Гибридная μCT-FMT изображений и анализа изображений

Мы описываем протокол для гибридной визуализации, сочетающий флуоресцентно-опосредованную томографию (ТФМ) с микрокомпьютерной томографией (μКТ). После слияния и реконструкции мы выполняем интерактивную сегментацию органов для получения количественных измерений распределения флуоресценции.

Флуоресцентная томография является высокочувствительным методом визуализации для количественной оценки распределения флуоресценции. У мышей под наркозом доступно множество целевых флуоресцентных зондов, которые позволяют визуализировать ангиогенез, апоптоз, воспаление и другие. В этом фильме мы покажем, как в нашем институте проводится гибридная визуализация с помощью FMT и Micro City.

В главе первая, аппараты, это F-M-T-F-M-T расшифровывается как флуоресцентная молекулярная томография. Томография означает, что генерируются 3D-изображения. ТФМ обладает высокой чувствительностью для визуализации вблизи интегральной флуоресценции у мышей.

Теперь передняя панель открыта, чтобы показать внутреннюю часть FMT. Внизу находится лазер, установленный на 2D-сервере. Лазер излучает свет в мышь, которая находится в частично прозрачной подстилке для мыши.

Над ложем для мыши находится массив светодиодов в качестве альтернативного источника света, что позволяет FMT работать как обычное устройство визуализации отражательной способности. Колесо фильтров установлено под линзой, которая улавливает свет для детектора в верхней части устройства. Это наша микрокт.

Микрокомпьютерная томография оснащена двумя рентгеновскими трубками и двумя плоскопанельными детекторами, которые позволяют получать двойные энергетические сканирования. Глава вторая, протокол сканирования микрокомпьютерной томографии и ТФМ. Как ТФМ, так и микрокомпьютерная томография созданы для визуализации мышей перед тем, как их обезболят изофтором.

Для сканирования FMT необходимо удалить шерсть мыши, что хорошо сочетается с кремом из сельди. У некоторых линий мышей может развиться сыпь от крема деха. Поэтому рекомендуется следить за изменениями кожи мышей и при необходимости обращаться к ветеринарному персоналу за помощью.

Кроме того, для начала проверьте переносимость на небольшой партии любых новых штаммов мышей. Чтобы избежать переохлаждения, мышь кладут на грелку. Для введения контрастного вещества катетер помещается в хвостовую вену из-за небольшого размера.

Это достаточно сложно и требует определенного опыта. Если кровь течет обратно в катетер, она правильно вводится через катетер. Флуоресцентные контрастные вещества и контрастные вещества для КТ могут вводиться, чтобы избежать объемной перегрузки.

самое большее. Следует вводить пять миллилитров на килограмм массы тела, что означает 150 микролитров для 30-граммовой мыши. Для сканирования мышь помещается внутрь мультимодальной мышиной лежанки.

Мышь может иметь некоторые символы, нарисованные на хвосте для идентификации. Важно избегать попадания таких предметов на туловище, так как это может повлиять на оптическое сканирование. Ложе для мыши закрыто, а глубина отрегулирована для плотного удержания мыши в фиксированном положении.

Будьте внимательны и следите за дыханием, потому что слишком сильное затягивание кровати может привести к удушью мыши. Голые мыши обычно используются для онкологических исследований из-за их иммуносупрессии. Тот факт, что они обнажены, является удачным побочным эффектом генетической мутации.

Поэтому трудоемкую процедуру эпиляции можно не проводить. Следует проверить, правильно ли дышит мышь, и при необходимости соответствующим образом отрегулировать мышиную подушку. Затем мышиное ложе помещается внутрь микрокомпьютерной томографии.

Трубки, по которым транспортируется газообразный фтор ISO, переключаются для поддержания потока газа внутри устройства. Затем микро С закрывается для обеспечения рентгеновского экранирования. micro C начнет сканирование только в том случае, если крышка закрыта.

