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

L'obiettivo generale di questo protocollo è quello di allineare accuratamente i volumi delle immagini di risonanza magnetica con le sezioni istologiche attraverso la creazione di supporti per cervelli e scatole di affettatura stampati in 3D personalizzati. Sebbene questo video si concentri sul tessuto cerebrale estratto dall'uistitì, questo protocollo può essere applicato a qualsiasi cervello, sia che provenga da un roditore, da un primate non umano o da un essere umano. Preparare una workstation come descritto nel protocollo.

Riempire il tubo con Fomblin e garza fino a 20 millilitri. Comprimere la garza per rimuovere le bolle d'aria lungo il percorso. Delicatamente asciugare il cervello della formalina.

Quindi inserire il cervello con la parte anteriore verso il fondo del tubo. Fissare con cura il cervello nel tubo usando una garza attorno al lato del cervello per fissarne la posizione. Riempi il resto del tubo con una garza e Fomblin.

Rimuovere con cura le bolle d'aria lungo il percorso. Quindi chiudere il tappo e sigillare la provetta con paraffina. Segnare il tappo e la linea con la fessura interemisferica.

Quindi avvolgere il tubo in un tovagliolo di carta e inserirlo nella bobina con il segno in posizione centrale in alto. Inserire la bobina nello scanner MRI. Dopo l'acquisizione e la post-elaborazione, abbiamo un'immagine pesata in T2 che possiamo utilizzare per creare un modello digitale del cervello.

Aprire la risonanza magnetica con orientamento coronale. Quindi utilizzare gli strumenti di trasformazione per ricampionare l'immagine in voxel isotropi di 1 millimetro. Quindi, applicare un filtro di riduzione del rumore non lineare.

Seleziona la tabella di ricerca dei display. Quindi fare clic sul pulsante a doppia soglia. Trascina il cursore sul grafico per coprire l'intero cervello.

Crea una maschera cerebrale binaria utilizzando l'algoritmo di segmentazione Soglia utilizzando min/max. Inserisci il valore situato nell'angolo in basso a sinistra del grafico dell'intensità, appena sotto la scala nella casella Limite inferiore. Quindi seleziona Binario e deseleziona Soglia inversa.

Selezionare l'algoritmo morfologico, Riempi buchi. Processo di controllo in 2.5D. Per colmare il divario tra il cervello posteriore e la corteccia, selezionare la linea VOI.

Disegna una connessione tra il cervello posteriore e la corteccia su entrambi i lati del cervello nel punto più laterale. Continuate a disegnare le connessioni VOI attraverso il cervello. Converti i VOI in una maschera binaria.

Utilizzare il calcolatore di immagini per combinare le maschere binarie VOI e brain selezionando l'operazione OR. Seleziona Promuovi tipo di immagine di destinazione. Ora seleziona l'algoritmo morfologico, Riempi buchi.

E controlla il processo in 2.5D. Seleziona l'algoritmo Estrai superficie Seleziona Maschera immagine, inserisci un nome e quindi seleziona il tipo di file ply. Gli spazi vuoti nella casella di taglio corrispondenti alla posizione del piano di taglio possono essere posizionati a partire dalla parte anteriore del cervello, dalla parte posteriore del cervello o rispetto a un'area di interesse come le lesioni nella sostanza bianca viste qui.

Usando la scatola VOI, disegna una scatola attorno al cervello. Copia e incolla la casella sul numero di fette MRI corrispondenti allo spessore previsto delle fessure della piastra. Quindi salta avanti del numero di fette MRI per sezione e pezzi la scatola come fatto prima per creare un altro spazio tra le lame.

Ripeti questo processo attraverso il cervello. Invertire i VOI della casella in una maschera binaria. Quindi estrarre la superficie utilizzando Estrai superficie come fatto in precedenza per il cervello.

Selezionare la maschera binaria della fessura della lame. Usa la matematica dell'immagine per moltiplicarla per 10.000. Quindi utilizzare il calcolatore di immagini per aggiungere la maschera binaria moltiplicata alla risonanza magnetica isotropa ricampionata.

Ora, selezionando la vista triplanare, è possibile visualizzare una mappa della lama MRI che mostra la posizione in cui verrà affettato il cervello in tre viste ortogonali. Netfabb Professional, selezionare Aggiungi parte. Quindi selezionate il modello Blade Gap e gli strati Brain Model.

Seleziona il modello del cervello e fai clic sulla modalità di riparazione. Usa il pulsante di selezione della conchiglia per selezionare il cervello. Quindi sposta la selezione sulle altre shell ed eliminale.

Quindi applicare la riparazione e rimuovere la parte vecchia. Con il cervello selezionato, selezionare Sposta. Fare clic su per originare e registrare i parametri nelle caselle X, Y e Z.

Questi sono necessari per mantenere il posizionamento della distanza tra le lame. Fare clic su traduci. E chiudi la finestra.

Seleziona il modello Blade Gap e traslalo utilizzando i parametri registrati dal passaggio precedente. Seleziona il modello Brain e fai clic sulla modalità di riparazione. Usa il pulsante di selezione della conchiglia per selezionare il cervello.

Quindi seleziona Triangoli morbidi. Immettere quattro per il numero di iterazioni. E seleziona Previeni la riduzione del volume.

Selezionare Riduci triangoli e immettere 200000 nella casella Conteggio triangoli di destinazione. Quindi seleziona Riparazione automatica ed esegui una riparazione predefinita. Applicare la riparazione.

E poi esporta il modello di cervello levigato come STL. Importa il modello di cervello levigato in Meshmixer. Usa gli strumenti di scultura per levigare le aree disegnando con la linea VOI.

E correggi eventuali altri piccoli difetti con il modello. Importa il modello cerebrale levigato e modificato in Netfabb Professional. Quindi aggiungere la parte, parti di affettatrice di cervello uistitì.

Selezionare Svuotamenti 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 della casella.

Fare clic e trascinare le parti per regolare la profondità del cervello nella casella. Selezionate il modello di cervello levigato e modificato, nella casella ritagliate il modello e selezionate l'operazione booleana. Fare clic sul modello del cervello per farlo diventare rosso.

E seleziona la sottrazione booleana. Applica i calcoli. Seleziona la casella per sporgenze che impediranno al cervello di essere posizionato correttamente.

Fare riferimento alla sezione supplementare del protocollo per un metodo per rimuoverli. Selezionate il modello di distanza tra le pale e fate clic su Sposta (Move). Registra in posizione Z.

Questa sarà la posizione della distanza tra le pale più posteriore. Quindi chiudi la finestra. Seleziona la parte della lama dalle parti del brain slicer e fai clic su Sposta.

Immettere il valore Z del passaggio precedente. E inserire i valori X e Y della posizione corrente. Seleziona Traduzione assoluta e traduci.

Fare clic su Duplica. Se lo spessore della sezione è coerente, come mostrato di seguito, immettere il numero totale della pala, il conteggio totale e il conteggio Z, quindi immettere lo spessore della sezione nella casella Z gap. Quindi seleziona duplica.

Selezionare la parte della lama microtone dalle parti del brain slicer. Ripetere gli stessi passaggi di spostamento e duplicazione eseguiti con la parte della lama. Seleziona tutte le lame del microtomo e il portalama principale e fai clic sull'operazione booleana.

Seleziona tutte le lame del microtomo per farle diventare rosse e fai clic sulla sottrazione booleana. Quindi applica i calcoli. Accedere alla modalità di riparazione e selezionare Riparazione automatica.

Eseguire una riparazione estesa e applicare la riparazione. Esportare il portalama come STL. Seleziona tutte le lame, le caselle principale e secondaria e il modello Brain levigato e modificato, quindi fai clic sull'operazione booleana.

Utilizzare la finestra di selezione Parti per trasformare tutte le parti, ad eccezione della casella principale, in rosso. Quindi selezionare la sottrazione booleana. Applica i calcoli.

Entra in modalità di riparazione e seleziona la casella per gli spigoli vivi che potrebbero ferire il cervello. Questi possono essere riparati in modalità di riparazione Netfabb. Oppure utilizzando gli strumenti di scultura in Meshmixer.

Quindi seleziona Riparazione automatica. Eseguire una riparazione estesa. Quindi applicare la riparazione.

Esporta la scatola cerebrale come STL. In Cura, selezionare Carica e importare la Brain Box. Fare clic sul pulsante Ruota.

Quindi fare clic e trascinare per appoggiare la scatola in piano. Modificare le impostazioni di stampa come mostrato nel protocollo. E poi Salva il percorso utensile.

Segui la stessa procedura per il portalama e duplica anche l'oggetto. Quindi salvare il percorso utensile. Dopo aver applicato un sottile strato di colla sul piano di stampa, stampa la scatola del cervello e i portalame sulla stampante 3D utilizzando le impostazioni descritte nel protocollo.

Al termine delle stampe, il cervello può essere preparato per il taglio. Configurare una workstation come descritto nel protocollo. Posiziona con cura il cervello nella scatola e assicurati che sia saldamente in posizione.

Posizionare le lame del microtomo nel portalama nelle fessure corrispondenti della scatola. Indossando guanti protettivi, spingere con decisione verso il basso i portalama. Applicare una pressione lenta ed equilibrata per tagliare il cervello.

Rimuovere le lastre una alla volta partendo dalla parte anteriore del cervello. Sebbene questo approccio sia semplice, il metodo richiede molti passaggi, nonché l'uso di diversi tipi di software e gli investigatori dovrebbero familiarizzare con le interfacce utente prima di iniziare la procedura. Questo flusso di lavoro riassume il protocollo per la creazione della scatola del filtro cervelli Marmoset.

Il cervello viene fissato con formalina e viene acquisita una risonanza magnetica pesata in T2 a 150 micron. Le immagini vengono elaborate e sottoposte a soglie per creare una maschera binaria. La superficie viene quindi renderizzata in un software di modellazione 3D.

Una sottrazione booleana tra un modello di filtro dei dati e il modello di cervello crea il modello digitale del filtro dei dati del cervello. La scatola del brain slicer viene quindi stampata su una stampante 3D. Il cervello viene quindi posizionato saldamente nella scatola dell'affettatrice per il taglio.

Una volta che il cervello è stato tagliato, un confronto visivo tra le immagini di risonanza magnetica in vivo e post-mortem e le immagini delle superfici superficiali delle lastre rivela una buona corrispondenza di orientamento su più lastre. Un confronto più approfondito tra la risonanza magnetica post-mortem ad alta risoluzione e le sezioni istologiche colorate con CV LFB da più lastre cerebrali dimostra una corrispondenza accurata e coerente in tutte le strutture del cervello dell'uistitì. In questo modello animale di sclerosi multipla, gli animali sviluppano lesioni della sostanza bianca diffuse in tutto il cervello.

Utilizzando questa tecnica, le piccole lesioni rilevate alla risonanza magnetica in vivo possono essere monitorate sia sulla risonanza magnetica post-mortem che sulle sezioni istologiche. L'istologia e la risonanza magnetica post-mortem possono anche rivelare lesioni altrimenti non rilevate alla risonanza magnetica in vivo. In questo caso, la risonanza magnetica in vivo non ha mostrato prove convincenti di un segnale normale e iperintenso che suggerisse lesioni in entrambi i tratti ottici.

Tuttavia, nella risonanza magnetica post-mortem, sono state osservate iperintensità del segnale nel tratto ottico. E queste aree corrispondevano direttamente alle lesioni mielinizzate osservate nella sezione istologica LFB CV. Quindi, in conclusione, la metodologia qui introdotta consente agli investigatori di valutare accuratamente la patologia alla base dei risultati della risonanza magnetica.

Riteniamo che sia 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.