Imagerie hybride μCT-FMT et l'analyse d'image

La tomographie par fluorescence est une technique d'imagerie très sensible permettant d'évaluer quantitativement la distribution de la fluorescence. Chez des souris anesthésiées, de nombreuses sondes fluorescentes ciblées sont disponibles, permettant l'imagerie de l'angiogenèse, de l'apoptose, de l'inflammation et d'autres processus. Dans cet enregistrement, nous montrerons comment l'imagerie hybride combinant la tomographie par fluorescence (FMT) et Micro City est réalisée dans notre institut.

Dans le chapitre un, les dispositifs, ceci est notre F-M-T-F-M-T, qui signifie tomographie moléculaire par fluorescence. La tomographie signifie que des images 3D sont générées. La TMT est hautement sensible pour l'imagerie de la fluorescence proche infrarouge chez la souris.

Le panneau avant est maintenant ouvert pour montrer l'intérieur du FMT. En bas se trouve un laser monté sur un servo-moteur 2D. Le laser émet de la lumière dans la souris, maintenue dans un lit de souris partiellement transparent.

Au-dessus du lit pour souris se trouve un réseau de DEL servant de source lumineuse alternative, permettant au FMT de fonctionner comme un dispositif d'imagerie de réflectance classique. La roue à filtres est montée sous l'objectif, qui capte la lumière destinée au détecteur placé en haut de l'appareil. Il s'agit de notre micro-TDM.

Le micro-CT est équipé de deux tubes à rayons X et de deux détecteurs à panneau plat, ce qui permet l'acquisition de scans à double énergie. Chapitre deux, protocole de balayage micro-CT/FMT. Le FMT et le micro-CT sont conçus pour imager des souris ; avant l'imagerie, les souris sont anesthésiées à l'isoflurane.

Pour le balayage FMT, il faut raser les poils de la souris, ce qui fonctionne bien avec la crème au hareng. Certaines souches de souris peuvent développer des éruptions cutanées à cause de la crème dépilatoire. Il est donc recommandé de surveiller les souris pour détecter tout changement de la peau et de contacter le personnel vétérinaire pour les soins nécessaires.

Également, tester la tolérance sur un petit lot de toute nouvelle souche de souris au départ. Pour éviter l'hypothermie, la souris est placée sur un tapis chauffant. Pour injecter l'agent de contraste, un cathéter est inséré dans la veine de la queue en raison de sa petite taille.

Cela est assez difficile et nécessite une certaine expérience. Si le sang remonte dans le cathéter, cela indique qu'il est correctement positionné. Des agents de contraste fluorescents et des agents de contraste utilisés en tomodensitométrie peuvent être injectés afin d'éviter une surcharge en volume.

Au maximum, cinq millilitres par kilogramme de poids corporel doivent être injectés, ce qui correspond à 150 microlitres pour une souris de 30 grammes. Pour l'analyse, la souris est placée dans un lit multimodal pour souris.

La souris peut présenter certains symboles dessinés sur la queue à des fins d'identification. Il est important d'éviter de tels éléments sur le tronc, car ils pourraient affecter le balayage optique. Le lit de la souris est fermé et la profondeur est ajustée afin de maintenir fermement la souris en position fixe.

Sois prudent et surveille la respiration, car un serrage excessif du lit peut entraîner l'asphyxie de la souris. Les souris nues sont couramment utilisées en recherche oncologique en raison de leur immunosuppression. Le fait qu'elles soient nues est un effet secondaire heureux de la mutation génétique.

Par conséquent, la procédure laborieuse de dépilation peut être omise. Il convient de vérifier que la souris respire correctement, et, si nécessaire, d'ajuster le lit de la souris en conséquence. Ensuite, le lit de la souris est placé à l'intérieur du micro-CT.

Les tubes qui transportent le gaz de fluor ISO sont commutés afin de maintenir l'écoulement du gaz à l'intérieur du dispositif. Ensuite, le micro C est fermé pour activer le blindage aux rayons X. Le micro C ne commencera à scanner que si le couvercle est fermé.

À l’aide des boutons du micro-CT, on peut faire avancer la souris dans le micro-CT. Sur l’ordinateur de commande du micro-CT, un topogramme est acquis et affiché, et les réglages de fenêtrage sont ajustés pour visualiser plus clairement la souris. Un ou plusieurs scans ZUP peuvent être placés. Leur position est indiquée par des régions en bleu clair.

