כלי הדמיה כבדית רב-פעמי: כלי רב-פעמי מודפס בתלת-ממד למיקרוסקופיה תוך-חיונית בכבד

המטרה הכוללת של הליך זה היא להציג את כלי ההדמיה הכבדית הרב-פעמי, או RHIT, ככלי פורץ דרך ללכידת נתונים ביולוגיים דינמיים ואיכותיים, במיוחד במחקר כבד. שיטות מדעיות מסורתיות לחקר עכברים בניסויים מבוקרים הסתמכו זמן רב על תצפית התנהגותית, ניטור פיזיולוגי וניתוח גנטי. המורכבות של מחקרים אלו גורמת לעיתים קרובות לתוצאות נתונים לא עקביות או מוגבלות.

רבים מהניסויים מסתמכים על נתונים שאינם שלמים או קשים לפרשנות, כמו הבזקים קצרים של תמונות ברזולוציה נמוכה שדוהים במהירות, מה שמקשה על לכידת מגמות ארוכות טווח או שינויים עדינים. הכנסת RHIT, המאפשרת לכידה דינמית ברזולוציה גבוהה למחקר כבד ומעבר לכך. הטכניקה שאנו מדגימים מאפשרת ייצור כלי הדמיה מותאמים אישית באמצעות חומרים נגישים וטכנולוגיית הדפסת תלת-ממד נרחבת.

הגישה הזו, שתוכננה לשימוש בסביבות אקדמיות ומוגבלות במשאבים, מאפשרת פיתוח מהיר ופריסה של מכשירים לתמיכה בהדמיה ברזולוציה גבוהה ב-vivo. כלי ההדמיה הכבדית הרב-פעמי שלנו, או RHIT, פותח לשיפור יציבות הרקמות במהלך מיקרוסקופיה תוך-חיונית של הכבד. העיצוב המודולרי של RHIT מאפשר עכברים בגדלים שונים ותומך בהדמיה מורחבת של תהליכים מטבוליים דינמיים עם מינימום הפרעות פיזיולוגיות.

RHIT מיוצר בשלב אחד תוך שימוש באקרילוניטריל, בוטדיאן, סטירן ו-ABS, תרמופלסטי שנבחר בשל משקלו הקל, יציבותו התרמית ועמידותו המכאנית. על ידי התאמת צפיפות החומר, RHIT סופג ביעילות תנועה הנגרמת מנשימה ודופק, ובכך מפחית ארטיפקטים בתמונה ומגביר את הבהירות. האינרטיות הכימית ואי-המסיסות של ABS מבטיחות זמינות עם רקמות ביולוגיות ומאפשרים ניקוי ושימוש חוזר יעילים.

כדי לשחזר את RHIT, השתמש בתוכנת עיצוב מוצר תלת-ממדית. Autodesk Inventor שימש לעיצוב זה. פתח את Autodesk Inventor וצור חלק סטנדרטי חדש.

שמור את הקובץ עם תיאור מתאים. צור את הסקיצה של RHIT במישור הקדמי באמצעות תכונת יצירת סקיצה דו-ממדית. לחצו על סמל המלבן והניחו את הפינה השמאלית התחתונה שלו במקור מישור הסקיצה.

צייר מלבן שני בתוך הראשון כדי לייצג את חלון ההדמיה של RHIT. הוסף ממדים לשני המלבנים באמצעות תכונת המימד, כדי להבטיח שכל האורכים והרוחבים מתייחסים למקור וליחס זה לזה. כוון את מידות ה-RHIT לפי גודל העכבר.

הוסף עובי ל-RHIT על ידי בחירת מלבן חיצוני בלבד והאקסטרוד את הסקיצה באמצעות כלי האקסטרודה כדי להשאיר פתח במרכז. בחר את הפאה התחתונה של ה-RHIT המוחלט והתחל סקיצה דו-ממדית חדשה באמצעות תכונת Start 2D Sketch. צייר מלבן כדי להגדיר את הכיס של כרית החימום.

הגדר את מידות המלבן בהתבסס על גודל ועובי כרית החימום שתוכנס לחריץ זה. מדידות אלו צריכות להתאים למשטח החום הפיזי שישמש כדי להבטיח מידול טמפרטורה מדויק של היונק. החיל את המידות הנדרשות באמצעות תכונת הממד.

