安全注意事项和操作步骤在（A）BSL-4实验室:4.医疗成像过程

摘要

Here, we present an overview of the preparation and animal handling procedures required to safely perform medical imaging in an animal biosafety level 4 laboratory. Computed tomography of a mock-infected guinea pig illustrates these procedures that may be used to evaluate the disease caused by a high consequence pathogen.

摘要

Medical imaging using animal models for human diseases has been utilized for decades; however, until recently, medical imaging of diseases induced by high-consequence pathogens has not been possible. In 2014, the National Institutes of Health, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, Integrated Research Facility at Fort Detrick opened an Animal Biosafety Level 4 (ABSL-4) facility to assess the clinical course and pathology of infectious diseases in experimentally infected animals. Multiple imaging modalities including computed tomography (CT), magnetic resonance imaging, positron emission tomography, and single photon emission computed tomography are available to researchers for these evaluations. The focus of this article is to describe the workflow for safely obtaining a CT image of a live guinea pig in an ABSL-4 facility. These procedures include animal handling, anesthesia, and preparing and monitoring the animal until recovery from sedation. We will also discuss preparing the imaging equipment, performing quality checks, communication methods from "hot side" (containing pathogens) to "cold side," and moving the animal from the holding room to the imaging suite.

引言

国家过敏和传染病研究所（NIAID）在德特里克堡弗雷德里克MD（IRF-弗雷德里克）综合研究机构的使命是执行新发传染性疾病的研究，以了解与严重程度相关的临床疾病过程微生物引起的疾病。该IRF-弗雷德里克必须在ABSL-4实验室¹执行的后果严重病原体的动物模型医学成像的独特能力。提供给研究者的成像模态包括:计算机断层扫描（CT），磁共振成像（MRI），正电子发射断层扫描（PET），单光子计算机断层摄影（SPECT），超声波，X射线，和透视。研究人员利用现有的成像能力，监测病情进展和评价干预措施，例如药物治疗和接种疫苗的疗效，在纵向研究。

在IRF-弗雷德里克的成像方式是专门旨在保持设备的核心部件高围堵^2,3之外，为维护和修理访问。这种设计成像套件为"热"（含病原体）和分离"冷端"。实现这种分离，专门设计的管构造成高度封闭空间延伸到每一个成像模态（ 图1）的孔中。除了提供生物围堵，这些管保护用于净化高封闭实验室气体和化学品的影像设备。成像的科学家和技术专家从"冷端"操作扫描仪，而比较医学（CM）的工作人员把手，显示器上的"偏热"的动物。由于CM的工作人员必须用影像的科学家紧密合作，协调这些实验中，这种分离可能造成通信的挑战。

评估可供选择之后，CM工作人员出来配有蓝牙耳枚发射短波长的超高频无线电波用来调用成像员工围堵之外的手机。由于设施的设计，无线接入点必须被安装在每个房间克服造成之间的"热"水泥和钢的各层和"冷侧"的信号的干扰。因此，CM的工作人员穿着嘈杂的正压力服和成像人员高度封闭外之间的通信现在是可靠的。摄像机也已安装上的成像室偏热成像人员看到了"偏热"的活动。随着摄像头，成像人员可以指导CM技师动物定位或在最后一分钟改变成像协议。

在IRF-弗雷德里克ABSL-4实验室套装的所有工作人员需要佩戴正压封装服^4。穿着这些衣服减少流动性，和重晚点¯x手套附西装加手套多达三个附加层妥协灵巧。其结果是，过程需要更长的时间才能完成，需要精细运动技能任务要困难得多。作为生物安全水平的提高，动物处理和操纵变得更具挑战性和耗时的，特别是与小动物。在ABSL-4实验室程序最多可能需要2-3倍的时间比ABSL-2实验室。

本文的目的是为了在视觉上展示与成像动物模型中使用豚鼠，例如CT扫描过程的ABSL-4环境相关的挑战。

研究方案

该协议符合下列动物护理指南。动物被安置在由该协会的评估和实验动物国际评审认可的设施。所有的实验过程由国家过敏和传染病研究所，临床研究部，动物护理和使用委员会批准，均符合动物福利法的规定，公共卫生服务政策和指南的保养和使用实验动物的建议。

