Name: Imagerie hybride μCT-FMT et lanalyse dimage (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-04T15:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 45 s
Description: Découvrez l'imagerie hybride μCT-FMT pour la tomographie de fluorescence chez la souris anesthésiée. Cette méthode permet la segmentation interactive des organes et l'évaluation quantitative de la distribution fluorescente in vivo.

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Nous remercions Marek Weiler pour effectuer les expériences de fantômes. Ce travail a été soutenu par le Conseil européen de la recherche (ERC Starting Grant de 309 495: NeoNaNo), l&#39;État fédéral allemand de Rhénanie du Nord Westphalie (NRW; High-Tech.NRW/EU-Ziel 2-Programm (EFRE); ForSaTum), l&#39;allemand Ministère de l&#39;Education et de la Recherche (BMBF) (programmes de financement du foie virtuel (0.315.743), LungSys (0315415C), LungSys2 (0316042F), Photonik Forschung Deutschland (13N13355)), l&#39;Université RWTH Aachen (I 3 Fonds de stimulation de TM), et de recherche de Philips (Aachen, Allemagne).

<ol><li>Hoffman, R. M., Yang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subcellular+imaging+in+the+live+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Subcellular imaging in the live mouse.</a> Nature Protocols. 1 (2), 775-782 (2006).</li>
<li>Ale, A., Ermolayev, V., Herzog, E., Cohrs, C., Angelis, M. H., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FMT-XCT%3A+in+vivo+animal+studies+with+hybrid+fluorescence+molecular+tomography-X-ray+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">FMT-XCT: in vivo animal studies with hybrid fluorescence molecular tomography-X-ray computed tomography.</a> Nature Methods. 9 (9), 615-620 (2012).</li>
<li>Eaton, V. L., Vasquez, K. O., Goings, G. E., Hunter, Z. N., Peterson, J. D., Miller, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+tomographic+imaging+of+near+infrared+imaging+agents+quantifies+disease+severity+and+immunomodulation+of+experimental+autoimmune+encephalomyelitis+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroinflammation%22%5BJournal%5D)">Optical tomographic imaging of near infrared imaging agents quantifies disease severity and immunomodulation of experimental autoimmune encephalomyelitis in vivo.</a> Journal of Neuroinflammation. 10 (138), (2013).</li>
<li>Lederle, W., Arns, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Failure+of+annexin-based+apoptosis+imaging+in+the+assessment+of+antiangiogenic+therapy+effects%5BTitle%5D)+AND+%22EJNMMI+Research%22%5BJournal%5D)">Failure of annexin-based apoptosis imaging in the assessment of antiangiogenic therapy effects.</a> EJNMMI Research. 1 (26), (2011).</li>
<li>Ntziachristos, V., Tung, C. -H., Bremer, C., Weissleder, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescence+molecular+tomography+resolves+protease+activity+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Medicine%22%5BJournal%5D)">Fluorescence molecular tomography resolves protease activity in vivo.</a> Nature Medicine. 8 (7), (2002).</li>
<li>Hoffman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+multiple+uses+of+fluorescent+proteins+to+visualize+cancer+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Cancer%22%5BJournal%5D)">The multiple uses of fluorescent proteins to visualize cancer in vivo.</a> Nature Reviews Cancer. 5 (10), 796-806 (2005).</li>
<li>Schulz, R. B., Ale, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+system+for+simultaneous+fluorescence+and+x-ray+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Hybrid system for simultaneous fluorescence and x-ray computed tomography.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 29 (2), 465-473 (2010).</li>
<li>Stuker, F., Baltes, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+small+animal+imaging+system+combining+magnetic+resonance+imaging+with+fluorescence+tomography+using+single+photon+avalanche+diode+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Hybrid small animal imaging system combining magnetic resonance imaging with fluorescence tomography using single photon avalanche diode detectors.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 30 (6), 1265-1273 (2011).</li>
<li>Leblond, F., Davis, S. C., Valdés, P. A., Pogue, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preclinical+Whole-body+Fluorescence+Imaging%3A+Review+of+Instruments%2C+Methods+and+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Photochemistry+and+Photobiology+B%3A+Biology%22%5BJournal%5D)">Preclinical Whole-body Fluorescence Imaging: Review of Instruments, Methods and Applications.</a> Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 98 (1), 77-94 (2010).</li>
<li>Kunjachan, S., Gremse, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+optical+imaging+of+nanomedicine+biodistribution%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Noninvasive optical imaging of nanomedicine biodistribution.</a> ACS Nano. 7 (1), 252-262 (2013).</li>
<li>Radrich, K., Ale, A., Ermolayev, V., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+limited-projection-angle+fluorescence+molecular+tomography+using+a+co-registered+x-ray+computed+tomography+scan%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Improving limited-projection-angle fluorescence molecular tomography using a co-registered x-ray computed tomography scan.</a> Journal of Biomedical Optics. 17 (12), 126011(2012).</li>
<li>Freyer, M., Ale, A., Schulz, R. B., Zientkowska, M., Ntziachristos, V., Englmeier, K. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+automatic+segmentation+of+anatomical+structures+in+x-ray+computed+tomography+images+to+improve+fluorescence+molecular+tomography+reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Fast automatic segmentation of anatomical structures in x-ray computed tomography images to improve fluorescence molecular tomography reconstruction.</a> Journal of Biomedical Optics. 15 (3), 036006(2010).</li>
