Hibrid uCT-FMT görüntüleme ve görüntü analizi

Floresans destekli tomografi, floresans dağılımını nicel olarak değerlendirmek için kullanılan oldukça hassas bir görüntüleme tekniğidir. Anestezi altındaki farelerde, anjiyogenez, apoptoz, inflamasyon ve diğer süreçlerin görüntülenmesine olanak tanıyan birçok hedefli floresan prob mevcuttur. Bu videoda, kurumumuzda FMT ve Micro CT ile hibrit görüntülemenin nasıl gerçekleştirildiğini göstereceğiz.

Birinci bölümde cihazlar yer almaktadır; burada kullandığımız F-M-T kısaltması, floresan moleküler tomografi anlamına gelir. Tomografi, 3D görüntülerin oluşturulduğu anlamına gelir. FMT, farelerdeki yakın kızılötesi floresanın görüntülenmesinde yüksek hassasiyete sahiptir.

Şimdi, FMT'nin içini göstermek için ön panel açılmıştır. Alt kısımda, 2D bir server üzerine monte edilmiş bir lazer bulunmaktadır. Lazer, kısmen şeffaf bir fare yatağında tutulan fareye ışık yaymaktadır.

Fare yatağının üzerinde, FMT'nin standart bir reflektans görüntüleme cihazı olarak çalışmasını sağlayan alternatif bir ışık kaynağı olan LED dizisi bulunmaktadır. Filtre tekerleği, cihazın üst kısmındaki detektör için ışığı yakalayan lensin altına monte edilmiştir. Bu, mikro CT cihazımızdır.

Mikro CT, çift enerjili taramaların alınmasını sağlayan iki röntgen tüpü ve iki düz panel dedektör ile donatılmıştır. İkinci bölüm, mikro CT FMT tarama protokolüdür. Hem FMT hem de mikro CT, fareleri görüntülemek için tasarlanmıştır; görüntüleme öncesinde fareler izoflorin ile anestezi altına alınır.

FMT taraması için farenin tüylerinin temizlenmesi gerekir; bu işlem için herring krem oldukça etkili sonuçlar vermektedir. Bazı fare soyları deha krem kullanımı sonrası döküntüler geliştirebilir. Bu nedenle, farelerin cilt değişiklikleri açısından izlenmesi ve ihtiyaç duyulması halinde bakım için veteriner personelle iletişime geçilmesi önerilir.

Ayrıca, başlangıçta yeni fare suşlarının küçük bir grubunda toleransı test edin. Hipotermiyi önlemek için fare bir ısıtma pedine yerleştirilir. Kontrast maddeyi enjekte etmek için, küçük boyut nedeniyle kuyruk venine bir kateter yerleştirilir.

Bu işlem oldukça zordur ve belli bir deneyim gerektirir. Eğer kan kateterin içine geri akıyorsa, kateter uygun şekilde yerleştirilmiş demektir. Volüm aşırı yüklenmesini önlemek için floresan kontrast maddeler ve BT kontrast maddeleri enjekte edilebilir.

Vücut ağırlığının kilogramı başına en fazla 5 mL enjekte edilmelidir; bu, 30 g ağırlığındaki bir fare için 150 µL anlamına gelir. Tarama için fare, multimodal bir fare yatağına yerleştirilir.

Farelerin tanımlanması için kuyruklarına bazı semboller çizilmiş olabilir. Optik taramayı etkileyebileceği için gövde üzerinde bu tür işaretlemelerden kaçınmak önemlidir. Fare yatağı kapatılır ve fareyi sabit bir konumda sıkıca tutacak şekilde derinliği ayarlanır.

Dikkatli olun ve solunumu takip edin çünkü yatağı çok fazla sıkmak farenin boğulmasına neden olabilir. Nüd fareler, immün supresyonları nedeniyle onkolojik araştırmalarda yaygın olarak kullanılır. Nüd olmaları, genetik mutasyonun şanslı bir yan etkisidir.

Bu nedenle, zahmetli tüy temizleme işleminden vazgeçilebilir. Fareyle ilgili olarak solunumun düzgün olduğu kontrol edilmeli ve gerekirse fare yatağı buna göre ayarlanmalıdır. Ardından fare yatağı mikro CT içine yerleştirilir.

Cihaz içindeki gaz akışını sürdürmek için ISO flor gazını taşıyan tüpler değiştirilir. Ardından, X-ışını zırhlamasını etkinleştirmek için micro C kapatılır. Micro C, yalnızca kapak kapalıyken taramaya başlayacaktır.

Mikro CT üzerindeki düğmeler kullanılarak fare, mikro CT'nin içine sürülebilir. Mikro CT kontrol bilgisayarında bir topogram elde edilir ve görüntülenir; fareyi daha iyi görebilmek için pencereleme ayarları düzenlenir. Bir veya daha fazla ZUP taraması yerleştirilebilir. Bunların konumları açık mavi bölgelerle belirtilir.