1.准备CT扫描（在"冷端"）

1. 条件的X射线管
   1. 确认没有工作人员在扫描室和主题表是空的。
   2. 按照扫描仪制造商的规格运行管调理过程。
2. 执行空气校准
   1. 确保没有对象在扫场。
   2. 按照扫描仪制造商的说明进行空气校准程序。在许多平台上，这种校准自动或半自动的。
3. 实施质量控制扫描（在"热面"）
   1. 完成ABSL-4实验室西装入境手续（参考文献⁵中详细介绍），增加一个额外的步骤。如果程序涉及接触放射性物质，夹防护服下一个剂量计的磨砂。在转剂量计每2个月的辐射暴露的计算。
   2. 放置在CT头部和身体幻象，它是由选自空气，水和聚四氟乙烯，在对扫描表中的相应保持器。
4. 实施质量控制扫描（在"冷端"）
   1. 从冷侧，推进幻象进入孔⁶的中心。
   2. 使用实验室标准化的质量控制（QC）参数，以获得ENS扫描URE扫描仪制造商的规范之内。
   3. 执行图像的质量控制计算机分析以集中于根据制造商的协议每种材料类型（空气，水或特氟隆）感兴趣区域内计算信号强度的平均值和标准偏差。
   4. 通知CM人员的CT扫描仪就可以使用了。
   5. 验证动物信息（识别号码，重量，出生日期）与CM人员。
5. 注册专题信息到患者数据库。
   1. 在CT扫描仪控制台（在"冷端"），访问扫描仪的放射信息系统（RIS）。检查RIS填充与扫描时间表的详细信息。
   2. 选择当前的主题和人口统计数据，如身份证号码，年龄，出生日期，和考试日期;那么，考试类型应自动填充。
   3. 手动输入主题的重量。
   4. 选择正确的苏在CT龙门bject方向（ 例如 ，头部先，脚先，俯卧，仰卧）。

2.准备工作区在ABSL-4实验室套装

1. 准备II级生物安全柜（BSC）或通气台在动物操作室。打开BSC（或通气台）至少10分钟后再使用。
   1. 清洁和使用经批准的消毒剂，如5％的双季铵消毒BSC或下降气流表的顶部表面的内表面（正烷基二甲基苄基氯化铵，正 - 烷基二甲基乙基苄基氯化铵）消毒剂溶液。喷在BSC或下降气流表的顶部表面的内表面和擦拭表面后的接触时间10分钟的干。喷雾和擦拭用70％的乙醇的表面，以除去残留的消毒剂。
   2. 设备到位并在BSC或下降气流表所需物资，包括麻醉诱导框和动物处理手套。
   OL>
   3. 准备CT扫描仪床。
      1. 设置于CT床动物保持装置。
      2. 设置的生命体征监测以检测心脏速率和氧饱和度。如果扫描会话长于10分钟，监测温度。
   4. 准备麻醉机。
      1. 检查蒸发器异氟醚量，如果需要添加更多的异氟醚。
      2. 用氧气加压麻醉呼吸回路，检查逃脱气，视觉检查麻醉机是否有泄漏¹执行泄漏测试。
         1. 如果检测到泄漏，确定源，纠正问题，并进行后续泄漏测试，以验证更正是正确实施。
      3. 称量一次性清除罐捕获垃圾麻醉气体。如果该罐是≥50克在罐的初始重量，更换罐^7。
   标题"（热侧"> 3。动物从动物手术室和麻醉诱导的制备在CT扫描仪对房间）运输"
   1. 从其中的啮齿动物饲养室毗邻成像套件转移凯奇房屋豚鼠进入II级BSC。
      1. 验证动物ID。
      2. 取下笼卡，并保持与动物。
   2. 打开盖子笼子和唐在正压力服手套保护动物的皮手套。轻轻地拿起豚鼠，将动物在麻醉诱导箱，并盖上盖子的框。
   3. 从II级BSC删除包含动物的麻醉诱导箱，将其放在一个运输小车。
   4. 使用车，取动物的CT扫描仪的房间。
   5. 在CT扫描仪的房间，立即连接清除罐和麻醉机感应框。打开氧气到感应框，并设置汽化器至delivER 4％异氟醚麻醉⁸的初步归纳。
   6. 监测麻醉诱导过程中对动物的麻醉深度足够（ 如反应迟钝对外界刺激，肌张力，呼吸平稳，心脏率^）8。
   7. 麻醉关闭到感应框时豚鼠被完全麻醉。

