Name: Utilizzando la tecnologia di stampa 3D per unire RM con Istologia: Un protocollo per Brain Sezioni (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 53 s
Description: Scopri come allineare con precisione le immagini di risonanza magnetica con le sezioni istologiche utilizzando supporti cerebrali personalizzati stampati in 3D. Questo protocollo computazionale migliora la correlazione radiologico-istopatologica.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Il Programma di Ricerca Intramurale del NINDS ha supportato questo studio. Ringraziamo la NIH Functional Magnetic Resonance Imaging Facility. Ringraziamo Jennifer Lefeuvre e Cecil Chern-Chyi Yen per l'assistenza nell'acquisizione della risonanza magnetica post-mortem. Ringraziamo John Ostuni e la Section on Instrumentation Core Facility per l'assistenza con la stampa 3D. La Figura 1 di questo lavoro ha utilizzato istantanee di MeshLab, uno strumento sviluppato con il supporto del progetto 3D-CoForm.

<ol><li>Evans, A. C., Frank, J. A., Antel, J., Miller, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+MRI+in+clinical+trials+of+multiple+sclerosis%3A+comparison+of+image+processing+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Neurol%22%5BJournal%5D)">The role of MRI in clinical trials of multiple sclerosis: comparison of image processing techniques.</a> Ann Neurol. 41 (1), 125-132 (1997).</li>
<li>'t Hart, B. A., van Kooyk, Y., Geurts, J. J. G., Gran, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+primate+autoimmune+encephalomyelitis+model%3B+a+bridge+between+mouse+and+man%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Clin+Transl+Neurol%22%5BJournal%5D)">The primate autoimmune encephalomyelitis model; a bridge between mouse and man.</a> Ann Clin Transl Neurol. 2 (5), 581-593 (2015).</li>
<li>Ontaneda, D., Hyland, M., Cohen, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiple+sclerosis%3A+new+insights+in+pathogenesis+and+novel+therapeutics%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Med%22%5BJournal%5D)">Multiple sclerosis: new insights in pathogenesis and novel therapeutics.</a> Annu Rev Med. 63, 389-404 (2012).</li>
<li>Guy, J. R., Sati, P., Leibovitch, E., Jacobson, S., Silva, A. C., Reich, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Custom+fit+3D-printed+brain+holders+for+comparison+of+histology+with+MRI+in+marmosets%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Custom fit 3D-printed brain holders for comparison of histology with MRI in marmosets.</a> J Neurosci Methods. 257, 55-63 (2016).</li>
<li>Breen, M. S., Lazebnik, R. S., Wilson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+registration+of+magnetic+resonance+image+data+to+histological+sections+with+model-based+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional registration of magnetic resonance image data to histological sections with model-based evaluation.</a> Ann Biomed Eng. 33 (8), 1100-1112 (2005).</li>
<li>Dauguet, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+reconstruction+of+stained+histological+slices+and+3D+non-linear+registration+with+in-vivo+MRI+for+whole+baboon+brain%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional reconstruction of stained histological slices and 3D non-linear registration with in-vivo MRI for whole baboon brain.</a> J Neurosci Methods. 164 (1), 191-204 (2007).</li>
<li>McGrath, D. M., Vlad, R. M., Foltz, W. D., Brock, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technical+note%3A+fiducial+markers+for+correlation+of+whole-specimen+histopathology+with+MR+imaging+at+7+tesla%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">Technical note: fiducial markers for correlation of whole-specimen histopathology with MR imaging at 7 tesla.</a> Med Phys. 37, 2321-2328 (2010).</li>
<li>Schormann, T., Zilles, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-Dimensional+linear+and+nonlinear+transformations%3A+An+integration+of+light+microscopical+and+MRI+data%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional linear and nonlinear transformations: An integration of light microscopical and MRI data.</a> Hum Brain Mapp. 6, 339-347 (1998).</li>
<li>Jiang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+MR%2C+fluorescence+and+histology+imaging+strategy+in+a+human+breast+tumor+xenograft+model%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+Biomed%22%5BJournal%5D)">Combined MR, fluorescence and histology imaging strategy in a human breast tumor xenograft model.</a> NMR Biomed. 26 (3), 285-298 (2013).</li>
<li>Absinta, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postmortem+magnetic+resonance+imaging+to+guide+the+pathologic+cut%3A+individualized%2C+3-dimensionally+printed+cutting+boxes+for+fixed+brains%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neuropathol+Exp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Postmortem magnetic resonance imaging to guide the pathologic cut: individualized, 3-dimensionally printed cutting boxes for fixed brains.</a> J Neuropathol Exp Neurol. 73 (8), 780-788 (2014).</li>
<li>Gaitán, M. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perivenular+brain+lesions+in+a+primate+multiple+sclerosis+model+at+7-tesla+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Mult+Scler%22%5BJournal%5D)">Perivenular brain lesions in a primate multiple sclerosis model at 7-tesla magnetic resonance imaging.</a> Mult Scler. 20 (1), 64-71 (2014).</li>