צא מהסקיצה הדו-ממדית ובצע הסרת חומר באמצעות כלי האקסטרוד החיתוך ליצירת חלל עמוק למשטח החום. התקרב לפי הצורך כדי למקם את הסקיצה בדיוק. התחל סקיצה חדשה לגלאי הטמפרטורה באותו פנים כמו החלל.

לחץ על 'התחל סקיצה דו-ממדית' ובחר את סמל העיגול. הנח את המעגל על פני השטח הפשוטים והממד בהתאם. צא ממצב הסקיצה.

לחץ על אקסטרוד ובחר את הסקיצה של המעגל. במצב אקסטרוזיה, לחץ על חיתוך, אקסטרוד והסר חומר. הניחו את המעגל בצד ימין של הפנים עם הכנסת הכיס.

זה עדיין לא צריך להיות ממורכז. הוסף ממדים כדי ליישר אותו למרכז העובי של RHIT. לחץ על אקסטרוד.

יופיע חלון קופץ עם חץ שמראה את כיוון החיתוך, יחד עם אפשרות 'דרך הכל'. בחר דרך הכל כדי לחתוך את כל החומר, ואז לחץ אוקיי. יציאה ממצב האקסטרוזיה.

הוסף פילטים בקצוות החלון על ידי לחיצה על סמל הפילט ובחר את כל שמונת הקצוות החדים. הוסף את גודל הפילה וצא ממצב הפילה. הכינו את המודל להדפסת תלת-ממד על ידי ניווט ללשונית הסביבה ובחירת לשונית הדפסת תלת-ממד.

כדי להדפיס את ה-RHIT שלא שונה, ייבא את קובץ STL, בין אם מהאיור 1A או מהחומרים המשלימים לתוכנת הכנת הדפסה תלת-ממדית. לחץ על ייבוא, בחר את הקובץ, ולחץ על prepare כדי לחתוך את המודל לשכבות להדפסה. בחר מדפסת תלת-ממד מסחרית תואמת ולחץ על הדפסה.

לעקוב אחרי תהליך ההדפסה. לאחר שהושלם, הסר ונקה בזהירות את ה-RHIT המודפס לפי הצורך. המתינו 10 עד 15 דקות לאחר ההוצאות לפני תחילת הניתוח וההדמיה.

הכנת מיקרוסקופ ושימוש ב-RHIT. הכן מיקרוסקופ קונפוקלי הפוך קונבנציונלי ל-IBN בכבד, כפי שמוצג באיור 2A. הכנס את מתאם הבמה כדי להתאים לדגימה.

לפרוטוקול זה, נעשה שימוש בתוספת מתכת מותאמת אישית עם פתח עגול בקוטר 35 מ"מ וזכוכית כיסוי בקוטר 40 מ"מ. נקה היטב את שני צידי הזכוכית לפני ואחרי ההדמיה, תוך שימוש ב-70% אתנול לפי הצורך. אבטח את ה-RHIT המתאים לפי גודל העכבר עם סרט על ידי יישור צמצם ה-RHIT עם עדשת האובייקטיבי, במקביל לכיסוי ההדמיה, כפי שמוצג באיור 2G, על התוספת המתכתית עם סרט דבק מעל זכוכית הכיסוי.

בחר את המטרה להדמיה בהתבסס על גודל השטח, רזולוציה מרחבית וזמן דימות, כמו מטרה של 25X ל-95 מים. יישר את המטרה קרוב לזכוכית המכסה. אבטח רצועת גזה על החלון הרטוב עם סרט דבק.

זה יעזור למקם את הרקמה ולהפריד אותה מאיברי בטן אחרים. חימום מוקדם של RHIT באמצעות כרית חום שהוכנסה לחריץ ומאובטח את גלאי החום הסמוך ל-RHIT, כפי שמוצג באיור 2G עד H. זה ישמור על טמפרטורת הגוף של העכבר במהלך ההדמיה. לגלח את פרוות הבטן עם מכונת תספורת שיער ו/או קרם להסרת שיער.

הזז שאריות שיער וחטא את העור החשוף עם 70% אתנול. בהתאם לדרישות ה-IACUC המוסדיות, ניתן להשתמש בניקוי מתחלף של בטדין ואתנול כדי להבטיח הכנה מתאימה לאתר הניתוח. העריך מחדש את עומק ההרדמה לפני הניתוח על החיה.

