1. Zwierzęta
- W celu uzyskania przedstawionych poniżej wyników, od Jackson Laboratories (Bar Harbor, Main, USA) pozyskano trzy myszy C57BL/6J oraz cztery myszy B6.V-Lepob/J. Myszy B6.V-Lepob/J stanowią jeden z najwcześniejszych modeli otyłości i pozostają przedmiotem aktywnych badań. Myszy B6.V-Lepob/J wykazują fenotyp charakteryzujący się zwiększoną wielkością i liczbą adipocytów oraz mogą ważyć nawet trzykrotnie więcej niż myszy typu dzikiego.7,8 W niniejszym badaniu myszy B6.V-Lepob/J wykorzystano jako kontrolę pozytywną fenotypu otyłego, aby zilustrować możliwość zastosowania systemu CT Albira do pomiarów zawartości tłuszczu w oparciu o tomografię komputerową.
- Obrazowanie przeprowadzono, gdy zwierzęta osiągnęły wiek około 12 tygodni. (Otyłość u myszy B6.V-Lepob/J ujawnia się po 4. tygodniu życia).
- Myszy zanestezjowano izofluranem (przepływ 2,5%) i utrzymywano w znieczuleniu przy stężeniu 2,5% za pomocą maski nosowej podczas obrazowania. Zwierzęta ułożono w pozycji brzusznej w standardowym legowisku dla szczurów (M2M Imaging Inc. Cleveland, OH) dostarczonym wraz ze stacją obrazowania Albira. Kończyny ułożono bocznie względem tułowia w celu zapewnienia jednorodnej akwizycji obrazów CT.
- Po zakończeniu akwizycji obrazów myszy wyjęto z maski nosowej i przeniesiono do klatki rekonwalescencyjnej do czasu odzyskania sprawności ruchowej.
2. Pozyskiwanie i rekonstrukcja obrazu
- Akwizycję obrazów przeprowadzono przy użyciu systemu CT Albira (Carestream Molecular Imaging, Woodbridge, CT). Myszy znieczulono izofluranem (przepływ 2.5%) i utrzymano w znieczuleniu na poziomie 2.5% za pomocą maski nosowej podczas obrazowania. Skanowanie przeprowadzono dla obszaru o długości 115 mm, wykorzystując 600 projekcji. Źródło promieniowania rentgenowskiego ustawiono na prąd 200 μA i napięcie 45 kVp, stosując filtr Al 0.5 mm w celu utwardzenia wiązki.
- Przybliżony głęboki równoważnik dawki promieniowania dla ustawień CT wynosił 220 mSv, a płytki równoważnik dawki 357.4 mSv. Dawki te są ponad 20-krotnie niższe niż raportowane wartości LD50.9
- Obrazy zrekonstruowano za pomocą algorytmu FBP (Filtered Back Projection) w programie Albira Suite 5.0 Reconstructor z wykorzystaniem parametrów „Standard”. Połączenie tych ustawień akwizycji i rekonstrukcji pozwala uzyskać obraz końcowy z izotropowymi woxelami 125 μm, co uznano za wystarczające do analizy całego zwierzęcia. Do szczegółowej analizy konkretnych obszarów można wybrać rekonstrukcję z izotropowymi woxelami 35 μm, aby uzyskać końcową rozdzielczość 90 μm.
3. Analiza obrazu
Analiza obrazów jest przeprowadzana przy użyciu oprogramowania analitycznego PMOD (PMOD Technologies LTD, Zurich, Szwajcaria). Obrazy są segmentowane w programie PMOD zgodnie z gęstością tkanki — najpierw w celu określenia objętości całkowitej, a następnie objętości tkanki tłuszczowej.
3.1 Obrazy mogą zostać zredukowane do analizy w celu zminimalizowania wymagań obliczeniowych.
- Aby przeprowadzić redukcję, przejdź do głównej karty Widok.
- Wybierz Narzędzia > Redukuj.
- Wybierz X o 2, Y o 2 oraz Z o 2.
- Zaznacz opcję Zastąp.
- Wybierz Uruchom.
Komunikat: „Bounding box will change” wyświetla się po zakończeniu procesu redukcji.