</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Il protocollo qui delineato permette un confronto preciso tra la risonanza magnetica e le sezioni istologia. Il protocollo è presentato in un formato unificato che può essere applicato al cervello umano o piccoli animali, come marmoset o roditori. Differenze specifiche per grandi (umana) e piccole (primati non umani e roditori) cervelli sono evidenziati, e nel video che accompagna e le cifre dimostrano che l&#39;applicazione nel marmoset. Anche se il metodo è semplice, il metodo richiede molti passaggi e l&#39;uso di diversi tipi di software. Inoltre, diversi problemi potenzialmente influenzano l&#39;accuratezza di questo metodo sono importanti da menzionare. La qualità dell&#39;immagine del in vivo MRI è un fattore importante. Per ridurre al minimo la disparità nella risoluzione delle immagini tra RM e immagini digitalizzate istologia, dovrebbe essere usata la dimensione più piccola possibile MRI voxel. Questo concetto vale anche per la qualità delle immagini della risonanza magnetica post-mortem. Mentre l&#39;aumentotempo di acquisizione a risonanza magnetica post-mortem permette risoluzione molto più elevata, la preparazione può introdurre artefatti come perdite di segnale focali relativi a bolle d&#39;aria. Tali manufatti possono oscurare zone del tessuto nonché incidere suo contorno. Inoltre, le dimensioni del tessuto sulla post-mortem MRI sono suscettibili di essere interessate dal processo di fissazione e durata. Mentre in vivo per ex vivo partita risonanza magnetica può essere strettamente approssimato utilizzando punti di repere anatomici in configurazione geometria fetta durante l&#39;acquisizione, la registrazione non lineare sarebbe ancora necessario per raggiungere un più alto grado di precisione in corrispondenza queste due immagini MRI. Il disegno del titolare cervello e affettatrice è anche un passo cruciale. Nel creare il modello digitale del cervello, un algoritmo di smoothing viene applicato che un po &#39;allarga il modello relativo al cervello fisso. Ciò consente un facile inserimento del cervello nel relativo supporto e affettatrice e riduce spigoli vivi nel supporto &amp;# 39; s contorno. Tuttavia, se il modello è troppo grande (ad esempio, più del 5%), il cervello potrebbe spostarsi durante l&#39;autopsia MRI e / o sezionamento. Un altro punto importante è quello di adattare il design del modello cervello in modo che il cervelletto sia correttamente posizionato all&#39;interno dell&#39;oggetto 3D stampata. Questo può essere particolarmente difficile quando il cervelletto è stato danneggiato durante l&#39;estrazione del cervello durante l&#39;autopsia. Quando si stampa l&#39;affettatrice cervello e supporto, del tipo di stampante 3D deve essere scelto con attenzione. Alcune stampanti multi-getto richiedono post-elaborazione utilizzando un forno per rimuovere il materiale di supporto. Mentre queste stampanti possono produrre oggetti che sono a tenuta stagna e relativamente più durevole stampanti tavolo fusa Deposition Modeling (FDM), il processo di riscaldamento per rimuovere supporti possono leggermente deformarsi casella, creando lacune lama non perfettamente perpendicolari al contorno cervello. Il processo cerebrale di sezionamento è un altro passo fondamentale. Prima di tagliare °e intero cervello in lastre, è importante accertarsi che il cervello è seduto saldamente all&#39;interno del affettatrice cervello: ci dovrebbero essere movimento quando leggera pressione viene applicata sulla cervello. In questo modo sarà possibile per le lame per tagliare attraverso il cervello nella posizione esatta impostata dagli investigatori. Un continuo, a pressione equilibrata dovrebbe essere applicato a entrambi i titolari della lama durante il taglio. A seconda della nitidezza delle lame e la rigidità del tessuto, un leggero movimento di taglio trasversale potrebbe essere vantaggioso per mantenere la superficie di taglio piane. Il processo di paraffina-embedding può anche essere una fonte di disallineamento tra risonanza magnetica e l&#39;istologia. Se la lastra di tessuto non è seduto piatto contro la cassetta durante il processo di incorporazione, ci sarà una inclinazione tra il piano di taglio del microtomo e il luogo superficie della lastra. Ciò richiederà taglio sezioni inutilizzabili per trovare una superficie piana in cui tutto il tessuto è esposto. Un modo per correggere l&#39;inclinazioneè cambiando l&#39;angolo del piano visualizzazione su l&#39;autopsia MRI ad alta isotropo risoluzione. Tuttavia, questo è quasi impossibile da eseguire sul vivo MRI in che di solito è acquisito con risoluzione anisotropo (tipicamente spesse fette coronali). Infine, il tessuto può sperimentare alcuni deformazione durante il periodo in formalina fissazione e paraffina (ritiro), nonché durante la preparazione dei vetrini (pieghevoli, screpolature, rughe). Alcune di queste deformazioni possono essere corretti mettendo i 4-5 sezioni micron in un bagno d&#39;acqua prima di trasferire su vetrini. Altre deformazioni possono essere in parte risolti eseguendo deformabile immagine coregistrazione delle immagini digitalizzate istologiche alle immagini MRI post mortem. Tuttavia, riducendo al minimo le deformazioni con un&#39;attenta e qualificata la pratica è l&#39;approccio più efficace per corrispondenza volumi risonanza magnetica per Istologia sezioni. In conclusione, la metodologia qui presentata consente investigators di valutare con precisione la patologia sottostante dei risultati di risonanza magnetica. Più in generale, si tratta di un approccio promettente per l&#39;identificazione e / o convalidare biomarcatori MRI innovativi per studi di ricerca che hanno come target processi patologici specifici, come infiammazioni o rimielinizzazione.

