Die Autoren bedanken sich bei Anne Sandmann, Keith Nishihara und Brian Wilfley von Triple Ring Technologies danken für ihren Beitrag in diesem Projekt. Diese Arbeit wird durch NIH Challenge Grant 5RC1HL100436-0 finanziert.

1. System-Setup <ol><li> Richten Sie das Phantom Bild am Isozentrum (dh 40-cm vom Kollimator). </li><li> Richten Sie den DAP Meter zu Röntgendosis vor dem Kollimator (Abbildung 4) zu messen. </li><li> Schalten Sie den SBDX System. </li><li> Wählen Sie das System Betriebsmodus. Wir sind derzeit mit einem 7 &quot;Field of View (FOV) mit einer Bildrate von 15fps. Die Röntgenquelle Spitzenspannung zu 80kVp ist 9kW Röntgenquelle Kraft gesetzt. </li></ol> 2. Datenerfassung <ol><li> Starten Sie die Datenerfassung aus den Steuerrechner. Während der Datenerfassung werden Detektor Bilder in das System gespeichert. Die folgenden Schritte erfolgen im SBDX System: <ol><li> Der Elektronenstrahl tastet jeden Brennfleck Position sequentiell in einem Raster angeordnet (Abbildung 5). </li><li> Der Elektronenstrahl trifft auf die Übertragung Ziel und erzeugt X-Strahlen (Movie 2). </li><li> An jedem Brennpunkt Position beleuchten Röntgenphotonen der Detektor mit einem Schwerpunkt Kollimator, damit die Projektion eines kleinen Teils der bildgebenden Volumen auf dem Detektor. </li><li> Für jeden Brennfleck Position, erstellt der Detektor ein Detektor Bild, das direkt in das System gespeichert wird. </li><li> Die gewählte Betriebsart 7&#39;&#39;15fps bietet 71x71 Brennpunkte. Jeder Brennfleck Position ist für insgesamt 8 ms beleuchtet. Die Belichtungszeit muss in 1 us-Schritten aufgrund der thermischen Grenzen der X-ray Ziel gebrochen werden. So leuchtet der Strahl das Ziel bei jedem Brennfleck Position 1 us und geht in die nächste Brennfleck Position. Zu einem späteren Zeitpunkt wird jeder Brennfleck revisited die 8 ms Belichtung abgeschlossen. Als eines Detektors Bild für jeden Brennfleck Beleuchtung erzeugt wird, gibt es insgesamt 40328 Detektor Bilder, die erworben und sind in einem Speicher abgelegt in etwa 60ms. </li></ol></li></ol> 3. Bildrekonstruktion <ol><li> Die SBDX ist an sich eine Tomosynthese System, wie das Objekt unter verschiedenen Winkeln aus der Quelle beleuchtet wird. Jede Ebene innerhalb der Imaging-Volumen zwischen Kollimator und Detektor befindet rekonstruiert werden können. Die folgenden Schritte veranschaulichen, wie die Teilbilder werden in einzelnen Ebenen rekonstruiert, oder in eine Composite-oder Flugzeug ausgewählten Bildes. In der klinischen SBDX System Schritten von 3,2 bis 3,4 wird in Echtzeit durchgeführt werden. </li><li> Wählen Sie die Bildrekonstruktion Parameter auf den Wiederaufbau Simulator. </li><li> Führen Sie das Bildrekonstruktionsalgorithmus. Während Bildrekonstruktion der Algorithmus führt die folgenden Schritte: <ol><li> Lesen Sie jeden einzelnen Detektor Bild. </li><li> Skalieren der Detektor Bilder, um die Skala der Ebene zu rekonstruieren übereinstimmen. </li><li> Verschieben Sie die Bilder nach ihrem Brennfleck Quellspeicherort und fügen Sie sie der Rekonstruktionsebene (Movie 3). </li><li> Wiederholen Sie die letzten beiden Schritte für jede Brennfleck Lage. </li><li> Führen Sie die Nachbearbeitung Filtern, um das Muster von der Schicht-Betrieb, zu beseitigen. </li><li> An diesem Punkt wird eine Ebene rekonstruiert (Abbildung 6), und die Anatomie der unser Objekt sichtbar ist. </li></ol></li><li> Falls gewünscht, führen Sie den Algorithmus, um eine Ebene ausgewählte Bild zu erstellen. Der Algorithmus führt die folgenden Schritte: <ol><li> Punkt 3.2.1 bis 3.2.6 werden wiederholt, um die 32 Flugzeuge, die für das Flugzeug ausgewählte Bild zu erstellen. Die Flugzeuge haben in der Regel in einem Abstand von 0,5-mm-(Movie 4, Abbildung 7 und Movie 5). </li><li> Für jeden Teil des Bildes, ist die Ebene, die das Objekt im Fokus enthält ausgewählte Teil der endgültigen Flugzeug ausgewählte Bild (Abbildung 8 und Movie 6). </li></ol></li><li> Gegebenenfalls ist das Phantom in das Herz in der Mitte des Sichtfeldes Platz. </li><li> Führen Sie Schritt von 2,1 bis 3,3, bis das Phantom ist richtig in das Blickfeld platziert. </li><li> Notieren Sie sich die Dosis-Flächen-Produkt aus der DAP-Meter für diese nicht ausgeglichene Bild. </li></ol> 4. New Betriebsmodus Datei-Generierung für adaptive Exposition <ol><li> Laden Sie die zuvor erworbenen Detektor Bilder in die adaptive Exposition Simulator. </li><li> Wählen Sie das adaptive Exposition Algorithmus Parameter. </li><li> Führen Sie das adaptive Exposition Simulator. Der Simulator führt die folgenden Schritte: <ol><li> Die angestrebte Anzahl von Photonen pro Detektor Bild wird auf Basis der Benutzer ausgewählt Schwelle bestimmt. </li><li> Für jeden Brennfleck Position, ist die Anzahl der Photonen in den Detektor Bildes bestimmt. Der Detektor Bilder aus diesem Brennfleck Position gesammelt werden, bis entweder die vorgegebene Anzahl