Hybrydowe obrazowanie μCT-FMT i analiza obrazu

Opisujemy protokół obrazowania hybrydowego, łączący tomografię za pośrednictwem fluorescencji (FMT) z mikrotomografią komputerową (μCT). Po fuzji i rekonstrukcji przeprowadzamy interaktywną segmentację narządów w celu wyodrębnienia ilościowych pomiarów rozkładu fluorescencji.

Tomografia za pośrednictwem fluorescencji jest bardzo czułą techniką obrazowania służącą do ilościowej oceny rozkładu fluorescencji. U znieczulonych myszy dostępnych jest wiele celowanych sond fluorescencyjnych, które umożliwiają obrazowanie angiogenezy, apoptozy, stanu zapalnego i innych. W tym filmie pokażemy, jak w naszym instytucie wykonuje się obrazowanie hybrydowe z FMT i Micro City.

W rozdziale pierwszym, urządzenia, to jest nasz F-M-T-F-M-T oznacza fluorescencyjną tomografię molekularną. Tomografia oznacza, że generowane są obrazy 3D. FMT jest bardzo czuły do obrazowania fluorescencji bliskiej inat u myszy.

Teraz panel przedni jest otwierany, aby pokazać wnętrze FMT. Na dole znajduje się laser zamontowany na serwerze 2D. Laser emituje światło do myszy, która jest utrzymywana w częściowo przezroczystym łożu myszy.

Nad łożem myszy znajduje się szereg diod LED jako alternatywne źródło światła, dzięki czemu FMT może działać jako zwykłe urządzenie do obrazowania odbicia. Koło filtrów jest zamontowane pod soczewką, która przechwytuje światło dla detektora znajdującego się na górze urządzenia. To jest nasz mikro ct.

Mikrotomografia komputerowa wyposażona jest w dwie lampy rentgenowskie i dwa detektory z płaskim panelem, które umożliwiają akwizycję skanów o podwójnej energii. Rozdział drugi, protokół skanowania mikro CT FMT. Zarówno FMT, jak i mikro CT są zbudowane w celu obrazowania myszy, zanim myszy obrazujące zostaną znieczulone izofluorem.

Do skanowania FMT należy usunąć sierść myszy, która dobrze współgra z kremem na śledzie. U niektórych szczepów myszy mogą pojawić się wysypki po kremie deha. Dlatego zaleca się monitorowanie myszy pod kątem zmian skórnych i w razie potrzeby skontaktowanie się z personelem weterynaryjnym w celu uzyskania opieki.

Na początek przetestuj również tolerancję na małej partii nowych szczepów myszy. Aby uniknąć hipotermii, mysz umieszcza się na poduszce grzewczej. Aby wstrzyknąć środek kontrastowy, cewnik umieszcza się w żyle ogonowej ze względu na mały rozmiar.

Jest to dość trudne i wymaga pewnego doświadczenia. Jeśli krew wraca do cewnika, jest prawidłowo umieszczana przez cewnik. Fluorescencyjne środki kontrastowe i środki kontrastowe CT mogą być wstrzykiwane, aby uniknąć przeciążenia objętości.

góra. Należy wstrzyknąć pięć mililitrów na kilogram masy ciała, co oznacza 150 mikrolitrów na 30-gramową mysz. Do skanowania mysz jest umieszczana w multimodalnym łóżku dla myszy.

Mysz może mieć pewne symbole narysowane na ogonie w celu identyfikacji. Ważne jest, aby unikać takich rzeczy na tułowiu, ponieważ może to wpłynąć na skanowanie optyczne. Łoże myszy jest zamknięte, a głębokość dostosowana tak, aby mocno trzymać mysz w ustalonej pozycji.

Bądź ostrożny i monitoruj oddech, ponieważ zbyt mocne dokręcenie łóżka może udusić mysz. Nagie myszy są powszechnie wykorzystywane do badań onkologicznych ze względu na ich immunosupresję. Fakt, że są nadzy, jest szczęśliwym efektem ubocznym mutacji genetycznej.

Dlatego mozolną procedurę usuwania włosów można pominąć. Należy sprawdzić, czy mysz prawidłowo oddycha, a w razie potrzeby odpowiednio wyregulować legowisko myszy. Następnie łoże myszy umieszcza się w mikro ct.

Rurki transportujące fluor gazowy ISO są przełączane w celu utrzymania przepływu gazu wewnątrz urządzenia. Następnie mikro C jest zamykany, aby umożliwić ekranowanie promieniowania rentgenowskiego. Mikro C rozpocznie skanowanie tylko wtedy, gdy pokrywa jest zamknięta.