3.2 Obrazy można poddać maskowaniu, aby usunąć elementy łóżka i stożka nosowego przed przeprowadzeniem późniejszej analizy objętości zainteresowania (VOI).
- Aby utworzyć maskę, przejdź do Planes, Layouts, Rotations, Mirror, 3D Markers > Planes & Layouts.
- Wybierz Show plane Z.
- Przewiń do stożka nosowego w płaszczyźnie Z.
- Wybierz główną kartę VOI > Draw vertices.
- Obrysuj obszar zainteresowania (ROI) wokół nosa zwierzęcia, z wyłączeniem podłoża i stożka nosowego.
- Wybierz Copy Actual ROI.
- Przejdź do następnego przekroju i wklej ROI from buffer przez odpowiednie płaszczyzny nosa.
- Użyj Edit Group of Vertices, aby w razie potrzeby dostosować obszary ROI.
- Wybierz Delete ROI na pierwszych płaszczyznach poza stożkami nosowymi.
- Wygeneruj nowy obszar VOI, aby objąć obwód zwierzęcia (z wyłączeniem podłoża) na pierwszych płaszczyznach poza stożkami nosowymi.
- Przejdź do VOI Tools > Masking & Algebra.
- Wprowadź wartość -1000 w wyświetlonym polu dialogowym.
- Wybierz przycisk Mask voxels outside the selected VOIs.
Wyświetla się komunikat: „Nieodwracalna operacja na danych. Czy chcesz kontynuować?”.
- Wybierz Yes.
- Przejdź do Planes, Layouts, Rotations, Mirror, 3D Markers > Planes & Layouts.
- Wybierz Show all planes.
- Sprawdź integralność VOI.
- Wybierz Save.
- Zapisz jako Analyze.
- Zmień prefiks nazwy pliku.
3.3 W pierwszej kolejności przeprowadź segmentację obrazu w celu wyznaczenia całkowitej objętości zwierzęcia:
- Wybierz Tools > External.
- Zaznacz pole wyboru Segmentation.
- Wprowadź zakres od -300 do +3500 (zakres gęstości wyznaczony na podstawie zakresu gęstości obszaru tłuszczu brzusznego).
- Wybierz Run Segmentation.
- Sprawdź poprawność segmentacji.
- Wybierz OK.
- Wybierz Remove ROI.
- Wybierz VOI statistics.
Podane statystyki reprezentują objętość całkowitą.
- Zapisz odczytaną objętość.
3.4 Następnie przeprowadź segmentację obrazu w celu wyznaczenia objętości tłuszczu:
- Powróć do niesegmentowanego obrazu z maską w celu segmentacji objętości tkanki tłuszczowej.
- Aby wczytać zapisany plik danych Masked, zaznacz pole Analyze w oknie Load).
- Wybierz Tools > External.
- Zaznacz pole wyboru Segmentation.
- Wprowadź zakres od -200 do -50.
- Wybierz Run Segmentation.
- Sprawdź poprawność segmentacji.
- Wybierz OK.
- Wybierz VOI statistics.
Raportowane statystyki przedstawiają objętość tłuszczu.
- Zapisz odczytaną objętość.
- Wybierz Save.
- Zapisz jako Analyze.
- Zmień prefiks nazwy pliku.
Opcjonalnie: Jeśli gęstość skóry/obwodowa nadal występuje, można przeprowadzić poniższy protokół „Erozji i dylatacji”, aby wyeliminować te obszary w analizie VOI.
- Wybierz Tools > External.
- Zaznacz pole wyboru Morphological. Wyświetli się widok Morphological.
- Wybierz Erosion.
- Wybierz OK.
- Wybierz Tools > External.
- Zaznacz pole wyboru Morphological. Wyświetli się widok Morphological.
- Wybierz Dilation.
- Wybierz OK.
4. Wizualizacja obrazów CT
4.1 Do stworzenia renderowanych trójwymiarowych wizualizacji obrazów poddanych segmentacji wykorzystano oprogramowanie VolView v3.2 (Kitware, Clifton Park, NY, USA).
- Otwórz zestaw danych CT w formacie Analyze.
- Użyj ustawień domyślnych w wyświetlanym oknie.
- Otwórz menu wtyczek (plug-ins).
- W sekcji Utility wybierz Merge volumes.
- Odznacz opcję Rescale Components.