an Photonen oder die maximal acht Rescans erreicht ist (Abbildung 9). </li><li> Als Ergebnis erhalten wir eine erneute Prüfung Karte beschreiben, wie oft jeder Brennfleck Position beleuchtet wird (Abbildung 10). </li><li> Die rescan Karte ist mit der Betriebsart-Datei, die verwendet werden, um die SBDX System ausgeführt wird zusammengeführt. </li></ol></li></ol> 5. Equalized Bildaufnahme <ol><li> Laden Sie die aktualisierte Betriebsart-Datei in dasSBDX System. </li><li> Starten Sie die Datenerfassung aus den Steuerrechner. Die Datenerfassung erfolgt wie in 2.1.1 bis 2.1.5 durchgeführt. Im Gegensatz zu den vorherigen Erwerb wird der Röntgenstrahl-oder ausgeschaltet am Brennfleck-Positionen nach unseren rescan Karte. Da die Gesamtzahl der Beleuchtung ist kleiner als in der Standard-Akquisition ist die X-ray-Dosis reduziert werden. </li><li> Notieren Sie sich die Dosis-Flächen-Produkt durch das DAP-Meter gemessen. </li><li> Führen Sie das Bildrekonstruktionsalgorithmus auf dem neu erworbenen ausgeglichen Daten, wie in 3,2 bis 3,4. </li><li> Das rekonstruierte Bild entzerrt (Abbildung 11) wird angezeigt. </li></ol> 6. Datenanalyse <ol><li> Vergleichen Sie die Dosis für die nicht ausgeglichene Bilder und die entzerrten Bilder gemessen. </li><li> Beachten Sie den Unterschied zwischen den Ausgleich und nicht ausgeglichene rekonstruierten Bilder. </li></ol> 7. Repräsentative Ergebnisse: Abbildung 8 und Abbildung 11 zeigen den Vergleich zwischen einem Standard-Image und eine ausgeglichene Bild. Dosismessungen mit dem DAP-Meter zeigen eine Dosis Einsparung von 30% in den entzerrten Bild mit der erneuten Prüfung Maske in Abbildung 10 dargestellt. Darüber hinaus ist Entzerrung ein sehr effektiver Weg, um Dynamik zu komprimieren, so dass eine angenehme Erscheinung des Bildes, ohne die Notwendigkeit zur Nachbearbeitung. Wie gezeigt, kann Entzerrung Filtration verwendet werden, um Dosis zu speichern. Allerdings kann Entzerrung auch verwendet, um die Bildqualität, indem man die Strahlendosis für den nicht ausgeglichene Bild durch die Erhöhung der Quelle Leistung zu verbessern. Auf diese Weise erhalten die dunklen Bereiche des Bildes mehr Photonen, die sich in weniger Bildrauschen. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1. Konventionelle Fluoroskopiesystem. Ein herkömmliches System hat einen einzigen Brennfleck Röntgenquelle und ein großes Gebiet Detektor. Der Patient liegt in der Nähe des Detektors positioniert. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig2.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2. SBDX System. SBDX System arbeitet in umgekehrter Geometrie. Eine große Abtaststrahl Röntgenquelle leuchtet eine kleine Fläche Detektor. Der Patient ist weit aus dem Detektor positioniert. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig3.jpg" alt="Abbildung 3" /> Abbildung 3. Ablaufschema der Datenerfassung. 1) Eine nicht ausgeglichene Bild des Phantoms wird erworben. 2) Die Daten aus dem Disk-Array extrahiert. 3) Die adaptive Exposition Algorithmus nimmt diese Daten als Input für einen Kredit oder scannen Maske zu erstellen. 4) Die rescan Maske ist mit dem Original-Betriebsart in der Quellcodeverwaltung Computer kombiniert. 5) Ein Ausgleich Bild des gleichen Phantom erfasst und gespeichert in den Disk-Array. 6) Der nicht ausgeglichene und ausgeglichen Datensätze werden von der Disk-Array extrahiert, und die Software zur Bildrekonstruktion rekonstruiert die verschiedenen Ebenen der einzelnen Datensatz. 7) Beide Bilder sind der Ausgang des Wiederaufbaus Software. 8) Beide Bilder werden angezeigt. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig4.jpg" alt="Abbildung 4" /> Abbildung 4. System-Setup. Das Phantom auf dem Patiententisch bei Isozentrum zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor platziert. Eine Dosis-Flächen-Produkt Messgerät wird zwischen Röntgenquelle und Phantom platziert. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig5.jpg" alt="Abbildung 5" /> Abbildung 5. Röntgenquelle. Ein Elektronenstrahl durch die Elektronenkanone erzeugt und prüft jedes Loch der Blende in einem Raster. Ausgehend von einer Seite des Kollimators, tastet der Strahl jedes Loch nacheinander. Am Ende der Zeile, wird der Strahl abgeschaltet und positioniert am Anfang der nächsten Zeile, und der Scan ist für diese Zeile begonnen. Auf diese Weise dem Elektronenstrahl tastet die gesamte Kollimator, 71 von 71 Löchern sind acht Mal in ca. 60ms gescannt. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig6.jpg" alt="Abbildung 6" /> Abbildung 6. Standard rekonstruierte Bild. Rekonstruierte Bild unserer anthropomorphen Phantom Anzeige des Herzens mit jodhaltigen Koronararterien. Das Bild wurde auf 7&#39;&#39;FOV und 15fps aufgenommen, und ein einzelnes Flugzeug auf 45cm von der X-ray Ziel war rekonstruiert. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig7.jpg" alt="Abbildung 7" /> Abbildung 7. Multi-Ebenen-Rekonstruktion. Vertretung der verschiedenen rekonstruierten Ebenen zwischen dem Kollimator und Detektor. Die Blau-Zapfen zeigen, wie der Detektor Bilder in den Wiederaufbau Flugzeuge sind rückprojizierten. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig8.jpg" alt="Abbildung 8" /> Abbildung 8. Flugzeug ausgewählte Bild. Dieses Bild ist eine Komposition aus 32 Flugzeugen. Im Gegensatz zu Abb. 6, wo nur die Schiffe auf der Selected Flugzeug sind im Fokus, ist jedes Schiff im Fokus. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig9.jpg" alt="Abbildung 8" /> Abbildung 9. Equalization Filtrationsschritte. Als Kollimator gescannt wird (oben), empfängt der Detektor eine unterschiedliche Zählrate in Abhängigkeit von der Deckkraft des Objekts (unten). Jeder Kollimator Loch ist bis zu acht Mal (acht Rescans) gescannt. Am ersten rescan sind die Brennpunkte der Reihe entlang der Reihe beleuchtet, ausgehend von der linken und der Fluss wird für jedes Loch gemessen. Auf der nächsten scannen, wird die Beleuchtung wieder ab Anfang der Zeile. Für jeden Brennfleck, sind die Zahlen auf den vorherigen Wert hinzugefügt. Wenn die Gesamtzahl der zählt mehr als eine vorher eingestellte Schwelle, so wird dieses Loch nicht auf die folgenden rescan beleuchtet werden. In der aktuellen Implementierung dieser Prozess erfolgt offline und führt zur Schaffung eines rescan Maske, die anschließend verwendet, um eine ausgeglichene Bild zu erwerben sein wird. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig10.jpg" alt="Abbildung 10" /> Abbildung 10. Rescan Karte durch die Entzerrung Filtration Algorithmus generiert. Jedes Pixel dieses Bildes stellt einen Brennpunkt des Kollimators. Das Bild ist also 71x71 Pixel. Der Grauwert eines jeden Pixels repräsentiert die Anzahl der erneut nach, dass Brennfleck, von Null (schwarz) bis acht (weiß). Wir beobachten, dass auf dem rechten Teil des Bildes, die Anzahl der rescan sehr gering ist. Als Ergebnis wird jede dieser Brennflecken nur einmal oder zweimal beleuchtet werden. Dieser Bereich entspricht der Lunge Feld Bereich unserer rekonstruierte Bild (Abbildung 6), wo das Bild fast wegen der niedrigen X-ray Absorption dieser Bereich gesättigt ist. <img src="/files/ftp_upload/3236/3236fig11.jpg" alt="Abbildung 11" /> Abbildung 11. Flugzeug ausgewählt ausgeglichen Bild. Dieses Bild ist der Ausgang des Rekonstruktionsalgorithmus nach adaptive Belichtung. Dieses Bild hat mit der gleichen Betriebsart 7 &quot;15fps als das Standard-Image (Abbildung 8) erworben worden, aber mit adaptive Belichtung aktiviert basierend auf den Scan-Maske von Abbildung 10 dargestellt. Das Bild ist mehr einheitlich in Bezug auf die Intensität und damit die Gefäße erscheinen bei höheren Kontrast, vor allem in dunklen Bereichen. Auf der rechten Seite des Bildes, gibt es nicht mehr Sättigung in der Lunge ein. Movie 1. Animation der SBDX System. SBDX System arbeitet in umgekehrter Geometrie. Eine große Abtaststrahl Röntgenquelle leuchtet eine kleine Fläche Detektor. Der Patient ist weit aus dem Detektor positioniert. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie1.swf">Klicken Sie hier, um den Film zu sehen.</a> Movie 2. X-ray Generation. An jedem Brennpunkt, trifft der Elektronenstrahl die Wolfram-und X-Strahlen erzeugt werden. Der Kollimator fokussiert die Röntgenstrahlung in Richtung des Detektors. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie2.swf">Klicken Sie hier, um sich den Film anzusehen.</a> Movie 3. Bildrekonstruktion Animation. Diese Animation zeigt den Prozess der Rekonstruktion der letzten Bild mit dem Detektor Bilder. Für jeden Brennfleck des Kollimators (links unten), wird der entsprechende Detektor Bild (oben links) auf die Ebene projiziert, um zu rekonstruieren (rechts). In dieser Animation vertreten wir drei Ebenen, die mit verschiedenen Entfernungen von der Röntgenquelle rekonstruiert werden. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie3.avi">Klicken Sie hier, um den Film zu sehen.</a> Movie 4. Ebenenwahl. Die SBDX System ist ein Tomosynthese Imaging-System. Das Flugzeug zu rekonstruieren und visualisiert werden können durch den Benutzer ausgewählt werden. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie4.swf">Klicken Sie hier, um den Film zu sehen.</a> Movie 5. Multi-Ebenen-Animation. Dieses Video zeigt die verschiedenen Ebenen rekonstruiert bei zunehmender Entfernung von der Blende. Bemerkenswert ist, gehen die jodhaltigen Koronararterien in und außerhalb des Fokus abhängig von ihrem Standort. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie5.avi">Klicken Sie hier, um sich den Film anzusehen.</a> Movie 6. 3D-Ebene ausgewählt Animation. 3D-Visualisierung der rekonstruierten Fokusebenen. Fokusebenen sind mit zunehmender Tiefe verschoben. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3236/3236movie6.wmv">Klicken Sie hier, um den Film zu sehen.</a>