En général, un à trois scans ZUP sont suffisants. Après le démarrage du scan, l'avancement est indiqué par des barres de progression bleu foncé. Notre micro-CT à panneau plat effectue les scans ZUP de manière successive, contrairement au scanner clinique en spirale.

À l'aide des boutons, le lit pour souris est déplacé vers l'avant. Le couvercle de protection est de nouveau ouvert et les tubes d'anesthésie sont inversés. Le support est délicatement retiré du lit pour souris, puis le tube d'anesthésie est retiré.

Ceci est nécessaire car l'AN et la FMT ne dépendent pas de ce petit tube. Au lieu de cela, la petite chambre située à l'intérieur de la FMT est inondée de gaz anesthésique. À présent, le lit pour souris avec la souris est déplacé vers la FMT et inséré sur l'ordinateur de commande de la FMT.

Le champ de vision balayé est ajusté ainsi que la densité d'échantillonnage. En général, environ 120 points sont utilisés. Le balayage commence après avoir appuyé sur un bouton.

Le premier passage de la TFM acquiert une image d'illumination transmise ou d'excitation pour chaque point source laser. Dans ce film, cela est montré en mode avance rapide. Habituellement, cela prend environ cinq minutes.

On observe que beaucoup moins de lumière traverse la partie supérieure du corps par rapport à la partie inférieure. Cela s'explique par le fait que les organes ayant un volume sanguin relatif plus élevé, tels que le cœur, le foie et les reins, se trouvent principalement dans la partie supérieure du corps. Le sang est l'absorbeur principal de la lumière proche infrarouge.

Les secondes exécutions à partir des mêmes points sources utilisent un filtre différent, qui ne laisse passer que la lumière fluorescente, chapitre trois, huile interactive et segmentation. Pour fusionner les données provenant des deux dispositifs, des marqueurs sont utilisés, intégrés dans le lit de la souris.

Les marqueurs sont également visibles sur une image de réflexion acquise par la FMT. Les marqueurs sont en réalité de simples trous et n'ont pas besoin d'être remplis avec un agent fluorescent ou un agent de contraste pour tomodensitométrie. Dans notre institut, nous avons mis au point un programme informatique qui effectue automatiquement la détection des marqueurs et leur fusion.

La forme de la souris, ainsi que les cartes hétérogènes d'absorption et de diffusion, sont automatiquement estimées à l'aide des données de micro-TDM, comme décrit dans notre publication récente dans Theranostics. Ces paramètres sont importants pour la reconstruction quantitative de la fluorescence. Pour mesurer la biodistribution de la fluorescence, une segmentation des organes est nécessaire.

Nous générons une telle segmentation de manière interactive à l'aide d'un logiciel nommé imulitic preclinical, développé dans notre institut comme suit. Une telle segmentation est montrée en accéléré et une personne expérimentée peut l'effectuer en environ 10 à 20 minutes. Tout d'abord, le jeu de données CT est chargé.

Il peut être examiné en 3D à l'aide d'un rendu de surface ISO. En modifiant les paramètres de fenêtrage, la valeur ISO peut être ajustée. Par exemple, pour visualiser les os de l'ensemble du corps de la souris avec le lit de souris, la superposition est chargée.

Le signal pour cet exemple apparaît dans la vessie. Désormais, la visualisation superposée est désactivée. Pour se concentrer sur la segmentation anatomique.

Dans les microscans natifs, on trouve facilement le poumon en raison du fort contraste négatif par rapport aux autres tissus mous. La grande structure à l'intérieur du poumon est le cœur. Segmentons d'abord le poumon.

Tous les voxels situés en dessous d'une certaine valeur sont segmentés à l'aide d'un seuillage. Cela apparaît en vert. Le poumon constitue une région connexe, qui peut être isolée à l'aide d'une opération de remplissage.

Similaire au pot de peinture dans un programme de retouche d'images, l'organe peut être séparé du poumon par découpage et remplissage. Les organes convexes, comme la vessie, peuvent être segmentés en dessinant des traits pour délimiter les contours de l'organe.

