5分鐘了解\\Micro-CT在動物研究中的應(yīng)用

時間：2023-07-20 熱度：630

成像原理及介紹：

Micro-CT，也稱為顯微CT、微焦點CT或者微型CT。它是采用了與普通臨床CT不同的微焦點X線球管，對活體小動物或多種硬組織和相關(guān)軟組織進行掃描成像分析的技術(shù)，它的分辨率高達幾微米，僅次于同步加速X線成像設(shè)備水平，具有良好的“顯微”作用，掃描層厚可達10μm。

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圖： Micro-CT工作流程

CT成像的原理是當X-射線透過樣本時，樣本的各個部位對X-射線的吸收率不同。X-射線源發(fā)射X-射線，穿透樣本，最終在X-射線檢測器上成像。對樣本進行360°以上的不同角度成像。與臨床CT普遍采用的扇形X線束不同的是，Micro-CT通常采用錐形X線束。采用錐形束不僅能夠獲得真正各向同性的容積圖像，提高空間分辨率，提高射線利用率，而且在采集相同3D圖像時速度遠遠快于扇形束。通過計算機軟件，將每個角度的圖像進行重構(gòu)，還原成在電腦中可分析的3D圖像。通過軟件：觀察樣本內(nèi)部的各個截面的信息；對樣本感興趣部分進行2D和3D分析；還可以制作直觀的3D動畫等。

Micro-CT的應(yīng)用：

利用Micro-CT可以對樣品進行定量分析，所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域包括：心血管、肺部疾病、代謝、腫瘤檢測、骨疾病等研究領(lǐng)域。此外，Micro-CT還可以與三維光學成像結(jié)合成為多模態(tài)影像系統(tǒng)，便于用戶在單次實驗過程中獲取更多的成像信息。

1、骨相關(guān)研究成像，包括關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松、骨損傷修復(fù)、骨再生等領(lǐng)域，可進行骨密度、骨微結(jié)構(gòu)、骨小梁的定量分析；

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圖：骨骼質(zhì)量隨著時間的增加而波動。（A）顯示了微CT的代表性圖像。（B）脛骨小梁骨微結(jié)構(gòu)，顯示骨體積/總體積（BV/TV）、小梁數(shù)（Tb.N）、小梁分離（Tb.Sp）和小梁厚度（Tb.Th）

參考文獻：Du J, He Z, Xu M, et al. Brown Adipose Tissue Rescues Bone Loss Induced by Cold Exposure. Front Endocrinol (Lausanne). 2022;12:778019. Published 2022 Jan 20. doi:10.3389/fendo.2021.778019

2、脂肪研究成像，能夠分離出皮下脂肪、內(nèi)臟脂肪、棕色脂肪，并對脂肪體積含量進行定量測定；

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圖：肩胛骨間的棕色脂肪組織因寒冷暴露而增大。（A）顯示微CT的重建圖像，棕色脂肪重建為紅色，骨骼為白色。

3、呼吸道研究成像，獲取正?；蚣膊顟B(tài)時肺部及支氣管影像，并對體積等參數(shù)進行定量分析；

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圖：纖維化樣本中末端細支氣管數(shù)量的減少和平均線性截距（Lm）的增加——來自微CT分析的結(jié)果。平均線性截距（Lm）是肺泡表面破壞的形態(tài)學估計：Lm的增加表明肺表面積減少，肺表面積是纖維化的標志。（a）末端支氣管/毫升肺的數(shù)量在最小（p值<1.6e?8）和已建立的纖維化區(qū)域（p值<1.3e?7）中都減少。（b）顯示了對照樣本的微CT圖像。（c）和（d）分別顯示了兩個微纖維化和已建立纖維化的IPF肺樣本的微CT圖像。在最小和已建立的纖維化樣本中都可以觀察到空氣空間擴大和纖維積累。

參考文獻： doi:10.1016/j.ebiom.2021.103325

4、心臟研究成像，包括心梗、心肌肥大、動脈粥樣硬化、心臟血管病變等研究，可獲取舒張期及收縮期心臟體積參數(shù)及左心室射血分數(shù)等功能參數(shù)；
圖：通過雙能量microCT評估左心室的血管通透性（A）紅色用于勾勒LV的總體積，而同一動物的綠色用于量化增加AuNp積累的心肌體積（箭頭）。（B）在輻照后4周和8周的LV中，受損LV和平均Au質(zhì)量的（C）比例的定量。（D）比較Tie2Cre左室的平均Au質(zhì)量；p53FL/?小鼠輻照后4周和8周。

