مقالة منهجية

ضعفت-الجمجمة وتقنيات النافذة القشرية لل في الجسم الحي البصرية بالاتساق التصوير المقطعي التصوير

DOI:

10.3791/50053

⸱

نوفمبر 19, 2012

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Biomedical Sciences, University of California, Riverside , 2Department of Bioengineering, University of California, Riverside

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم وسيلة لخلق نافذة ضعيفة-الجمجمة القشرية (TSCW) في نموذج الفأر ل في الجسم الحي التصوير أكتوبر من القشرة المخية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التصوير المقطعي التماسك البصري (أكتوبر) هي تقنية التصوير الطبية الحيوية للقرار المكانية والزمانية عالية. مع نهجها مينيملي وقد استخدم على نطاق واسع في أكتوبر العيون والأمراض الجلدية، أمراض الجهاز الهضمي و 1-3. باستخدام نافذة ضعيفة-الجمجمة القشرية (TSCW)، ونحن توظيف الطيفية المجال أكتوبر (SD-OCT) طريقة كأداة لصورة القشرة في الجسم الحي. عادة، وقد استخدم فتح الجمجمة، لتصوير الأعصاب، حيث أنه يوفر أكثر براعة، ومع ذلك، فإن اتباع نهج أقل الغازية TSCW وسيلة فعالة للتصوير المدى الطويل في الدراسات العصبية. هنا، نقدم طريقة لخلق TSCW في نموذج الفأر لفي الجسم الحي التصوير أكتوبر من القشرة المخية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

منذ بدء العمل به في أوائل عام 1990، وقد استخدم على نطاق واسع للتصوير أكتوبر البيولوجي للبنية الأنسجة وظيفة 2. أكتوبر يولد صور مقطعية عن طريق قياس صدى تأخير الوقت من 4 ضوء المرتدة عن طريق تنفيذ منخفضة مصدر الضوء الاتساق مع تداخل نيكلسون الألياف الضوئية 2،4. قدم للمرة الأولى SD-OCT، المعروف أيضا باسم فورييه مجال أكتوبر (FD-OCT)، في 1995 5 ويقدم طريقة التصوير متفوقة مقارنة مع التقليدية الوقت المجال أكتوبر (TD-OCT). في SD-OCT، يتم الاحتفاظ الذراع مرجع ثابتة مما أدى إلى سرعة عالية جدا وصورة عالية الدقة اقتناء 6-9.

في الوقت الحاضر، وقد استخدمت نماذج TSCW إلى حد كبير عن الجسم الحي في تطبيقات تصوير الدماغ اثنين من الفوتون المجهري بدلا من حج القحف التقليدية. وقد استخدمت هذه TSCW بالتزامن مع لوحة الجمجمة مخصص أو زلة غطاء الزجاج 10-13 لتوفير IMA إضافيةجينج الاستقرار. في دراساتنا، لاحظنا أن الملحقات مثل هذه ليست ضرورية للتصوير أكتوبر عند استخدام TSCW. ولذلك، فإن عدم وجود لوحة أو الجمجمة تغطية زلات الزجاج يسمح لمجموعة واسعة من حجم الإطار التصوير لأنها قد تتداخل مع الشعاع الضوئي وتغيير الصور أكتوبر

وقد ثبت A-ضعفت إعداد الجمجمة ليكون من المفيد في الدراسات التصويرية للدماغ باستخدام اثنين من الفوتون المجهري 10-13. في تجاربنا، ونحن الاستفادة من نظام SD-OCT لصورة القشرة في الجسم الحي من خلال TSCW. عادتنا الإعداد التصوير SD-OCT يحتوي على النطاق العريض، ومصدر الضوء المنخفض التماسك تتكون من اثنين من الثنائيات superluminescent (SLD) تركزت في 1295 نانومتر مع عرض النطاق الترددي من 97 نانومتر مما أدى إلى قرار محوري والجانبية من 8 ميكرومتر ميكرومتر و20، على التوالي 14 . مع جهاز التصوير الضوئي لدينا، ونحن نتصور أن التصوير من خلال TSCW لديها امكانات كبيرة في تحديد وتصور هياكل ووظائف في سالكثيفة ptically الدماغ الأنسجة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد الجراحية