Des gribouillages supplémentaires sont ajoutés jusqu'à ce qu'une précision suffisante soit atteinte. Les organes non convexes, comme l'intestin, peuvent être segmentés morceau par morceau. Le foie apparaît comme une région homogène et possède une structure plus complexe.

Étant donné qu'il se compose de plusieurs lobes, la segmentation peut être enregistrée sur le disque et chargée dans le programme. À l'aide d'une telle segmentation, le signal fluorescent peut être attribué aux organes. Le programme calcule ces quantités et les enregistre sous forme d'une feuille supplémentaire. Pour les examens longitudinaux, la segmentation doit être effectuée à nouveau pour chaque point temporel, car les intervalles sont généralement trop longs pour maintenir la souris anesthésiée dans une position fixe.

Par conséquent, la segmentation est une tâche laborieuse lorsqu'un grand nombre de souris et de nombreux points temporels sont impliqués. Pour quantifier les résultats, chargez une superposition et une segmentation. Cliquez sur Définir les paramètres par lot pour que le programme mémorise les paramètres actuels.

Maintenant, cliquez sur les statistiques par lot pour indiquer au programme de calculer les valeurs pour toutes les régions de tous les scans FMT de micro-TDM. Cela prendra quelques secondes. Ensuite, les statistiques sont enregistrées dans un seul fichier de feuille de calcul.

Ceci est pratique car l'utilisateur n'a pas besoin de fusionner lui-même des dizaines de fichiers. À partir de ce fichier, les courbes des organes peuvent être calculées. Chapitre quatre, résultats représentatifs.

Pour vérifier que la fusion fonctionne correctement, nous avons utilisé un fantôme aros. De la poudre d'oxyde de titane a été ajoutée pour provoquer une diffusion. Afin de réaliser une forme irrégulière, nous avons découpé certaines parties.

Plusieurs petites inclusions remplies de fluorophore et d'agent de contraste CT ont été intégrées au fantôme. Étant donné que la TDF ne connaît pas la forme réelle de l'objet et suppose une forme simplifiée, la reconstruction n'est pas précise pour des objets de forme irrégulière. Par conséquent, nous avons mis en œuvre une autre reconstruction utilisant la forme dérivée des données micro-tomographiques.

Comme vous pouvez le constater, la localisation du signal dans le fantôme est beaucoup meilleure. Pour examiner les données in vivo, passons en revue les points temporels d'imagerie. Voici l'analyse préalable.

Ce que nous voyons est essentiellement du bruit et des artefacts. Si nous passons au prochain point temporel, celui après l'injection, nous observons beaucoup plus de signal, mais les paramètres de fenêtrage sont beaucoup trop stricts. À l'aide de la boîte de dialogue de fenêtrage, vous pouvez ajuster les paramètres de fenêtrage.

Nous observons la majeure partie du signal dans la vessie. Si nous passons au temps suivant, 0,2 heure après l'injection, nous voyons un certain signal à l'extérieur de la souris. Cela est dû au fait que la souris a uriné la fluorescence sur le lit de la souris.

En ajustant davantage le fenêtrage, nous pouvons observer un signal au niveau de la colonne vertébrale et des genoux. Passons maintenant au temps 0,4 heure après l'injection : le signal provenant de l'urine a disparu, et nous observons une fluorescence au niveau de la colonne vertébrale et des genoux aux points temporels suivants, soit six heures et 24 heures après l'injection. Nous observons la même chose.

Passons maintenant au prochain nez. Le pré-scan ne montre rien avec ces paramètres de fenêtrage. Le scan effectué 15 minutes après l'injection montre un signal intense au niveau de la vessie, et ainsi de suite.

Dans cette étude, nous avons observé des concentrations élevées dans la vessie urinaire peu de temps après l'injection, en raison de l'élimination rénale rapide de cette sonde. De plus, le signal dans la moelle épinière augmente rapidement et demeure relativement stable tout au long des points temporels ultérieurs d'imagerie. Chapitre cinq, conclusion.

En conclusion, nous présentons un protocole d'imagerie multimodale combinant les avantages de la fluorescence, de la tomographie moléculaire et de la microtomographie assistée par ordinateur. Les données anatomiques de micro-CT permettent une reconstruction améliorée de la fluorescence en utilisant la forme de la souris. En outre, elles sont utiles pour générer des segmentations d'organes, nécessaires pour extraire des mesures quantitatives à partir des données d'image.