Hybrid Imaging μCT-FMT e analisi delle immagini

Descriviamo un protocollo per l'imaging ibrido, che combina la tomografia mediata dalla fluorescenza (FMT) con la micro tomografia computerizzata (μCT). Dopo la fusione e la ricostruzione, eseguiamo la segmentazione interattiva degli organi per estrarre misurazioni quantitative della distribuzione della fluorescenza.

La tomografia mediata dalla fluorescenza è una tecnica di imaging altamente sensibile per valutare quantitativamente la distribuzione della fluorescenza. Nei topi anestetizzati, sono disponibili molte sonde fluorescenti mirate, che consentono l'imaging di angiogenesi, apoptosi, infiammazione e altro. In questo filmato, mostreremo come viene eseguito l'imaging ibrido con FMT e Micro City presso il nostro istituto.

Nel primo capitolo, i dispositivi, questo è il nostro F-M-T-F-M-T sta per tomografia molecolare a fluorescenza. Tomografia significa che vengono generate immagini 3D. L'FMT è altamente sensibile per l'imaging della fluorescenza quasi inata nei topi.

Ora il pannello frontale è aperto per mostrare l'interno dell'FMT. Nella parte inferiore c'è un laser montato su un server 2D. Il laser emette luce nel mouse, che è tenuto in un letto del mouse parzialmente trasparente.

Sopra il letto del mouse c'è una serie di LED come sorgente luminosa alternativa, che consente all'FMT di funzionare come un normale dispositivo di imaging a riflettanza. La ruota portafiltri è montata sotto l'obiettivo, che cattura la luce per il rilevatore sulla parte superiore del dispositivo. Questo è il nostro micro ct.

La micro CT è dotata di due tubi a raggi X e due rivelatori a pannello piatto, che consentono l'acquisizione di scansioni a doppia energia. Capitolo due, protocollo di scansione micro CT FMT. Sia l'FMT che la micro CT sono costruiti per l'imaging dei topi prima che i topi vengano anestetizzati con fluoro.

Per la scansione FMT, è necessario rimuovere i peli del topo, il che funziona bene con la crema di aringhe. Alcuni ceppi di topi possono sviluppare eruzioni cutanee dalla crema deha. Pertanto, si raccomanda di monitorare i topi per i cambiamenti della pelle e di contattare il personale veterinario per le cure, se necessario.

Inoltre, per cominciare, testare la tolleranza su un piccolo lotto di nuovi ceppi di topi. Per evitare l'ipotermia, il mouse viene posizionato su un termoforo. Per iniettare l'agente di contrasto, un catetere viene inserito nella vena caudale a causa delle dimensioni ridotte.

Questo è abbastanza difficile e richiede una certa esperienza. Se il sangue rifluisce nel catetere, viene posizionato correttamente attraverso il catetere. I mezzi di contrasto fluorescenti e CT possono essere iniettati per evitare il sovraccarico di volume.

Al massimo. Dovrebbero essere iniettati cinque millilitri per chilogrammo di peso corporeo, il che significa 150 microlitri per un topo da 30 grammi. Per la scansione, il mouse viene posizionato all'interno di un letto multimodale.

Il mouse può avere alcuni simboli disegnati sulla coda per l'identificazione. È importante evitare tali cose sul busto in quanto potrebbero influire sulla scansione ottica. Il piano del mouse è chiuso e la profondità regolata per tenere saldamente il mouse in una posizione fissa.

Fai attenzione e monitora la respirazione perché stringere troppo il letto può soffocare il mouse. I topi nudi sono comunemente usati per la ricerca oncologica a causa della loro soppressione immunitaria. Il fatto che siano nudi è un fortunato effetto collaterale della mutazione genetica.

Pertanto, la laboriosa procedura di depilazione può essere omessa. Dovrebbe essere controllato che il mouse respiri correttamente e, se necessario, il letto del mouse dovrebbe essere regolato di conseguenza. Successivamente il letto del topo viene posizionato all'interno del micro ct.

I tubi che trasportano il gas fluoro ISO vengono commutati per mantenere il flusso di gas all'interno del dispositivo. Quindi la micro C viene chiusa per consentire la schermatura ai raggi X. La micro C inizierà la scansione solo se il coperchio è chiuso.

