Hybrid μCT-FMT-Bildgebung und Bildanalyse

Wir beschreiben ein Protokoll für hybride Bildgebung, das die Fluoreszenz-vermittelte Tomographie (FMT) mit der Mikro-Computertomographie (μCT) kombiniert. Nach der Fusion und Rekonstruktion führen wir eine interaktive Organsegmentierung durch, um quantitative Messungen der Fluoreszenzverteilung zu extrahieren.

Die Fluoreszenz-vermittelte Tomographie ist ein hochempfindliches bildgebendes Verfahren zur quantitativen Beurteilung der Fluoreszenzverteilung. Bei anästhesierten Mäusen stehen viele zielgerichtete Fluoreszenzsonden zur Verfügung, die die Abbildung von Angiogenese, Apoptose, Entzündung und anderen ermöglichen. In diesem Film zeigen wir, wie die hybride Bildgebung mit FMT und Micro City an unserem Institut durchgeführt wird.

Im ersten Kapitel, den Geräten, ist dies unser F-M-T-F-M-T steht für Fluoreszenz-Molekulartomographie. Tomographie bedeutet, dass 3D-Bilder erzeugt werden. Der FMT ist hochempfindlich für die Abbildung der nahen Inat-Fluoreszenz bei Mäusen.

Nun wird die Frontblende geöffnet, um das Innere des FMT zu sehen. Unten befindet sich ein Laser, der auf einem 2D-Server montiert ist. Der Laser strahlt Licht in die Maus, die in einem teilweise durchsichtigen Mausbett gehalten wird.

Über dem Mausbett befindet sich ein Array von LEDs als alternative Lichtquelle, die es dem FMT ermöglicht, als reguläres Reflexionsbildgebungsgerät zu arbeiten. Unterhalb der Linse ist das Filterrad montiert, das das Licht für den Detektor auf der Oberseite des Geräts einfängt. Das ist unser Mikro-CT.

Das Mikro-CT ist mit zwei Röntgenröhren und zwei Flachdetektoren ausgestattet, die die Aufnahme von Dual-Energy-Scans ermöglichen. Zweites Kapitel, Mikro-CT-FMT-Scanprotokoll. Sowohl FMT als auch Mikro-CT sind so konzipiert, dass sie Mäuse abbilden, bevor bildgebende Mäuse mit Isof-Fluor betäubt werden.

Für das FMT-Scannen müssen die Haare der Maus entfernt werden, was gut mit der Heringscreme funktioniert. Einige Mäusestämme können durch die Deha-Creme Hautausschläge entwickeln. Daher wird empfohlen, die Mäuse auf Hautveränderungen zu überwachen und sich bei Bedarf an das Tierarztpersonal zu wenden.

Testen Sie die Verträglichkeit zunächst auch an einer kleinen Charge neuer Mäusestämme. Um eine Unterkühlung zu vermeiden, wird die Maus auf ein Heizkissen gelegt. Zur Injektion von Kontrastmittel wird aufgrund der geringen Größe ein Katheter in die Schwanzvene gelegt.

Das ist ziemlich schwierig und erfordert etwas Erfahrung. Wenn Blut in den Katheter zurückfließt, wird es richtig durch den Katheter geleitet. Fluoreszierende Kontrastmittel und CT-Kontrastmittel können injiziert werden, um eine Volumenüberlastung zu vermeiden.

höchstens. Fünf Milliliter pro Kilogramm Körpergewicht sollten gespritzt werden, was bei einer 30 Gramm schweren Maus 150 Mikroliter bedeutet. Zum Scannen wird die Maus in ein multimodales Mausbett gelegt.

Die Maus kann zur Identifizierung einige Symbole auf den Schwanz gezeichnet haben. Es ist wichtig, solche Dinge am Oberkörper zu vermeiden, da dies die optische Abtastung beeinträchtigen kann. Das Mausbett ist geschlossen und die Tiefe eingestellt, um die Maus fest in einer festen Position zu halten.

Seien Sie vorsichtig und überwachen Sie die Atmung Ursache: Wenn Sie das Bett zu stark anziehen, kann die Maus ersticken. Nacktmäuse werden aufgrund ihrer Immunsuppression häufig für die onkologische Forschung verwendet. Die Tatsache, dass sie nackt sind, ist ein glücklicher Nebeneffekt der genetischen Mutation.

Daher kann das mühsame Verfahren der Haarentfernung entfallen. Es sollte überprüft werden, ob die Maus richtig atmet, und gegebenenfalls sollte das Mausbett entsprechend angepasst werden. Dann wird das Mausbett in das Mikro-CT gelegt.

Die Rohre, die das ISO-Fluorgas transportieren, werden geschaltet, um den Gasfluss im Inneren des Geräts aufrechtzuerhalten. Dann wird das Mikro-C geschlossen, um die Röntgenabschirmung zu ermöglichen. Der micro C beginnt nur dann mit dem Scannen, wenn der Deckel geschlossen ist.