參考文獻：doi:10.1016/j.ijrobp.2013.11.238

5、全身血管成像研究，獲得高分辨率的血管造影影像；
圖：局部AL淀粉樣瘤的小鼠模型。A）人類AL淀粉樣瘤被引入Balb/c小鼠的肩胛骨之間，很容易觸及（小鼠被剃光以顯示淀粉樣瘤的位置）。B）淀粉樣瘤在注射后7天內(nèi)出現(xiàn)血管化（皮膚被移除，以顯示淀粉樣蛋白周圍的皮下血管化。淀粉樣瘤通過微細胞成像很容易看到。C）具有皮下淀粉樣瘤的小鼠的三維體積渲染。D）軸向CT切片通過小鼠，如B所示，位于上腹部和淀粉樣瘤的水平。在掃描之前，在C和D中成像的小鼠被注射了血池造影劑（Fenestra VC?，Alerion Biomedical，圣地亞哥，CA）。箭頭表示淀粉樣瘤。

6、肝、脾、腎等內(nèi)臟的成像研究，獲得體積、表面積等定量參數(shù)。

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圖：小鼠肺部的CT數(shù)據(jù)。前三個面板顯示健康肺組織的橫向、矢狀和冠狀切片。肺氣空間的體積較暗，因為相對于周圍組織的密度較低。第四個面板是相同數(shù)據(jù)的3D渲染，肺部假色青色，以幫助可視化。

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圖：小鼠脂肪組織的CT數(shù)據(jù)。在前三個面板中，由于其密度值較低，內(nèi)臟脂肪組織可以與腎臟和腸道的軟組織區(qū)分開來。在右側(cè)的3D渲染中，可以觀察到總脂肪含量的空間分布，其中大部分位于小鼠的腹部周圍。

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圖：小鼠大腦和頭骨的X射線CT數(shù)據(jù)。橫向、矢狀和冠狀切片分別顯示在前三個面板中。在第四面板中，是相同數(shù)據(jù)的3D渲染，腦組織以綠色顯示。

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圖：AuroVist?對比度增強的小鼠血管CT數(shù)據(jù)。在前三個面板中，由于血液中高濃度的金納米顆粒，血管看起來比周圍的組織明亮得多。除了大多數(shù)器官系統(tǒng)中非常精細的血管外，對比度增強可以可視化心臟、主動脈和頸動脈。右側(cè)面板顯示3D渲染，其中血管被賦予了彩虹強度尺度，以突出其在心臟、肝臟和腎臟中的廣度。

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圖：ExiTron?納米12000對比度增強的小鼠肝臟的CT數(shù)據(jù)。在前三個圖片中，由于Kupffer細胞在肝臟中吸收了造影劑，肝臟組織與周圍組織區(qū)分開來。少量的肝血管可以被視為負對比，特別是在第3幀的冠狀視圖中。第四個面板中的3D渲染使用彩虹強度圖顯示了肝臟和脾臟的總體解剖結(jié)構(gòu)。

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圖：小鼠腎臟的CT數(shù)據(jù)與Visipaque?對比度增強。腎皮層沿著腎臟的外緣被發(fā)現(xiàn)，因為它的吸收率高于鄰近的髓質(zhì)。此外，由于這些收集管道中造影劑的濃度較高，可以看到小花萼和大花萼以及核心的腎骨盆。在右側(cè)的3D渲染中，可以看到黃色和綠色的腎皮層和髓質(zhì)，而由于其最大濃度的Visipaque?，腎骨盆呈紅色。

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小鼠胃腸道的X射線CT數(shù)據(jù)，硫酸鋇對比增強。在進行最高質(zhì)量的CT掃描后，使用Albira軟件重建數(shù)據(jù)，并通過PMOD進行分析。在第一個面板中，可以看到胃，在第二個和第三個面板中，可以看到小腸的環(huán)。3D重建是橘色的，以幫助胃腸道的可視化。

參考文獻：doi:10.3390/s130606957

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