<li>Gremse, F., Theek, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Absorption+Reconstruction+Improves+Biodistribution+Assessment+of+Fluorescent+Nanoprobes+Using+Hybrid+Fluorescence-mediated+Tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">Absorption Reconstruction Improves Biodistribution Assessment of Fluorescent Nanoprobes Using Hybrid Fluorescence-mediated Tomography.</a> Theranostics. 4 (10), 960-971 (2014).</li>
<li>Cheong, W. -F., Prahl, S. A., Welch, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+the+optical+properties+of+biological+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Journal+of+Quantum+Electronics%22%5BJournal%5D)">A review of the optical properties of biological tissues.</a> IEEE Journal of Quantum Electronics. 26 (12), 2166-2185 (1990).</li>
<li>Doleschel, D., Mundigl, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+near-infrared+imaging+of+the+erythropoietin+receptor+in+human+lung+cancer+xenografts%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nuclear+Medicine%3A+Official+Publication%2C+Society+of+Nuclear+Medicine%22%5BJournal%5D)">Targeted near-infrared imaging of the erythropoietin receptor in human lung cancer xenografts.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 53 (2), 304-311 (2012).</li>
<li>Al Rawashdeh, W., Arns, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+tomography+of+MMP-activity+allows+a+sensitive+non-invasive+characterization+of+the+invasiveness+and+angiogenesis+of+SCC-xenografts%5BTitle%5D)+AND+%22Neoplasia%22%5BJournal%5D)">Optical tomography of MMP-activity allows a sensitive non-invasive characterization of the invasiveness and angiogenesis of SCC-xenografts.</a> Neoplasia. 16 (3), 235-246 (2014).</li>
<li>Kunjachan, S., Pola, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Passive+versus+Active+Tumor+Targeting+Using+RGD-+and+NGR-Modified+Polymeric+Nanomedicines%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Passive versus Active Tumor Targeting Using RGD- and NGR-Modified Polymeric Nanomedicines.</a> Nano Letters. 14 (2), 972-981 (2014).</li>
<li>Schober, A., Nazari-Jahantigh, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MicroRNA-126-5p+promotes+endothelial+proliferation+and+limits+atherosclerosis+by+suppressing+Dlk1%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Medicine%22%5BJournal%5D)">MicroRNA-126-5p promotes endothelial proliferation and limits atherosclerosis by suppressing Dlk1.</a> Nature Medicine. 20 (4), 368-376 (2014).</li>
<li>Aikawa, E., Nahrendorf, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Osteogenesis+associates+with+inflammation+in+early-stage+atherosclerosis+evaluated+by+molecular+imaging+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation%22%5BJournal%5D)">Osteogenesis associates with inflammation in early-stage atherosclerosis evaluated by molecular imaging in vivo.</a> Circulation. 116 (24), 2841-2850 (2007).</li>
<li>Gremse, F., Höfter, A., Schwen, L., Kiessling, F., Naumann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GPU-Accelerated+Sparse+Matrix-Matrix+Multiplication+by+Iterative+Row+Merging%5BTitle%5D)+AND+%22SIAM+Journal+on+Scientific+Computing%22%5BJournal%5D)">GPU-Accelerated Sparse Matrix-Matrix Multiplication by Iterative Row Merging.</a> SIAM Journal on Scientific Computing. , C54-C71 (2015).</li>
<li>Vasquez, K. O., Casavant, C., Peterson, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+Whole+Body+Biodistribution+of+Fluorescent-Labeled+Agents+by+Non-Invasive+Tomographic+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Quantitative Whole Body Biodistribution of Fluorescent-Labeled Agents by Non-Invasive Tomographic Imaging.</a> PLoS ONE. 6 (6), e20594(2011).</li>
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<li>Jacques, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+properties+of+biological+tissues%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Optical properties of biological tissues: a review.</a> Physics in Medicine and Biology. 58 (11), R37(2013).</li>
<li>Loening, A. M., Gambhir, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AMIDE%3A+a+free+software+tool+for+multimodality+medical+image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Imaging%22%5BJournal%5D)">AMIDE: a free software tool for multimodality medical image analysis.</a> Molecular Imaging. 2 (3), 131-137 (2003).</li>
<li>Gremse, F., Schulz, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Qualitative+and+Quantitative+Data+Analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Small+Animal+Imaging%22%5BJournal%5D)">Qualitative and Quantitative Data Analysis.</a> Small Animal Imaging. , 363-378 (2011).</li>
<li>Baiker, M., Milles, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atlas-based+whole-body+segmentation+of+mice+from+low-contrast+Micro-CT+data%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Image+Analysis%22%5BJournal%5D)">Atlas-based whole-body segmentation of mice from low-contrast Micro-CT data.</a> Medical Image Analysis. 14 (6), 723-737 (2010).</li>
<li>Sevick-Muraca, E. M., Rasmussen, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging+with+optics%3A+primer+and+case+for+near-infrared+fluorescence+techniques+in+personalized+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging with optics: primer and case for near-infrared fluorescence techniques in personalized medicine.</a> Journal of Biomedical Optics. 13 (4), 041303(2008).</li>
</ol>