חשפו את הכבד על ידי יצירת חתך אופקי בצורת סהר של שניים עד שלושה סנטימטרים מתחת לצלעות, באמצעות מספריים כירורגיים מהזיפואיד, המסתיימים בצד השמאלי של הבטן העליונה. לאחר החתך הראשוני, יש לבצע בזהירות חתך משני קטן יותר בשכבת השריר כדי לחשוף את האונה השמאלית של הכבד. צרוב לפי הצורך כדי למנוע דימום.

מנעו נזק חום לכבד בעת השימוש בצריבה על ידי הנחת גזה ספוגה במי מלח בין הכבד לשכבת השריר כדי לספוג את החום הנפלט מהשריר. הימנע מדימום מופרז, טראומה כירורגית או מכנית, או דחיסה חיצונית. לאחר שהכבד נחשף, העבר את העכבר לשלב המיקרוסקופ.

מיקום העכבר על שלב המיקרוסקופ. מקם את בטן העכבר המורדם כלפי מטה מעל פלטפורמת ה-RHIT של המיקרוסקופ. כוון את חרוט האף כך שהעכבר יישאר תחת הרדמה.

השתמשו באפליקטור ספוג במי מלח עם קצה כותנה כדי להנחות בעדינות את האונה הצדדית השמאלית של הכבד כנגד הכיסוי תוך הפעלת לחץ חיצוני עדין על חלל החזה. נצל את כוח הכבידה כדי לנווט בזהירות את הכבד החוצה אל זכוכית הכיסוי. השתמש ברצועת גזה כדי להפריד בעדינות את הכבד מגוף העכבר.

בדקו שוב את חרוט האף כדי לוודא שהעכבר נשאר תחת הרדמה במהלך ההדמיה. מנעו התייבשות רקמית על ידי מריחת ג'ל מבוסס מים סביב קצוות החלל החשוף והימנעות ממגע ישיר עם כרית החום. מיקרוסקופ עם תא לחות סגור יכול גם לסייע בשמירה על טמפרטורה ולחות.

מרחו משחה עינית על העיניים כדי למנוע ייבוש בקרנית. לבסוף, הגדר IVM של טיימלפס כדי להתחיל בהדמיה. פתח תריסי לייזר, הערך סימון פלואורסצנטי, וזיהוי אזור יציב עם זרימת דם משמעותית.

בחרו רכישת תמונות מתאימות, כולל פורמט, מהירות, מרווחי דימות, ואורך זמן, ממוצע פריימים וכדומה. הגדר גבול עליון ותחתון למחסניות Z במידת הצורך, והתחל בהקלטת טיימלפס. כדי לאמת את הפרוטוקול שלנו, כמתנו את יציבות התמונה באמצעות מדד הדמיון המבני (SIM), המוצג באיור 3D.

SIM משווה בין שתי תמונות על בסיס בהירות, ניגודיות ודפוסי מבנה. ערך של אחד מציין דמיון מושלם, בעוד שאפס משקף עיוות. איור 3C מראה ש-RHIT מניב באופן עקבי את ערכי ה-SIM הגבוהים ביותר, עד פי 50 מ-no insert, מה שמדגים איכות תמונה עליונה.

בתמונות מסומנות A עד C, השווינו IVM כבד ללא מייצב, עם הטבעת הקרטון, ועם RHIT. RHIT שומר על רזולוציה ברורה של טיפות שומן במגנטה, גרעינים בירוק, וכלי דם בציאן. אינסטים בשחור-לבן מדגישים את יציבות התמונה.

RHIT גם אפשרה IBM לטווח ארוך בעכברים שמנים למשך יותר משמונה שעות, כפי שמוצג בסרט הראשון. יחד, תוצאות אלו אישרו כי RHIT משפר משמעותית את איכות ההדמיה ואת השחזוריות במצבים שונים. ביחד, RHIT מפשט את ההגדרה המורכבת המסורתית הנדרשת ל-IBM כבד, ומשפר הן את השחזור והן את הנגישות.

גישה זו צופה לתנועה רחבה יותר לניצול הדפסת תלת-ממד לסטנדרטיזציה של פרוטוקולי הדמיה מתקדמים. מעבר להדמיית כבד, עקרונות העיצוב של RHIT עשויים להיות מורחבים ליישומים נוספים, כולל טומוגרפיית איברים, מדעי החומרים והנדסה, שבהם יציבות התנועה קריטית לאיכות התמונה.