С помощью кнопок на микрокомпьютерной томографии мышь может быть введена в микро CT.At компьютер управления микрогородом, получить топограмму и показать, как настройки окон отрегулированы, чтобы лучше видеть мышь. Можно установить один или несколько сканов ZUP. Их положение обозначено светло-голубыми областями.

Обычно достаточно от одного до трех сканирований ZUP. После начала сканирования прогресс отображается темно-синими индикаторами выполнения. Наша плоскопанельная микрокомпьютерная томография впоследствии сканирует ZUP, что отличается от клинической спиральной компьютерной томографии.

С помощью кнопок ложе для мыши перемещается вперед. Снова открывается защитная крышка и переключаются анестезирующие трубки. Держатель осторожно снимают с мышиной кровати и вытаскивают анестезиологическую трубку.

Это необходимо, потому что AN и FMT не зависят от этой маленькой трубки. Вместо этого маленькая камера внутри FMT заполняется анестезирующим газом. Теперь мышиная кровать с мышью подведена к FMT и вставлена в управляющий компьютер FMT.

Поле зрения сканирования регулируется, как и плотность отбора проб. Обычно используется около 120 точек. Сканирование начинается после нажатия кнопки.

При первом прохождении FMT получает изображение транссвечения или возбуждения для каждой точки источника лазера. В этом фильме он показан в режиме ускоренной перемотки. Обычно это занимает около пяти минут.

Вы можете видеть, что через верхнюю часть тела проходит гораздо меньше света, чем через нижнюю часть тела. Это связано с тем, что органы с более высоким относительным объемом крови, такие как сердце, печень и почки, находятся больше в верхней части тела. Кровь является основным поглотителем ближнего инфракрасного света.

Второй проход проходит по тем же источникам с другим фильтром, который пропускает флуоресцентный свет только через третью главу, интерактивное масло и сегментацию. Чтобы объединить данные с обоих устройств. Используются маркеры, которые встраиваются в мышиную лежанку.

Маркеры также видны на изображении отражения, полученном FMT. Маркеры на самом деле представляют собой простые отверстия и не нуждаются в заполнении каким-либо флуоресцентным или контрастным веществом для компьютерной томографии. В нашем институте мы разработали программное обеспечение, которое выполняет автоматическое обнаружение и слияние маркеров.

Форма мыши, а также гетерогенные карты поглощения и рассеяния автоматически оцениваются с использованием данных микрокомпьютерной томографии, как описано в нашей недавней публикации по тераностике. Эти параметры важны для количественной флуоресцентной реконструкции. Чтобы измерить биораспределение флуоресценции, необходима сегментация органа.

Мы генерируем такую сегментацию в интерактивном режиме с помощью программного обеспечения imulitic preclinical, разработанного в нашем институте в дальнейшем. Такая сегментация отображается в ускоренной перемотке, и опытный человек может выполнить ее примерно за 10-20 минут. Сначала загружается набор данных КТ.

Его можно проверить в 3D с помощью рендеринга поверхности ISO. Изменяя настройки окон, можно изменить значение ISO. Например, чтобы визуализировать кости всего тела мыши с помощью мышиной кровати, то оверлей загружается.

Сигнал для этого примера появляется в мочевом пузыре. Теперь визуализация наложения отключена. Сконцентрироваться на анатомической сегментации.

При нативном микротном сканировании легкое легко обнаружить благодаря сильному отрицательному контрасту с другими мягкими тканями. Большая структура внутри легкого – это сердце. Давайте сначала сегментируем легкое.

Все воксели ниже определенного значения сегментируются с помощью порогового значения. Он отображается зеленым цветом. Легкое представляет собой соединенную область, которая может быть отделена с помощью операции наполнения.

Аналогично ведру с краской. В программе рисования его можно отделить от легкого путем резки и наполнения. Выпуклые органы, такие как мочевой пузырь, могут быть сегментированы путем рисования каракулей, чтобы очертить границы органа.