Felix Gremse est fondateur et propriétaire de Gremse-IT, une entreprise en démarrage qui offre des logiciels et services d&#39;analyse d&#39;images médicales en collaboration avec Philips et le ministère des fins expérimentales d&#39;imagerie moléculaire de l&#39;Université RWTH Aachen.

Nous décrivons et appliquons un protocole d&#39;imagerie multimodale μCT-FMT. Nous utilisons FMT disponible dans le commerce et largement utilisé et dispositifs μCT 3,11,15 - 17,21. Bien que le protocole nécessite une FMT spécifique, le μCT peut être remplacé par un autre μCT avec des fonctionnalités similaires et les paramètres de numérisation comparables, par exemple, le champ de vision doit être suffisamment large pour couvrir le lit de la souris, y compris les marqueurs. La FMT a été utilisé pour l&#39;analyse de biodistribution sans le combiner avec μCT IRM ou 21, cependant, les données anatomiques est bénéfique pour augmenter la reproductibilité puisque la segmentation peut être calculée sur la base des limites d&#39;organes qui sont visibles dans les données μCT 10. Alors que les appareils μCT-FMT intégrés ont été développés 2,7, ceux-ci ne sont pas encore disponibles dans le commerce. En outre, l&#39;utilisation de deux dispositifs distincts permet tuyauterie, à savoir., La souris suivant can imager dans la μCT souris tandis que le premier est toujours dans la FMT, pour augmenter le débit. Pour réduire la charge de travail manuel, nous effectuons la détection du marqueur automatisé et de la fusion. En outre, la forme de la souris est automatiquement cette information segmenté et améliore de façon significative la 11,13,22 de reconstruction de fluorescence. Pour la reconstruction quantitative de fluorescence, cartes d&#39;absorption et de diffusion sont nécessaires 13,23. Nous tirons la carte de la diffusion par la segmentation automatique des données μCT et en attribuant des coefficients de diffusion connus de plusieurs types de tissus (poumon, os, la peau, la graisse, et le reste des tissus mous) 24. Par la suite, nous reconstruisons une carte d&#39;absorption à partir des données brutes optique qui est particulièrement important pour les organes bien irrigués comme le cœur et le foie 13,20. Numérisation plusieurs souris à de multiples points de temps se traduit rapidement par un grand nombre d&#39;ensembles de données à analyser. Pour Biodisétudes de distri-, plusieurs organes doivent être segmenté pour chaque balayage μCT-FMT. Malheureusement, les segmentations ne peuvent pas être réutilisés, parce que la souris est nouvellement positionnée dans le lit de la souris à plusieurs reprises. Nous utilisons un outil de segmentation interactif, développé dans notre institut, cependant, d&#39;autres outils peuvent aussi être approprié 25. Nous générons des segmentations de voxels-sage, parce que ceux-ci correspondent mieux aux organes complexes de formes simples telles que des ellipses et des cubes 26. Automatisée segmentation animal entier serait utile de réduire davantage la charge de travail manuel 27, mais un outil de segmentation interactive serait encore nécessaire pour corriger les erreurs de segmentation. En outre, des outils de segmentation automatique peuvent difficilement anticiper les cas particuliers tels que les pathologies correctement. Puisque nous utilisons des analyses de μCT indigènes, certains organes tels que la rate sont très difficiles à segmenter même manuellement. Les agents de contraste aideraient, mais il ya des problèmes avec la tolérabilité et il est difficile d&#39;entretenir cetna distribution de l&#39;agent de contraste régulière tout au long de l&#39;imagerie longitudinale. Notre étude fantôme montre que la localisation du signal est améliorée lors de l&#39;utilisation des informations de forme pour la reconstruction de fluorescence. In vivo, une amélioration similaire est évidente pour le point de contrôle d&#39;avance (15 minutes après l&#39;injection), quand une grande quantité de la sonde est déjà dans le la vessie urinaire. La sonde d&#39;hydroxyapatite liaison accumule à os et des articulations. Il est remarquable de voir comment cela se produit rapidement, à savoir, le signal est déjà clairement visible à la colonne vertébrale 15 minutes après l&#39;injection. Ceci est probablement dû à la faible poids moléculaire de la sonde, ce qui permet l&#39;extravasation et rapide diffusion dans les régions cibles. La sonde se lie de manière covalente à son hydroxyapatite cible et la sonde non liée est excrété. Pour les points de temps plus tard, entre 6 h et 24 h après l&#39;injection, l&#39;intensité du signal dans la colonne vertébrale reste relativement stable, sans doute, parce que presque toute la lumière recourbatures profondément dans la souris pour blanchir la fluorescence. Pour notre étude, nous avons utilisé le canal 750 nm, ce qui en résulte une faible fluorescence de fond aussi évident pour les scans acquis avant l&#39;injection. Aux longueurs d&#39;onde plus faibles, plus le signal de fond peut être 28 prévu. En résumé, nous décrivons un protocole d&#39;imagerie multimodale pour dispositifs disponibles dans le commerce et FMT μCT. Nous montrons que la combinaison offre des avantages pour la reconstruction de fluorescence. Nous illustrons la façon dont les courbes de biodistribution sont extraits à partir de la grande quantité de données d&#39;image au moyen de segmentation interactive d&#39;organes et de traitement par lots. Nous croyons que ce flux de travail standardisé peut être utile pour le développement de médicaments et d&#39;autres études d&#39;imagerie utilisant des sondes marquées par fluorescence.