- Kliknij Assign Second Input.
- Wybierz segmentowane dane tkanki tłuszczowej jako drugi plik wejściowy.
- Użyj ustawień domyślnych w wyświetlanym oknie.
- Kliknij Apply plug-in.
- Kliknij dwukrotnie Volume view window, aby powiększyć widok badanej myszy.
4.2 Powróć do zakładki Kolor/Nieprzezroczystość (Color/Opacity tab). Rozwijane menu komponentów wskazuje, który zestaw danych jest obecnie edytowany. Na dole zakładki znajdują się dwa suwaki, które określają względną jasność każdego zestawu danych komponentów w nałożeniu, przyjmując wartości od 0 do 1. Dla komponentu 1, czyli CT, zalecamy użycie skali szarości. Aby zmienić kolor:
- W sekcji Scalar Color Mapping kliknij dwukrotnie jeden z suwaków kolorów.
- Aby usunąć suwak, przeciągnij go poza obszar ramki.
- Aby dodać nowy suwak, kliknij w dowolnym miejscu w obszarze suwaków.
- Usuń jeden z suwaków.
- Ustaw lewy suwak kolorów na czarny (wartość skalarna (S)= -19000).
- Ustaw prawy suwak kolorów na biały ((S) = 15000).
- W ramce mapowania Scalar Opacity utwórz nowy punkt, klikając wewnątrz ramki. W oknie znajdą się wówczas łącznie trzy punkty.
- Dla środkowego punktu zmień wartość (S) na ~-3000, a wartość przezroczystości Opacity (O) na 0.
- Zaznacz trzeci punkt po prawej stronie okna.
- Zmień wartość (S) na około 32000, a O na .25.
- Pierwszy punkt może znajdować się w dowolnym miejscu po lewej stronie, o ile wartość Opacity jest ustawiona na 0.
- Przełącz na komponent drugi, co powinno zmienić wygląd tkanki tłuszczowej.
- Zmień każdy z suwaków kolorów na czerwony, klikając dwukrotnie i przesuwając suwak odcienia Hue (H) w lewo, aby przypisać kolor czerwony do tkanki tłuszczowej w mapowaniu pseudokolorów. Do dostosowania wyglądu tkanki tłuszczowej nie powinno być wymaganych dalszych zmian.
4.3 Aby utworzyć trójpanelowy film rotacyjny przedstawiający obraz CT, tkankę tłuszczową oraz nałożenie (overlay):
- Kliknij i przeciągnij mysz badawczą do pozycji pionowej, tak aby grzbiet był skierowany w Twoją stronę.
- W sekcji Component Weights ustaw wartość Component two na 0, aby wyświetlić tylko skan CT.
- Kliknij Review > Camera.
- Wybierz liczbę klatek dla filmu obrotowego (w niniejszym przypadku wybrano „36”).
- Zmień X rotation value na 360 degrees.
- Wybierz Create.
- W wyświetlonym oknie dialogowym utwórz nowy folder o nazwie CT i zapisz plik w formacie tiff, co wygeneruje serię obrazów obrotowych.
- Powtórz ten krok dla obrazu tkanki tłuszczowej, a także dla nałożonego obrazu tłuszcz/CT, zapisując je za każdym razem w oddzielnych folderach.
4.4 Do wygenerowania pliku filmu z obrotem, z wykorzystaniem obrazów wyjściowych z VolView, użyto programu ImageJ v 1.43u.
- W programie ImageJ wybierz File > Import > Image Sequence.
- Wybierz pierwszy obraz z folderu CT. Oprogramowanie automatycznie wykryje pozostałe pliki i otworzy je jako stos (stack).
- Powtórz czynność, aby otworzyć sekwencje dla tkanki tłuszczowej (fat) i nałożenia (overlay).
- Otwórz menedżera ROI w menu Analyze > Tools > ROI Manager.
- Obrysuj obszar ROI wokół myszy badawczej, wykluczając zbędne piksele tła.
- W ROI manager kliknij Add, aby dodać ROI.
- Wybierz inną sekwencję obrazów.
- W ROI manager kliknij ROI , aby zastosować go do obrazu. W ten sposób każdy z przyciętych stosów będzie idealnie dopasowany.