La risonanza magnetica in vivo fornisce una misura non invasiva e sensibile dell'integrità dei tessuti a livello macroscopico. I cambiamenti nell'intensità del segnale MRI osservati in vivo sono misure di esito in molti studi clinici in corso. 1 Sebbene i cambiamenti di intensità osservati tramite la risonanza magnetica possano identificare aree di anomalia nel contesto dell'intero cervello, spesso non sono sufficientemente specifici per differenziare i processi patologici. Ciò è particolarmente vero per i processi dinamici che coinvolgono molteplici patologie. Ad esempio, nella sclerosi multipla (SM) o nel suo modello animale, l'encefalomielite autoimmune sperimentale (EAE), l'infiammazione, l'edema, la degradazione della mielina, la distruzione assonale, la gliosi e la morte neuronale si sovrappongono. 2, 3 Per ottenere la necessaria specificità riguardo alla patologia sottostante, è necessario tenere conto del contesto, insieme alla conoscenza dell'istologia dei tessuti anomali identificati dalla risonanza magnetica.
Tuttavia, anche in esperimenti su animali ben controllati, abbinare l'istologia con la risonanza magnetica in vivo è fondamentalmente impegnativo per vari motivi. In primo luogo, la differenza nelle scale dimensionali tra le sezioni di istologia e la risonanza magnetica è di diversi ordini di grandezza. 4 In secondo luogo, per un corretto confronto, l'orientamento del piano di taglio della risonanza magnetica deve corrispondere al piano di sezionamento del tessuto cerebrale quando viene tagliato. A causa della forma del cervello, è molto difficile eseguire tagli costantemente dritti e precisi quando il cervello è seduto su una superficie piana. In terzo luogo, le grandi dimensioni del cervello rispetto a un'area di interesse potenzialmente piccola (lesione, tumore, ecc.) creano uno scenario "ago in un pagliaio" per il patologo che elabora il tessuto. In quarto luogo, anche quando il tessuto bersaglio viene trovato, viene comunemente elaborato in modo tale da rendere praticamente impossibile un'associazione con i dati originali della risonanza magnetica. Infine, il tradizionale sezionamento patologico del tessuto cerebrale è spesso impreciso e incoerente, complicando ulteriormente il confronto tra le sezioni istologiche e le immagini MRI. 
 I precedenti tentativi di superare queste sfide si basavano sull'uso di algoritmi deformativi per coregistrare i dati e/o il posizionamento di marcatori fiduciali all'interno o intorno al tessuto come riferimento. 5, 6, 7, 8 Il primo approccio richiede modelli computazionali complessi che sono particolarmente suscettibili alle complicazioni dovute alla formattazione dei dati, agli artefatti di imaging e alle modifiche causate dall'elaborazione dei tessuti. 4 D'altro canto, quest'ultimo approccio introduce la possibilità di contaminare o danneggiare in altro modo il tessuto stesso. 9
L'approccio qui descritto migliora la transizione tra le modalità attraverso l'uso della risonanza magnetica post-mortem per colmare il divario tra la risonanza magnetica in vivo e l'istologia. La risonanza magnetica post-mortem fornisce immagini tridimensionali (3D) del cervello a una risoluzione più elevata di quella che può essere ottenuta in vivo e fornisce inoltre i dati necessari per produrre un modello morfologicamente accurato della superficie cerebrale. Questo modello digitale può quindi essere utilizzato per creare un supporto personalizzato stampato in 3D per il cervello. Con un posizionamento accurato, il supporto del cervello consente un sezionamento cerebrale preciso e orientato alla risonanza magnetica, riducendo la necessità di complessi algoritmi matematici e consentendo di concentrarsi su regioni specifiche per un campionamento mirato. 
Il nostro laboratorio ha recentemente introdotto nuovi metodi per la creazione di supporti e affettatori per cervelli personalizzati utilizzando la risonanza magnetica postmortem e la tecnologia di stampa 3D per cervelli umanidi 10 e uistitì. 4 I due metodi consentono una correlazione più accurata tra risonanza magnetica e istologia in un contesto di ricerca e, in ultima analisi, consentono una comprensione più profonda della patologia specifica alla base delle anomalie della risonanza magnetica. Esperimenti attentamente progettati, in cui il cervello viene campionato ripetutamente nel tempo in vivo, possono fornire un contesto per l'interpretazione della patologia, che a sua volta può aggiungere specificità all'interpretazione della risonanza magnetica. Qui, presentiamo un protocollo modificato in un quadro unificato che può essere applicato a qualsiasi tessuto cerebrale, sia che derivi da primati non umani, roditori o esseri umani. Forniamo istruzioni dettagliate, e un video corrispondente, per il sezionamento degli uistitì. Sebbene il protocollo generale si applichi a qualsiasi tipo di cervello, a causa delle differenze nell'acquisizione della risonanza magnetica e nelle dimensioni dei tessuti, nonché delle sfide incontrate quando si ha a che fare con tipi di cervello specifici, ci sono alcune differenze nell'approccio a seconda del tipo di cervello da elaborare. In questa presentazione, le sezioni con "umano" denoteranno differenze nel protocollo specifico del cervello umano.

