Неинвазивная количественная оценка скелетных мышц у мелких животных с помощью микрокомпьютерной томографии

Микрокомпьютерная томография является экономически эффективным, неинвазивным методом анализа состава тела. Это выгодно в исследованиях физиологии мышц, позволяет проводить интервенции. microCT предоставляет данные от одного и того же животного несколько раз, улучшая качество анализа и сокращая использование животных.

Рентгеновские детекторы с подсчетом фотонов — это инновация в микрокомпьютерной томографии, которая позволит количественно дифференцировать ткани с использованием различных контрастных веществ, связанных с платформами наночастиц. Это может улучшить идентификацию различных анатомических областей с помощью раствора бария. Обучение представляет собой значительную проблему при анализе данных микрокомпьютерной томографии, а также отсутствие согласованных протоколов для доклинической компьютерной томографии может усложнить получение изображений, особенно при работе с биоматериалами или изображениями опухолей, поскольку анатомические области могут демонстрировать различные значения Хаунсфилда.

Наш протокол обеспечивает пошаговую схему, позволяет обученным и необученным пользователям выполнять сбор и анализ данных микрокомпьютерной томографии с аналогичными результатами. В настоящее время мы сосредоточиваем наше внимание на анализе спонтанного компартмента мыши, связанного с функцией скелетных мышц и социальным взаимодействием. Мы также заинтересованы в изучении дифференцировки скелетных клеток in vitro с использованием 2D и 3D моделей.

Для начала расположите мышь под наркозом на спине на микрокомпьютерном томографе с помощью специальной подставки для мыши. Закрепите мышь с помощью носового конуса и скотча, чтобы свести к минимуму движение во время сканирования. Затем вставьте мышь в портал микрокомпьютерного томографа.

Получите микрокомпьютерную томографию тела с помощью системы доклинической визуализации с высоким разрешением. Захватите в общей сложности 1 024 проекции с временем экспозиции 470 миллисекунд каждая, используя вращение в режиме полета при напряжении 60 киловольт и токе 480 микроампер. Установите систему на увеличение 1,25, в результате чего поле зрения составит 94,72 мм, а общее время сбора данных составит 8,02 минуты.

Захватывайте изображения с группированием по одному, получая разрешение 2 368 x 2 240 пикселей. Выполните сканирование с теми же параметрами на акриловом цилиндрическом фантоме и извлеките значения единиц измерения Хаунсфилда или HU для воздуха и воды с помощью указанного программного обеспечения. Преобразуйте изображения в файлы DICOM и скорректируйте значения HU.

После получения изображений микрокомпьютерной томографии мыши откройте программное обеспечение для анализа изображений и найдите меню 3D-среза в верхней левой части интерфейса, выделенное серовато-голубым цветом. Нажмите «Добавить данные». Когда появится окно с двумя вариантами, выберите первый вариант и выберите каталог для добавления.

Затем перейдите в папку, содержащую целевые изображения DICOM, и нажмите на нее. Наблюдайте за изображениями, отображаемыми на трех экранах, представляющих различные анатомические плоскости: корональную — зеленой, сагиттальную — желтой, а поперечную — красной. В верхней вкладке в разделе Модули выберите редактор сегментов, чтобы открыть параметры сегментации.

Затем нажмите на зеленую кнопку с плюсом «Добавить», чтобы создать новые сегменты, определяющие диапазон HU для каждого типа тканей. Теперь дважды кликните по каждому сегменту, чтобы назвать и раскрасить его в соответствии с желаемыми настройками. Задайте диапазон HU для каждого сегмента с помощью функции threshold.

Для каждого типа тканей введите значения HU: мышечная ткань от минус 29 до 225, жировая ткань от минус 190 до минус 30 и костная ткань от 500 до 5 000. Нажмите кнопку «Применить». После установки диапазонов HU нажмите кнопку Показать 3D, чтобы создать 3D-визуализацию сегментированных тканей.

В меню «Сегментация» выберите инструмент «Ножницы», чтобы удалить ненужные объекты. Для анатомических плоскостей нажмите кнопку «Развернуть изображение» на цветной полосе нужной плоскости и используйте прокрутку мыши для навигации по компьютерной томографии. Для 3D-рендеринга используйте левую кнопку мыши для поворота и правую кнопку мыши для масштабирования.

Затем с помощью инструмента «Ножницы» выделите нежелательный объект и обведите его, чтобы удалить с изображения. Щелкните значок восстановления макета вида, чтобы вернуться к макету с четырьмя окнами. После сегментации перейдите в раздел Количественная оценка и статистика сегментов, чтобы рассчитать объемы для каждого сегмента.

Нажмите кнопку Применить и подождите, пока программное обеспечение сгенерирует таблицу со значениями для каждой сегментации, показывающую как карту надписей, так и объемы замкнутых поверхностей. Используйте измерения объема, предоставляемые программным обеспечением, в кубических сантиметрах, чтобы преобразовать эти объемы в тканевую массу. Применяйте соответствующую плотность для каждого типа ткани: 0,95 грамма на кубический сантиметр для жировой ткани, 1,05 грамма на кубический сантиметр для мышечной ткани и 1,92 грамма на кубический сантиметр для скелетной ткани.

Чтобы измерить длину костей, вернитесь в меню редактора сегментов и скройте сегменты жировой и сухой ткани, нажав на значок глаза рядом с каждым сегментом. Далее выберите опцию панели инструментов в верхнем углу главного меню. Нажмите кнопку Создать новую линию, чтобы измерить длину кости в 3D-рендеринге.

Определите кость на 3D-реконструкции. Нажмите на один конец кости, а затем щелкните на другом конце, чтобы программное обеспечение измерило ее длину. Сегментация скелетных, жировых и мышечных тканей была представлена через последовательную корональную, сагиттальную и поперечную плоскости, эффективно демонстрируя четкую дифференциацию тканей.

3D-рендеринг показал детализированные анатомические структуры, где синий цвет представляет кость, желтый — жировую ткань, а красный — мышечную ткань. Пожилые субъекты демонстрировали более высокий процент жира в организме и уменьшенную мышечную массу по сравнению со взрослыми субъектами, что иллюстрирует возрастные изменения в составе тела.