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Die Autoren sind Mitarbeiter von Triple Ring Technologies, der das Instrument in diesem Artikel verwendet zu produzieren.

Wir zeigen, dass Dosis Einsparungen sind möglich durch die Entzerrung Technik. In diesem Papier haben wir nur zeigen, wie unsere Technik angewandt wird, ohne über Konsequenzen für die Bildqualität. Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass es unser Ziel, ein Ziel Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten in den entzerrten Bilder ist. Die zugrunde liegende Annahme ist, dass in nicht ausgeglichene Bilder, das Signal-Rausch-Verhältnis sehr ungleichmäßig ist. Insbesondere zeigen die hellen Bereiche wie die Lunge Feld höheres Signal-Rausch-Verhältnis als nötig, um die diagnostische Aufgabe zu erfüllen. Entzerrung ermöglicht es uns, das Signal-Rausch-Verhältnis niedriger in diesen Bereichen und Signal-Rausch-Verhältnis in den dunkleren Bereichen des Bildes zu erhalten. Wir führen derzeit Lärmmessung Studien, unseren Ansatz zu validieren. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Dosis Einsparungen in der Größenordnung von 30% erreichbar sind, zu gleichen Signal-Rausch-Verhältnis in den dunklen Bereichen des Bildes 7, 8. Das Potenzial der Entzerrung Filtration wurde in der wissenschaftlichen Literatur seit vielen Jahren anerkannt. Bisher sind jedoch alle veröffentlichten Implementierungen beteiligt mechanische Blenden oder Filter, erheblich behindert den Nutzen dieses Ansatzes 9,10. Hier zeigen wir, dass Entzerrung auf einer vollelektronischen Ansatz gestützt werden kann, die Überwindung der Probleme mit mechanischen Implementierungen. In der klinischen SBDX System, werden die meisten der hier vorgestellten Schritte in Hardware implementiert werden und wird in Echtzeit während der Datenerfassung durchgeführt werden. Die Schwankungsrückstellung Algorithmus in Echtzeit ablaufen, und das angezeigte Bild wird standardmäßig ausgeglichen werden. Der Algorithmus dynamisch anzupassen ihre Parameter je nach Motiv wird abgebildet, die Bewegung des Motivs und die sich verändernde Gantry-Position. Wir werden weiterhin unser Algorithmus zu verbessern, und die weitere Entwicklung unserer Methode sein, um Echtzeit-Umsetzung zu erleichtern notwendig.

