本文概述了在动物生物安全四级实验室中安全开展医学影像学检查所需的制备及动物操作流程。通过对一只模拟感染的豚鼠进行计算机断层扫描，展示了可用于评估高致病性病原体所致疾病的方法步骤。
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本文内容
摘要
摘要
利用动物模型进行人类疾病的医学影像研究已有数十年历史；然而，直到最近，对高致病性病原体引发的疾病进行医学影像学研究仍无法实现。2014年，美国国立卫生研究院下属的过敏与传染病研究所位于德特里克堡的综合研究设施启用了动物生物安全四级（ABSL-4）实验室，用于评估实验感染动物中传染病的临床进程和病理变化。研究人员可使用多种成像技术，包括计算机断层扫描（CT）、磁共振成像、正电子发射断层扫描和单光子发射计算机断层扫描，开展此类评估。本文重点介绍在ABSL-4实验室中安全获取活体豚鼠CT图像的工作流程。这些操作包括动物处理、麻醉，以及在动物从镇静状态恢复前的准备与监测。我们还将讨论成像设备的准备、质量检查、从“热区”（含病原体区域）到“冷区”的通信方法，以及将动物从饲养室转移至成像室的过程。
引言
美国马里兰州弗雷德里克市德特里克堡的国家过敏与传染病研究所（NIAID）综合研究设施（IRF-Frederick）的使命是开展新发传染病研究，以深入了解与微生物所致疾病严重程度相关的临床疾病过程。IRF-Frederick 具备独特的能力，可在生物安全四级实验室（ABSL-4）中对高致病性病原体的动物模型进行医学成像1。研究人员可使用的成像方式包括：计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）、正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）、超声、X 射线以及荧光透视成像。研究人员利用这些成像技术在纵向研究中监测疾病进展，并评估药物治疗和疫苗接种等干预措施的有效性。
IRF-Frederick 的成像设备在设计上特别将设备的核心组件置于高 containment 区域之外2,3 且便于维护和维修。该设计将成像区域划分为 "热" （含有病原体）和 "冷侧" 为实现这种分离，专门设计了延长管，以将高密闭空间延伸至每种成像设备的孔洞内部图1）。除了提供生物防护外，这些管道还能保护成像设备免受用于对高等级生物安全实验室进行去污的气体和化学品的影响。成像科学家和技术人员在实验室外操作扫描仪 "冷侧" 而比较医学（CM）工作人员负责处理和监测动物 "热端"由于临床医学人员必须与影像科学家密切合作以协调这些实验，这种分离可能导致....
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方案
本方案遵循以下动物护理指南。动物饲养于经国际实验动物评估和认可委员会（Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International）认证的设施中。所有实验程序均经国家过敏和传染病研究所临床研究部动物护理与使用委员会批准，并符合《动物福利法》法规、公共卫生服务政策以及《实验动物护理与使用指南》（Guide for the Care and Use of Laboratory Animals）的建议。
1. 准备CT扫描仪（位于"冷端"）
- 预热X射线管
- 确认扫描室内无工作人员，且受检者检查床为空。
- 根据扫描仪制造商的规范执行X射线管预热程序。
- 执行空气校准
- 确保扫描区域内无任何物体。
- 根据扫描仪制造商的规范执行空气校准程序。在许多平台上，此校准为自动或半自动。
- 执行质量控制扫描（在"热区"）
- 按照参考文献5中详细描述的ABSL-4防护服实验室进入程序进行操作，并增加额外步骤：若操作涉及放射性物质暴露，需将剂量计夹在防护服内的刷手服上，并每2个月提交一次剂量计以计算辐射暴露....