Za pomocą przycisków na mikro ct mysz można wbić w mikro CT.At komputer sterujący mikro miastem, uzyskuje się topo gram i pokazuje, że ustawienia okien są dostosowywane, aby lepiej widzieć mysz. Można umieścić jeden lub więcej skanów ZUP. Ich położenie jest oznaczone jasnoniebieskimi obszarami.

Zazwyczaj wystarcza jeden do trzech skanów ZUP. Po rozpoczęciu skanowania postęp jest wyświetlany za pomocą ciemnoniebieskich pasków postępu. Nasza mikrotomografia komputerowa z płaskim panelem skanuje następnie ZUP, co różni się od klinicznej spiralnej tomografii komputerowej.

Za pomocą przycisków łoże myszy przesuwa się do przodu. Ponownie otwierana jest pokrywa ekranująca i zamieniane są rurki znieczulające. Uchwyt ostrożnie wyjmuje się z łoża myszy i wyciąga rurkę znieczulającą.

Jest to konieczne, ponieważ AN i FMT nie zależą od tej małej rurki. Zamiast tego mała komora wewnątrz FMT jest zalana gazem znieczulającym. Teraz łóżko myszy z myszą jest przenoszone do FMT i wkładane do komputera sterującego FMT.

Pole widzenia skanowania jest dostosowywane, podobnie jak gęstość próbkowania. Zwykle używa się około 120 punktów. Skanowanie rozpoczyna się po naciśnięciu przycisku.

Pierwsze przejście FMT uzyskuje obraz trans oświetlenia lub wzbudzenia dla każdego punktu źródła laserowego. W tym filmie jest to pokazane w trybie szybkiego przewijania do przodu. Zwykle zajmuje to około pięciu minut.

Widać, że przez górną część ciała przechodzi znacznie mniej światła w porównaniu z dolną. Dzieje się tak, ponieważ narządy o większej względnej objętości krwi, takie jak serce, wątroba i nerki, znajdują się bardziej w górnej części ciała. Krew jest głównym absorberem światła bliskiej podczerwieni.

Drugi przebieg przebiega przez te same punkty źródłowe z innym filtrem, który przepuszcza światło fluorescencyjne tylko przez rozdział trzeci, interaktywny olej i segmentacja. Aby połączyć dane z obu urządzeń. Używane są markery, które są wbudowane w łóżko myszy.

Markery są również widoczne na obrazie odbiciowym uzyskanym przez FMT. Markery są w rzeczywistości zwykłymi otworami i nie muszą być wypełniane żadnym środkiem kontrastowym do fluorescencji lub tomografii komputerowej. W naszym instytucie opracowaliśmy oprogramowanie, które automatycznie wykrywa markery i stapia je.

Kształt myszy, a także niejednorodne mapy absorpcji i rozpraszania są automatycznie szacowane przy użyciu danych z mikrotomografii komputerowej, jak opisano w naszej ostatniej publikacji Theranostics. Parametry te są istotne dla ilościowej rekonstrukcji fluorescencji. Aby zmierzyć biodystrybucję fluorescencji, potrzebna jest segmentacja narządów.

Taką segmentację generujemy interaktywnie za pomocą oprogramowania o nazwie imulitic preclinical opracowanego w naszym instytucie w dalszej części. Taka segmentacja jest pokazana w szybkim przewijaniu do przodu i doświadczona osoba może ją wykonać w około 10 do 20 minut. Najpierw ładowany jest zestaw danych CT.

Można go sprawdzić w 3D za pomocą renderingu powierzchni ISO. Zmieniając ustawienia okna, można zmienić wartość ISO. Na przykład, aby uwidocznić kości całego ciała myszy za pomocą łoża myszy, ładowana jest nakładka.

Sygnał dla tego przykładu pojawia się w pęcherzu moczowym. Teraz wizualizacja nakładki jest wyłączona. Skoncentrowanie się na segmentacji anatomicznej.

W natywnych skanach mikrot płuco jest łatwe do znalezienia ze względu na silny ujemny kontrast z innymi tkankami miękkimi. Dużą strukturą wewnątrz płuca jest serce. Najpierw podzielmy płuca na segmenty.

Wszystkie woksele poniżej określonej wartości są segmentowane za pomocą progowania. Jest to wyświetlane na zielono. Płuco jest połączonym obszarem, który można oddzielić za pomocą operacji napełniania.

Podobnie jak w przypadku wiadra z farbą. W programie malowania można go oddzielić od płuca przez cięcie i wypełnienie. Narządy wypukłe, takie jak pęcherz moczowy, można podzielić na segmenty, rysując bazgroły wyznaczające granice narządu.