<table><tbody><tr><td>7T/30cm USR AVIII Bruker Risonanza magnetica</td><td>Bruker Biospin</td><td></td><td></td></tr><tr><td>38 mm Bobina volumetrica Bruker</td><td>Biospin Bruker Biospin</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fomblin</td><td>Solvay Solexis</td><td></td><td></td></tr><tr><td>50 ml Falcon Centrifuge Tubes, polipropilene, sterile</td><td>Corning</td><td>21008-951</td><td></td></tr><tr><td>Fisherbrand Spugne di garza</td><td>Fisher Scientrific</td><td>13-761-52</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm M Pellicola da laboratorio per tutti gli usi</td><td>Bemis</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Leica RM2235 microtomo rotante&nbsp;</td>Lame monouso <td>Leica</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Leica, basso profilo (819)</td><td>Leica</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cresyl Violet Acetate, 0,1%</td><td>Microscopia Elettronica</td> Acquosa <td>Scienze 26089-01</td><td></td></tr><tr><td>Luxol Fast Blue, 0,1% in 95% Alcool</td><td>Microscopia Elettronica Scienze</td><td>26056-15</td><td></td></tr><tr><td>ETOH</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultimaker 2 Esteso&nbsp;</td><td>Ultimaker.75</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>kg PLA con marchio ufficiale Ultimaker&nbsp; Filamento, 2.85 mm, Argento Metallico</td><td>Ultimaker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Axio Observer.Z1</td><td>Zeiss</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zen 2 (Blue Edition)</td><td>Zeiss</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Netfabb Professional 5.0.1</td><td>Netfabb</td><td>http://www.netfabb.com/professional.php</td><td></td></tr><tr><td>Meshmixer 10.9.332</td><td>Autodesk</td><td>http://www.meshmixer.com/download.html</td><td></td></tr><tr><td>Mipav 7.2</td><td>NIH CIT</td><td>http://mipav.cit.nih.edu</td><td></td></tr><tr><td>Cura</td><td>Ultimaker</td><td>https://ultimaker.com/en/products/cura-software</td><td></td></tr></tbody></table>

utilizzando la tecnologia di stampa 3d per unire rm con istologia: un protocollo per brain sezioni

Utilizing 3D Printing Technology to Merge MRI with Histology: A Protocol for Brain Sectioning

La risonanza magnetica (MRI) consente la delineazione tra tessuto normale e anormale su scala macroscopica, campionando tridimensionalmente un intero volume di tessuto. Sebbene la risonanza magnetica sia uno strumento estremamente sensibile per rilevare anomalie tissutali, l'associazione dei cambiamenti del segnale con un processo patologico sottostante di solito non è semplice. Nel sistema nervoso centrale, ad esempio, l'infiammazione, la demielinizzazione, il danno assonale, la gliosi e la morte neuronale possono indurre risultati simili alla risonanza magnetica. Pertanto, l'interpretazione delle scansioni MRI dipende dal contesto e la correlazione radiologico-istopatologica è quindi della massima importanza. Purtroppo, il tradizionale sezionamento patologico del tessuto cerebrale è spesso impreciso e incoerente, complicando così il confronto tra sezioni istologiche e risonanza magnetica. Questo articolo presenta una nuova metodologia per sezionare accuratamente i tessuti cerebrali dei primati e quindi consentire una corrispondenza precisa tra istologia e risonanza magnetica. Il protocollo dettagliato descritto in questo articolo aiuterà gli investigatori ad applicare questo metodo, che si basa sulla creazione di affettatrici cerebrali stampate in 3D. Leggermente modificato, può essere facilmente implementato per cervelli di altre specie, compresi gli esseri umani.