- Gdy ROI zostanie nałożone na wszystkie stosy, kliknij prawym przyciskiem myszy wewnątrz ROI.
- Wybierz Duplicate.
- Zaznacz pole Check the Duplicate Stack Box, aby oddzielić ROI od reszty obrazu.
- Zamknij większe stosy obrazów.
- Powtórz tę procedurę dla wszystkich trzech sekwencji obrazów.
- Przejdź do Image > Stacks > Tools > Combine, aby połączyć stosy.
- Dla Stack 1 wybierz CT.
- Dla Stack 2 wybierz Fat.
- Powtórz czynność, wybierając Combined Stacks dla Stack 1 oraz Overlay dla Stack 2.
- Utworzono teraz trzypanelowy stos z rotacją obrazu, który można podejrzeć, wybierając Play w lewym dolnym rogu okna obrazu.
- Aby zapisać film w formacie AVI, wybierz File > Save as… > AVI…
- Kliknij Save.
5. Reprezentatywne wyniki
Wyniki dla trzech myszy WT (C57BL/6J) i czterech myszy otyłych (B6.V-Lepob/J) przedstawiono tutaj jako reprezentatywny przykład pomiarów stosunku objętości tłuszczu do objętości całkowitej z wykorzystaniem systemu CT Albira. Poniższa Rycina 1 przedstawia reprezentacyjny obraz utworzony w programie VolView v3.2 w celu segmentacji (t.j. objętości całkowitej i objętości tłuszczu) obrazów CT myszy otyłych.

Rysunek 1. Reprezentatywne obrazy CT z segmentacją tkanki tłuszczowej. (A) Mysz otyła (B6.V-Lepob/J) całkowita objętość CT w skali szarości, (B) objętość tkanki tłuszczowej na czerwono oraz (C) fuzja obrazów. (D) Mysz WT (C57BL/6J) całkowita objętość CT w skali szarości, (E) objętość tkanki tłuszczowej na czerwono oraz (F) fuzja obrazów.
Całkowite objętości, objętości tkanki tłuszczowej oraz obliczone stosunki objętości tłuszczu do objętości całkowitej dla każdej myszy WT i każdej myszy otyłej przedstawiono poniżej w Tabeli 1. Średni stosunek objętości tłuszczu do objętości całkowitej dla grupy WT i grupy otyłej wyniósł odpowiednio 0,09 i 0,42 (Rysunek 2). Stwierdzono, że stosunki objętości tłuszczu do objętości całkowitej dla myszy WT w porównaniu z myszami otyłymi różnią się istotnie (p = 0,001).
| WT (C57BL/6J) | Całkowita (cm3) | Tłuszcz (cm3) | Stosunek tłuszczu do całkowitej | Otyłe (B6.V-Lepob/) | Całkowita (cm3) | Tłuszcz (cm3) | Stosunek tłuszczu do całkowitej |
| Zwierzę 1 | 28.79 | 3.00 | 0.10 | Zwierzę 1 | 66.25 | 26.75 | 0.40 |
| Zwierzę 2 | 33.25 | 3.05 | 0.09 | Zwierzę 2 | 61.15 | 26.31 | 0.43 |
| Zwierzę 3 | 30.30 | 2.63 | 0.09 | Zwierzę 3 | 64.19 | 25.7 | 0.40 |
| | | | | Zwierzę 4 | 54.25 | 23.78 | 0.44 |
Tabela 1. Objętość całkowita, objętość tłuszczu oraz stosunki objętości tłuszczu do całkowitej dla myszy WT i otyłych. Objętości całkowite i tłuszczu wyznaczono z obrazów segmentowanych przy użyciu analizy PMOD VOI.

Rysunek 2. Średnie stosunki objętości tłuszczu do objętości całkowitej dla myszy WT i myszy otyłych. Przedstawiono średnie stosunki objętości tłuszczu do objętości całkowitej, które wyniosły odpowiednio 0,09 dla myszy WT (C57BL/6J) oraz 0,42 dla myszy otyłych (B6.V-Lepob/J). (Słupki błędów = jedno odchylenie standardowe). Stwierdzono istotną różnicę w stosunkach objętości tłuszczu do objętości całkowitej między myszami WT a otyłymi (p-value = 0,001).