-44 (2023).
- Wang, H., et al. Preoperative MRI-based radiomic machine-learning nomogram may accurately distinguish between benign and malignant soft-tissue lesions: A two-center study. J Magn Reson Imaging. 52 (3), 873-882 (2020).
- Brower, C., Rehani, M. M. Radiation risk issues in recurrent imaging. Br J Radiol. 94 (1126), (2021).
- Mainprize, J. G., Yaffe, M. J., Chawla, T., Glanc, P. Effects of ionizing radiation exposure during pregnancy. Abdom Radiol (NY). 48 (5), 1564(2023).
- Geethanath, S., Vaughan, J. T. Accessible magnetic resonance imaging: A review. J Magn Reson Imaging. 49 (7), e65-e77 (2019).
- Ritman, E. L. Current status of developments and applications of micro-CT. Annu Rev Biomed Eng. 13, 531-552 (2011).
- Khoury, B. M., et al. The use of nano-computed tomography to enhance musculoskeletal research. Connect Tissue Res. 56 (2), 106(2015).
- DenOtter, T. D., Schubert, J. Hounsfield Unit. StatPearls [Internet]. , StatPearls Publishing. Treasure Island (FL). (2024).
- Pinto, E. M., et al. Efficacy of Hounsfield units measured by lumbar computer tomography on bone density assessment: A systematic review. Spine (Phila Pa 1976). 47 (9), 702-710 (2022).
- Beaucage, K. L., Pollmann, S. I., Sims, S. M., Dixon, S. J., Holdsworth, D. W. Quantitative in vivo micro-computed tomography for assessment of age-dependent changes in murine whole-body composition. Bone Rep. 5, 70-80 (2016).
- Faot, F., Chatterjee, M., de Camargos, G. V., Duyck, J., Vandamme, K. Micro-CT analysis of the rodent jaw bone micro-architecture: A systematic review. Bone Rep. 2, 14-24 (2015).
- Cooper, D., Turinsky, A., Sensen, C., Hallgrimsson, B. Effect of voxel size on 3D micro-CT analysis of cortical bone porosity. Calcif Tissue Int. 80 (3), 211-219 (2007).
- Mrzilkova, J., et al. Morphology of the vasculature and blood supply of the brown adipose tissue examined in an animal model by micro-CT. Biomed Res Int. 2020 (1), 7502578(2020).
- Li, F. W., et al. Optimal use ratio of the stromal vascular fraction (SVF): An animal experiment based on micro-CT dynamic detection after large-volume fat grafting. Aesthet Surg J. 39 (6), NP213-NP224 (2019).
- Berndt, S., et al. Microcomputed tomography technique for in vivo three-dimensional fat tissue volume evaluation after polymer injection. Tissue Eng Part C Methods. 23 (12), 964-970 (2017).
- Rother, L., et al. A micro-CT-based standard brain atlas of the bumblebee. Cell Tissue Res. 386 (1), 29-45 (2021).
- Ijiri, T., Todo, H., Hirabayashi, A., Kohiyama, K., Dobashi, Y. Digitization of natural objects with micro CT and photographs. PLoS One. 13 (4), e0195852(2018).
- Fedorov, A., et al. 3D Slicer as an image computing platform for the Quantitative Imaging Network. Magn Reson Imaging. 30 (9), 1323-1341 (2012).
- Ponti, F., et al. Aging and imaging assessment of body composition: From fat to facts. Front Endocrinol (Lausanne). 10, 861(2020).
إعادة الطباعة والأذونات
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن