ハイブリッドμCT-FMT撮像と画像解析

蛍光媒介断層撮影法(FMT)とマイクロコンピュータ断層撮影法(μCT)を組み合わせたハイブリッドイメージングのプロトコルについて説明します。融合・再建後、相互作用による臓器セグメンテーションを行い、蛍光分布の定量的測定値を抽出します。

蛍光媒介トモグラフィーは、蛍光分布を定量的に評価するための高感度イメージング技術です。麻酔をかけたマウスでは、血管新生、アポトーシス、炎症などのイメージングを可能にする多くの標的蛍光プローブが利用可能です。この動画では、当研究所でFMTとMicro Cityを用いたハイブリッドイメージングの様子をご紹介します。

第1章の「デバイス」では、F-M-T-F-M-Tは蛍光分子断層撮影法の略です。トモグラフィーとは、3D画像を生成することを意味します。FMTは、マウスの近傍蛍光のイメージングに非常に敏感です。

これで、フロントパネルが開き、FMTの内部が表示されます。下部には2Dサーバーに搭載されたレーザーがあります。レーザーはマウスに光を放出し、マウスは部分的に透明なマウスベッドに保持されています。

マウスベッドの上には、代替光源としてLEDが配列されており、FMTを通常の反射率イメージングデバイスとして動作させることができます。フィルターホイールはレンズの下に取り付けられており、デバイス上部の検出器の光を捕捉します。これが当社のマイクロCTです。

マイクロCTには、2本のX線管と2本のフラットパネル検出器が装備されており、デュアルエネルギースキャンの取得が可能です。第2章、マイクロCT FMTスキャンプロトコル。FMTとマイクロCTはどちらも、イメージングマウスをイソフッ素で麻酔する前にマウスをイメージングするように構築されています。

FMTスキャンでは、マウスの毛を取り除く必要がありますが、これはニシンクリームとうまく機能します。マウスの一部の系統は、デハクリームから発疹を発症する可能性があります。したがって、マウスの皮膚の変化を監視し、必要に応じて獣医スタッフに連絡してケアを受けることをお勧めします。

また、最初に新しいマウス系統の小さなバッチで耐性をテストします。低体温を避けるために、マウスは加熱パッドの上に置かれます。造影剤を注入するには、サイズが小さいため、尾静脈にカテーテルを挿入します。

これはかなり難しく、ある程度の経験が必要です。血液がカテーテルに戻ってきた場合、血液はカテーテルを通して適切に配置されます。蛍光造影剤とCT造影剤を注入して、ボリュームの過負荷を回避できます。

高々。体重1キログラムあたり5ミリリットル、つまり30グラムのマウスの場合は150マイクロリットルを注射する必要があります。スキャンの場合、マウスはマルチモーダルマウスベッド内に置かれます。

マウスは、識別のために尾にいくつかの記号が描かれている場合があります。胴体にこのようなものは、光学スキャンに影響を与える可能性があるため、避けることが重要です。マウスベッドを閉じ、マウスを固定位置にしっかりと保持するように深さを調整します。

注意して呼吸を監視し、ベッドを締めすぎるとマウスが窒息する可能性があります。ヌードマウスは、その免疫抑制のために腫瘍学研究に一般的に使用されます。彼らがヌードであるという事実は、遺伝子変異の幸運な副作用です。

そのため、手間のかかる脱毛の施術を省略することができます。マウスが適切に呼吸することを確認し、必要に応じてマウスベッドをそれに応じて調整する必要があります。次に、マウスベッドをマイクロCTの中に置きます。

ISOフッ素ガスを輸送するチューブは、デバイス内のガスの流れを維持するために切り替えられます。次に、マイクロCを閉じてX線遮蔽を有効にします。micro Cは、蓋が閉じている場合にのみスキャンを開始します。

マイクロCTのボタンを使用して、マウスをマイクロシティコントロールコンピュータ CT.At マイクロに打ち込むことができ、トポグラムが取得され、マウスが見やすくなるようにウィンドウ設定が調整されていることがわかります。1つ以上のZUPスキャンを配置できます。それらの位置は水色の領域で示されます。

通常、ZUP スキャンは 1 回から 3 回で十分です。スキャンを開始すると、進行状況が濃い青色の進行状況バーで表示されます。当社のフラットパネルマイクロCTは、臨床スパイラルCTとは異なるZUPスキャンをその後

ボタンを使用して、マウスベッドを前面に移動します。再び、シールド蓋を開けて麻酔チューブを切り替えます。マウスベッドからホルダーを慎重に取り外し、麻酔チューブを引き抜きます。

これは、ANとFMTがこの小さなチューブに依存しないために必要です。それどころか、FMT内部の小さなチャンバーには麻酔ガスが溢れています。これで、マウス付きのマウスベッドがFMTに引き渡され、FMT制御コンピューターに挿入されます。

スキャン視野とサンプリング密度が調整されます。通常、約120ポイントが使用されます。ボタンを押すとスキャンが開始されます。

FMTの最初のパスでは、各レーザー光源ポイントの透過照明または励起画像を取得します。このムービーでは、早送りモードで表示されています。通常、約5分かかります。

下半身に比べて上半身を通過する光がはるかに少ないことがわかります。これは、心臓、肝臓、腎臓など、相対的な血液量が多い臓器が上半身に多く存在するためです。血液は近赤外光の主な吸収体です。

2番目のパスは、異なるフィルターを使用して同じソースポイントを実行し、蛍光灯は第3章、インタラクティブオイル、セグメンテーションのみを通過させます。両方のデバイスからのデータを融合します。マウスベッドに組み込まれているマーカーが使用されます。