Il flusso di lavoro di questo metodo è riassunto nella figura 1. Una volta che il cervello è a fette, un confronto visivo tra le immagini RM e le immagini delle superfici superficiali delle lastre mostra una buona partita orientamento su più lastre (Figura 2). Dopo le lastre vengono inclusi in paraffina, sono sezionati con un microtomo e colorate. Un confronto più approfondito tra l&#39;alta risoluzione post-mortem RM e sezioni istologia colorate dimostra partite accurata e coerente in tutte le strutture del cervello marmoset (Figura 3). In questo modello animale di SM, gli animali sviluppano lesioni della materia bianca sparsi in tutto il materia bianca cerebrale. Queste lesioni possono essere rilevati in maniera non invasiva eseguendo la risonanza magnetica. Figura 4 dimostra la capacità di questa tecnica per chiarire il substrato patologico dei risultati MRI. Piccole lesioni rilevate alla risonanza magnetica in vivo puòessere monitorati sia post-mortem MRI e istologia. Come mostrato in incastri, demielinizzazione all&#39;interno delle lesioni è uno dei principali componenti di guida la variazione del segnale MR (iperintensità rispetto al tessuto circostante). L&#39;istologia e post mortem RM può anche mostrare le lesioni perse sul in vivo MRI (Figura 4). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54780/54780fig1.jpg" /> Figura 1. Flusso di lavoro per la creazione di una casella di affettatrice marmoset cervello. Il cervello è fissato in formalina (A1) e una risonanza magnetica pesata in T2 viene acquisito con voxel isotropico di 150 micron per bordo (A2). Le immagini vengono elaborati e thresholded per creare una maschera binaria (A3). La superficie viene poi reso in software di modellazione 3D (A4). Una sottrazione booleana tra un modello di affettatrice e il modello di cervello crea un modello digitale del affettatrice cerebrale (B1). La scatola affettatrice cervello è stampato su una stampante 3D (B2). Il cervello viene poi collocato saldamente nel box affettatrice pertaglio (B3). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54780/54780fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54780/54780fig2.jpg" /> Figura 2. Da sinistra a destra: In vivo MRI, risonanza magnetica post-mortem, e la fotografia lastra tessuti. Piani di tranciatura sono stati stabiliti in base l&#39;autopsia MRI (B) e visivamente rispetto al corrispondente vivo MRI slice in (A). Il cervello è stato poi tagliato, e le lastre risultanti sono stati trovati per essere coerente (C). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54780/54780fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54780/54780fig3.jpg" /> Figura 3. ad alta risoluzione post-mortem MRI e istologiasezione corrispondente. Le lastre sono stati inclusi in paraffina, tagliare con un microtomo in 4 sezioni micron, e colorati con veloce blu-violetto e cresil (B). Le sezioni sono state poi visivamente abbinati con il T2 pesate 100 micron * MRI sulla base di strutture cerebrali (A). Dettagli per l&#39;acquisizione di questa immagine si trovano nella sezione supplementare del protocollo e Tabella 1. strutture cerebrali: (1) la freccia rossa = capsula interna, freccia blu = commissura anteriore; (2) la freccia rossa = putamen, freccia blu = tratto ottico; (3) la freccia rossa = caudato, freccia blu = ippocampo; (4) la freccia rossa = corpo calloso, freccia blu = acquedotto cerebrale; (5) freccia rossa = collicolo inferiore, freccia blu = tratto piramidale. Il riquadro tratteggiato in B1 indica una fetta in cui, sia durante il taglio cerebrale o paraffina, un errore causato una leggera rotazione attorno all&#39;asse Y, che porta alla mancata corrispondenza della commissura anteriore sinistra. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54780/54780fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare un</a>grande versione di questa figura. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54780/54780fig4.jpg" /> Figura 4. Monitoraggio lesioni da risonanza magnetica in vivo alla sezione istologica. La risonanza magnetica in vivo hanno mostrato alcuna prova convincente del segnale di iperintensità anomalo per suggerire lesioni in entrambe le vie ottiche (A1). Tuttavia, l&#39;alta risoluzione MRI post mortem mostra chiari iper linee intense in entrambi i tratti ottici (A2). Il blu / violetto cresolo macchia veloce di una sezione istologica 4 micron mostra che le aree iperintense visto sulla ex vivo MRI sono demyelinated (A3). Nella sostanza bianca cerebrale, la risonanza magnetica in vivo mostra sottile iperintensità bilaterale (B1, ampliato nelle inserti). Le aree iperintense sono più evidenti in alta risoluzione postmortem MRI (B2). La macchia LFB di una sezione istologica 4 micron mostra che queste aree sono demielinizzati (B3). Dopo i confronti con i basalen vivo risonanza magnetica e una macchia hemotoxylin-e-eosina, il lato destro è stata determinata da una anomalia anatomica, non una lesione demyelinated. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54780/54780fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="file di codice supplementari" src="/files/ftp_upload/54780/54780supplementalfiles.jpg" /> File di codice supplementare. Brain_Slicer_Parts_Marmoset.stl: <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54780/Brain_Slicer_Parts_Marmoset.stl" target="_blank">Fare clic qui per scaricare questo file.</a> Brain_Slicer_Parts_Human.stl: <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54780/Brain_Slicer_Parts_Human.stl" target="_blank">Fare clic qui per scaricare questo file.</a> Cap_Insert.stl: <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54780/Cap_Insert.stl" target="_blank">Fare clic qui per scaricare questo file.</a>

L&#39;obiettivo generale di questo protocollo è quello di allineare con precisione magnetici volumi di immagini di risonanza (MRI) con sezioni istologia attraverso la creazione di supporti cervello 3D-stampati personalizzati e scatole affettatrice.

Utilizzando la tecnologia di stampa 3D per unire RM con Istologia: Un protocollo per Brain Sezioni

Magnetic resonance imaging (MRI) allows for the delineation between normal and abnormal tissue on a macroscopic scale, sampling an entire tissue volume ...

