3D scanning technologie bridging micro circuits en Macroscale hersen beelden in 3D novel insluiten overlappend Protocol

Dit protocol is de eerste die 3D-scantechnologie introduceert in het anatomische, met name neuroanatomisch onderzoeksveld, en heeft zeer nauwkeurige overlappende prestaties bereikt. De 3D neuro inbedding overlappen, of 3D-neuro protocol, integreert micro-schaal steriele sockets in macro-schaal hersenbeelden, en bruggen deze verschillende ruimtelijke schalen naadloos. We moeten ook het 3D neuro protocol toepassen op menselijke MRI's en postmortem hersenen.

De overlappende stelt ons in staat om bekende MRI-contrastpatronen met betrekking tot ziekten te identificeren. 3D-scansystemen zijn gevoelig voor water rondom het geëxtraheerde bio-organisme, dus het is van cruciaal belang om het water zeer zorgvuldig af te vegen. Bovendien moet de procedure zo snel mogelijk worden uitgevoerd.

Begin deze procedure met de voorbereiding van een muis, evenals MRI-acquisities en apparatuurvoorbereidingen zoals beschreven in het tekstprotocol. Snijd op dag twee de hoofdhuid van een eerder geëuthanaseerde muis langs de sagittale hechting met behulp van een chirurgische schaar. Gebruik chirurgische schaar om de schedel te snijden in diagonale richtingen van de lambda punt naar een punt een beetje in de voorkant van de bregma.

Dan, voorzichtig schil van de schedel uit de hersenen met behulp van gebogen pincet. Til de hersenen op met een spatel en breng deze over naar een petrischaaltje met ijskoude snijoplossing. Met behulp van een externe gasbom met een gecontroleerde roterende pompsnelheid, stroomlucht met 95% zuurstof en 5% kooldioxide om kleine bellen te genereren in de ijskoude snijoplossing.

Na een tot twee minuten, zet de hersenen op een microvezel doek waarvan het oppervlak is iets bedekt met een bloem zeef. Veeg voorzichtig de vloeistof van het hersenoppervlak met behulp van de microvezeldoek. Zet de hersenen, met zijn dorsale aspect omhoog, op de monsterstandaard.

Plaats vervolgens de monsterstandaard in het midden van de automatische draaitafel. Maak de kamer donkerder tijdens de 3D-scan en voer een 3D-scan uit op de draaitafel. Als u wilt testen of de 3D-scan goed werkt, klikt u op 3D-scan door de hoek tussen twee opnamen als 22,5, de starthoek als nul en de laatste hoek als 360 te selecteren.

Verplaats de hersenen naar een petrischaaltje en bel de hersenen in de snijoplossing gedurende ongeveer 10 seconden. Snijd de hersenen in twee blokken in het midden van het coronale vlak, met behulp van een scalpel. Beweeg vervolgens de twee hersenblokken voorzichtig naar het vlakke oppervlak met behulp van een chirurgische spatel.

Bevestig de hersenblokken van het hersenblok basis met behulp van instant lijm. Veeg de vloeistof voorzichtig en zorgvuldig van het hersenoppervlak binnen een tot twee minuten, met behulp van de microvezeldoek. Voer vervolgens opnieuw een 3D-scan uit.

Bevestig een mes aan de bladhouder van het vibratome. Bevestig de zwarte tape die het midden van de basis van het hersenblok bedekt tot het midden van het snijstadium voor een vibratome. Giet de snijoplossing in de snijfase en zet het snijstadium op het vibratome.

Pas de snijsnelheid en amplitude aan. Maak twee tot vijf coronale plakjes van 300 micron dik van de twee hersenblokken. Houd de oplossing in de snijfase borrelen indien mogelijk.

Optimaliseer de snijsnelheid, frequentie en trillingsamplitude van het systeem door ze in te stellen als 12,7 millimeter per minuut voor de snelheid, 87 tot 88 hertz voor de frequentie en 0,8 tot 1,0 millimeter voor de swingbreedte. Terwijl u de hersensegmenten snijdt, registreert u de gesneden coördinaat in het formaat, inclusief de voorste coördinaat, halfrond en andere voorwaarden. Breng de plakjes van de hersenen voorzichtig over op een beker gevuld met voorverwarmde ACSF met behulp van een dikke plastic pipet.

Incubeer de hersenen plakjes in het bekerglas op ongeveer 34 graden Celsius voor een uur. Gedurende deze tijd, voer een 3D-scan van de resterende hersenblokken op het snijstadium. Stel nu een multielectrode array, of MEA-chip, in op een opname-eenheid.

Sluit de chip aan op een peristaltische pomp met twee buizen. Gebruik een buis om dezelfde ACSF gids in de MEA-chip en de andere buis om de ACSF gids uit de MEA-chip. Bevestig twee naalden, verbonden aan de uiteinden van de twee buizen, aan de bovenkant van de muur van de MEA-chip.