  1. واستخدمت أنثى الفئران CD 1 تتراوح أعمارهم بين 6-8 أسابيع في تجاربنا.
  2. تخدير الماوس مع حقنة داخل الصفاق من مزيج الكيتامين وزيلازين (80 ملغ / كغ ketamine/10 ملغ / كغ زيلازين). ضع الماوس على لوحة homeothermic الأمثل لضمان درجة حرارة الجسم في ~ 37 درجة مئوية. رصد مستمر مستوى التخدير عن طريق اختبار ردود الفعل الحيوان (مثل معسر القدم مع ملقط حادة) وحقن التخدير أكثر عند الضرورة.
  3. تليين كلتا العينين مع مرهم المسيل للدموع اصطناعية. إزالة الشعر على فروة الرأس باستخدام شفرة حلاقة وإزالة الشعر باستخدام 70٪ المتبقية منصات الإعدادية الكحول. تطبيق طبقة رقيقة من كريم إزالة الشعر ناير على فروة الرأس والانتظار 2 دقيقة من أجل أن تصبح نافذة المفعول. قم بمسح الشعر بعيدا ناير والمتبقي باستخدام قطعة قطن مبللة المالحة ومنصات الإعدادية الكحول. يجب أن تكون فروة الرأس أصلع تماما الآن.
  4. تطهير فروة الرأس باستخدام عصا ممسحة تنظيف betadine ومع 70٪ منصات الإعدادية الإيثانول.
  5. التفاف بعناية الحيوان في الستائر الجراحية المثلى لضمان درجة حرارة الجسم من ~ 37 ° C وتركيب الحيوان إلى إطار التجسيمي لشل الجمجمة. بخفة الجمجمة لضمان استقرارها. وترد قائمة المواد المستخدمة في الجدول 1.

2. ضعفت-الجمجمة إعداد إطار القشرية

  1. بدء شق عند نقطة المنتصف بين العينين. تواصل نحو caudally إلى نقطة المنتصف بين الأذنين. جزء الجلد بالملقط.
  2. تحديد موقع المنطقة المراد ضعيفة تحت المجهر تشريح وإزالة بلطف باستخدام ملاقط اللفافة. تجفيف الجمجمة مع مسحات القطن المعقمة قبل إنشاء إطار ضعيفة القشرية. في تجاربنا، أنشأنا 4 × 4 مم ضعيفة نافذة الجمجمة ~ 1 مم الخلفي والجانبي للbregma.
  3. تبدأ ترقق الجمجمة باستخدام جولة كربيد بر مع حجم مثقاب 0.75 مم في تدريبات اليد الجراحية باستخدام الضوء قل الحركة الكاسحذ. لا تنطبق الضغط المباشر على الجمجمة. وقف الحفر كل ثانية 20-30 لإزالة الغبار العظام باستخدام ملحي معقم ومسحات القطن وتجنب ارتفاع درجة الحرارة الجمجمة. فإن المالحة تساعد أيضا في تشتيت الحرارة في جميع أنحاء الجمجمة.
  4. مرة واحدة تتم إزالة الطبقة الخارجية تماما من العظم المضغوط يجب منتصف طبقة العظم الإسفنجي يكون الآن مرئية. قد يكون هناك بعض نزيف طفيف كما الأوعية الدموية هي أكثر وضوحا في طبقة العظم الإسفنجي. التبديل إلى بر الحجر الأخضر ومواصلة الحفر باستخدام الحذر وطبقة إسفنجية هو أكثر حساسية. فإن بر الحجر الأخضر إزالة المواد أقل العظام أثناء إنشاء إطار التوزيع المتساوي في جميع أنحاء الجمجمة. وقف الحفر في بعض الأحيان لإزالة الغبار العظام والجمجمة لتبريد.
  5. وأخيرا، عندما الجمجمة أصبحت أكثر شفافية والأوعية الدموية على الدماغ مرئيا الآن، تبدأ تلميع الجمجمة باستخدام بر تلميع. وهذا سوف يسمح لترقق أكثر دقة حين تجانس أسفل الجمجمة. تحقق من ركاكة SKUليرة لبنانية عن طريق النقر عليها بلطف مع ملقط. وقف تلميع عندما يصبح الجمجمة مرنة قليلا.
  6. ينبغي أن يكون نافذة ضعيفة الجمجمة على نحو سلس تماما الآن وانعكاس وجاهزة للتصوير (الشكل 1). نظرا لطبيعة الأنسجة نثر عالية من الدماغ، ينبغي ضعيفة الجمجمة للا يقل عن 55 ميكرون لاختراق العمق الأمثل. وترد قائمة المواد المستخدمة في الجدول 1.

