2018년 7월 28일
이 기사의 목적은 마이크로 계산 된 단층 촬영 및 전체 선박 세그먼트에 대뇌 vasospasm을 계량 하는 데 사용할 수 있는 볼륨의 결정 후 마우스에서 뇌혈관 나무의 3 차원 재구성을 허용 하는 방법을 제시 하는 것입니다. 거미 막 밑 출혈의 murine 모델입니다.
이 절차의 전반적인 목표는 지주막하 출혈 유도 후 마우스의 뇌관 경련을 정량화하는 것입니다. 이것은 방사선 불투과성 주조제를 사용하여 동물에게 경심 관류 및 혈관 내 주조를 실시함으로써 수행됩니다. 다음 단계는 뇌에 마이크로컴퓨터 단층촬영을 실시하여 단면 이미지 데이터를 얻는 것입니다.
그런 다음 이미지와 데이터가 처리됩니다. Miro 소프트웨어는 두개내 혈관 트리를 가상으로 재구성하고 정의된 혈관 세그먼트의 부피를 계산하는 데 사용되며, 이는 혈관 경련을 정량화하기 위한 객관적인 척도를 나타냅니다. 지주막하 출혈은 Isoflurane으로 마취된 상태에서 혈관내 필라멘트 천공에 의해 마우스에서 유도됩니다.
좌측 외부 경동맥은 수술을 통해 준비됩니다. 그런 다음 필라멘트를 외부 경동맥에 삽입하고 경동맥 t에 천공된 내부 경동맥을 통해 두개골 내부로 전진하여 지주막하 출혈을 유발합니다. 두개내 압력의 상승은 성공적인 혈관내 천공의 지표로 간주됩니다.
혈관 경련을 분석하려면 마취를 유도합니다. 충분한 마취 수준에 도달한 후에만 계속하며, 이는 통증 자극에 대한 반응이 없는 것으로 확인됩니다. 다음 솔루션을 사용하여 경심 관류를 수행합니다.
나트륨, 칼륨, 칼슘 및 마그네슘의 생리학적 농도를 함유하는 생리학적 염 용액으로 pH는 7점 4입니다. 그 후, 4% PFA 용액. 2분 동안 솔루션 번호 1로 풍부함을 시작하고 솔루션 번호 2로 4분 동안 계속합니다.
섭씨 37도의 온도에서 용액을 주입하고 가변 관류 속도의 압력 제어 펌프를 사용하여 70mm 수은의 일정한 압력으로 관류합니다. 솔루션 1에서 솔루션 2로 전환할 때 압력 손실을 피하십시오. 두 용액으로 관류한 후 방사선 불투과성 캐스팅제를 사용하여 분당 2밀리리터의 일정한 속도로 실온에서 20분 동안 관류를 계속합니다.
방사선 불투과성 주조 재료의 경화를 위해 샘플을 밤새 섭씨 4도에서 보관합니다. 그리고 뇌를 제거하고 마이크로 setisiny까지 4% PFA 용액에 섭씨 4도의 샘플을 보관하십시오. 뭉툭한 해부학적 집게가 있는 플라스틱 튜브 중앙에 뇌를 놓습니다.
샘플보다 직경이 약간 더 큰 튜브를 선택하여 이미지 획득 중에 물체가 움직이지 않도록 합니다. 거즈를 사용하여 튜브를 닫습니다. 물체가 그것의 수평축의 주위에 회전하는 X-ray 캐빈에서 제어 포지셔닝 시스템을 탐색한 컴퓨터의 마이크로 스테핑 모터를 통해 플라스틱 튜브를 부착하십시오.
필드를 위한 샘플을 정렬합니다. X-ray 방사선 촬영 아래의 시야. 최대 배율을 달성하려면 물체를 X선 소스에 최대한 가깝게 배치하고 검출기까지의 거리를 최대한 최대화하십시오. 다음 스캔 매개변수와 함께 단계 및 촬영 이미지 획득 프로토콜을 사용합니다.
각 프로젝션에 대해 노출 시간을 1초로 설정하고 80kV의 튜브 전압을 사용하여 신호 대 잡음비를 최적화합니다. 한 회전에 대해 투영 수를 1, 000으로 설정합니다. 원시 데이터를 복원하려면 필터링된 역투영 알고리즘을 사용하며, 이는 1,024 입방 복셀로 구성된 행렬을 갖는 Shepp-Logan 필터를 의미합니다.
함수 import를 사용하여 dicom 데이터를 Miro 소프트웨어로 가져옵니다. 함수 vol-run을 사용하여 vessel tree를 시각화합니다. 큰 대뇌 동맥이 선명한 윤곽선으로 묘사되도록 시각화 임계값을 선택합니다.