L'obiettivo generale di questo protocollo è allineare con precisione i volumi delle immagini di risonanza magnetica con sezioni di istologia attraverso la creazione di supporti cerebrali personalizzati in 3D e cassette per affettare. Sebbene questo video si concentri sul tessuto cerebrale estratto dal marmoseto, questo protocollo può essere applicato a qualsiasi cervello, che provenga da un roditore, da una scimmia non umana o da un essere umano. Preparare una postazione di lavoro come descritto nel protocollo.Riempire il tubo con Fomblin e garza fino al segno di 20 millilitri. Comprimere la garza per rimuovere le bolle d'aria durante l'operazione. Asciugare delicatamente il cervello dal formalina.Inserire quindi il cervello con la parte anteriore rivolta verso il fondo del tubo. Fissare con cura il cervello all'interno del tubo utilizzando garza attorno ai lati del cervello per mantenerne la posizione. Riempire il resto del tubo con garza e Fomblin.Rimuovere con attenzione le bolle d'aria durante l'operazione. Quindi fissare il tappo e sigillare il tubo con paraffina. Contrassegnare il tappo e allinearlo con la scissura interemisferica.Quindi avvolgere la provetta in un tovagliolo di carta e inserirla nella bobina con il segno nella posizione centrale superiore. Inserire la bobina nello scanner MRI. Dopo l'acquisizione e la post-elaborazione, otteniamo un'immagine pesata in T2 che possiamo utilizzare per creare un modello digitale del cervello.Aprire la risonanza magnetica in orientamento coronale. Quindi utilizzare gli strumenti di trasformazione per ricampionare l'immagine a voxel isotropi di 1 millimetro. Successivamente, applicare un filtro di riduzione del rumore non lineare.Selezionare la tabella di ricerca dei display. Quindi fare clic sul pulsante Soglia doppia. Trascinare il cursore sul grafico per coprire l'intero cervello.Crea una maschera binaria del cervello utilizzando l'algoritmo di segmentazione Soglia basato su min/max. Inserisci il valore situato nell'angolo in basso a sinistra del grafico di intensità, appena sotto la scala, nel campo Limite inferiore. Quindi seleziona Binario e deseleziona Inverti soglia.Selezionare l'algoritmo morfologico, riempimento dei fori. Selezionare l'opzione Elabora in 2,5D. Per riempire lo spazio tra il cervelletto e la corteccia, selezionare la VOI lineare.Tracciare un collegamento tra il cervelletto e la corteccia su entrambi i lati del cervello nel punto più laterale. Continuare a tracciare i collegamenti tra le VOI attraverso il cervello. Convertire le VOI in una maschera binaria.Utilizzare il calcolatore di immagini per combinare le maschere binarie del VOI e del cervello selezionando l'operazione OR. Selezionare Promuovi tipo di immagine di destinazione. Selezionare ora l'algoritmo morfologico: riempi i buchi.E selezionare Elabora in 2,5D. Selezionare l'algoritmo Estrai superficie, selezionare Immagine maschera, inserire un nome e quindi scegliere il tipo di file ply. Gli spazi nella scatola di taglio corrispondenti alla posizione del piano della sezione possono essere posizionati a partire dalla parte anteriore del cervello, dalla parte posteriore del cervello o rispetto a un'area di interesse, come ad esempio le lesioni nella sostanza bianca visibili qui.Utilizzando il VOI a forma di scatola, disegnare un rettangolo attorno al cervello. Copiare e incollare la scatola sul numero di fette di risonanza magnetica corrispondente allo spessore previsto degli intervalli tra le lame. Successivamente, avanzare del numero di fette di risonanza magnetica per ogni sezione e ricomporre la scatola come fatto in precedenza per creare un altro intervallo tra le lame.Ripetere questo processo attraverso il cervello. Invertire le VOI della scatola in una maschera binaria. Quindi estrarre la superficie utilizzando Estrai superficie come fatto in precedenza per il cervello.Selezionare la maschera binaria del gap della lama. Utilizzare la matematica dell'immagine per moltiplicarla per 10.000. Quindi utilizzare il calcolatore di immagini per aggiungere la maschera binaria moltiplicata alla risonanza magnetica isotropica ricampionata.Ora, selezionando la vista triplanare, è possibile visualizzare in tre viste ortogonali una mappa MRI a lame che mostra la posizione in cui il cervello verrà sezionato. In Netfabb Professional, selezionare Aggiungi parte. Quindi selezionare il modello Blade Gap e i modelli ply del cervello.Selezionare il modello del cervello e fare clic sulla modalità di riparazione. Utilizzare il pulsante di selezione shell per selezionare il cervello. Quindi alternare la selezione alle altre shell ed eliminarle.Quindi applicare la riparazione e rimuovere la parte vecchia. Con il cervello selezionato, scegliere Sposta. Fare clic sull'origine e registrare i parametri nei riquadri X, Y e Z.Sono necessari per mantenere la posizione del gioco della lama. Fare clic su traduci. E chiudere la finestra.Selezionare il modello Blade Gap e tradurlo utilizzando i parametri registrati nel passaggio precedente. Selezionare il modello del cervello e fare clic sulla modalità di riparazione. Utilizzare il pulsante di selezione della shell per selezionare il cervello.Quindi selezionare Triangoli lisci. Inserire quattro come numero di iterazioni. E selezionare Prevenire il restringimento del volume.Selezionare Riduci triangoli e inserire 200000 nel campo Conta triangoli obiettivo. Quindi selezionare Riparazione automatica ed eseguire una riparazione predefinita. Applicare la riparazione.Quindi esportare il modello cerebrale levigato in formato STL. Importare il modello cerebrale levigato in Meshmixer. Utilizzare gli strumenti di scultura per levigare le aree disegnando con le VOI a linea.E correggere eventuali altri difetti minori del modello. Importare il modello cerebrale levigato e modificato in Netfabb Professional. Quindi aggiungere il pezzo, parti del taglia-cervello per marmoset.Selezionare le shell per parti. Quindi rinominare ogni parte come descritto nel protocollo. Utilizzando le impostazioni di selezione descritte nel protocollo, fare clic e trascinare le parti per posizionare il cervello al centro del riquadro.Fare clic e trascinare le parti per regolare la profondità del cervello all'interno del riquadro. Selezionare