Quantificação não invasiva do músculo esquelético em pequenos animais por meio de microtomografia computadorizada

A microCT é uma técnica econômica e não invasiva para análise da composição corporal. É vantajoso em estudos de fisiologia muscular, permitindo durante as intervenções. O microCT fornece dados do mesmo animal várias vezes, melhorando a qualidade da análise e reduzindo o uso de animais.

Os detectores de raios-x de contagem de fótons são uma inovação em microCT que permitirá a diferenciação quantitativa de tecidos usando diferentes agentes de contraste associados a plataformas de nanopartículas. Isso pode melhorar a identificação de diferentes áreas anatômicas com uma solução de bário. O treinamento representa um desafio significativo na análise de dados de microCT, e também a falta de protocolos consistentes para TC pré-clínica pode complicar a aquisição de imagens, especialmente quando se trata de biomateriais ou imagens de tumores, pois as regiões anatômicas podem exibir valores variados de Hounsfield.

Nosso protocolo fornece um caminho passo a passo, permite que usuários treinados e não treinados realizem a aquisição e análise de dados microCT com resultados semelhantes. Agora estamos focando nossa atenção em analisar o compartimento espontâneo do camundongo associado à função do músculo esquelético e à interação social. Também estamos interessados em estudar a diferenciação de células esqueléticas in vitro usando modelos 2D e 3D.

Para começar, posicione o camundongo anestesiado em decúbito dorsal no scanner de microCT usando uma cama de mouse especializada. Prenda o mouse com um cone de nariz e fita adesiva para minimizar o movimento durante a verificação. Em seguida, insira o mouse no pórtico do scanner microCT.

Adquira microtomografias computadorizadas corporais usando um sistema de imagem pré-clínica de alta resolução. Capture um total de 1.024 projeções com um tempo de exposição de 470 milissegundos cada usando rotação em modo de voo a uma tensão de 60 quilovolts e uma corrente de 480 microamperes. Defina o sistema para ampliação de 1,25, resultando em um campo de visão de 94,72 milímetros para um tempo total de aquisição de 8,02 minutos.

Capture imagens com um binning de um por um, produzindo uma resolução de 2.368 por 2.240 pixels. Execute uma varredura com os mesmos parâmetros em um simulador cilíndrico de acrílico e extraia os valores da unidade Hounsfield ou HU para ar e água usando o software referenciado. Converta as imagens em arquivos DICOM e corrija os valores de HU.

Depois de adquirir imagens microCT do mouse, abra o software de análise de imagem e localize o menu do fatiador 3D na área superior esquerda da interface, destacado em uma cor azul-acinzentada. Clique em Adicionar dados. Quando a janela com duas opções aparecer, selecione a primeira opção e escolha o diretório a ser adicionado.

Em seguida, navegue até a pasta que contém as imagens DICOM de destino e clique nela. Observe as imagens exibidas em três telas, representando diferentes planos anatômicos, coronal em verde, sagital em amarelo e transversal em vermelho. Na guia superior, em Módulos, selecione o editor de segmentos para abrir as opções de segmentação.

Em seguida, clique no botão verde mais Adicionar para criar novos segmentos, definindo a faixa de HU para cada tipo de tecido. Agora clique duas vezes em cada segmento para nomeá-lo e colori-lo de acordo com as configurações desejadas. Defina o intervalo de HU para cada segmento usando a função de limite.

Para cada tipo de tecido, insira os valores de HU, tecido magro menos 29 a 225, tecido adiposo menos 190 a menos 30 e osso 500 a 5.000. Clique no botão Aplicar. Depois de definir os intervalos de UC, clique em Mostrar 3D para gerar uma renderização 3D dos tecidos segmentados.

No menu Segmentação, selecione a ferramenta tesoura para remover objetos indesejados. Para planos anatômicos, clique no botão maximizar visualização na barra colorida do plano desejado e use a rolagem do mouse para navegar pela tomografia computadorizada. Para renderização 3D, use o botão esquerdo do mouse para girar e o botão direito do mouse para aplicar zoom.

Em seguida, use a ferramenta tesoura para destacar o objeto indesejado e circundá-lo para removê-lo da imagem. Clique no ícone restaurar layout de exibição para retornar ao layout de quatro janelas. Após a segmentação, navegue até Quantificação e Estatísticas de Segmento para calcular os volumes de cada segmento.

Clique em Aplicar e aguarde o software gerar uma tabela com valores para cada segmentação, mostrando o mapa de rótulos e os volumes de superfície fechada. Use as medidas de volume fornecidas pelo software em centímetros cúbicos para converter esses volumes em massa de tecido. Aplique a densidade apropriada para cada tipo de tecido, 0,95 gramas por centímetro cúbico para tecido adiposo, 1,05 gramas por centímetro cúbico para tecido magro e 1,92 gramas por centímetro cúbico para tecido esquelético.

Para medições de comprimento ósseo, retorne ao menu do editor de segmentos e oculte os segmentos de tecido adiposo e magro clicando no ícone de olho ao lado de cada segmento. Em seguida, selecione a opção da barra de ferramentas no canto superior do menu principal. Clique no botão Criar nova linha para medir o comprimento do osso na renderização 3D.

Identifique o osso na reconstrução 3D. Clique em uma extremidade do osso e, em seguida, clique na outra extremidade para permitir que o software meça seu comprimento. A segmentação dos tecidos esquelético, adiposo e magro foi apresentada através dos planos coronal, sagital e transversal sequenciais, demonstrando efetivamente uma clara distinção tecidual.

As renderizações 3D revelaram estruturas anatômicas detalhadas, com o azul representando o osso, o amarelo representando o tecido adiposo e o vermelho representando o tecido magro. Os idosos apresentaram maior percentual de gordura corporal e massa magra reduzida em comparação com os adultos, ilustrando as mudanças na composição corporal relacionadas à idade.