processing micro-ct scanned image of stained murine neonatal brain sample

마우스 신생아 뇌 Micro-CT 스캐닝 및 이미지 처리

Micro-computed tomography (micro-CT) imaging is a valuable tool for different fields of research. In biology, it is especially suitable for bone research because of X-ray absorption in mineralized tissues. Due to this feature, diverse questions regarding bone development1, metabolism2, and evolution3,4, among other topics, have been approached with the assistance of micro-CT. In 2008, de Crespigny et al.5 showed that micro-CT images of adult mouse and rabbit brains could be obtained using iodine as a contrast agent. This work opened a new application for this imaging technique, since iodine allowed the acquisition of images from soft tissues which otherwise would be insensitive to X-rays. Thus, the general goal of combining micro-CT and an iodine-based contrast agent is to obtain high-resolution images, in which soft tissues can be distinguished and identified at a meso or macro anatomical level.
This technique has notable potential for studies that require detailed ex vivo phenotypic characterization of small specimens, such as mouse embryos, which are widely used in experimental designs6. Iodine contrast in combination with micro-CT imaging has been used to obtain volumetric quantifications of organs7 and landmark three-dimensional (3D) structures8,9. In recent years, micro-CT scanning of stained samples has been applied to describe brain phenotypic features of rodents10, and different improvements to the technique have been proposed. For adult brains, a protocol of 48 h of immersion in iodine, with a previous step of perfusion with a hydrogel, was found to produce images of high quality11. Gignac et al.12 expanded the limits of this technique by showing that rat brains stained with iodine could be processed to perform routine histological techniques. Similarly, these procedures demonstrate promising results for embryonic and pre-weaning rodent brains8,13,14,15.
Although neuroscience has largely applied microscope-based techniques to assess different structural and functional aspects of brain development, such studies are more suitable for characterizing specific cell populations or spatially limited structures. Conversely, micro-CT imaging allows the description of whole structures and the acquisition of 3D models that preserve relevant spatial information, which is complementary to microscopic techniques. Magnetic resonance imaging (MRI) is also a standard technique applied to explore the structural features of small animals16,17,18. However, micro-CT, with the use of a contrast agent, has two main advantages for ex vivo fixed samples: micro-CT scanners are largely less expensive and easy to operate, and allow a higher spatial resolution than MRI12.
This work aims to describe the procedure to obtain high-resolution images from neonatal mouse brains using micro-CT scanning after staining with Lugol&#39;s solution, an iodine-based contrast agent. A comprehensive protocol is presented, which starts with preliminary stages such as sample collection and fixation of tissues, and goes through staining, micro-CT image acquisition, and standard processing. Image processing includes the segmentation of a 3D volume of the complete head, as well as of the brain, and the selection of specific anatomical planes to digitize point coordinates that could be then used in morphometric analyses. Although the focus here is the neonatal mouse brain, similar strategies can be applied to other soft tissues. Thus, the protocol presented here is flexible enough to be applied, with subtle modifications, to other types of samples.

저자 스포트라이트: 생쥐 신생아 뇌의 고해상도 이미징 – Lugol&#39;s Solution Contrast Agent를 사용한 Micro-CT 프로토콜

Micro-CT 영상 및 생쥐 신생아 뇌의 형태 분석

In experimental neuroscience, specifically for those studies addressing questions about development, it is relevant to count on quantitative characterization of brains of embryonic and prenatal specimens. Micro computed tomography in combination with a common contrast agent is capable of producing high solution images suitable for further morphometric analysis. Micro computed tomography has been applied to imaging hard tissue such as bone because of x-ray absorption in mineralized tissues.However, in the last decades, the use of Lugol's solution as a contrast agent has upgraded the application of using machine technique for soft tissues. This protocol combines procedures and tools using the field to demonstrate the great potential of micro computed tomography for studying the prenatal brains of small animals. The strength of our proposal, precisely depicting the process from the sample preparation to morphometric data processing.Images derived from micro computed tomography preserve a special information, which is difficult with standard histological techniques. Additionally, micro computed tomography with the use of a contrast agent has two advantages when compared with magnetic resonance. Scanners are less expensive and easy to operate and allow a higher spatial resolution.The protocol presented here could be applied with subtle modifications to fix samples of different organs derived from diverse species. Then a variety of scientific questions could be approached. Since the contrast agent is administered by emersion, the main limitations should be related to the sample size, but the potential applications are enormous.