Genellikle bir ila üç ZUP taraması yeterlidir. Tarama başladıktan sonra ilerleme, koyu mavi ilerleme çubuklarıyla gösterilir. Düz panel mikro BT cihazımız ZUP taramalarını ardışık olarak gerçekleştirir, bu durum klinik spiral BT'den farklıdır.

Düğmeler kullanılarak fare yatağı öne doğru hareket ettirilir. Tekrar olarak koruma kapağı açılır ve anestezi tüpleri değiştirilir. Tutucu, fare yatağından dikkatlice çıkarılır ve anestezi tüpü çekilerek alınır.

Bu gereklidir çünkü AN ve FMT, bu küçük tüpe bağlı değildir. Bunun yerine, FMT'nin içindeki küçük hazne anestezik gazla doldurulur. Şimdi, fare ile birlikte fare yatağı FMT'ye getirilir ve FMT kontrol bilgisayarına yerleştirilir.

Tarama görüş alanı ile örnekleme yoğunluğu ayarlanır. Genellikle yaklaşık 120 nokta kullanılır. Tarama, bir düğmeye basıldıktan sonra başlar.

FMT'nin ilk geçişinde, her bir lazer kaynağı noktası için bir trans-ilüminasyon veya eksitasyon görüntüsü elde edilir. Bu filmde, işlem ileri sarma modunda gösterilmiştir. Normalde bu işlem yaklaşık beş dakika sürer.

Üst gövdeden, alt gövdeye kıyasla çok daha az ışığın geçtiği görülmektedir. Bunun nedeni, kalp, karaciğer ve böbrekler gibi göreceli kan hacmi daha yüksek olan organların daha çok üst gövdede yer almasıdır. Yakın kızılötesi ışık için temel soğurucu kandır.

Sadece floresan ışığın geçmesine izin veren farklı bir filtre ile aynı kaynak noktalarının ikinci geçiş çalışmaları, Bölüm üç, interaktif yağ ve segmentasyon başlığı altında yer almaktadır. Her iki cihazdan gelen verileri birleştirmek için fare yatağına entegre edilmiş markerlar kullanılır.

Markerlar aynı zamanda FMT ile elde edilen bir yansıma görüntüsünde de görülmektedir. Markerlar aslında basit deliklerdir ve herhangi bir floresan veya BT kontrast maddesi ile doldurulmalarına gerek yoktur. Enstitümüzde, marker tespitini ve füzyonunu otomatik olarak gerçekleştiren bir yazılım programı geliştirdik.

Farenin şeklinin yanı sıra heterojen absorbsiyon ve saçılma haritaları, yakın tarihli Theranostics yayınımızda açıklandığı üzere mikro CT verileri kullanılarak otomatik olarak tahmin edilir. Bu parametreler, kantitatif floresans rekonstrüksiyonu için önemlidir. Floresansın biyodağılımını ölçmek için organ segmentasyonu gereklidir.

Aşağıda, enstitümüzde geliştirilen imulitic preclinical adlı bir yazılımı kullanarak böyle bir segmentasyonu etkileşimli olarak gerçekleştiriyoruz. Bu segmentasyon işlemi hızlandırılmış olarak gösterilmektedir ve deneyimli bir kişi tarafından yaklaşık 10 ila 20 dakika içinde tamamlanabilir. İlk olarak, CT veri seti yüklenir.

ISO yüzey oluşturma kullanılarak 3 boyutlu olarak incelenebilir. Pencereleme ayarları değiştirilerek ISO değeri değiştirilebilir. Örneğin, tüm fare vücudunun kemiklerini fare yatağıyla birlikte görselleştirmek için bindirme (overlay) yüklenir.

Bu örneğe ait sinyal mesanede görülmektedir. Anatomik segmentasyona odaklanmak için şimdi üst üste bindirme görselleştirmesi kapatılmıştır.

Yerel mikro-BT taramalarında, diğer yumuşak dokulara göre sergilediği güçlü negatif kontrast nedeniyle akciğer kolayca bulunur. Akciğer içindeki büyük yapı kalptir. Önce akciğeri segmente edelim.

Belirli bir değerin altındaki tüm vokseller, eşikleme kullanılarak segmente edilir. Bu, yeşil renkte görünür. Akciğer, bir doldurma işlemi kullanılarak ayrılabilen bağlantılı bir bölgedir.

Boya kovası aracına benzer şekilde, bir boyama programında, kesme ve doldurma işlemleriyle can (kalp/damar yapısı) akciğerden ayrılabilir. Mesane gibi konveks organlar, organın sınırlarını belirlemek için karalamalar çizilerek segmente edilebilir.

Yeterli bir doğruluk seviyesine ulaşana kadar daha fazla karalama eklenebilir. Bağırsak gibi konveks olmayan organlar parça parça segmente edilebilir. Karaciğer homojen bir bölge olarak görünür ve daha karmaşık bir yapıya sahiptir.