tomographie de fluorescence à médiation par, tomographie moléculaire par fluorescence aussi appelée (FMT), est une technique prometteuse pour évaluer quantitativement la distribution de la fluorescence diffuse dans les tissus, tels que les souris anesthésiées, voire des tissus du corps humain, par exemple les seins ou les articulations des doigts. Contrairement aux techniques de microscopie non invasives, ce qui permet l&#39;imagerie des cibles superficielles à une résolution subcellulaire, FMT permet la reconstruction tridimensionnelle de sources fluorescentes à des profondeurs de plusieurs centimètres, mais à plus basse résolution 2. De nombreuses sondes fluorescentes ciblés sont disponibles pour l&#39;image de l&#39;angiogenèse, l&#39;apoptose, l&#39;inflammation et d&#39;autres 2-5. Certaines sondes sont activable, par exemple,. Par clivage enzymatique spécifique conduisant à unquenching de fluorochromes. En outre, des gènes rapporteurs exprimant des protéines fluorescentes peuvent être visualisés, par exemple, pour suivre la migration des cellules tumorales 6. FMT bénéficie fortement de la combinaison avec une modalité anatomique, par exemple, μCT 2,7 ou 8 IRM. Alors que les dispositifs de FMT autonomes sont disponibles dans le commerce 9, les images de fluorescence sont difficiles à interpréter sans information de référence anatomique. Récemment, nous avons pu montrer que les données fondu d&#39;image anatomique permet une analyse plus robuste 10. Les données anatomiques peuvent également être utilisés pour fournir des connaissances antérieures, telles que la forme extérieure de la souris, ce qui est important pour la modélisation optique précis et reconstruction 11 fluorescence. En outre, les cartes de diffusion et d&#39;absorption optiques peuvent être estimées en utilisant la segmentation des types de tissus et en attribuant des coefficients spécifiques de classe 12,13. Pour la lumière proche infrarouge, l&#39;hémoglobine est l&#39;absorbeur principal chez la souris, outre la mélanine et de la fourrure 14. Depuis le volume relatif de sang varie selon les régions par ordre de grandeur, une carte d&#39;absorption est particulièrement important pour les quanquanti- 13 reconstruction de fluorescence. Un avantage de l&#39;utilisation de dispositifs d&#39;imagerie non invasifs est que les souris peuvent être imagés longitudinalement, soit en de multiples points de temps. Ceci est important pour évaluer le comportement dynamique des sondes, à savoir, leur accumulation cible, biodistribution et l&#39;excrétion 10,15, ou pour évaluer la progression de la maladie 16. Lorsque Imagerie plusieurs souris à de multiples points dans le temps, une grande quantité d&#39;ensembles de données d&#39;image se produit. Pour permettre la comparabilité, ceux-ci devraient être acquis d&#39;une manière systématique, à savoir, avec un protocole bien défini et documenté. Le grand nombre de scans pose un défi pour l&#39;analyse de l&#39;image, qui est nécessaire pour extraire des mesures quantitatives à partir des données d&#39;image. Le but de notre étude est de fournir une description détaillée d&#39;un protocole d&#39;imagerie μCT-FMT que nous avons utilisé et optimisé à travers plusieurs études 10,13,15,17,18. Nous décrivonsla manière dont les ensembles de données sont générées, traitées, visualisées et analysées. Cela est démontré en utilisant une sonde moléculaire établi, OsteoSense, qui se lie à l&#39;hydroxyapatite 19, et peut être utilisé pour des maladies osseuses et l&#39;image 2 remodelage. Toutes les procédures impliquant des animaux ont été approuvés par le comité d&#39;examen gouvernemental sur les soins aux animaux.