Fix hun posities met hun tips na de binnenwand van de MEA chip. Stel de stroomsnelheid van de ACSF in op 4,1 RPM. Voer MRI-gegevensverwerking uit om corticale volumes te extraheren zoals beschreven in het tekstprotocol.

Download de vrije 3D Slicer-software om MRI-beeldverwerking uit te voeren. Open de MR-afbeeldingen van de geëxtraheerde hersenen die zijn geproduceerd met behulp van de volumeweergave- en editormodules in de 3D Slicer. Verander de modus van editor naar volumeweergave en klik op een doelknop om de afbeelding van de hersenen naar het midden van het scherm te laten komen.

Selecteer de MRT-2 hersenmodus en stem de drempels af door de shiftbalk te verplaatsen. Ga vervolgens terug van volumeweergave naar editor en klik op de knop drempelwaarde-effect. Breng het etiket 41 aan, hersenschors.

Sla vervolgens de gegevens van het hersenoppervlak op als een STL-bestand door de bestandsindeling te wijzigen van VTK naar STL op de checklist van het formulier. Voer een automatische coregistratie uit tussen acht of 16 afbeeldingen uit acht of zestien verschillende hoeken binnen een reeks van een scan om kleine mismatches te corrigeren. Klik hiervoor op Globale registratie die is opgenomen in de uitlijningsoptie en integreer de afbeeldingen.

Herhaal scans vanuit verschillende hoeken om het hele hersenoppervlak te verkrijgen. Als de integratie tussen afbeeldingen die vanuit verschillende hoeken worden gescand, niet is geslaagd, klikt u op Handmatig uitlijnen en selecteert u een paar vaste afbeeldingen en een bewegend beeld. Start de handmatige uitlijning van de afbeeldingen door drie of vier veelvoorkomende punten in verschillende afbeeldingen te selecteren.

Klik vervolgens op OK. Het optimalisatiealgoritme is het iteratieve dichtstbijzijnde-puntalgoritme en bevat geen niet-lineaire vervorming. Maak een gaas van alle uitgelijnde afbeeldingen door alle afbeeldingen te selecteren en op de knop voor het genereren van gaas te klikken. Selecteer vervolgens de optie, klein artistiek object, om het net op de hoogste resolutie te krijgen.

Sla de afbeelding op als STL Binary- of ASCII-indeling. Open nu het MRI-oppervlak en voeg het samen met het 3D-scanoppervlak met behulp van de oppervlakteverwerkingssoftware. Voer een handmatig uitlijningsproces uit zoals voorheen.

Sla vervolgens deze coregistered surface images opnieuw op. Maak indien nodig de afzonderlijke oppervlaktegegevens schoon door kleine geluiden rond het hersengebied te wissen, vooral in het geval van de MRI-gegevens, en door gaten te vullen, vooral in het geval van de 3D-scangegevens. Open ten slotte de oppervlaktegegevens met data-analysesoftware zoals MATLAB.

Het genereren en evalueren van de histogrammen van de minimale afstanden tussen de twee oppervlakken. Afstanden werden geëvalueerd tussen corticale oppervlakken geproduceerd door het strippen van MRI-volume en oppervlakken verkregen uit 3D-scans van geëxtraheerde hersenen. De moduswaarden van het histogram van de afstanden zijn slechts 55 micron.

Bovendien, bij het accumuleren van het histogram vanaf het punt waar de afstand gelijk is aan nul, de geaccumuleerde waarde bereikt 90% van de totale steekproef nummers op ongeveer 300 micron. Het laatste histogram van de afstanden tussen twee oppervlakken toonde een typische piek rond 50 micron. Vanuit macroscopisch oogpunt komt deze moduswaarde overeen met de geometrische beperking, die 100 micron was van de voxelgrootte van MRI's.

Dit punt suggereert indirect dat het overlappende algoritme tussen de MRI en 3D-scan uitstekend werkte, en dat de geluidsniveaus van zowel de MRI als de 3D-scan werden onderdrukt als een lage waarde. Dit protocol is de eerste om uprise door middel van de scantechnologie om bio-organisme. De technologie werd oorspronkelijk gebruikt voor zuiver technische eisen.

Het toepassen van deze technologie op de geneeskunde kan nieuwe vragen beantwoorden. Na 3D-scanning kunnen we calcium-imaging wall patch gram-opnamen gebruiken om aanvullende kennis te krijgen in termen van temporele en ruimtelijke resolutie en opneembare aantallen cellen. De zeer nauwkeurige overlappende prestaties die dit protocol biedt, maken een naadloze associatie tussen de anatomische ruimtelijke schaal en de nul-ruimtelijke schaal realistischer dan voorheen.