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结果
在ABSL-4实验室中安全操作必须严格遵守所有安全规程和动物操作的标准操作程序。将感染动物通过麻醉诱导箱从动物操作室转移至成像室，可最大限度降低公共走廊被污染的风险。在IRF-Frederick开展ABSL-4研究期间，由于严格执行相关操作规程，从未发生实验室获得性感染或动物受试者之间的交叉污染。
生物安全四级（ABSL-4）病毒病原体可引发肺部相关病理变化10,11，而计算机断层扫描（CT）是监测感染动物模型疾病进展的有力工具。CT 图像基于X射线在组织中的吸收情况生成，成像过程相对快速，可最大限度减少所需麻醉时间。在CT图像中，被成像物体的密度越高（如骨骼），其显示越亮（图2）。器官组织的密度通常表现为中等强度（灰色），而含气组织（如健康肺部）则呈黑色。CT通过采集360°范围内的多幅放射影像，重建为身体的三维图像。为了更清晰地区分器官结构与感染性疾病相关的病理变化，可使用静脉注射对比剂。
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讨论
本系列之前的文献强调了在最高防护级别的实验室中安全工作所需的广泛培训、对细节的关注、安全规程以及额外的工程控制措施12,13。在这些实验室中，安全操作始终是最高优先事项。当涉及活体动物操作时，这一理念尤为重要，因为存在额外的风险，例如感染动物可能造成咬伤或抓伤，或产生气溶胶7。这些操作规程重点说明了将动物从饲养间安全转移至成像室的处理与运输过程。文中还演示了麻醉期间对动物的操作与监测，以向读者真实呈现在ABSL-4实验室中工作时所需具备的细致操作和安全注意事项。
我们描述了一种在生物安全四级实验室（ABSL-4）中进行无创医学影像检查的实验方案，以对豚鼠进行CT扫描为例。在BSL-4实验室中成功实施影像检查包含多个关键步骤。第一个关键步骤是确认安全检查清单已完成，确保所有安全系统在进入实验室前均正常运行5。工作人员必须遵循正确的进出程序，以确保在BSL-4实验室中安全操作。第二个关键步骤是确认在X射线管预热及所有后续扫描过程中，扫描室内无人员停留，或相关人员均位于便携式铅屏蔽之后。在对动物实施麻醉和成像准备之前，必须.......
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披露
作者无任何利益冲突披露。
致谢
本出版物的内容不一定反映美国卫生与公共服务部（DHHS）或与作者相关的机构和公司的观点或政策。本工作部分通过巴特尔纪念研究所与美国国家过敏与传染病研究所（NIAID）签订的主合同资助，合同编号为 HHSN272200700016I。M.R.H.、K.J.、D.P.、L.B. 和 J.W. 作为巴特尔纪念研究所的雇员完成了此项工作。参与本工作的巴特尔纪念研究所的分包商包括：R.B.，查尔斯河实验室 - 外包解决方案公司雇员；L.K. 和 M.R.L.，MEDRelief 人员配备公司雇员；M.G.L.，洛夫莱斯呼吸系统研究所公司雇员；以及 J.H.K.，坦内尔政府服务公司雇员。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Micro-Chem Plus | 国家化学实验室 | 255 | |
| CT扫描仪 | 飞利浦医疗 | ||
| CT模体 | 飞利浦医疗 | ||
| Isovue-300（CT造影剂） | Bracco诊断公司 | NDC 0270-1315-30 | |
| 通风笼架 | Lab Products | ||
| 独立通气笼具 | Lab Products | ||
| 生物安全柜 | Nuaire | ||
| 麻醉机 | SurgiVet | WWV9000 | |
| 麻醉诱导箱 | VetEquip | ||
| 麻醉面罩 | Henry Schein | ||
| 异氟烷 | Henry Schein | ||
| 废气吸附罐 | 费雪科学 | F/AIR | |
| 固定垫 | |||
| 眼科软膏 | |||
| 生命体征监护仪 | Bionet | BM3Vet | |
| 移动电话 | Spectralink | 8440 | |
| 蓝牙耳机 | |||
| 无线接入点 | |||
| Sperian正压防护服 | 霍尼韦尔安全产品 | BSL 4-2 | |
| 外层手套（乳胶，Ansell Canners and Handlers） | 费雪科学 | 19-019-601 | |
| 外层手套（丁腈/橡胶，MAPA） | 费雪科学 | 2MYU1 | |
| 手术刷手服 | Cintas | 60975/60976 | |
| 袜子 | Cintas | 944 | |
| 封箱胶带 | Pack-N-Tape | 51131069695 | |
| 毛巾 | Cintas | 2720 | |
| 拉链润滑剂 | 亚马逊 | B000GKBEJA |
参考文献
- Jahrling, P. B., et al. The NIAID Integrated Research Facility at Frederick, Maryland: a unique international resource to facilitate medical countermeasure development for BSL-4 pathogens. Pathog Dis. , (2014).
- de Kok-Mercado, F., Kutlak, F. M., Jahrling, P. B.
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重印与许可
