MicroCT를 사용하여 대비 향상된 베셀 영상

미세 컴퓨터 단층촬영(micro CT)을 이용한 조영 증강 혈관 영상 촬영 기술의 목적은 살아있는 마우스의 혈관 네트워크 분석을 위해 고품질 데이터 세트를 생성하는 최적의 방법을 제공하는 것입니다. 이는 생체 내(in vivo) 정맥 주사를 통해 방사선 불투과성 조영제를 투여함으로써 수행됩니다. 그 후, 마취를 유도하고 마우스를 다중 모드 챔버 내에 안정적으로 배치하여 micro CT 스캔 중 움직임으로 인한 아티팩트를 줄임으로써 micro CT 영상 촬영 준비를 마칩니다.

스캔 후, micro CT 데이터는 재구성되어 시각화 소프트웨어로 로드됩니다. 절차의 마지막 단계는 2차원 전이 함수 파라미터를 조정하여 혈관의 가시성을 높이고, 구분을 위해 혈관, 뼈, 연조직에 서로 다른 색상을 부여하는 것입니다. 결과적으로, CT 불투과성 조영 증강 영상과 2차원 전이 함수 렌더링을 통해 살아있는 동물의 혈관 네트워크를 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다.

안녕하세요, 저는 텍사스 대학교 보건과학센터 샌안토니오 캠퍼스의 Greehey 어린이 암 연구소 소동물 영상 코어 센터의 Sue Resh와 PJA Patti입니다. 저는 마찬가지로 텍사스 대학교 보건과학센터 샌안토니오 캠퍼스의 Greehey 어린이 암 연구소 소속인 Charles Keller입니다. 오늘은 방사선 불투과성 혈액 풀 조영제를 사용하여 살아있는 동물의 혈관을 시각화하는 절차를 보여드리겠습니다.

본 실험실에서는 형질전환 생쥐의 복합 자발성 종양 내 중간 및 대혈관을 연구하기 위해 이 절차를 사용합니다. 이제 시작해 보겠습니다. 먼저, 저사강(low dead space) 28.5게이지 0.5cc 인슐린 주사기를 사용하여, 20 mg/mL 농도의 요오드화 혈액 풀 조영제 Xia one 60 xl를 생쥐 체중 20 g당 0.2 mL씩 준비합니다.

살아있는 마우스의 원위 꼬리 정맥을 통해 조영제를 주입합니다. 주입 10분 후, 마이크로 CT 영상을 촬영할 수 있도록 동물을 준비합니다.

먼저, 100% oxygen에 2% isof fluorine를 섞어 분당 2.5 liters의 속도로 공급하는 아크릴 박스 내에서 동물을 마취합니다. 몇 분 후, 발가락을 집어 마취 깊이를 확인합니다. 다음으로, 움직임으로 인한 아티팩트를 최소화하기 위해 공기 공급 및 배기 장치가 갖춰진 맞춤 제작된 상용 멀티모달 챔버에 마우스를 배치하여 고정합니다.

스캔하는 동안 동물이 지속적으로 마취 상태를 유지할 수 있도록 2% isof fluorine과 100% oxygen이 포함된 공기를 계속 공급하십시오. 마우스 준비가 완료되면 살아있는 동물을 스캔할 수 있는 micro CT 장비로 스캔할 수 있습니다. 마우스가 들어있는 멀티모달리티 챔버를 배기 튜브에 연결하십시오.

GE Explorer locus 체적 CT 스캐너를 사용하여 동물을 93 $\mu\text{m}$ 해상도로 스캔할 수 있습니다. 이 체적 스캐너는 Feld Camp 콘빔 재구성을 위해 3,500 $\times$ 1750 CCD 검출기를 사용하며, 플랫폼 독립 매개변수를 전류 450 $\mu\text{A}$, 전압 80 kV, 노출 시간 100 $\text{ms}$로 일정하게 설정합니다. 혈관 내 연조직과 뼈 사이의 대조도를 높이려면, 뷰당 5~8프레임, 360도 전체 회전 시 360~720개의 뷰 수를 적용하여 표준 매개변수를 조정할 수 있으며, CT 스캔 후 총 스캔 시간은 약 15~20분으로 설정합니다.

제조사의 전용 EVS 빔 소프트웨어를 사용하여 이미지를 재구성하십시오. 마우스가 마취에서 완전히 회복될 때까지 계속 관찰하십시오. 재구성이 완료되면, micro CT 데이터는 고급 등가면(isosurface) 1차원 또는 2차원 전이 함수에 사용할 수 있습니다.

SEG 3D 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 3차원 데이터셋의 2차원 투영 영상을 렌더링하며, 혈관과 뼈의 구분을 더욱 향상시키는 2차원 전달 함수를 사용합니다. 이미지 렌더링 과정에서 CT 값과 그래디언트 크기에 기반한 전달 함수에 따라 광선 샘플에 색상과 불투명도를 할당합니다. CT 값 히스토그램에서 제공하는 안내에 따라 전달 함수를 수동으로 조정하여 표시된 관심 영역과 객체를 강조합니다.

Xia one 60 xl을 주입한 야생형 마우스의 micro CT 스캔에서 2차원 전이 함수(transfer function)를 적용해 렌더링한 대표적인 결과입니다. 지금까지 살아있는 마우스의 혈관 네트워크 분석을 위해 고품질 데이터 세트를 생성하는 방법을 보여드렸습니다. 이 기술은 형질 전환 마우스 또는 이종 이식 마우스를 이용한 전임상 연구에서 항혈관신생의 정성적 및 정량적 평가에 매우 유용하게 활용될 수 있습니다.

이 절차를 수행할 때, 조영제를 꼬리 정맥에 완벽하게 주입하고 호흡으로 인해 발생할 수 있는 움직임 아티팩트를 최소화할 수 있도록 동물을 배치하는 것이 중요합니다. 이것으로 모든 설명을 마치겠습니다. 시청해 주셔서 감사하며, 실험에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.