$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Все эксперименты на животных были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию Гуанчжоуского медицинского университета. Эксперименты проводились на мышах C57BL/6 в возрасте 6-8 недель весом 25-30 г. Мыши содержались в 12-часовом цикле свет/темнота (свет: 25 люкс) с ограниченным доступом к пище и воде и были случайным образом распределены в контрольные группы и группы BLM.
1. Одностороннее легочное интратрахеальное закапывание
- Обезболивайте мышей-самцов C57BL/6 (в возрасте 6-8 недель, 25-30 г) с помощью внутрибрюшинной инъекции 1% пентобарбитала натрия (50 мг/кг).
- Контролируйте уровень анестезии, наблюдая за частотой дыхания и рефлексом отведения конечностей.
- Закрепите мышь в лежачем положении на пластиковой доске под углом 70°-90°, удерживая за резцы и конечности.
- Используйте стерильные щипцы с тупым концом, чтобы аккуратно втянуть язык.
- Введите специальную тупую иглу 22 G в трахею с помощью ларингоскопа маленького животного для визуализации надгортанника и структуры ротоглотки. Поверните доску против часовой стрелки на -70°, чтобы выровнять левый основной бронх параллельно основному бронху. Продвигайте иглу до тех пор, пока не почувствуете сопротивление.
ПРИМЕЧАНИЕ: Предварительно измерьте длину катетера с помощью тренировочной мыши аналогичного размера, чтобы обеспечить оптимальную длину введения.
- Быстро поверните на угол 30° и влейте 40 μл раствора блеомицина (0,02 мг). Извлеките иглу.
- Удерживайте мышь в неподвижном положении не менее 30 секунд, чтобы обеспечить правильное распределение лекарства.
- Дайте мышке восстановиться лежа на утепляющем одеяле.
2. Микрокомпьютерная томография (микрокомпьютерная томография)
ПРИМЕЧАНИЕ: Мыши были отсканированы с помощью системы микро-КТ в соответствии с инструкциями производителя.
- Проводите микрокомпьютерную томографию на мышах в течение 3 недель после закапывания блеомицина.
- Добавьте соответствующее количество изофлурана в испаритель аппарата для газовой анестезии мелких животных, включите испаритель, отрегулируйте индукционную концентрацию до 3% и поместите мышей в индукционную коробку до тех пор, пока они не потеряют рефлекс шлепка и не начнут медленно дышать.
- Извлеките мышей из индукционной коробки и положите их лежа на стол для сканирования так, чтобы конечности мышей были вытянуты, а их тела выровнены по средней линии.
- Установите поддерживающую концентрацию изофлурана в таблице сканирования на 1%.
- Установите режим сканирования Micro-CT: поперечное поле зрения 43 мм, разрешение 2K x 2K, размер пикселя 0,042 мм, толщина среза 0,042 мм.
- После сканирования поместите мышей на теплое одеяло, пока они не проснутся.
3. Постобработка микро-КТ: односторонняя селективная сегментация легких и объемный анализ
ПРИМЕЧАНИЕ: Обработка изображений и количественный анализ выполнялись с использованием бесплатного программного обеспечения с открытым исходным кодом 3D Slicer (http://www.slicer.org) в соответствии с инструкциями производителя. Для нормализации изображений HU были применены диапазоны Clinical Hounsfield Unit (HU) для окна легких, сегментируя паренхиму легких на нормо-аэрированные области ([-1000, -350] HU), как сообщалось ранее 8,9,11. Процедура обработки изображений описана следующим образом:
- Откройте 3D Срез. Рабочий интерфейс показан на рисунке 1.
- Нажмите кнопку Загрузить, чтобы импортировать данные изображения в формате DICOM. Аксиальные, корональные и сагиттальные изображения будут отображаться в главном интерфейсе (рис. 2).
- Настройте параметры, относящиеся к сагиттальному виду, как показано на рисунке 3 (опционально). (1: показать скрытые параметры; 2: выбрать Переименовать текущий объем; 3: ввести новое имя).
- В модуле «Редактор сегментов » нажмите « Добавить », чтобы создать сегментацию для селективного анализа легких (правое легкое) (Рисунок 4) (1: Объемы; 2: Редактор сегментов; 3: Добавить сегмент; 4: Установить порог; 5: Настроить пороговый диапазон; 6: Использовать для маскирования; 7: Установить сферическую кисть).
- Установите пороговый диапазон на [-1000, -350] HU и включите параметр Использовать для маскировки .
- Используйте инструмент «Рисование » со сферической кистью, чтобы сегментировать нужные области легких.
- Выберите инструмент «Остров» и выберите «Сохранить выбранный остров». Выделите правое легкое, затем нажмите «Показать 3D», чтобы отобразить 3D-модель на панели визуализации (Рисунок 5) (1: Редактировать острова (соединенные компоненты); 2: Выберите «Сохранить выбранный остров»; 3: Показать 3D-модель).
- На панели Терминология измените цвет 3D-модели на синий (необязательно).
- Повторите шаги 3.4-3.6 для левого легкого. Обрабатывайте снимки осевой компьютерной томографии грудной клетки слой за слоем, чтобы рассчитать объем вентилируемого левого легкого и создать 3D-модель (Рисунок 6).
- Измените цвет 3D-модели левого легкого на желтый (опционально).