<table><tbody><tr><td>FMT (tomographie moléculaire à fluorescence) FMT2500 LX</td><td>PerkinElmer</td><td>FMT2000</td><td>Dispositif pour tomographie moléculaire à fluorescence</td></tr> <tr><td>et micro ; CT (microtomographie par ordinateur) Tomoscope Duo</td><td>CT Imaging GmbH</td><td>Tomoscope Duo</td><td>Appareil pour microtomographie</td></tr> assistée par ordinateur <tr><td>Lit de souris multimodal</td><td>CT Imaging GmbH</td><td>Constructeur expérimental</td><td>Support d’animal partiellement transparent</td></tr><tr><td>IsoFlo (isoflurane, USP)</td><td>Abbott</td><td>05260-05</td><td>Isoflurane Anesthésie par inhalation</td></tr><tr><td>Système d’anesthésie des petits animaux</td><td>Appareil de Harvard</td><td>726419</td><td>Système complet de table Isoflurane</td></tr><tr><td>Nourriture pour souris sans chlorophylle</td><td>Ssiff</td><td>E15051</td><td>Nourriture à faible teneur en chlorophylle / faible fluorescence</td></tr><tr><td>OsteoSense 750EX</td><td>PerkinElmer</td><td>NEV10053EX</td><td>Animal FMT agent de contraste</td></tr><tr><td>Portex Fine Bore Polythene Tubing</td><td>Smith medical</td><td>800/100/120</td><td>Tube pour cathéter d’injection</td></tr><tr><td>Sterican 30g</td><td>BBraun</td><td>4656300</td><td>Aiguille hypodermique pour cathéter</td></tr><tr><td>Imeron</td><td>Altana pharma</td><td>INLA F.1/0203/3.5337.69</td><td>Agent de contraste CT pour les inclusions fantômes</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Sigma</td><td>90-12-36-6</td><td>Agarose pour la production</td></tr> fantôme <tr><td>TiO2</td><td>Applichem</td><td>A1900,1000</td><td>Oxyde de titane comme agent de diffusion fantôme</td></tr><tr><td>Bleu trypan</td><td>Fluka</td><td>93595</td><td>Bleu trypan pour ajuster la lumière fantôme propagation</td></tr><tr><td>Cy7</td><td>Lumiprobe</td><td>15020</td><td>Fluorochrome pour les inclusions fantômes</td></tr><tr><td>Lipovenoes 20 %</td><td>Fresenius Kabi</td><td>3094740</td><td>Émulsion lipidique, agent de diffusion pour agents de contraste FMT</td></tr><tr><td>Definiens Développeur XD Server</td><td>Definiens AG</td><td>Serveur XD</td><td>Plate-forme logicielle pour la segmentation automatisée</td></tr><tr><td>Imalytics Preclinical</td><td>ExMI/Gremse-IT</td><td>Version 2.0.1</td><td>Logiciel de fusion, de reconstruction et d’analyse d’images</td></tr><tr><td>NVIDIA Geforce Titan</td><td>Asus</td><td>GTXTITAN6GD5</td><td>Carte graphique d’ordinateur haut de gamme, 6 Go de mémoire</td></tr></tbody></table>