il modello del cervello lisciato e modificato, quindi nel modello ritagliato scegliere l'operazione booleana. Fare clic sul modello del cervello per farlo diventare rosso.Selezionare la sottrazione booleana. Applicare i calcoli. Selezionare la casella per gli sbalzi che impedirebbero un corretto posizionamento del cervello.Fare riferimento alla sezione supplementare del protocollo per un metodo per rimuoverli. Selezionare il modello di spaziatura della lama e fare clic su sposta. Registrare alla posizione Z.Questa sarà la posizione del taglio più posteriore. Chiudere quindi la finestra. Selezionare la lama tra le parti del taglia-cervello e fare clic su Sposta.Inserire il valore Z del passaggio precedente. Inserire i valori attuali delle posizioni X e Y. Selezionare la traslazione assoluta e tradurre.Fare clic su Duplica. Se lo spessore della sezione è costante, come mostrato qui, inserire il numero totale di lame e il conteggio totale e il conteggio Z, quindi inserire lo spessore della sezione nel campo Intervallo Z. Quindi selezionare duplica.Selezionare la parte della lama del microtomo tra i componenti del taglia-cervello. Ripetere gli stessi passaggi di spostamento e duplicazione effettuati per la parte della lama. Selezionare tutte le lame del microtomo e il supporto principale della lama, quindi fare clic sull'operazione booleana.Selezionare tutte le lame del microtomo per renderle rosse e fare clic sulla sottrazione booleana. Quindi applicare i calcoli. Entrare in modalità riparazione e selezionare riparazione automatica.Eseguire una riparazione estesa e applicare la riparazione. Esportare il supporto della lama come STL. Selezionare tutte le lame, il contenitore principale e secondario e il modello del cervello modificato e levigato, quindi fare clic sull'operazione booleana.Utilizzare la finestra di selezione delle Parti per rendere rosse tutte le Parti, ad eccezione della scatola principale. Quindi selezionare la sottrazione booleana. Applicare i calcoli.Entra nella modalità di riparazione e seleziona la casella per i bordi taglienti che potrebbero danneggiare il cervello. Questi possono essere riparati nella modalità di riparazione di Netfabb o utilizzando gli strumenti di scultura in Meshmixer.Quindi selezionare Riparazione automatica. Eseguire una Riparazione estesa. Quindi applicare la riparazione.Esportare la scatola cerebrale come STL. In Cura, selezionare Carica e importa la Scatola Cerebrale. Fare clic sul pulsante Ruota.Quindi fare clic e trascinare per appiattire la scatola. Modificare le impostazioni di stampa come indicato nel protocollo. Quindi salvare il percorso utensile.Seguire lo stesso procedimento per il supporto della lama e duplicare anche l'oggetto. Quindi salvare il percorso utensile. Dopo aver applicato uno strato sottile di colla al piatto di stampa, stampare la scatola per il cervello e i supporti delle lame sulla stampante 3D utilizzando le impostazioni descritte nel protocollo.Dopo il completamento delle stampe, il cervello può essere preparato per il taglio. Allestire una postazione di lavoro come descritto nel protocollo. Posizionare con attenzione il cervello nella scatola e assicurarsi che sia ben fissato.Posizionare le lame del microtomo nel porta-lame negli appositi alloggiamenti della scatola. Indossando guanti protettivi, premere saldamente sui porta-lame. Applicare una pressione lenta e bilanciata per tagliare il cervello.Rimuovere le sezioni una alla volta a partire dalla parte anteriore del cervello. Anche se questo approccio è semplice, il metodo richiede numerosi passaggi e l'utilizzo di diversi tipi di software; gli sperimentatori dovrebbero prendere familiarità con le interfacce utente prima di iniziare la procedura. Questo flusso di lavoro riassume il protocollo per la realizzazione della scatola taglia-cervello per il marmoseta.Il cervello viene fissato con formalina ed è acquisita una risonanza magnetica pesata in T2 a 150 micron. Le immagini vengono elaborate e sogliate per creare una maschera binaria. Successivamente, la superficie viene renderizzata mediante un software di modellazione 3D.Una sottrazione booleana tra un modello di affettatore e il modello cerebrale genera il modello digitale dell'affettatore cerebrale. La scatola per l'affettatura del cervello viene quindi stampata con una stampante 3D. Successivamente, il cervello viene posizionato saldamente all'interno della scatola per l'affettatura al fine di essere tagliato.Una volta che il cervello è stato sezionato, un confronto visivo tra le immagini di risonanza magnetica in vivo e quelle post mortem e le immagini delle superfici superficiali delle fette rivela una buona corrispondenza nell'orientamento attraverso molteplici fette. Un confronto più accurato tra la risonanza magnetica post mortem ad alta risoluzione e le sezioni istologiche colorate con LFB CV provenienti da diverse fette cerebrali dimostra una corrispondenza precisa e costante in tutte le strutture del cervello del babbuino. In questo modello animale di sclerosi multipla, gli animali sviluppano lesioni della sostanza bianca diffuse in tutto il cervello.Utilizzando questa tecnica, piccole lesioni rilevate con la Risonanza Magnetica In Vivo possono essere monitorate sia su sezioni di Risonanza Magnetica post-mortem che su sezioni istologiche. L'istologia e la Risonanza Magnetica post-mortem possono inoltre rivelare lesioni altrimenti non individuate con la Risonanza Magnetica In Vivo. In questo caso, la Risonanza Magnetica In Vivo non ha mostrato evidenze convincenti di un segnale iperintenso normale che suggerisse lesioni in uno qualsiasi dei tratti ottici.Tuttavia, nella risonanza magnetica post-mortem, sono state osservate iperintensità del segnale nel tratto ottico. E queste aree corrispondevano esattamente alle lesioni mielinizzate osservate nella sezione istologica LFB CV. Pertanto, in conclusione, la metodologia qui presentata consente ai ricercatori di valutare con precisione la patologia alla base dei reperti di risonanza magnetica.Riteniamo che si tratti di un approccio promettente per l'identificazione di nuovi biomarcatori per malattie che coinvolgono il cervello e per specifici processi patologici come l'infiammazione e la rimielinizzazione.