- Установите непрозрачность сегментации правого легкого на 0,2.
- Экспортируйте 3D-модель по мере необходимости (рис. 7).
- Сделайте скриншоты 3D-вида или нарежьте изображения и сохраните их (Рисунок 8) (1: Скриншот аннотации; 2: Выберите формат изображения; 3: Измените путь сохранения).
- Используйте модуль «Статистика сегментов » для расчета объема легких (мм3) для каждого сегмента и выполнения количественного анализа нормо-аэрированных областей (рис. 9).

Рисунок 1: Интерфейс программного обеспечения 3D Slicer. На рисунке показан основной рабочий интерфейс программного обеспечения 3D Slicer. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: КТ-изображения легочного фиброза, вызванного односторонней интратрахеальной инстилляцией у мышей. Аксиальная, корональная и сагиттальная проекции, а также 3D-реконструкция легких после инстилляции блеомицина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Настройка параметров сагиттального обзора. На рисунке показана регулировка параметров, обеспечивающая точную визуализацию и анализ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Сегментация, редактирование и корректировка параметров. На рисунке показан процесс редактирования сегментации и соответствующей корректировки параметров. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5: 3D-сегментация правого легкого. Процесс включает в себя три последовательных шага: редактирование подключенных компонентов для сегментации легких (шаг 1), выбор параметра «Сохранить выбранный остров», чтобы изолировать нужное легкое (шаг 2), и нажатие кнопки «Показать 3D » для рендеринга модели на панели визуализации (шаг 3). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6: 3D-реконструкция левого легкого на основе микрокомпьютерной томографии. Аксиальные КТ-изображения грудной клетки обрабатывались слой за слоем для сегментации аэрируемых областей, количественной оценки объема вентиляции и реконструкции 3D-модели. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 7: 3D-реконструкция легких на основе микрокомпьютерной томографии объема легких, находящихся на искусственной вентиляции легких, в односторонней модели легочного фиброза. Восстановленные модели экспортировались в заданных форматах в предопределенные директории. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 8: Руководство по сохранению изображений. На рисунке показаны последовательные шаги для сохранения изображений, начиная с запуска функции сохранения через меню «Скриншот аннотации » и заканчивая выбором форматов и определением путей хранения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 9: Статистический анализ на основе микро-КТ в модели одностороннего легочного фиброза. Были проанализированы количественные данные, полученные из нормо-аэрированных областей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
4. Окрашивание трихомами Массона
- Зафиксируйте образец легких с помощью 4% параформальдегида при комнатной температуре (RT) на ночь, обезвожьте с помощью градуированного этанола и замесите в парафин. Приготовьте ломтики толщиной 5 мкм с помощью вращающегося микротома.
- Выполните трихромное окрашивание Массона на срезах следующим образом.
- Депарафинизированные и регидратированные участки промыть в дистиллированной воде с последующей обработкой протравливанием в предварительно подогретой жидкости Bouin при температуре 56-60 °C в течение 1 ч или в течение ночи при RT.
- После мытья срезы испачкать раствором гематоксилина железа Вейгерта в течение 10 мин, прополоскать под проточной теплой водой из-под крана в течение 10 мин и погрузить в раствор фуксина скарлатиновой кислоты Бибриха на 10-15 мин.
- Добейтесь дифференцировки с помощью раствора фосфомолибдо-фосфовольфрамовой кислоты в течение 10-15 минут и контролируйте, пока богатые коллагеном участки не превратятся из красного в прозрачный.
- Затем непосредственно переложите предметные стекла в раствор анилинового синего на 5-10 минут, промойте в дистиллированной воде и дифференцируйте в 1% растворе уксусной кислоты в течение 2-5 минут.
- После обезвоживания с помощью сортированного этанола (95% до абсолютного спирта) и очистки от ксилола смонтируйте секции со смолистой средой.
5. Анализ трихромного окрашивания Массона на машинном обучении
- Гистопатологическая оценка анализа состава коллагена в легких контрольной группы и легких, обработанных блеомицином, с использованием трихромного окрашивания Массона.
- Чтобы уменьшить погрешности, зависящие от наблюдателя, получите цифровые изображения окрашенных участков легких с высоким разрешением с помощью сканера изображений цельного стекла.
- Затем количественно проанализируйте коллагеновые участки с помощью автоматизированного программного анализа орбитального изображения 8,9,12. Процесс обучения кратко описан ниже.
- Вручную выделите несколько репрезентативных аннотаций для каждой категории тканей (например, коллаген, нормальная ткань и фиброзная ткань). Используйте извлеченные попиксельные функции из аннотированных областей обучения для создания обучающей выборки для метода опорных векторов (SVM).
- Для участков, окрашенных Массоном, определите классификацию тканей на три категории: коллаген, нормальная ткань и фон.
ПРИМЕЧАНИЕ: Модель машинного обучения подвергается итеративному обучению на целых слайдовых изображениях (WSI) путем повторного аннотирования и уточнения до тех пор, пока проверенные патологоанатомами оценки не подтвердят точную категоризацию тканей. Как только достигается удовлетворительная точность классификации, процесс становится полностью автоматизированным: из каждого пикселя извлекаются особенности в пределах допустимых областей интереса (ROI), и SVM впоследствии с высокой точностью прогнозирует соответствующую категорию ткани.