使用聚焦高分辨率成像技术对大鼠后肢骨微结构进行成像时的正确体位摆放与固定方法 在体 内 微型计算机断层扫描
2017年11月22日
本文指导活体显微计算机断层扫描（µCT）设备的使用者如何对大鼠进行麻醉，并正确地固定和约束其后肢，以在胫骨高分辨率成像过程中实现最小程度的移动。该方法可获得高质量图像，经处理后可精确量化骨微结构。
本实验的主要目标是正确固定和约束大鼠后肢，以便利用活体微计算机断层扫描（micro-CT）获取胫骨近端和股骨远端骨微结构的高分辨率聚焦图像。该方法有助于解答关于如何通过微CT获取活体图像的关键问题，并为后肢的正确摆放与固定提供指导。该方法的主要优势在于能够获得高度一致的图像，进而用于纵向研究中骨微结构变化的定量分析。
将大鼠仰卧位放置在碳纤维扫描床上。通过捏压脚趾无反应确认麻醉程度适当后，为动物的眼睛涂抹眼科润滑剂。将足部固定在可塑形的泡沫管中，使脚趾从一端伸出，并使用牙科蜡将足部紧密固定在泡沫内，注意确保泡沫不覆盖目标区域。
用胶带将管子紧密封好，并将泡沫插入管内。确认泡沫与管壁紧密贴合后，将管子滑入X射线扫描仪床中。伸展后肢直至腿部绷直。
通过触诊膝关节位置并牵拉对侧后肢和尾部朝向躯干，确认无过度伸展。将后肢从躯干向外伸展直至腿部绷直，以确保X射线尽可能以相似的路径穿过骨骼的所有区域。接下来，用吸水纸轻拭数段美纹胶带的粘性面，使用处理后的胶带固定未伸展的后肢和尾部，使其保持在扫描视野之外。
然后，将动物的髋部、肩部、头部和鼻锥固定在扫描床上。用兽用包裹带将动物包裹，以减少热量散失，并根据标准操作规程，采用适当的实验参数通过微型计算机断层扫描（micro-CT）对动物进行成像。所有图像采集完成后，将动物置于单独的半加热笼中，在密切监测下使其恢复，直至完全恢复正常体位。
正确放置大鼠后肢时，应使腿部完全伸展，并将整个足部和踝关节固定在泡沫材料中，从而获得足以用于分析骨小梁和皮质微结构的高质量图像。后肢放置或固定不当可能导致图像出现运动伪影；若尾巴未完全移出扫描视野，则会干扰扫描样本的X射线衰减，进而影响骨髓及组织矿物密度的测量结果。一旦熟练掌握，该操作可在5至10分钟内准确完成。
在进行该操作时，必须始终密切关注大鼠的呼吸频率、镇静水平以及辐射暴露剂量。该操作可经调整后用于评估其他骨骼部位，例如股骨远端和腰椎。此外，该操作还可经修改后应用于其他啮齿类动物，如小鼠。
观看本视频后，您应充分了解如何正确固定和约束大鼠后肢，以便对近端胫骨的骨微结构进行聚焦且稳定的高分辨率成像。
概述
本文提供了一种详细的实验方案，用于对大鼠进行麻醉、体位固定及后肢约束，以便利用活体微计算机断层扫描（µCT）技术对骨微结构进行高分辨率成像。正确实施该方法可确保获得高质量图像，适用于定量分析骨结构的变化。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 骨成像
- 显微计算机断层扫描
背景
- 活体成像技术对于研究骨微结构至关重要。
- 受试对象的准确定位与固定是获得高质量图像的关键。
- 该方法可针对不同的骨骼部位和啮齿类动物物种进行调整应用。
- 运动伪影会显著影响图像质量和数据准确性。
研究目的
- 提供一种用于成像大鼠骨微结构的标准化方案。
- 在成像过程中尽量减少动物移动，以提高数据质量。
- 促进对骨变化的纵向研究。
使用的方法
- 将大鼠仰卧位固定在扫描仪床面上。
- 使用眼用润滑剂和泡沫管固定足部。
- 固定后肢和尾巴，以防止成像过程中产生干扰。
- 在整个操作过程中持续监测动物状况。
主要结果