utilizing-3d-printing-technology-to-merge-mri-with-histology-protocol

Research

Ricerca

JoVE Journal

Neuroscience

Neuroscienze

Utilizzando scansioni MRI (umane), software di imaging 3D e analisi immunoistologica, documentiamo i cambiamenti nei ventricoli laterali del cervello. La mappatura 3D longitudinale delle variazioni di volume del ventricolo laterale e la caratterizzazione dei cambiamenti cellulari periventricolari che si verificano nel cervello umano a causa dell'invecchiamento o della malattia vengono quindi modellati nei topi.

Modellazione 3D del laterale ventricoli e istologica Caratterizzazione del Tissue periventricolare di esseri umani e il mouse

L'utilizzo di più angoli per tagliare il cervello di topo cucciolo, miglioriamo su una fetta cerebrale acuto precedentemente descritto, che cattura le connessioni tra le maggiori strutture mesencefalo e proencefalo uditive.

Modifica di un Colliculo-talamo-corticale mouse Cervello Fetta, Incorporando stampa 3-D della Camera componenti e multi-scala Optical Imaging

Questo articolo viene descritto un metodo semplice per preparare piccoli cervelli animali per l'imaging di micro-CT, in quale le lesioni possono essere quantificate ed elettrodi che si trova con alta precisione nel contesto dell'intero cervello.

Un metodo basati su Micro-CT per la caratterizzazione di lesioni e posizionamento elettrodi nel cervello degli animali piccoli

Questo articolo introduce un protocollo sperimentale utilizzando la tecnologia di scansione 3D che collega due scale spaziali: la scala spaziale macroscopica dell'anatomia dell'intero cervello immagine della risonanza magnetica a &gt;100 m e la scala spaziale microscopica delle distribuzioni neuronali utilizzando colorazione immunohistochimica e un sistema di array multielettrodi e altri metodi (10 m).

La tecnologia di scansione 3D che sposa microcircuiti e immagini cerebrali su macro in 3D Novel Embedding Overlapping Protocol

Introduciamo un protocollo semi-automatico per l'analisi delle forme sulle strutture cerebrali, inclusa la segmentazione delle immagini utilizzando software aperto, e un'ulteriore analisi della forma per senso di gruppo utilizzando un pacchetto di modellazione automatizzata. Qui, dimostriamo ogni fase del protocollo di analisi della forma 3D con la segmentazione ippocampale dalle immagini MR del cervello.

Modellazione tridimensionale delle forme e analisi delle strutture cerebrali

La sclerosi multipla è una malattia demielinante infiammatoria senza cura. L'analisi del tessuto cerebrale fornisce importanti indizi per comprendere la patogenesi della malattia. Qui discutiamo la metodologia e l'analisi a valle del tessuto cerebrale MS raccolti attraverso un programma di autopsia rapida unico in funzione presso la Cleveland Clinic.

Programma completo di autopsia per persone con sclerosi multipla

Il protocollo descrive la fabbricazione di stampe tridimensionali completamente colorate di modelli di teschi anatomici specifici del paziente da utilizzare per la simulazione chirurgica. Vengono illustrati i passaggi cruciali per combinare diverse modalità di imaging, la segmentazione delle immagini, l'estrazione di modelli tridimensionali e la produzione delle stampe.

Stampa 3D multicolore di tumori intracranici complessi in neurochirurgia

Il metodo descritto di seguito mira a fornire un protocollo completo per la preparazione della neurochirurgia dei primati non umani (NHP) utilizzando una nuova combinazione di metodi di stampa tridimensionali (3D) ed estrazione di dati MRI.

Una cassetta degli attrezzi basata sulla risonanza testurtica per la pianificazione neurochirurgica in primati non umani

Il protocollo fornisce un metodo dettagliato di imaging neuronale nella fetta di cervello utilizzando un metodo di compensazione dei tessuti, ScaleSF. Il protocollo include la preparazione del tessuto cerebrale, la chiarificazione dei tessuti, la manipolazione di fette ripulite e l'imaging al microscopio a scansione laser confocale di strutture neuronali da mesoscopiche a livelli microscopici.

Un metodo di compensazione dei tessuti per l'imaging neuronale dalle scale mesoscopiche a quelle microscopiche

Nonostante il ruolo cruciale del plesso coroideo nel cervello, gli studi di neuroimaging di questa struttura sono scarsi a causa della mancanza di strumenti di segmentazione automatizzati affidabili. Il presente protocollo mira a garantire la segmentazione manuale gold standard del plesso coroideo che può informare i futuri studi di neuroimaging.

Segmentazione manuale del plesso coroideo umano mediante risonanza magnetica cerebrale

Il presente protocollo fornisce una procedura passo-passo per la clearing ottica rapida e simultanea, la marcatura multi-round e la ricostruzione volumetrica 3D di decine di sezioni di cervello umano post-mortem combinando la tecnica di trasformazione tissutale corta (SWITCH - H2O2 - Antigen Retrieval - 2,2'-tiodiethanol [TDE]) SHORT con l'imaging al microscopio a fluorescenza a foglio luminoso in un protocollo di routine ad alto rendimento.

Pulizia ottica ed etichettatura per la microscopia a fluorescenza a foglio luminoso nell'imaging cerebrale umano su larga scala

Scopri come allineare con precisione le immagini di risonanza magnetica con le sezioni istologiche utilizzando supporti cerebrali personalizzati stampati in 3D. Questo protocollo computazionale migliora la correlazione radiologico-istopatologica.

Utilizzando la tecnologia di stampa 3D per unire RM con Istologia: Un protocollo per Brain Sezioni

Esplora altri video