   4.排列在在CT扫描成像床主题（在"热面"）

   1. 从感应盒中取出麻醉的豚鼠和成像床的地方。
      1. 放置在保持坐垫的豚鼠在俯卧位。
      2. 双眼申请眼药膏保护角膜上皮干燥。
   2. 管理维护异氟醚麻醉。
      1. 广场上的豚鼠鼻锥，打开煤气，提供1升/分钟的氧，以鼻锥^8。
      2. 设置蒸发器，以提供2-3％的异氟醚通过鼻锥的豚鼠。
      3. 一旦受试者已达到麻醉的所需平面（没有运动，〜每分钟60次呼吸），降低蒸发器设置为递送异氟烷1.0-1.5％为维持麻醉。
      4. 监测生命体征，包括体温，心脏率和呼吸频率。如果呼吸频率分别开始⁹加速或减速，增加或减少异氟醚的百分比。
   3. 提供额外的热源来维持豚鼠体温37和39℃之间，如果需要的话，这取决于数据采集与麻醉深度的预期长度维持^8,9。
   4. 固定一个塑料盖放在夹持垫的顶部。
   5. 推进成像床到容器管。

   5.设置视图的像场

   1. 激活激光系统（成像人员）对CT SC的"冷端"anner空间位置CT检查豚鼠。使用表"中"和"out"按钮，以覆盖激光十字线下所关注的解剖结构。
   2. 设置的视场，使用激光按钮设置在感兴趣的解剖结构的起点。
   3. 在"偏热"跟CM的工作人员将自己置于和CT扫描仪之间的铅屏蔽。

   6.获取图像

   1. 获得用于切片放置用于根据制造商的协议的CT研究图像调查扫描。
   2. 规定对图像的调查研究CT片图像的位置。
   3. 用"热侧"人员坐标如果注射对比剂是使用。
   4. 根据制造商的协议获得研究扫描。
   5. 根据制造商的协议在扫描器控制台重建CT图像。
   6. 将图像发送到图像存档和通信系统。执行进一步的定性和QUAntitative从根据制造商的协议，该归档系统的分析。

   7.扫描后恢复

   1. 从扫描仪床上转移豚鼠到一个干净的microisolator笼食物和零食。
   2. 使用购物车，与动物运输笼回其住房面积。
   3. 监控动物，直到从麻醉中完全恢复。
   4. 一旦完全康复，回到笼子的高效率微粒空气（HEPA）-filtered通风架。

   8.扫描仪湾和消毒设备

   1. 消毒扫描器托架区域（ 例如 ，这是在与动物，扫描器床，扫描器房间地板，门把手直接接触的表面）用5％的双季铵盐溶液为10分钟的接触时间。
   2. 漂洗表面用10分钟暴露于双季铵盐溶液后70％的乙醇溶液中。
   3. 擦拭不能直接喷项具有双季铵盐溶液（敏感的电子设备）具有双季铵饱和布后跟乙醇饱和布。

结果

严格遵守所有安全程序和标准作业程序，动物处理是在ABSL-4实验室安全工作至关重要。从动物操作室到成像套件感应箱内转印感染动物减少公共走廊污染的风险。按照规定的程序，没有实验室获得性感染或动物对象的交叉污染已记录，而在IRF-弗雷德里克导电ABSL-4的研究。

ABSL-4病毒病原体可诱导肺相关疾病^10,11，和CT是...

讨论

在本系列前面的文章中都强调了广泛的培训，注重细节，安全程序，并以最高防护实验室^12,13安全工作所需的额外工程控制。执行安全工作就是在这些实验室的最高优先级。这一理念更是用活的动物时重要，因为额外的危害，例如潜在的受感染的动物造成咬伤或抓伤或产生气溶胶^7。这些程序强调动物的安全装卸和运输从保持房间成像室。麻醉期间动物操作和监测表明，得到观看者...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Micro-Chem Plus	National Chemical Laboratories	255
CT scanner	Philips Healthcare
CT phantom	Philips Healthcare
Isovue-300 (CT contrast reagent)	Bracco Diagnostics	NDC 0270-1315-30
Ventilated rack	Lab Products
Micro-isolator cage	Lab Products
Biosafety cabinet	Nuaire
Anesthesia machine	SurgiVet	WWV9000
Anesthesia induction box	VetEquip
Anesthesia mask	Henry Schein
Isoflurane	Henry Schein
Waste gas scavenging canister	Fisher	F/AIR
Holding cushion
Ophthalmic ointment
Vital signs monitor	Bionet	BM3Vet
Mobile phone	Spectralink	8440
Blue Tooth ear piece
Wireless access points
Sperian positive-pressure suit	Honeywell Safety Products	BSL 4-2
Outer suit gloves (latex, Ansell Canners and Handlers)	Fisher	19-019-601
Outer suit gloves (nitrile/rubber, MAPA)	Fisher	2MYU1
Scrubs	Cintas	60975/60976
Socks	Cintas	944
Duct tape	Pack-N-Tape	51131069695
Towels	Cintas	2720
Zip lube	Amazon	B000GKBEJA