マーカーは、FMTによって取得された反射画像にも表示されます。マーカーは実際には単純な穴であり、蛍光剤やCT造影剤で埋める必要はありません。当研究所では、マーカーの検出と融合を自動的に行うソフトウェアプログラムを開発しました。

マウスの形状、および不均一な吸収および散乱マップは、最近のTheranosticsの出版物で説明されているように、マイクロCTデータを使用して自動的に推定されます。これらのパラメータは、定量的な蛍光再構成に重要です。蛍光の生体内分布を測定するには、臓器のセグメンテーションが必要です。

このようなセグメンテーションは、以下の当研究所で開発されたimulitic preclinicalというソフトウェアを用いてインタラクティブに生成します。このようなセグメンテーションは早送りで示され、経験豊富な人であれば10分から20分程度で行うことができます。まず、CT データセットがロードされます。

ISOサーフェスレンダリングを使用して3Dで検査できます。ウィンドウ設定を変更することで、ISO値を変更できます。たとえば、マウス ボディ全体のボーンをマウス ベッドで視覚化するには、オーバーレイが読み込まれます。

この例の信号は膀胱に表示されます。これで、オーバーレイの視覚化がオフになりました。解剖学的セグメンテーションに集中するため。

ネイティブのマイクロトスキャンでは、他の軟部組織との強い負のコントラストにより、肺は簡単に見つけることができます。肺の内側の大きな構造が心臓です。まず、肺をセグメント化しましょう。

特定の値より下のすべてのボクセルは、しきい値処理を使用してセグメント化されます。これは緑色で表示されます。肺は接続された領域であり、充填操作を使用して分離できます。

ペンキバケツに似ています。塗装プログラムでは、切断して充填することで肺から分離できます。膀胱などの凸器官は、器官の境界を描写するために落書きを描くことによってセグメント化できます。

十分な精度に達するまで、さらに落書きを追加します。腸などの非凸器官は、一つずつ分割できます。肝臓は均質な領域として現れ、より複雑な構造をしています。

複数のローブで構成されているため、セグメンテーションをディスクに保存してプログラムにロードできます。このようなセグメンテーションを使用して、蛍光シグナルを臓器に割り当てることができます。プログラムはこれらの量を計算し、縦方向のスキャンのための余分なシートとして保存します、セグメンテーションは通常、間隔が長すぎてマウスを固定位置に麻酔し続けることができないため、各時点に対して再度実行する必要があります。

したがって、セグメンテーションは、多くのマウスと多くの時点が関与している場合、面倒な作業です。結果を定量化するには、オーバーレイとセグメンテーションを読み込みます。[バッチ設定の設定] をクリックして、プログラムに現在の設定を記憶させます。

次に、[バッチ統計]をクリックして、すべてのマイクロCT FMTスキャンのすべての領域の値を計算するようにプログラムに指示します。これには数秒かかります。その後、統計は 1 つのスプレッドシート ファイルに保存されます。

これは、ユーザーが自分で数十のファイルをマージする必要がないため便利です。このファイルに基づいて、オルガン曲線を計算できます。第4章、代表的な結果。

フュージョンが正しく機能することをテストするために、arosファントムを使用しました。飛散のためにチタンエキサイド粉末を一部添加しました。不規則な形状を実現するため、一部パーツを切り取ります。

蛍光剤とCT造影剤で満たされたいくつかの小さな介在物がファントムに組み込まれていました。FMTは物体の真の形状を知らず、単純化された形状を仮定するため、不規則な形状の物体の再構成は正確ではありません。そこで、ミクロシティのデータから導き出された形状を用いた別の再構成を実施しました。

ご覧のとおり、ファントムの信号位置定位ははるかに優れています。in vivoデータを調べるために、イメージングの時点を見てみましょう。これがプレスキャンです。

私たちが見ているのは、基本的にはノイズとアーティファクトだけです。次の時点、つまり注入後の時点に移動すると、はるかに多くの信号が表示されますが、ウィンドウ設定が難しすぎます。ウィンドウダイアログを使用して、ウィンドウ設定を調整できます。

ほとんどの信号は膀胱に見られます。次に、注射の0.2時間後に進むと、マウスの外側に何らかの信号が見えます。これは、マウスがマウスベッドに蛍光を放尿したためです。

ウィンドウ処理をさらに調整すると、背骨と膝に何らかの信号が見られます。さて、注射の0.4時間後を見てみましょう、尿からの信号は今では消えており、注射の6時間後と24時間後の次の時点で脊椎と膝に蛍光が見られます。私たちも同じことを考えています。

では、次の鼻に移りましょう。プレスキャンでは、これらのウィンドウ設定を使用しても何も表示されません。注射後15分後のスキャンでは、膀胱の信号が強いなどを示しています。

この研究では、このプローブの迅速な腎排泄の結果として、注射直後の膀胱に高濃度が見つかりました。さらに、脊椎の信号は急速に上昇し、後のイメージング時間ポイントを通じて比較的安定したままです。第5章、結論。

結論として、蛍光、分子断層撮影、およびマイクロコンピューター断層撮影の長所を組み合わせるためのマルチモーダルイメージングプロトコルを示します。解剖学的マイクロCTデータにより、マウスの形状を利用した蛍光再構成の向上が可能になります。さらに、画像データから定量的な測定値を抽出するために必要な臓器セグメンテーションを生成することも有用です。