x-ray dose reduction through adaptive exposure in fluoroscopic imaging

Röntgendurchleuchtung ist weithin bekannt für Bildführung während kardiale Intervention verwendet. Allerdings kann Strahlendosis in diesen Verfahren hoch sein, und dies ist ein wesentliches Anliegen, insbesondere bei pädiatrischen Anwendungen. Pediatrics Verfahren sind in der Regel sehr viel komplexer als jene von Erwachsenen durchgeführt und sind somit im Durchschnitt vier Minuten vor acht Mal länger 1. Darüber hinaus können die Kinder durchlaufen bis zu 10 fluoroskopische Verfahren bis zum Alter von 10 und haben gezeigt, dass ein drei-fach erhöhtes Risiko der Entwicklung von tödlichen Krebserkrankung während ihrer gesamten Lebensdauer als die allgemeine Bevölkerung 2,3 haben. Wir haben gezeigt, dass Strahlendosis signifikant bei erwachsenen Herzoperationen werden durch unsere Abtaststrahl digital x-ray (SBDX) System 4 reduziert - ein Durchleuchtung Imaging-System, dass eine inverse Bildgebungsgeometrie 5,6 (Abbildung 1, Movie 1 und beschäftigt Abbildung 2). Statt einer einzigen Brennfleck und einem erweiterten Detektor als in herkömmlichen Systemen verwendet, nutzt unser Ansatz einer erweiterten Röntgenquelle mit mehreren Brennpunkte auf einer kleinen Detektor fokussiert. Unsere Röntgenquelle besteht aus einem Raster-Elektronen-Strahl nacheinander beleuchtet bis zu 9.000 Brennfleck-Positionen. Jeder Brennfleck Projekte einen kleinen Teil der bildgebenden Volumen auf dem Detektor. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen System, bei dem das endgültige Bild auf dem Detektor projiziert wird, verwendet die SBDX speziellen Algorithmen, um das endgültige Bild von den 9.000 Detektor Bilder zu rekonstruieren. Für pädiatrische Anwendungen sind Dosisreduktion mit dem SBDX System erwartungsgemäß geringer als bei erwachsenen Verfahren. Allerdings erlaubt die SBDX für zusätzliche Dosis Einsparungen durch die Einführung eines elektronischen adaptive Aufnahmetechnik. Der Schlüssel zu dieser Methode ist die Multi-Beam-Scanning-Technik des SBDX System: anstatt auszusetzen jeden Teil des Bildes mit der gleichen Strahlendosis, können wir dynamisch variieren die Belichtung abhängig von der Deckkraft der Region ausgesetzt. Deshalb können wir das Risiko erheblich einschränken in Aufhellungen und pflegen Exposition in undurchsichtiger Regionen. In unserer aktuellen Implementierung erfordert die adaptive Exposition Interaktion mit dem Benutzer (Abbildung 3). Doch in Zukunft wird die adaptive Exposition Echtzeit und vollautomatisch erfolgen. Wir haben Experimente mit einer anthropomorphen Phantom durchgeführt und verglichen gemessen Strahlendosis mit und ohne adaptive Exposition mit einer Dosis-Flächen-Produkt (DAP) Meter. In dem Experiment hier präsentiert, finden wir eine Dosisreduktion von 30%.

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X-ray Dose Reduction through Adaptive Exposure in Fluoroscopic Imaging

Wir entwickeln eine dynamische adaptive Aufnahmetechnik mit unseren Abtaststrahl digitalen Röntgenanlage. Anstatt auszusetzen ein Objekt gleichmäßig, wird die Belichtung angepasst abhängig von der Deckkraft des Objekts. Hier zeigen wir ein Experiment mit einer anthropomorphen Phantom, das in einer Dosis Einsparung von 30% geführt.

X-ray Dosisreduktion durch Adaptive Exposure in Durchleuchtungs Imaging

X-ray fluoroscopy is widely used for image guidance during cardiac intervention. However, radiation dose in these procedures can be high, and this is a ...

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Research

JoVE Journal

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14.3K Aufrufe.  Triple Ring Technologies. Wir entwickeln eine dynamische adaptive Aufnahmetechnik mit unseren Abtaststrahl digitalen Röntgenanlage. Anstatt auszusetzen ein Objekt gleichmäßig, wird die Belichtung angepasst abhängig von der Deckkraft des Objekts. Hier zeigen wir ein Experiment mit einer anthropomorphen Phantom, das in einer Dosis Einsparung von 30% geführt.

Serie: X-ray Dose Reduction through Adaptive Exposure in Fluoroscopic Imaging

Segmentation and Measurement of Fat Volumes in Murine Obesity Models Using X-ray Computed Tomography

Obesity is associated with increased morbidity and mortality as well as reduced metrics in quality of life.1 Both environmental and genetic factors are associated with obesity, though the precise underlying mechanisms that contribute to the disease are currently being delineated.2,3 Several small animal models of obesity have been developed and are employed in a variety of studies.4 A critical component to these experiments involves the collection of regional and/or total animal fat content data under varied conditions.
Traditional experimental methods available for measuring fat content in small animal models of obesity include invasive (e.g. ex vivo measurement of fat deposits) and non-invasive (e.g. Dual Energy X-ray Absorptiometry (DEXA), or Magnetic Resonance (MR)) protocols, each of which presents relative trade-offs. Current invasive methods for measuring fat content may provide details for organ and region specific fat distribution, but sacrificing the subjects will preclude longitudinal assessments. Conversely, current non-invasive strategies provide limited details for organ and region specific fat distribution, but enable valuable longitudinal assessment. With the advent of dedicated small animal X-ray computed tomography (CT) systems and customized analytical procedures, both organ and region specific analysis of fat distribution and longitudinal profiling may be possible. Recent reports have validated the use of CT for in vivo longitudinal imaging of adiposity in living mice.5,6 Here we provide a modified method that allows for fat/total volume measurement, analysis and visualization utilizing the Carestream Molecular Imaging Albira CT system in conjunction with PMOD and Volview software packages.