Mit den Tasten am Micro CT kann die Maus in das Micro CT.At dem Micro City Control Computer gefahren werden, ein Topogramm wird erfasst und die Fenstereinstellungen werden angepasst, um die Maus besser sehen zu können. Es können ein oder mehrere ZUP-Scans platziert werden. Ihre Position wird durch die hellblauen Bereiche angezeigt.

In der Regel sind ein bis drei ZUP-Scans ausreichend. Nach dem Start des Scanvorgangs wird der Fortschritt mit dunkelblauen Fortschrittsbalken angezeigt. Unsere Flachbildschirm-Mikro-CT-Scans werden von ZUP anschließend gescannt, was sich von einer klinischen Spiral-CT unterscheidet.

Über die Tasten wird das Mausbett nach vorne geschoben. Auch hier wird der Abschirmdeckel geöffnet und die Narkoseschläuche gewechselt. Die Halterung wird vorsichtig aus dem Mausbett genommen und der Narkoseschlauch herausgezogen.

Dies ist notwendig, da das AN und das FMT nicht von diesem kleinen Schlauch abhängig sind. Stattdessen wird die kleine Kammer im Inneren des FMT mit Narkosegas geflutet. Nun wird das Mausbett mit der Maus auf den FMT gebracht und auf den FMT-Steuerrechner eingesetzt.

Das Scan-Sichtfeld wird ebenso angepasst wie die Abtastdichte. In der Regel werden etwa 120 Punkte verwendet. Der Scan startet nach dem Drücken einer Taste.

Beim ersten Durchgang des FMT wird für jeden Laserquellenpunkt ein Trans-Illuminations- oder Anregungsbild aufgenommen. In diesem Film wird es im Schnellvorlaufmodus gezeigt. In der Regel dauert es etwa fünf Minuten.

Du kannst sehen, dass viel weniger Licht durch den Oberkörper dringt als durch den Unterkörper. Dies liegt daran, dass sich die Organe mit höherem relativen Blutvolumen, wie Herz, Leber und Nieren, mehr im Oberkörper befinden. Blut ist der Hauptabsorber für Nahinfrarotlicht.

Der zweite Durchgang läuft von denselben Quellenpunkten mit einem anderen Filter, der das Fluoreszenzlicht nur durch das dritte Kapitel, interaktives Öl und Segmentierung, lässt. Um die Daten von beiden Geräten zu fusionieren. Es werden Marker verwendet, die in das Mausbett eingebaut sind.

Die Marker sind auch in einem Reflexionsbild sichtbar, das vom FMT aufgenommen wurde. Die Marker sind eigentlich einfache Löcher und müssen nicht mit einem Fluoreszenz- oder CT-Kontrastmittel gefüllt werden. An unserem Institut haben wir eine Software entwickelt, die die Markererkennung und -fusion automatisch durchführt.

Die Form der Maus sowie heterogene Absorptions- und Streukarten werden automatisch anhand der Mikro-CT-Daten geschätzt, wie in unserer kürzlich erschienenen Theranostics-Veröffentlichung beschrieben. Diese Parameter sind wichtig für die quantitative Fluoreszenzrekonstruktion. Um die Bioverteilung der Fluoreszenz zu messen, ist eine Organsegmentierung erforderlich.

Eine solche Segmentierung generieren wir interaktiv mit Hilfe einer Software namens imulitic preclinic, die im Folgenden an unserem Institut entwickelt wurde. Eine solche Segmentierung wird im Zeitraffer gezeigt und kann von erfahrenen Personen in etwa 10 bis 20 Minuten durchgeführt werden. Zuerst wird der CT-Datensatz geladen.

Es kann in 3D mit Hilfe eines ISO-Oberflächen-Renderings inspiziert werden. Durch Ändern der Fenstereinstellungen kann der ISO-Wert geändert werden. Um beispielsweise Knochen des gesamten Mauskörpers mit dem Mausbett zu visualisieren, wird das Overlay geladen.

Das Signal für dieses Beispiel erscheint in der Blase. Jetzt ist die Overlay-Visualisierung deaktiviert. Konzentrieren Sie sich auf die anatomische Segmentierung.

Bei nativen Mikrot-Scans ist die Lunge aufgrund des starken negativen Kontrasts zu den anderen Weichteilen leicht zu finden. Die große Struktur im Inneren der Lunge ist das Herz. Lassen Sie uns zuerst die Lunge segmentieren.

Alle Voxel unterhalb eines bestimmten Wertes werden mithilfe von Schwellenwerten segmentiert. Dies wird grün angezeigt. Die Lunge ist eine zusammenhängende Region, die durch einen Filling-Vorgang abgetrennt werden kann.

Ähnlich wie beim Farbeimer. In einem Malprogramm kann der durch Schneiden und Spachteln von der Lunge getrennt werden. Konvexe Organe, wie z. B. die Blase, können durch Zeichnen von Kritzeleien segmentiert werden, um die Grenzen des Organs abzugrenzen.