Utilizzando i pulsanti sul micro ct, il mouse può essere guidato nel micro CT.At il computer di controllo della micro città, viene acquisito un topogrammo e mostrato le impostazioni della finestra vengono regolate per vedere meglio il mouse. È possibile effettuare una o più scansioni ZUP. La loro posizione è indicata dalle regioni azzurre.

Di solito sono sufficienti da una a tre scansioni ZUP. Dopo aver avviato la scansione, l'avanzamento viene visualizzato con barre di avanzamento blu scuro. La nostra micro TC a pannello piatto esegue successivamente le scansioni ZUP, il che è diverso da una TC clinica spirale.

Utilizzando i pulsanti, il piano del mouse viene spostato in avanti. Anche in questo caso, il coperchio di schermatura viene aperto e i tubi per anestesia vengono cambiati. Il supporto viene rimosso con cura dal letto del mouse e il tubo anestetico viene estratto.

Questo è necessario perché l'AN e l'FMT non dipendono da questo piccolo tubo. Invece, la piccola camera all'interno dell'FMT è inondata di gas anestetico. Ora il letto del mouse con il mouse viene portato all'FMT e inserito nel computer di controllo FMT.

Il campo visivo di scansione viene regolato così come la densità di campionamento. Di solito vengono utilizzati circa 120 punti. La scansione inizia dopo aver premuto un pulsante.

Il primo passaggio dell'FMT acquisisce un'immagine di illuminazione trans o di eccitazione per ogni punto della sorgente laser. In questo filmato, viene mostrato in modalità di avanzamento rapido. Di solito ci vogliono circa cinque minuti.

Si può vedere che passa molta meno luce attraverso la parte superiore del corpo rispetto alla parte inferiore del corpo. Questo perché gli organi con un volume di sangue relativo più elevato, come cuore, fegato e reni, si trovano più nella parte superiore del corpo. Il sangue è il principale assorbitore di luce nel vicino infrarosso.

Il secondo passaggio viene eseguito sugli stessi punti sorgente con un filtro diverso, che consente solo alla luce fluorescente di passare attraverso il Capitolo tre, olio interattivo e segmentazione. Per unire i dati di entrambi i dispositivi. Vengono utilizzati pennarelli, che sono integrati nel letto del mouse.

I marcatori sono visibili anche in un'immagine di riflessione acquisita dall'FMT. I marcatori sono in realtà semplici fori e non devono essere riempiti con alcuna fluorescenza o mezzo di contrasto CT. Nel nostro istituto abbiamo sviluppato un programma software che esegue automaticamente il rilevamento e la fusione dei marcatori.

La forma del topo, così come le mappe eterogenee di assorbimento e scattering, vengono stimate automaticamente utilizzando i dati micro CT, come descritto nella nostra recente pubblicazione Theranostics. Questi parametri sono importanti per la ricostruzione quantitativa della fluorescenza. Per misurare la biodistribuzione della fluorescenza, è necessaria una segmentazione degli organi.

Generiamo tale segmentazione in modo interattivo utilizzando un software chiamato imulitic preclinical sviluppato presso il nostro istituto di seguito. Tale segmentazione viene mostrata in avanti veloce e una persona esperta può eseguirla in circa 10-20 minuti. Innanzitutto, viene caricato il set di dati CT.

Può essere ispezionato in 3D utilizzando un rendering superficiale ISO. Modificando le impostazioni della finestra, è possibile modificare il valore ISO. Ad esempio, per visualizzare le ossa dell'intero corpo del mouse con il letto del mouse, viene caricata la sovrapposizione.

Il segnale per questo esempio appare nella vescica. Ora la visualizzazione overlay è disattivata. Concentrarsi sulla segmentazione anatomica.

Nelle microt native, il polmone è facilmente individuabile a causa del forte contrasto negativo con gli altri tessuti molli. La grande struttura all'interno del polmone è il cuore. Segmentiamo prima il polmone.

Tutti i voxel al di sotto di un certo valore vengono segmentati utilizzando la soglia. Viene visualizzato in verde. Il polmone è una regione collegata, che può essere separata utilizzando un'operazione di riempimento.

Simile al secchio di vernice. In un programma di pittura, il può essere separato dal polmone mediante taglio e riempimento. Gli organi convessi, come la vescica, possono essere segmentati disegnando scarabocchi per delineare i bordi dell'organo.