Добавляйте больше каракули до тех пор, пока не будет достигнута достаточная точность. Невыпуклые органы, такие как кишечник, могут быть сегментированы по частям. Печень представляет собой однородную область и имеет более сложную структуру.

Поскольку он состоит из нескольких лепестков, сегментация может быть сохранена на диске и загружена в программу. С помощью такой сегментации флуоресцентный сигнал может быть отнесен к органам. Программа вычисляет эти суммы и сохраняет их в виде дополнительного листа для продольных сканирований, сегментацию необходимо выполнять для каждой временной точки снова, потому что интервалы обычно слишком велики, чтобы держать мышь под наркозом в фиксированном положении.

Поэтому сегментация является трудоемкой задачей, если задействовано много мышей и много временных точек. Чтобы количественно оценить результаты, загрузите наложение и сегментацию. Нажмите Задать параметры пакетной обработки, чтобы программа запомнила текущие настройки.

Теперь нажмите «Пакетная статистика», чтобы сообщить программе о вычислении значений для всех областей во всех сканированиях микрокомпьютерной томографии ТФМТ. На это уйдет несколько секунд. Затем статистика сохраняется в одном файле таблицы.

Это удобно, ведь пользователю не нужно самому объединять десятки файлов. На основе этого файла можно рассчитать кривые органов. Глава четвертая, репрезентативные результаты.

Чтобы проверить, что термоядерный синтез работает правильно, мы использовали фантом aros. Для рассеивания было добавлено некоторое количество порошка экзида титана. Чтобы реализовать неправильную форму, отрезаем некоторые детали.

В фантом было встроено несколько небольших включений, заполненных флуоресценцией и контрастным веществом для КТ. Поскольку FMT не знает истинной формы объекта и принимает упрощенную форму, реконструкция не является точной для объектов с неправильной формой. Поэтому мы реализовали еще одну реконструкцию, которая использует форму, полученную из данных микрогорода.

Как видите, локализация сигнала в фантоме намного лучше. Чтобы проверить данные in vivo, давайте пройдемся по временным точкам визуализации. Это предварительное сканирование.

То, что мы видим, в основном просто шум и артефакты. Если мы перейдем к следующей временной точке, той, которая будет после инъекции, мы увидим гораздо больше сигнала, но настройки окон слишком сложны. С помощью диалогового окна вы можете настроить параметры окна.

Большую часть сигнала мы видим в мочевом пузыре. Если мы перейдем к следующему времени, через 0,2 часа после инъекции, мы увидим какой-то сигнал снаружи мыши. Это происходит потому, что мышь мочилась флуоресценцией на мышиную кровать.

При дальнейшей регулировке окон мы можем увидеть некоторый сигнал на позвоночнике и коленях. Теперь давайте перейдем ко времени через 0,4 часа после инъекции, сигнал от мочи исчезает, и мы видим флуоресценцию в позвоночнике и коленях в следующие временные точки через шесть часов и 24 часа после инъекции. Мы видим то же самое.

Теперь перейдем к следующему носу. Предварительное сканирование ничего не показывает при использовании этих настроек окна. Сканирование через 15 минут после инъекции показывает сильный сигнал о мочевом пузыре и так далее.

В этом исследовании мы обнаружили высокие концентрации в мочевом пузыре вскоре после инъекции, как следствие быстрой почечной экскреции этого зонда. Кроме того, сигнал в позвоночнике быстро поднимается и остается относительно стабильным на протяжении более поздних временных точек визуализации. Глава пятая, заключение.

В заключение мы демонстрируем мультимодальный протокол визуализации, сочетающий в себе сильные стороны флуоресценции, молекулярной томографии и микрокомпьютерной томографии. Данные анатомической микрокомпьютерной томографии позволяют улучшить флуоресцентную реконструкцию с использованием формы мыши. Кроме того, полезно генерировать сегментацию органов, которая необходима для извлечения количественных измерений из данных изображения.