Weitere Kritzeleien werden hinzugefügt, bis eine ausreichende Genauigkeit erreicht ist. Nicht konvexe Organe, wie z.B. der Darm, können Stück für Stück segmentiert werden. Die Leber erscheint als homogene Region und hat eine komplexere Struktur.

Da es aus mehreren Lappen besteht, kann die Segmentierung auf der Festplatte gespeichert und in das Programm geladen werden. Mit Hilfe einer solchen Segmentierung kann das Fluoreszenzsignal den Organen zugeordnet werden. Das Programm berechnet diese Beträge und speichert sie als zusätzliches Blatt für Längsschnitte, die Segmentierung muss für jeden Zeitpunkt neu durchgeführt werden, da die Intervalle in der Regel zu lang sind, um die Maus in einer festen Position anästhesiert zu halten.

Daher ist die Segmentierung eine mühsame Aufgabe, wenn viele Mäuse und viele Zeitpunkte beteiligt sind. Um die Ergebnisse zu quantifizieren, laden Sie ein Overlay und eine Segmentierung. Klicken Sie auf Batch-Einstellungen festlegen, damit sich das Programm die aktuellen Einstellungen merkt.

Klicken Sie nun auf Batch-Statistiken, um das Programm anzuweisen, die Werte für alle Regionen in allen Mikro-CT-FMT-Scans zu berechnen. Dies dauert einige Sekunden. Dann werden die Statistiken in einer Tabellenkalkulationsdatei gespeichert.

Dies ist praktisch, da der Benutzer nicht Dutzende von Dateien selbst zusammenführen muss. Basierend auf dieser Datei können die Orgelkurven berechnet werden. Viertes Kapitel, repräsentative Ergebnisse.

Um zu testen, ob die Fusion einwandfrei funktioniert, haben wir ein aros phantom verwendet. Zur Streuung wurde etwas Titan-Exide-Pulver zugegeben. Um eine unregelmäßige Form zu realisieren, schneiden wir einige Teile weg.

In das Phantom wurden mehrere kleine Einschlüsse eingebaut, die mit Fluoreszenz und CT-Kontrastmittel gefüllt waren. Da das FMT die wahre Form des Objekts nicht kennt und eine vereinfachte Form annimmt, ist die Rekonstruktion bei Objekten mit unregelmäßigen Formen nicht genau. Daher haben wir eine weitere Rekonstruktion implementiert, die die aus den Mikrostadtdaten abgeleitete Form verwendet.

Wie Sie sehen können, ist die Signallokalisierung im Phantom viel besser. Um die In-vivo-Daten zu überprüfen, gehen wir die Bildgebungszeitpunkte durch. Dies ist der Pre-Scan.

Was wir sehen, ist im Grunde nur Rauschen und Artefakte. Wenn wir zum nächsten Zeitpunkt gehen, dem nach der Injektion, sehen wir viel mehr Signal, aber die Fenstereinstellungen sind viel zu schwierig. Über den Fensterdialog können Sie die Fenstereinstellungen anpassen.

Wir sehen den größten Teil des Signals in der Blase. Wenn wir das nächste Mal, 0,2 Stunden nach der Injektion, gehen, sehen wir ein Signal außerhalb der Maus. Dies liegt daran, dass die Maus die Fluoreszenz auf das Mausbett urinierte.

Wenn wir die Fensterung weiter anpassen, können wir ein Signal an der Wirbelsäule und den Knien sehen. Gehen wir nun zur Zeit 0,4 Stunden nach der Injektion, das Signal des Urins ist verschwunden und wir sehen Fluoreszenz an der Wirbelsäule und den Knien für den nächsten Zeitpunkt, sechs Stunden und 24 Stunden nach der Injektion. Wir sehen dasselbe.

Kommen wir nun zur nächsten Nase. Der Pre-Scan zeigt mit diesen Fenstereinstellungen nichts an. Der Scan 15 Minuten nach der Injektion zeigt ein starkes Blasensignal und so weiter.

In dieser Studie fanden wir kurz nach der Injektion hohe Konzentrationen in der Harnblase, als Folge der schnellen renalen Ausscheidung dieser Sonde. Darüber hinaus steigt das Signal in der Wirbelsäule schnell an und bleibt über die späteren Bildzeitpunkte hinweg relativ stabil. Fünftes Kapitel, Schlußfolgerung.

Zusammenfassend zeigen wir ein multimodales Bildgebungsprotokoll, um die Stärken von Fluoreszenz, molekularer Tomographie und Mikrocomputertomographie zu kombinieren. Die anatomischen Mikro-CT-Daten ermöglichen eine verbesserte Fluoreszenzrekonstruktion unter Verwendung der Form der Maus. Darüber hinaus ist es nützlich, Organsegmentierungen zu generieren, die benötigt werden, um quantitative Messungen aus den Bilddaten zu extrahieren.