Fat content analysis is routinely conducted in studies utilizing murine obesity models. Emerging methods in small animal CT imaging and analysis are providing for longitudinal detail rich fat content analysis. Here we detail step by step procedures for performing small animal CT imaging, analysis, and visualization.

Segmentierung und Messung von FAT-Volumes in Murine Obesity Modellen mithilfe von Röntgen-Computertomographie

Obesity is associated with increased morbidity and mortality as well as reduced metrics in quality of life.1 Both environmental and genetic factors are ...

Forschung

Medizin

Assessing Teratogenic Changes in a Zebrafish Model of Fetal Alcohol Exposure

Fetal alcohol syndrome (FAS) is a severe manifestation of embryonic exposure to ethanol. It presents with characteristic defects to the face and organs, including mental retardation due to disordered and damaged brain development. Fetal alcohol spectrum disorder (FASD) is a term used to cover a continuum of birth defects that occur due to maternal alcohol consumption, and occurs in approximately 4% of children born in the United States. With 50% of child-bearing age women reporting consumption of alcohol, and half of all pregnancies being unplanned, unintentional exposure is a continuing issue2. In order to best understand the damage produced by ethanol, plus produce a model with which to test potential interventions, we developed a model of developmental ethanol exposure using the zebrafish embryo. Zebrafish are ideal for this kind of teratogen study3-8. Each pair lays hundreds of eggs, which can then be collected without harming the adult fish. The zebrafish embryo is transparent and can be readily imaged with any number of stains. Analysis of these embryos after exposure to ethanol at different doses and times of duration and application shows that the gross developmental defects produced by ethanol are consistent with the human birth defect. Described here are the basic techniques used to study and manipulate the zebrafish FAS model.

In order to understand the molecular mechanisms of the ethanol-induced developmental damage, we have developed a zebrafish model of ethanol exposure and are exploring the physical, cellular, and genetic alterations that occur after ethanol exposure1. We then seek to find potential interventions and rapidly test them in this animal model.

Die Beurteilung Teratogene Änderungen in einem Zebrafisch-Modell der Fetal Alcohol Exposure

Fetal alcohol syndrome (FAS) is a severe manifestation of embryonic exposure to ethanol. It presents with characteristic defects to the face and organs, ...

Imaging Glioma Initiation In Vivo Through a Polished and Reinforced Thin-skull Cranial Window

Glioma is the one of the most lethal forms of human cancer. The most effective glioma therapy to date-surgery followed by radiation treatment-offers patients only modest benefits, as most patients do not survive more than five years following diagnosis due to glioma relapse 1,2. The discovery of cancer stem cells in human brain tumors holds promise for having an enormous impact on the development of novel therapeutic strategies for glioma 3. Cancer stem cells are defined by their ability both to self-renew and to differentiate, and are thought to be the only cells in a tumor that have the capacity to initiate new tumors 4. Glioma relapse following radiation therapy is thought to arise from resistance of glioma stem cells (GSCs) to therapy 5-10. In vivo, GSCs are shown to reside in a perivascular niche that is important for maintaining their stem cell-like characteristics 11-14. Central to the organization of the GSC niche are vascular endothelial cells 12. Existing evidence suggests that GSCs and their interaction with the vascular endothelial cells are important for tumor development, and identify GSCs and their interaction with endothelial cells as important therapeutic targets for glioma. The presence of GSCs is determined experimentally by their capability to initiate new tumors upon orthotopic transplantation 15. This is typically achieved by injecting a specific number of GBM cells isolated from human tumors into the brains of severely immuno-deficient mice, or of mouse GBM cells into the brains of congenic host mice. Assays for tumor growth are then performed following sufficient time to allow GSCs among the injected GBM cells to give rise to new tumors-typically several weeks or months. Hence, existing assays do not allow examination of the important pathological process of tumor initiation from single GSCs in vivo. Consequently, essential insights into the specific roles of GSCs and their interaction with the vascular endothelial cells in the early stages of tumor initiation are lacking. Such insights are critical for developing novel therapeutic strategies for glioma, and will have great implications for preventing glioma relapse in patients. Here we have adapted the PoRTS cranial window procedure 16and in vivo two-photon microscopy to allow visualization of tumor initiation from injected GBM cells in the brain of a live mouse. Our technique will pave the way for future efforts to elucidate the key signaling mechanisms between GSCs and vascular endothelial cells during glioma initiation.

Imaging Glioma Initiation In Vivo Through a Polished and Reinforced Thin-skull Cranial Window

By combining a polished and reinforced thin-skull (PoRTS) cranial window and glioblastoma (GBM) cell injection, we can observe glioma initiation and growth from injected GBM cells in the brain of a live mouse longitudinally.

Imaging Gliom Initiation<em&gt; In Vivo</em&gt; Durch eine Poliert und Reinforced Thin-skull Cranial Fenster

Glioma is the one of the most lethal forms of human cancer. The most effective glioma therapy to date-surgery followed by radiation treatment-offers ...