Birden fazla lobdan oluştuğu için segmentasyon diske kaydedilebilir ve programa yüklenebilir. Böyle bir segmentasyon kullanılarak, floresan sinyali organlara atanabilir. Program bu miktarları hesaplar ve bunları ek bir sayfa olarak kaydeder; boylamsal taramalar için segmentasyonun her zaman noktası için tekrar yapılması gerekir, çünkü aralıklar genellikle fareyi sabit bir pozisyonda anestezi altında tutmak için çok uzundur.

Bu nedenle, çok sayıda fare ve çok sayıda zaman noktası söz konusu olduğunda segmentasyon zahmetli bir işlemdir. Sonuçları nicelleştirmek için bir overlay ve bir segmentasyon yükleyin. Programın mevcut ayarları hatırlamasını sağlamak için Batch settings (Toplu ayarlar) seçeneğine tıklayın.

Şimdi, programın tüm mikro CT FMT taramalarındaki tüm bölgeler için değerleri hesaplamasını sağlamak üzere toplu istatistiklere (batch statistics) tıklayın. Bu işlem birkaç saniye sürecektir. Ardından istatistikler tek bir hesap tablosu dosyasına kaydedilir.

Kullanıcının onlarca dosyayı kendisinin birleştirmesine gerek kalmadığı için bu yöntem oldukça uygundur. Bu dosyaya dayanarak organ eğrileri hesaplanabilir. Dördüncü bölüm, temsili sonuçlar.

Füzyonun düzgün çalışıp çalışmadığını test etmek için bir aros fantomu kullandık. Saçılma sağlamak amacıyla bir miktar titanyum oksit tozu eklendi. Düzensiz bir şekil elde etmek için bazı kısımlar kesilerek çıkarıldı.

Phantomun içine floresan ve BT kontrast maddesiyle doldurulmuş birkaç küçük inklüzyon yerleştirilmiştir. FMT, nesnenin gerçek şeklini bilmediği ve basitleştirilmiş bir şekil varsaydığı için, düzensiz şekillere sahip nesnelerde rekonstrüksiyon doğru sonuç vermemektedir. Bu nedenle, mikro şehir verilerinden türetilen şekli kullanan başka bir rekonstrüksiyon yöntemi uyguladık.

Gördüğünüz gibi, fantomdaki sinyal lokalizasyonu çok daha iyi. In vivo verileri incelemek için görüntüleme zaman noktalarını gözden geçirelim. Bu, tarama öncesi görüntüdür.

Gördüğümüz şey temel olarak sadece gürültü ve artefaktlardır. Enjeksiyondan sonraki bir sonraki zaman noktasına geçtiğimizde çok daha fazla sinyal görüyoruz ancak pencereleme ayarları çok sert. Pencereleme iletişim kutusunu kullanarak pencereleme ayarlarını düzenleyebilirsiniz.

Sinyalin çoğunu mesanede görüyoruz. Enjeksiyondan 0,2 saat sonraki bir sonraki zaman dilimine baktığımızda, farenin dışında bazı sinyaller görüyoruz. Bunun nedeni, farenin floresan maddenin fare yatağına idrar yoluyla çıkış yapmasıdır.

Pencereleme ayarlarını daha fazla düzenleyerek, omurgada ve dizlerde bazı sinyaller görebiliriz. Şimdi enjeksiyondan 0,4 saat sonrasına gidelim; idrar kaynaklı sinyal artık kaybolmuştur ve enjeksiyondan sonraki altı saat ve 24 saatlik sonraki zaman noktaları için omurgada ve dizlerde floresans görüyoruz. Aynı durumu gözlemliyoruz.

Şimdi bir sonraki buruna geçelim. Ön tarama, bu pencereleme ayarlarıyla hiçbir şey göstermiyor. Enjeksiyondan 15 dakika sonra yapılan tarama, güçlü mesane sinyali ve benzerlerini göstermektedir.

Bu çalışmada, bu probun hızlı renal ekskresyonunun bir sonucu olarak, enjeksiyondan kısa bir süre sonra idrar torbasında yüksek konsantrasyonlar saptadık. Ayrıca, omurgadaki sinyal hızla yükselmekte ve sonraki görüntüleme zaman noktaları boyunca nispeten stabil kalmaktadır. Beşinci bölüm, sonuç.

Sonuç olarak, floresans, moleküler tomografi ve mikrobilgisayarlı tomografinin güçlü yönlerini birleştiren multimodal bir görüntüleme protokolü sunuyoruz. Anatomik mikro CT verileri, farenin şekli kullanılarak geliştirilmiş bir floresans rekonstrüksiyonuna olanak sağlar. Ayrıca, görüntü verilerinden kantitatif ölçümler elde etmek için gerekli olan organ segmentasyonlarının oluşturulmasında faydalıdır.