Vengono aggiunti altri scarabocchi fino a raggiungere una precisione sufficiente. Gli organi non convessi, come l'intestino, possono essere segmentati pezzo per pezzo. Il fegato si presenta come una regione omogenea e ha una struttura più complessa.

Poiché è costituito da più lobi, la segmentazione può essere salvata su disco e caricata nel programma. Utilizzando tale segmentazione, il segnale fluorescente può essere assegnato agli organi. Il programma calcola queste quantità e le salva come foglio aggiuntivo per le scansioni longitudinali, la segmentazione deve essere eseguita nuovamente per ogni punto temporale, perché gli intervalli sono solitamente troppo lunghi per mantenere il topo anestetizzato in una posizione fissa.

Pertanto, la segmentazione è un compito laborioso se sono coinvolti molti topi e molti punti temporali. Per quantificare i risultati, caricare una sovrapposizione e una segmentazione. Fare clic su Imposta impostazioni batch per consentire al programma di ricordare le impostazioni correnti.

Ora, fai clic su statistiche batch per indicare al programma di calcolare i valori per tutte le regioni in tutte le scansioni FMT micro CT. Ci vorranno alcuni secondi. Quindi le statistiche vengono salvate in un file di foglio di calcolo.

Questo è conveniente perché l'utente non deve unire dozzine di file da solo. Sulla base di questo file, è possibile calcolare le curve degli organi. Capitolo quattro, risultati rappresentativi.

Per verificare che la fusione funzioni correttamente, abbiamo utilizzato un fantasma aros. È stata aggiunta un po' di polvere di titanio per la dispersione. Per realizzare una forma irregolare, tagliamo via alcune parti.

Diverse piccole inclusioni riempite con fluorescenza e agente di contrasto CT sono state integrate nel fantasma. Poiché l'FMT non conosce la vera forma dell'oggetto e assume una forma semplificata, la ricostruzione non è accurata per gli oggetti con forme irregolari. Pertanto, abbiamo implementato un'altra ricostruzione che utilizza la forma derivata dai dati della micro città.

Come si può vedere, la localizzazione del segnale nel phantom è molto migliore. Per esaminare i dati in vivo, esaminiamo i punti temporali dell'imaging. Questa è la pre-scansione.

Quello che vediamo è fondamentalmente solo rumore e artefatti. Se passiamo al punto temporale successivo, quello dopo l'iniezione, vediamo molto più segnale, ma le impostazioni della finestra sono troppo difficili. Utilizzando la finestra di dialogo della finestra, è possibile regolare le impostazioni della finestra.

Vediamo la maggior parte del segnale nella vescica. Se passiamo alla volta successiva, 0,2 ore dopo l'iniezione, vediamo un segnale al di fuori del mouse. Questo perché il topo ha urinato la fluorescenza sul letto del topo.

Regolando ulteriormente la finestra, possiamo vedere un segnale alla colonna vertebrale e alle ginocchia. Ora andiamo al tempo 0,4 ore dopo l'iniezione, il segnale dall'urina è scomparso ora e vediamo la fluorescenza alla colonna vertebrale e alle ginocchia per i punti temporali successivi sei ore e 24 ore dopo l'iniezione. Noi vediamo la stessa cosa.

Ora passiamo al prossimo naso. La scansione preliminare non mostra nulla utilizzando queste impostazioni di finestra. La scansione 15 minuti dopo l'iniezione mostra un forte segnale della vescica e così via.

In questo studio, abbiamo riscontrato alte concentrazioni nella vescica urinaria poco dopo l'iniezione, come conseguenza della rapida escrezione renale di questa sonda. Inoltre, il segnale nella colonna vertebrale aumenta rapidamente e rimane relativamente stabile durante i successivi punti temporali dell'imaging. Capitolo cinque, conclusione.

In conclusione, mostriamo un protocollo di imaging multimodale per combinare i punti di forza della fluorescenza, della tomografia molecolare e della tomografia microcomputerizzata. I dati anatomici della micro CT consentono una migliore ricostruzione della fluorescenza utilizzando la forma del topo. Inoltre, è utile generare segmentazioni d'organo, necessarie per estrarre misurazioni quantitative dai dati dell'immagine.