imagerie hybride μct-fmt et l&#39;analyse d&#39;image

Hybrid &#181;CT-FMT imaging and image analysis

La fluorescence induite par tomographie (FMT) permet de déterminer longitudinal et quantitative de la distribution de la fluorescence in vivo et peut être utilisé pour évaluer la biodistribution de nouvelles sondes et pour évaluer la progression de la maladie en utilisant des sondes moléculaires établies ou des gènes rapporteurs. La combinaison avec une modalité anatomique, par exemple, micro tomodensitométrie (μCT), est bénéfique pour l&#39;analyse d&#39;image et de reconstruction de fluorescence. Nous décrivons un protocole d&#39;imagerie multimodal μCT-FMT, comprenant les étapes de traitement d&#39;image nécessaires pour extraire des mesures quantitatives. Après avoir préparé les souris et effectuer la formation d&#39;image, les ensembles de données sont des marques multimodales. Par la suite, une amélioration de la reconstruction de la fluorescence est effectuée, qui tient compte de la forme de la souris. Pour l&#39;analyse quantitative, segmentations d&#39;organes sont générés sur la base des données anatomiques en utilisant notre outil de segmentation interactive. Enfin, le cu de biodistributionrves sont générées en utilisant une fonction de traitement par lots. Nous montrons l&#39;applicabilité de la méthode en évaluant la biodistribution d&#39;une sonde bien connu qui se lie à des os et des articulations.

