5分(fēn)鍾了解\\Micro-CT在動物(wù)研究中(zhōng)的應用(yòng)

時間：2023-07-20 熱度：774

成像原理(lǐ)及介紹：

Micro-CT，也稱為(wèi)顯微CT、微焦點CT或者微型CT。它是采用(yòng)了與普通臨床CT不同的微焦點X線(xiàn)球管，對活體(tǐ)小(xiǎo)動物(wù)或多(duō)種硬組織和相關軟組織進行掃描成像分(fēn)析的技(jì )術，它的分(fēn)辨率高達幾微米，僅次于同步加速X線(xiàn)成像設備水平，具(jù)有(yǒu)良好的“顯微”作(zuò)用(yòng)，掃描層厚可(kě)達10μm。

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圖： Micro-CT工(gōng)作(zuò)流程

CT成像的原理(lǐ)是當X-射線(xiàn)透過樣本時，樣本的各個部位對X-射線(xiàn)的吸收率不同。X-射線(xiàn)源發射X-射線(xiàn)，穿透樣本，最終在X-射線(xiàn)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(yòng)的扇形X線(xiàn)束不同的是，Micro-CT通常采用(yòng)錐形X線(xiàn)束。采用(yòng)錐形束不僅能(néng)夠獲得真正各向同性的容積圖像，提高空間分(fēn)辨率，提高射線(xiàn)利用(yòng)率，而且在采集相同3D圖像時速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于扇形束。通過計算機軟件，将每個角度的圖像進行重構，還原成在電(diàn)腦中(zhōng)可(kě)分(fēn)析的3D圖像。通過軟件：觀察樣本内部的各個截面的信息；對樣本感興趣部分(fēn)進行2D和3D分(fēn)析；還可(kě)以制作(zuò)直觀的3D動畫等。

Micro-CT的應用(yòng)：

利用(yòng)Micro-CT可(kě)以對樣品進行定量分(fēn)析，所涉及的應用(yòng)領域包括：心血管、肺部疾病、代謝(xiè)、腫瘤檢測、骨疾病等研究領域。此外，Micro-CT還可(kě)以與三維光學(xué)成像結合成為(wèi)多(duō)模态影像系統，便于用(yòng)戶在單次實驗過程中(zhōng)獲取更多(duō)的成像信息。

1、骨相關研究成像，包括關節炎、骨質(zhì)疏松、骨損傷修複、骨再生等領域，可(kě)進行骨密度、骨微結構、骨小(xiǎo)梁的定量分(fēn)析；

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圖：骨骼質(zhì)量随着時間的增加而波動。（A）顯示了微CT的代表性圖像。（B）胫骨小(xiǎo)梁骨微結構，顯示骨體(tǐ)積/總體(tǐ)積（BV/TV）、小(xiǎo)梁數（Tb.N）、小(xiǎo)梁分(fēn)離（Tb.Sp）和小(xiǎo)梁厚度（Tb.Th）

參考文(wén)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(néng)夠分(fēn)離出皮下脂肪、内髒脂肪、棕色脂肪，并對脂肪體(tǐ)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(wèi)紅色，骨骼為(wèi)白色。

3、呼吸道研究成像，獲取正常或疾病狀态時肺部及支氣管影像，并對體(tǐ)積等參數進行定量分(fēn)析；

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圖：纖維化樣本中(zhōng)末端細支氣管數量的減少和平均線(xiàn)性截距（Lm）的增加——來自微CT分(fēn)析的結果。平均線(xiàn)性截距（Lm）是肺泡表面破壞的形态學(xué)估計：Lm的增加表明肺表面積減少，肺表面積是纖維化的标志(zhì)。（a）末端支氣管/毫升肺的數量在最小(xiǎo)（p值<1.6e−8）和已建立的纖維化區(qū)域（p值<1.3e−7）中(zhōng)都減少。（b）顯示了對照樣本的微CT圖像。（c）和（d）分(fēn)别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(xiǎo)和已建立的纖維化樣本中(zhōng)都可(kě)以觀察到空氣空間擴大和纖維積累。

參考文(wén)獻： doi:10.1016/j.ebiom.2021.103325

4、心髒研究成像，包括心梗、心肌肥大、動脈粥樣硬化、心髒血管病變等研究，可(kě)獲取舒張期及收縮期心髒體(tǐ)積參數及左心室射血分(fēn)數等功能(néng)參數；
圖：通過雙能(néng)量microCT評估左心室的血管通透性（A）紅色用(yòng)于勾勒LV的總體(tǐ)積，而同一動物(wù)的綠色用(yòng)于量化增加AuNp積累的心肌體(tǐ)積（箭頭）。（B）在輻照後4周和8周的LV中(zhōng)，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(xiǎo)鼠輻照後4周和8周。