- 获得了近端胫骨和远端股骨的高质量图像。
- 通过正确的肢体定位，实现了稳定的成像结果。
- 运动伪影的减少有助于提高骨微结构的定量分析精度。
- 该操作可在5至10分钟内高效完成。
结论
- 正确的肢体定位对于获得成功的成像结果至关重要。
- 本方案可适用于多种骨骼部位和啮齿类动物物种。
- 操作过程中必须重视动物福利。
常见问题
行业高管相关性
在临床前骨研究中，稳定的体内成像对于纵向评估治疗干预对骨骼完整性的效果至关重要。正确固定和约束大鼠后肢可确保显微CT图像质量的可重复性，减少不同时间点间骨小梁和皮质骨测量结果的变异性。这种严谨的方法学支持对骨微结构变化进行可靠的定量分析，直接影响早期成骨促进或抗骨吸收候选药物筛选中的决策判断。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过提供一致的基线和纵向骨微结构数据，支持靶点验证研究中的骨骼表型分析。
- 操作价值：通过对同一动物进行重复成像，减少个体间变异，从而降低临床前药效学研究中达到统计学效力所需的动物数量。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：生成定量、高分辨率的输出结果（例如，小梁厚度、骨体积分数），适用于以骨为目标的筛选级联中的检测标准化。
- 操作价值：建立了一种可重复的样品制备流程，可最大限度减少运动伪影，从而提高基于成像的表型筛选检测的稳健性和通量。
转化与临床前研究
- 科学价值：通过精确追踪药理学或遗传学干预随时间推移对骨结构变化的影响，支持与疾病相关的系统建模。
- 操作价值：通过提供基于影像的生物标志物，将发现阶段的研究结果与临床前安全性及有效性评估相衔接，促进转化研究的连续性。
流程与工作流整合
该后肢定位方案通过确保可靠的成像读数，融入发现工作流程，为骨靶向治疗药物研发中的靶点验证、先导化合物优化以及临床前推进决策提供依据。
- 发现生物学：通过实现对靶点调控后骨微结构变化的一致性可视化，支持假设验证。
- 筛选：提供即用于检测的定量成像结果，可比较化合物对骨骼参数的影响。
- 分析：提供标准化且可重复的测量指标（如骨密度、骨小梁数量），为统计分析和跨研究比较提供必要支持。
- 转化研究：支持对骨骼反应的纵向监测，基于机制性和表型数据支持风险调整后的推进决策。
- 企业级复用：代表一种标准化且可适应的成像制备方法，适用于多种啮齿类动物及骨骼部位，促进在骨研究项目中的平台复用。
运营与企业影响
- 科学价值：通过减少纵向成像研究中的技术变异性和运动伪影，提高对骨骼表型评估的预测可信度。
- 操作价值：采用快速（5–10 分钟）、定义明确的固定程序，增强实验的可重复性和可扩展性，减少动物使用数量和图像重复采集频率。
- 战略价值：提供可靠的骨微结构数据，降低影响骨稳态候选药物推进过程中的风险，从而改善“推进/终止”决策判断。
- 项目组合影响：通过一致且可量化的成像终点指标，支持对骨调节化合物进行基于风险的优先级排序，实现客观的疗效评估与排序。
实施注意事项
- 需要具备啮齿类动物麻醉与监测的专业知识，以确保充分镇静的同时不损害生理参数。
- 依赖于活体微计算机断层扫描（micro-CT）系统的可及性，以及适配的碳纤维扫描床，以实现最佳图像采集。
- 需在团队间对泡沫管制备、牙科蜡应用及肢体伸展技术进行标准化，以确保操作者之间的一致性。
- 在针对不同品系和体重的动物调整镇静水平时，必须考虑动物间异氟烷代谢的个体差异。
- 仅适用于通过后肢伸展可及的外部骨骼部位；若无方案调整，不适用于轴向或颅骨成像。