실험 계열에 속하는 모든 데이터 세트에 대해 동일한 시각화 임계값을 사용하는 것이 중요합니다. Circle of Willis의 기저 대뇌 동맥을 가상으로 절개하고, 혈관을 cur-zon으로 둘러싸서 기능 볼륨을 추가합니다. 그런 다음 분석할 혈관 세그먼트를 가상으로 해부합니다.
따라서 주동맥에서 모든 작은 가지를 정확하게 분리하기 위해 혈관 나무의 3차원 모델을 회전합니다. 추가 분석을 위해서는 분석할 선박 세그먼트를 제외한 모든 선박을 삭제하는 것이 필수적입니다. 임계값이 시각화 임계값으로 설정된 auto skeleton 기능을 적용하면 중심선 기반 공간 그래프가 생성됩니다.
그런 다음 기능 공간 그래프를 선 세트에 적용하여 라인 세트를 만듭니다. 라인 세트를 '단일 하위 세그먼트'로 나누려면 커서로 단일 하위 세그먼트를 수동으로 선택하고 split을 클릭합니다. 이 단계는 단일 하위 세그먼트의 부피를 계산하는 데 중요합니다.
spatial graph로 설정된 function line을 사용하여 공간 그래프를 다시 만듭니다. 공간 그래프 통계량 함수를 사용하여 각 하위 세그먼트의 길이, 부피 및 지름을 확인할 수 있습니다. 색상으로 구분된 시각화의 경우, 선박 직경의 항로를 나타내는 Spatial Graph View 기능을 사용합니다.
segment coloring을 vessel diameter와 상관관계가 있는 thickness로 설정합니다. 실험 계열에 속하는 모든 데이터 세트에 대해 동일한 색상 맵을 선택하는 것이 중요합니다. 하위 세그먼트의 길이를 추가하여 추가 분석에 포함할 하위 세그먼트를 결정합니다.
본 연구에서는 경동맥 t의 근위부 1mm, 경동맥 t의 근위부 대뇌동맥 2점 5mm로 구성된 혈관 분절을 평가했습니다. 그런 다음 부피를 추가하여 정의된 용기 세그먼트의 용기 부피를 결정합니다. 혈관 나무의 가상 재구성의 정확성을 평가하기 위해 10개의 뇌 샘플에서 해부학적으로 정의된 2개의 지점에서 현미경으로 결정된 혈관 직경과 3D 가상 재구성 간의 직경 기반 비교를 수행했습니다.
용기 직경의 현미경 측정을 위해 고해상도 카메라, 소프트웨어 보정 도구, 마이크로미터 스케일을 사용했으며, 현미경으로 측정된 직경과 가상으로 측정된 직경 사이에는 큰 차이가 없었습니다. 두개내 혈관 해부학의 정확한 가상 재구성을 나타냅니다. 대뇌 기저 경련을 정량화하기 위해 왼쪽의 1mm IC8 및 2점 5mm MCA로 구성된 사전 정의된 대표 3점 5mm 혈관 세그먼트의 부피를 측정했습니다.
SAH와 가짜 수술 동물의 뇌 샘플. SAH에서 혈관 부피는 가짜에 비해 현저히 낮았으며, 이는 뇌관 경련을 나타냅니다. 용기 직경도 SAH에서 가짜에 비해 현저히 낮았습니다.
여기에 제시된 방법으로 달성된 가상 재건은 혈관 해부학적 구조를 정확하게 반영합니다. 전체 혈관 세그먼트를 검사할 수 있으며, 이는 단일 지점에서 혈관 직경을 결정하는 것보다 혈관 경련을 정량화하기 위한 더 객관적인 매개변수를 제시하는 것으로 추정됩니다. 부피 측정은 혈관 직경만 평가하는 것과 비교하여 vasopastic 혈관과 non-vasospastic 혈관 간에 더 큰 차이를 초래합니다.
이 연구는 미세 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여 아래숨뇌출혈 후 뇌혈관 경련을 정량화하기 위해 마우스의 뇌혈관 트리의 3D 재건 방법을 제시합니다. 이 기술은 혈관 부피를 측정하기 위해 심장경유 순환, 혈관 내 캐스팅, 고급 이미지 처리를 결합합니다.
Quantifying cerebral vasospasm in preclinical models remains a critical challenge in stroke drug development, where objective vascular metrics are needed to de-risk mechanistic hypotheses and support go/no-go decisions. This volumetric method provides a reproducible, imaging-based readout that enhances predictive confidence in target validation by moving beyond single-point diameter measurements to integrated vessel segment analysis. Its application in murine SAH models enables standardized assessment of vascular pathology, supporting translational continuity from discovery through preclinical evaluation.
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum, supporting hypothesis testing in early discovery, assay readiness in screening, and vascular phenotype validation in translational research.