3. التصوير المقطعي التصوير الضوئي بالاتساق

  1. بعد اكتمال عملية جراحية، وتحقق معدل التنفس الحيوان وردود الفعل لضمان المستوى المناسب من التخدير وإدارة التخدير إضافية إذا لزم الأمر. إزالة الحيوان من الإطار التجسيمي، والحفاظ على الحيوانات ملفوفة في الستائر الجراحية، ونقل المواشي إلى محطة التصوير.
  2. قبل التصوير تحقق علامات لردود الفعل وتطبيق المسيل للدموع اصطناعية إضافية إذا لزم الأمر. تحميل الحيوان إلى الإطار التجسيمي لتأمين الجمجمة.
  3. في ظل الحيوانأكتوبر الكاميرا وموقف TSCW تحت الشعاع الضوئي (الشكل 2). ويمكن لمشاهدة مستعرضة من الجمجمة والدماغ يكون الآن تصور (الشكل 3).
  4. يمكن الحصول على البيانات مرة واحدة تبدأ يقع مجال الاهتمام. لأغراض التصوير، ونحن نستخدم المرايا galvo على التوصل إلى إطار التصوير ويبلغ عرضه 4.0 ملم. تم الحصول على عمق التصوير من 2 ملم مع 6 ميجاوات من الكهرباء الحادث ونقطة محورية 1 ملم تحت الجمجمة ضعيفة. تتألف كل منطقة مستعرضة من 2048 بمسح المحوري بمعدل 0،14 اقتناء ثانية لكل صورة.
  5. ويمكن أيضا مسح الحجمي من الدماغ يمكن الحصول عليها من خلال جمع مجموعة من الصور المقطعية 2D باستخدام مجموعتين من المرايا galvo لمسح XY مع مرآة galvo 1 مسح شعاع في الاتجاه السهمي والمرآة 2 galvo المسح في الاكليلية الاتجاه.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

بعد إنشاء نافذة ضعفت خلال قشرة الدماغ يجب أن تكون الأوعية الدموية أكثر بروزا الآن بصريا (الشكل 1)، وسوف تسمح لعمق أعمق التصوير (تصل إلى 1 مم). وضعفت القشرة الحق في حوالي 55 ميكرون مقارنة جمجمة العادي بنحو 140 ميكرومتر قياس (الشكل 1)، ويوفر قدرا أكبر من الوضوح البصري. رقيق إلى 10-15 ميكرومتر مزيد من الممكن مع ذلك لا 11 لا تنفذ حسب الضرورة استخدام قسائم الغطاء الزجاجي وألواح الجمجمة في تجاربنا (الشكل 1 و 2). وقد سمحت هذه ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التصوير مع وأكتوبر وضعفت الجمجمة، هي رواية للأعصاب التصوير تقنية فقط وقد تم التحقيق مؤخرا 15 و 16. في تجاربنا، أثبتنا جدوى SD-OCT التصوير من خلال TSCW في نموذج الفأر في الجسم الحي. من نتائجنا، وضعفت الجمجمة إلى حوالي 55 ميكرون ويتم الحصول على عمق الاختراق في حوالي 1 ملم مع دقة وضوح الصورة من 8 ميكرومتر ميكرومتر و20 في اتجاه محوري والجانبية، على التوالي. في إشارة كثافة الشخصي، OCT التصوير من خلال TSCW يزيد من شدة الإشارة واختراق العمق بالمقارنة مع جمجمة العادي <...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وأيد هذا العمل من قبل والدليل على اكتشاف UC منحة مفهوم والمعاهد الوطنية للصحة (R00 EB007241). فإن الكتاب أود أن أشكر أيضا جاكلين هوبارد لمساعدتها في هذه التجربة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
المواد شركة كتالوج رقم تعليقات
الكيتامين طائر الفينيق الصيدلة 57319-542-02
زيلازين Akorn، وشركة 139-236
دموع اصطناعية مرهم لعبة الركبي 0536-6550-91
ناير الكنيسة وشركاه دوايت، وشركة 4010130
معقم الكحول الاعداديه منصة كيندال الرعاية الصحية 6818
يميل القطن القضبان الرفيعة Fisherbrand 23-400-115
Betadine الحل Swabstick بوردو المنتجات 67618-153-01
محلول ملحي، .9٪ طائر الفينيق الصيدلة 57319-555-08
المجسم الإطار Stoelting
عالية السرعة حفر يدوية الجراحية Foredom 38000 دورة في الدقيقة
كربيد بر جولة Stoelting 0.75 مم
دورا والخضر الأحجار Shofu عرقوب: HP
الشكل: BA1
والملمع الخشن CompoMaster CompoMaster Shofu الشكل: ميني حزب العمال.
SpaceDrapes برينتري العلمية، وشركة