參考文(wén)獻：doi:10.1016/j.ijrobp.2013.11.238

5、全身血管成像研究，獲得高分(fēn)辨率的血管造影影像；
圖：局部AL澱粉樣瘤的小(xiǎo)鼠模型。A）人類AL澱粉樣瘤被引入Balb/c小(xiǎo)鼠的肩胛骨之間，很(hěn)容易觸及（小(xiǎo)鼠被剃光以顯示澱粉樣瘤的位置）。B）澱粉樣瘤在注射後7天内出現血管化（皮膚被移除，以顯示澱粉樣蛋白周圍的皮下血管化。澱粉樣瘤通過微細胞成像很(hěn)容易看到。C）具(jù)有(yǒu)皮下澱粉樣瘤的小(xiǎo)鼠的三維體(tǐ)積渲染。D）軸向CT切片通過小(xiǎo)鼠，如B所示，位于上腹部和澱粉樣瘤的水平。在掃描之前，在C和D中(zhōng)成像的小(xiǎo)鼠被注射了血池造影劑（Fenestra VC™，Alerion Biomedical，聖地亞哥(gē)，CA）。箭頭表示澱粉樣瘤。

6、肝、脾、腎等内髒的成像研究，獲得體(tǐ)積、表面積等定量參數。

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圖：小(xiǎo)鼠肺部的CT數據。前三個面闆顯示健康肺組織的橫向、矢狀和冠狀切片。肺氣空間的體(tǐ)積較暗，因為(wèi)相對于周圍組織的密度較低。第四個面闆是相同數據的3D渲染，肺部假色青色，以幫助可(kě)視化。

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圖：小(xiǎo)鼠脂肪組織的CT數據。在前三個面闆中(zhōng)，由于其密度值較低，内髒脂肪組織可(kě)以與腎髒和腸道的軟組織區(qū)分(fēn)開來。在右側的3D渲染中(zhōng)，可(kě)以觀察到總脂肪含量的空間分(fēn)布，其中(zhōng)大部分(fēn)位于小(xiǎo)鼠的腹部周圍。

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圖：小(xiǎo)鼠大腦和頭骨的X射線(xiàn)CT數據。橫向、矢狀和冠狀切片分(fēn)别顯示在前三個面闆中(zhōng)。在第四面闆中(zhōng)，是相同數據的3D渲染，腦組織以綠色顯示。

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圖：AuroVist™對比度增強的小(xiǎo)鼠血管CT數據。在前三個面闆中(zhōng)，由于血液中(zhōng)高濃度的金納米顆粒，血管看起來比周圍的組織明亮得多(duō)。除了大多(duō)數器官系統中(zhōng)非常精(jīng)細的血管外，對比度增強可(kě)以可(kě)視化心髒、主動脈和頸動脈。右側面闆顯示3D渲染，其中(zhōng)血管被賦予了彩虹強度尺度，以突出其在心髒、肝髒和腎髒中(zhōng)的廣度。

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圖：ExiTron™納米12000對比度增強的小(xiǎo)鼠肝髒的CT數據。在前三個圖片中(zhōng)，由于Kupffer細胞在肝髒中(zhōng)吸收了造影劑，肝髒組織與周圍組織區(qū)分(fēn)開來。少量的肝血管可(kě)以被視為(wèi)負對比，特别是在第3幀的冠狀視圖中(zhōng)。第四個面闆中(zhōng)的3D渲染使用(yòng)彩虹強度圖顯示了肝髒和脾髒的總體(tǐ)解剖結構。

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圖：小(xiǎo)鼠腎髒的CT數據與Visipaque™對比度增強。腎皮層沿着腎髒的外緣被發現，因為(wèi)它的吸收率高于鄰近的髓質(zhì)。此外，由于這些收集管道中(zhōng)造影劑的濃度較高，可(kě)以看到小(xiǎo)花(huā)萼和大花(huā)萼以及核心的腎骨盆。在右側的3D渲染中(zhōng)，可(kě)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(xiǎo)鼠胃腸道的X射線(xiàn)CT數據，硫酸鋇對比增強。在進行最高質(zhì)量的CT掃描後，使用(yòng)Albira軟件重建數據，并通過PMOD進行分(fēn)析。在第一個面闆中(zhōng)，可(kě)以看到胃，在第二個和第三個面闆中(zhōng)，可(kě)以看到小(xiǎo)腸的環。3D重建是橘色的，以幫助胃腸道的可(kě)視化。

參考文(wén)獻：doi:10.3390/s130606957

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