Dodawane są kolejne bazgroły, aż do osiągnięcia wystarczającej dokładności. Narządy niewypukłe, takie jak jelito, można dzielić kawałek po kawałku. Wątroba jawi się jako jednorodny region i ma bardziej złożoną strukturę.

Ponieważ składa się z wielu płatów, segmentację można zapisać na dysku i załadować do programu. Za pomocą takiej segmentacji sygnał fluorescencyjny można przypisać do narządów. Program oblicza te ilości i zapisuje je jako dodatkowy arkusz do skanów podłużnych, segmentację należy ponownie wykonać dla każdego punktu czasowego, ponieważ odstępy są zwykle zbyt długie, aby utrzymać mysz w znieczulonej pozycji w ustalonej pozycji.

Dlatego segmentacja jest pracochłonnym zadaniem, jeśli zaangażowanych jest wiele myszy i wiele punktów czasowych. Aby określić ilościowo wyniki, załaduj nakładkę i segmentację. Kliknij opcję Ustaw ustawienia wsadowe, aby umożliwić programowi zapamiętanie bieżących ustawień.

Teraz kliknij statystykę wsadową, aby powiedzieć programowi, aby obliczył wartości dla wszystkich regionów we wszystkich skanach mikro CT FMT. Zajmie to kilka sekund. Następnie statystyki są zapisywane w jednym pliku arkusza kalkulacyjnego.

Jest to wygodne, ponieważ użytkownik nie musi samodzielnie scalać dziesiątek plików. Na podstawie tego pliku można obliczyć krzywe narządów. Rozdział czwarty, reprezentatywne wyniki.

Aby sprawdzić, czy fuzja działa poprawnie, użyliśmy fantomu aros. Do rozproszenia dodano trochę proszku exide tytanu. Aby uzyskać nieregularny kształt, odcinamy niektóre części.

W fantom wbudowano kilka małych inkluzji wypełnionych fluorescencją i środkiem kontrastowym CT. Ponieważ FMT nie zna prawdziwego kształtu obiektu i przyjmuje uproszczony kształt, rekonstrukcja nie jest dokładna w przypadku obiektów o nieregularnych kształtach. W związku z tym przeprowadziliśmy kolejną rekonstrukcję, która wykorzystuje kształt wyprowadzony na podstawie danych mikromiasta.

Jak widać, lokalizacja sygnału w fantomie jest znacznie lepsza. Aby sprawdzić dane in vivo, przejdźmy przez punkty czasowe obrazowania. To jest skanowanie wstępne.

To, co widzimy, to w zasadzie tylko hałas i artefakty. Jeśli przejdziemy do następnego punktu czasowego, tego po wstrzyknięciu, widzimy znacznie więcej sygnału, ale ustawienia okien są zdecydowanie zbyt trudne. Korzystając z okna dialogowego, możesz dostosować ustawienia okien.

Większość sygnału widzimy w pęcherzu moczowym. Jeśli przejdziemy do następnego razu, 0,2 godziny po wstrzyknięciu, zobaczymy jakiś sygnał na zewnątrz myszy. Dzieje się tak, ponieważ mysz oddała mocz fluorescencji na łóżko myszy.

Poprzez dalszą regulację okienka, możemy zobaczyć pewien sygnał na kręgosłupie i kolanach. Przejdźmy teraz do czasu 0,4 godziny po wstrzyknięciu, sygnał z moczu zniknął i widzimy fluorescencję w kręgosłupie i kolanach przez następne punkty czasowe sześć godzin i 24 godziny po wstrzyknięciu. Widzimy to samo.

Przejdźmy teraz do następnego nosa. Skanowanie wstępne nie pokazuje niczego przy użyciu tych ustawień okien. Skan 15 minut po wstrzyknięciu pokazuje silny sygnał pęcherza i tak dalej.

W tym badaniu stwierdziliśmy wysokie stężenia w pęcherzu moczowym wkrótce po wstrzyknięciu, w wyniku szybkiego wydalania tej sondy przez nerki. Co więcej, sygnał w kręgosłupie szybko rośnie i pozostaje względnie stabilny w późniejszych punktach czasowych obrazowania. Rozdział piąty, zakończenie.

Podsumowując, przedstawiamy protokół obrazowania multimodalnego, który łączy mocne strony fluorescencji, tomografii molekularnej i tomografii mikrokomputerowej. Dane anatomiczne z mikrotomografii komputerowej umożliwiają lepszą rekonstrukcję fluorescencyjną dzięki wykorzystaniu kształtu myszy. Ponadto przydatne jest generowanie segmentacji narządów, które są potrzebne do wyodrębnienia pomiarów ilościowych z danych obrazowych.