염색된 쥐 신생아 뇌 샘플의 Micro-CT 스캔 이미지 처리

시작하려면 이미지 처리 소프트웨어를 실행하고 파일을 선택한 다음 데이터를 열고 이전에 생성된 마이크로 CT 스캔 이미지를 도트 BMP 형식으로 선택합니다. 이미지 읽기 매개변수 창이 열리면 매개변수를 확인하고 올바른 경우 수락합니다. 메인 패널에서 프로젝트 뷰를 클릭하여 도트 BMP 파일의 이름으로 생성된 새 개체를 찾습니다.생성된 개체를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 ortho slice 옵션을 선택한 다음 create를 클릭합니다. 속성에서 보려는 방향 평면과 슬라이스 번호를 선택합니다. 메인 패널에서 전체 헤드의 3D 볼륨을 얻으려면 프로젝트 뷰로 이동하여 이미지 객체를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 대화형 임계값 옵션을 선택한 다음 생성을 클릭합니다.속성에서 동물의 머리에 해당하는 이미지 부분이 선택될 때까지 최소 임계값 RGB 및 최대 임계값 RGB의 값을 변경합니다. 그런 다음, 적용을 선택합니다. 프로젝트 뷰에서 생성된 임계값 개체를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭합니다.속성에서 등가곡면을 선택하고 표면을 시각화할 임계값을 선택한 다음 적용을 클릭합니다. 랜드마크를 디지타이징하려면 프로젝트 뷰를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 객체 생성을 선택한 다음 포인트와 선을 선택하고 랜드마크를 선택한 다음 생성을 클릭합니다. 그런 다음 새 개체 랜드마크를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭합니다.랜드마크 보기를 선택하고 만들기를 클릭합니다. 크기에서 포인트 크기를 수정합니다. 속성에 랜드마크를 추가하려면 편집 모드에서 추가를 선택합니다.중뇌 피질 교차점의 다음 랜드마크까지 곡선 주위에 균등하게 분포된 5개의 점을 디지타이즈한 다음 피질 주위의 8개의 반 랜드마크를 디지타이즈합니다. 디지타이징된 포인트를 저장하려면 개체 랜드마크를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 데이터 저장을 선택합니다. 브레인을 분할하려면 프로젝트 보기를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음 create object를 클릭하고 이미지와 필드를 선택한 다음 필드에 레이블을 지정합니다.만들기를 클릭합니다. label field 객체를 선택하고 properties에서 segmentation editor 옵션을 누릅니다. 재질에서 새 재질을 추가하고 이름을 brain으로 바꿉니다.선택에서 현재 슬라이스를 선택하여 각 슬라이스의 뇌에 해당하는 조직을 분할합니다. 도구에서 마술 지팡이와 브러시를 사용하여 각 조각의 뇌 조직을 선택합니다. 그런 다음 선택에서 추가를 누릅니다.이제 프로젝트 뷰로 돌아가서 label 필드를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Generate surface를 선택한 다음 apply를 클릭합니다. 표면을 얻으면 추출 표면을 적용하여 내보냅니다. 마이크로 CT 스캔을 통해 신생아 쥐의 뇌는 크기가 작음에도 불구하고 후각구, 피질, 중뇌, 소뇌, 후뇌와 같은 해부학적 구조를 구별할 수 있습니다.전체 뇌를 수동으로 분할하여 신생아 뇌의 3D 모델을 재구성했습니다.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Processing Micro-CT Scanned Image of Stained Murine Neonatal Brain Sample

Micro-CT Imaging and Morphometric Analysis of Mouse Neonatal Brains

Neuroimages are a valuable tool for studying brain morphology in experiments using animal models. Magnetic resonance imaging (MRI) has become the standard ...

연구

신경과학

Murine Neonatal Brain Sample Fixation and Staining for Micro-CT Scanning

Micro-CT 스캔을 위한 Murine 신생아 뇌 샘플 고정 및 염색