Minimal Erythema Dose (MED) Testing

Ultraviolet radiation (UV) therapy is sometimes used as a treatment for various common skin conditions, including psoriasis, acne, and eczema. The dosage of UV light is prescribed according to an individual's skin sensitivity. Thus, to establish the proper dosage of UV light to administer to a patient, the patient is sometimes screened to determine a minimal erythema dose (MED), which is the amount of UV radiation that will produce minimal erythema (sunburn or redness caused by engorgement of capillaries) of an individual's skin within a few hours following exposure. This article describes how to conduct minimal erythema dose (MED) testing. There is currently no easy way to determine an appropriate UV dose for clinical or research purposes without conducting formal MED testing, requiring observation hours after testing, or informal trial and error testing with the risks of under- or over-dosing. However, some alternative methods are discussed.

Minimal Erythema Dose MED Testing

This article describes how to conduct minimal erythema dose (MED) testing in order to determine the lowest dose of ultraviolet radiation that will cause erythema (burning) when administered to an individual.

Minimal Erythema Dosis (MED) Testing

Ultraviolet radiation (UV) therapy is  sometimes used as a treatment for various common skin conditions, including  psoriasis, acne, and eczema. The ...

Dual-phase Cone-beam Computed Tomography to See, Reach, and Treat Hepatocellular Carcinoma during Drug-eluting Beads Transarterial Chemo-embolization

The advent of cone-beam computed tomography (CBCT) in the angiography suite has been revolutionary in interventional radiology. CBCT offers 3 dimensional&#160;(3D) diagnostic imaging in the interventional suite and can enhance minimally-invasive therapy beyond the limitations of 2D angiography alone. The role of CBCT has been recognized in transarterial chemo-embolization (TACE) treatment of hepatocellular carcinoma (HCC). The recent introduction of a CBCT technique: dual-phase CBCT (DP-CBCT) improves intra-arterial HCC treatment with drug-eluting beads (DEB-TACE). DP-CBCT can be used to localize liver tumors with the diagnostic accuracy of multi-phasic multidetector computed tomography (M-MDCT) and contrast enhanced magnetic resonance imaging (CE-MRI) (See the tumor), to guide intra-arterially guidewire and microcatheter to the desired location for selective therapy (Reach the tumor), and to evaluate treatment success during the procedure (Treat the tumor). The purpose of this manuscript is to illustrate how DP-CBCT is used in DEB-TACE to see, reach, and treat HCC.

Dual-phase cone-beam computed tomography (DP-CBCT) is a useful intraprocedural imaging technique for transarterial chemo-embolization treatment with drug-eluting beads of hepatocellular carcinoma. DP-CBCT has been used to perform three major steps in oncologic interventional radiology: tumor localization (see), navigation and intraprocedural catheter guidance (reach), and intraprocedural evaluation of treatment success (treat).

The advent of cone-beam computed tomography (CBCT) in the angiography suite has been revolutionary in interventional radiology. CBCT offers 3 ...

Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) has the potential to improve the treatment of Parkinson&#39;s disease by optimizing stimulation in real time according to fluctuating disease and medication state. In the present realization of adaptive DBS we record and stimulate from the DBS electrodes implanted in the subthalamic nucleus of patients with Parkinson&#39;s disease in the early post-operative period. Local field potentials are analogue filtered between 3 and 47 Hz before being passed to a data acquisition unit where they are digitally filtered again around the patient specific beta peak, rectified and smoothed to give an online reading of the beta amplitude. A threshold for beta amplitude is set heuristically, which, if crossed, passes a trigger signal to the stimulator. The stimulator then ramps up stimulation to a pre-determined clinically effective voltage over 250 msec and continues to stimulate until the beta amplitude again falls down below threshold. Stimulation continues in this manner with brief episodes of ramped DBS during periods of heightened beta power.
Clinical efficacy is assessed after a minimum period of stabilization (5 min) through the unblinded and blinded video assessment of motor function using a selection of scores from the Unified Parkinson&#39;s Rating Scale (UPDRS). Recent work has demonstrated a reduction in power consumption with aDBS as well as an improvement in clinical scores compared to conventional DBS. Chronic aDBS could now be trialed in Parkinsonism.

Controlling Parkinson&#039;s Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) is effective for Parkinson&#8217;s disease, improving symptoms and reducing power consumption compared to conventional deep brain stimulation (cDBS). In aDBS we track a local field potential biomarker (beta oscillatory amplitude) in real time and use this to control the timing of stimulation.

Controlling Parkinson-Krankheit mit Adaptive Tiefe Hirnstimulation

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) has the potential to improve the treatment of Parkinson&#39;s disease by optimizing stimulation in real time ...