Nous avons appliqué le protocole décrit pour évaluer la biodistribution d&#39;une sonde, OsteoSense ciblée, qui se lie à l&#39;hydroxyapatite. 3 souris (C57BL / 6 Apoe - / - AHSG - / - souris à double inactivation, 10 semaines) ont été imagées avant et 15 min, 2 h, 4 h, 6 h, et 24 h après l&#39;injection intraveineuse de 2 nmol OsteoSense. Notre logiciel détecte automatiquement les marqueurs intégrés dans le lit de la souris multimodal (figure 1, figure 2A, B), ce qui a permis la fusion des données de μCT anatomiques avec la reconstruction de fluorescence effectuée par le FMT (figure 2C, D). Depuis OsteoSense est une sonde avec un faible poids moléculaire, une excrétion rénale rapide et donc grand signal dans la vessie est attendu. Fusion de la reconstruction de la fluorescence de la FMT a révélé des problèmes tels que le signal déplacée à l&#39;extérieur de la vessie (figure 2C, D). Ces problèmes se produisent parce que la FMT ne connaît pas la vraie forme de la souris et assume une forme de bloc. Oureconstruction r détermine la forme exacte des données et génère μCT diffusion et l&#39;absorption des cartes 13 afin de permettre une reconstruction plus précise de la fluorescence avec une meilleure localisation de signal, ce qui est particulièrement évident pour la vessie (figure 2E, F). Pour affecter la fluorescence reconstruit les régions appropriées, nous interactive segmenté plusieurs organes en utilisant notre logiciel (Figure 3). Pour chacun des 18 scans, 7 régions ont été segmentés basés sur les données μCT, ie., Cœur, poumon, foie, les reins, la colonne vertébrale, de l&#39;intestin et de la vessie. Par la suite, le logiciel a été utilisé pour calculer la concentration moyenne de fluorescence pour chacun des 126 régions. Heureusement, le logiciel fournit un mode de traitement par lots, qui calcule toutes les valeurs et les enregistre dans une seule feuille de calcul. Pour visualiser la distribution de la fluorescence, rendus 3D ont été générées pour chaque point de temps,Avec le réglage de fenêtrage comparables (figure 4A-F). En utilisant les valeurs d&#39;organes quantifiés, la biodistribution a été calculé en faisant la moyenne des valeurs d&#39;organes au cours des trois souris (figure 4G). Les scans pré, acquises avant l&#39;injection, ont montré négligeable signal de fond. 15 min après l&#39;injection, le signal le plus fort est apparu dans la vessie, en raison de l&#39;excrétion rénale rapide. Aux points de temps ultérieurs, la sonde restante avait accumulé à os et des articulations. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/52770/52770fig1.jpg" /> Figure 1. multimodal Souris Chambres. (A) Le lit de la souris multimodal contient deux plaques de verre acrylique qui maintiennent fermement la souris. Le serrage est ajustée à l&#39;aide de deux vis. Le lit de la souris contient des marqueurs (trous vides) pour la fusion d&#39;images. Gaz anesthésique est fournie au moyen d&#39;un tube flexible qui est obsédé avec tsinge. (B) Le lit de la souris est fixé à un support de métal et son maintien dans le centre du portique rotatif μCT. (C) Eviter un écart entre le lit de la souris et le support de métal, parce que sinon, les marqueurs peuvent être incorrectement assignés conduisant à la fusion incorrecte. Le tube de gaz anesthésique doit être attaché au connecteur de tube. (D) Le lit de la souris doit être inséré dans le FMT avec la première face pour permettre une fusion automatique correct. (E) Les marqueurs sont visibles à la caméra FMT, qui est utilisé pour la détection du marqueur automatisé et de la fusion. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52770/52770fig1large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît, cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/52770/52770fig2.jpg" /> Figure 2. Fusion d&#39;image et de la reconstruction. (A, B) Marqueurs et la forme extérieure du mouse sont déterminées par l&#39;algorithme de segmentation automatique. (C, D) 15 min après l&#39;injection de OsteoSense, une quantité considérable de la sonde a déjà été excrétée dans la vessie urinaire. Après la fusion de la reconstruction fournie par des vendeurs avec les données μCT, les problèmes deviennent visibles. La plupart du signal apparaît autour de la vessie, mais pas à l&#39;intérieur de la vessie et quelque signal apparaît même dans l&#39;air. Cela arrive parce que la FMT assume une souris en forme de bloc. (E, F) Notre meilleure reconstruction de fluorescence, en utilisant la forme de la souris dérivée des données μCT, résultats dans une meilleure localisation de la fluorescence à l&#39;intérieur de la vessie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52770/52770fig2large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/52770/52770fig3.jpg" /> Figure 3. Organ Segmentat Interactive. ion (A) pour quantifier la distribution de fluorescence, plusieurs organes sont segmentés: coeur (rouge), du poumon (rose), le foie (marron), de l&#39;estomac (beige), la colonne vertébrale (violet), les reins (jaune), l&#39;intestin (vert) et la vessie urinaire (or). (B) le poumon, ce qui est fortement contrasté par rapport au tissu environnant, est segmenté en utilisant le seuillage et de la région de remplissage. (C) organes rondes, comme la vessie, les reins et le cœur sont segmentés en utilisant &quot;gribouillis&quot;. (D) Organes avec une forme plus complexe, par exemple, le foie et l&#39;estomac sont segmentés par incréments utilisent gribouillis. Pour le segment de la colonne vertébrale, un seuil élevé est appliqué à tous les segments os. Puis quelques os, par exemple., Les côtes, sont coupées, jusqu&#39;à ce que la colonne vertébrale reste. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52770/52770fig3large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> Figure 4. biodistribution. Pour évaluer la biodistribution, les souris sont scannées à plusieurs points de temps (AF). (A) L&#39;analyse préalable, avant l&#39;injection, montre peu de signal de fond dans le canal 750 nm. (B) 15 min après l&#39;injection, une quantité considérable de la sonde est déjà dans la vessie urinaire. (C) à la 2 h point de temps, la souris avait uriné, qui se traduit par une certaine fluorescence en dehors de la souris. Aux points de temps plus tard (DF), le signal apparaît principalement dans les os et les articulations, ie., À la colonne vertébrale et les genoux. (G) La concentration de fluorescence quantifiée est représenté pour certains organes.

Nous décrivons un protocole d’imagerie hybride, combinant la tomographie médiée par fluorescence (FMT) et la micro-tomodensitométrie (μCT). Après la fusion et la reconstruction, nous effectuons une segmentation interactive des organes pour extraire des mesures quantitatives de la distribution de fluorescence.

Imagerie hybride μCT-FMT et l&#39;analyse d&#39;image

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to ...

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.

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