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bizheva, K., Unterhuber, A., Hermann, B., Povazay, B., Sattmann, H., Drexler, W. Imaging ex vivo and in vitro brain morphology in animal models with ultrahigh resolution optical coherence tomography. Journal of Biomedical Optics. 9, 719-724 (2004).
  2. Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography for ultrahigh resolution in vivo imaging. Nature Biotechnology. 21, 1361-1367 (2003).
  3. Wantanabe, H., Rajagopalan, U. M., Nakamichi, Y., Igarashi, K. M., Kadono, H., Tanifuji, M. Swept source optical coherence tomography as a tool for real time visualization and localization of electrodes used in electrophysiological studies of brain in vivo. Biomedical Optics Express. 2, 3129-3134 (2011).
  4. Huang, D., Swanson, E. A., Lin, C. P., Schuman, J. S., Stinson, W. G., Chang, W., Hee, M. R., Flottee, T., Gregory, K., Puliafito, C. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography. Science. 254, 1178-1181 (1991).
  5. Mitsui, T. Dynamic range of optical reflectometry with spectral interferometry. Japanese Journal of Applied Physics. 38, 6133-6137 (1999).
  6. de Boer, J. F., Cense, B., Park, B. H., Pierce, M. C., Tearney, G. J., Bouma, B. Improved signal-to-noise ratio in spectral-domain compared with time-domain optical coherence tomograhy. Optics Letters. 28, 2067-2069 (2003).
  7. de Boer, J. F. Ch. 5. Optical Coherence Tomography: Technology and Applications. , Springer. (2008).
  8. Choma, M. A., Sarunic, M. V., Yang, C., Izatt, J. A. Sensitivity advantage of swept source and fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 11, 2183-2189 (2003).
  9. Leitgeb, R. A., Drexler, W., Unterhuber, A., Hermann, B., Bajraszewski, T., Le, T., Stingl, A., Fercher, A. F. Ultrahigh resolution fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 12, 2156-2165 (2004).
  10. Drew, P. J., Shih, A. Y., Driscoll, J. D., Knutsen, P. M., Blinder, P., Davalos, D., Akassoglou, K., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. Chronic optical access through a polished and reinforced thinned skull. Nature Methods. 7, 981-984 (2010).
  11. Shih, A. Y., Mateo, C., Drew, P. J., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse. J. Vis. Exp. 61, e3742(2012).
  12. Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice. Nature Protocols. 5, (2010).
  13. Lu, M., Majewska, S., K, A., Gelbard, H. A. A Thin-skull Window Technique for Chronic Two-photon In vivo Imaging of Murine Microglia in Models of Neuroinflammation. J. Vis. Exp. (43), e2059(2010).
  14. Wang, Y., Oh, C. M., Oliveira, M. C., Islam, M. S., Ortega, A., Park, B. H. GPU accelerated real-time multi-functional spectral-domain optical coherence tomography system at 1300nm. Optics Express. 20, 14797-14813 (2012).
  15. Aguirre, A. D., Chen, Y., Fujimoto, J. F. Depth-resolved imaging of functional activation in the rat cerebral cortex using optical coherence tomography. Opt. Lett. 31, 3459-3461 (2006).
  16. Chen, Y., Aguirre, A. D., Ruvinskaya, L., Devor, A., Boas, D. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography (OCT) reveals depth-resolved dynamics during functional brain activation. Journal of Neuroscience Methods. 178, 162-173 (2009).
  17. Liang, C., Wierwille, J., Moreira, T., Schwartzbauer, G., Jafri, M. S., Tang, C., Chen, Y. A forward-imaging needle-type OCT probe for image guided stereotactic procedures. Opt Express. 19, 26283-26294 (2011).
  18. Srinivasan, V. J., Sakadzic, S., Gorczynska, I., Ruvinskaya, S., Wu, W., Fugimoto, J. G., Boas, D. A. Quantitative cerebral blood flow with optical coherence tomography. Optics Express. 18, 2477-2494 (2010).
  19. Galetta, K. M., Calabresi, P. A., Frohman, E. M., Balcer, L. J. Optical Coherence Tomography (OCT): imaging the visual pathway as a model for neurodegeneration. The Journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics. 8, 117-132 (2011).
  20. Seigo, M. A., Sotirchos, E. S., Newsome, S., Babiarz, A., Eckstein, C., Ford, E., Oakley, J. D., Syc, S. B., Frohman, T. C., Ratchford, J. N., Balcer, L. J., Frohman, E. M., Calabresi, P. A., Saidha, S. In vivo assessment of retinal neuronal layers in multiple sclerosis with maual and automated optical coherence tomography segementation techniques. J. Neurol. , (2012).
  21. Frohman, E. M., Fujimoto, J. G., Frohman, T. C., Calabresi, P. A., Cutter, G., Balcer, L. J. Optical coherence tomography: a window into the mechanisms of multiple sclerosis. Nature Clinical Practice. 4, 664-675 (2008).
  22. Gill, A. S., Rajneesh, K. F., Owen, C. M., Yeh, J., Hsu, M., Binder, D. K. Early optical detection of cerebral edema in vivo. J. Neurosurg. 114, 470-477 (2011).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

OCT OCT

مقالات ذات صلة