Voluntary Breath-hold Technique for Reducing Heart Dose in Left Breast Radiotherapy

Breath-holding techniques reduce the amount of radiation received by cardiac structures during tangential-field left breast radiotherapy. With these techniques, patients hold their breath while radiotherapy is delivered, pushing the heart down and away from the radiotherapy field. Despite clear dosimetric benefits, these techniques are not yet in widespread use. One reason for this is that commercially available solutions require specialist equipment, necessitating not only significant capital investment, but often also incurring ongoing costs such as a need for daily disposable mouthpieces. The voluntary breath-hold technique described here does not require any additional specialist equipment. All breath-holding techniques require a surrogate to monitor breath-hold consistency and whether breath-hold is maintained. Voluntary breath-hold uses the distance moved by the anterior and lateral reference marks (tattoos) away from the treatment room lasers in breath-hold to monitor consistency at CT-planning and treatment setup. Light fields are then used to monitor breath-hold consistency prior to and during radiotherapy delivery.

The current priority in breast cancer radiotherapy is to reduce cardiac doses without compromising target tissue coverage. The voluntary breath-hold technique described here is a simple, inexpensive solution to this problem and capable of being instituted widely without the need for specialized equipment.

Freiwillige Atemanhaltetechnik zur Verringerung der Herz-Dose in der linken Brust Strahlentherapie

Breath-holding techniques reduce the amount of radiation received by cardiac structures during tangential-field left breast radiotherapy. With these ...

Non-fluoroscopic Catheter Tracking for Fluoroscopy Reduction in Interventional Electrophysiology

A technological platform (MediGuide) has been recently introduced for non-fluoroscopic catheter tracking. In several studies, we have demonstrated that the application of this non-fluoroscopic catheter visualization system (NFCV) reduces fluoroscopy time and dose by 90-95% in a variety of electrophysiology (EP) procedures. This can be of relevance not only to the patients, but also to the nurses and physicians working in the EP lab. Furthermore, in a subset of indications such as supraventricular tachycardias, NFCV enables a fully non-fluoroscopic procedure and allows the lab staff to work without wearing lead aprons. With this protocol, we demonstrate that even complex procedures such as ablations of atrial fibrillation, that are typically associated with fluoroscopy times of &#62;30 min in conventional settings, can safely be performed with a reduction of &#62;90% in fluoroscopy exposure by the additional use of NFCV.

Radiation exposure is an underestimated risk in complex ablation procedures. Here, we describe a protocol to significantly decrease fluoroscopy time and dosage for both the patient and the lab staff by using a novel non-fluoroscopic catheter visualization system.

Non-Durchleuchtungs Catheter Tracking für Fluoroskopie Reduction in Interventional Elektrophysiologie

A technological platform (MediGuide) has been recently introduced for non-fluoroscopic catheter tracking. In several studies, we have demonstrated that ...

Real-time X-ray Imaging of Lung Fluid Volumes in Neonatal Mouse Lung

At birth, the lung undergoes a profound phenotypic switch from secretion to absorption, which allows for adaptation to breathing independently. Promoting and sustaining this phenotype is critically important in normal alveolar growth and gas exchange throughout life. Several in vitro studies have characterized the role of key regulatory proteins, signaling molecules, and steroid hormones that can influence the rate of lung fluid clearance. However, in vivo examinations must be performed to evaluate whether these regulatory factors play important physiological roles in regulating perinatal lung liquid absorption. As such, the utilization of real time X-ray imaging to determine perinatal lung fluid clearance, or pulmonary edema, represents a technological advancement in the field. Herein, we explain and illustrate an approach to assess the rate of alveolar lung fluid clearance and alveolar flooding in C57BL/6 mice at post natal day 10 using X-ray imaging and analysis. Successful implementation of this protocol requires prior approval from institutional animal care and use committees (IACUC), an in vivo small animal X-ray imaging system, and compatible molecular imaging software.

We present a protocol to assess the rate of alveolar fluid clearance or pulmonary edema in neonatal mouse lung using X-ray imaging technology.

Echtzeit-Röntgenbildgebung von Lungenflüssigkeitsvolumen in Neonatal Mauslunge

At birth, the lung undergoes a profound phenotypic switch from secretion to absorption, which allows for adaptation to breathing independently. Promoting ...

Two-Dimensional X-Ray Angiography to Examine Fine Vascular Structure Using a Silicone Rubber Injection Compound

Angiography is an essential tool for the study of vascular structures in various research fields. The aim of this study is to introduce a simple angiographic method for examining the fine vascular structure of unfixed, fresh tissue using a silicone rubber injection compound and soft tissue X-ray system. This study is especially focused on flap territories used in reconstructive surgery. This study employs angiography with a silicone rubber injection compound in various experimental conditions using Sprague-Dawley rats. First, 15 mL of MV compound and 15 mL of diluent is mixed. Then, 1.5 mL of the curing agent is prepared, and a 24G catheter is cannulated in the common carotid artery of the rat. A three-way stopcock is then connected to a catheter, and the radiopaque agent, after being mixed with the prepared curing agent, is injected immediately without spillage. Finally, as the agent solidifies, the specimen is harvested, and an angiographic image is obtained using a soft tissue X-ray system. This method indicates that high-quality angiography showing fine vascular structures can be easily and simply obtained within in a short period of time.

This study presents a simple two-dimensional angiographic method to examine fine vascular structures using a silicone rubber injection compound and soft tissue X-ray system.

Methods Article

X-ray Dosisreduktion durch Adaptive Exposure in Durchleuchtungs Imaging