ويظهر نظام التصوير المقطعي بالليزر ثنائي الموجات النبضي المضغوط ثنائي الموجات (بلد-بات) لسرعة عالية في التصوير المجهري للدماغ في الحيوانات الصغيرة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
ويظهر نظام التصوير المقطعي بالليزر ثنائي الموجات النبضي المضغوط ثنائي الموجات (بلد-بات) لسرعة عالية في التصوير المجهري للدماغ في الحيوانات الصغيرة.
في الجسم الحي التصوير حيوان صغير له دور مهم للعب في الدراسات قبل السريرية. التصوير المقطعي الضوئي (بات) هو طريقة التصوير الهجين الناشئة التي تظهر إمكانات كبيرة لكل من التطبيقات قبل السريرية والسريرية. أنظمة بات التقليدية القائمة على مذبذب البارامترية البصرية (أوبو-بات) هي ضخمة ومكلفة ولا يمكن أن توفر التصوير عالية السرعة. في الآونة الأخيرة، وقد أثبتت الثنائيات الليزر نابض (بلدز) بنجاح كمصدر الإثارة بديلة ل بات. نبض ليزر ديود وقد أثبتت بات (بلد بات) بنجاح للتصوير عالية السرعة على الوهمية الضوئي والأنسجة البيولوجية. يوفر هذا العمل بروتوكول تجريبي تصور لفي الجسم الحي التصوير الدماغ باستخدام بلد-بات. ويتضمن البروتوكول تكوين نظام بلد-بات المدمجة ووصفه، وإعداد الحيوان لتصوير الدماغ، وإجراء تجريبي نموذجي ل 2 D المقطع العرضي الفئران تصوير الدماغ. نظام بلد-بات هو المدمجة والتكلفة إففكتيف ويمكن أن توفر عالية السرعة، والتصوير عالية الجودة. يتم عرض الصور الدماغ التي تم جمعها في الجسم الحي في مختلف سرعات المسح الضوئي.
التصوير المقطعي الضوئي (بات) هو طريقة التصوير الهجين التي لديها العديد من التطبيقات في كل من الدراسات السريرية وقبل السريرية 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 . في بات، نبضات الليزر نانو ثانية تشعي الأنسجة البيولوجية. امتصاص الضوء الحادث من قبل كروموفوريس الأنسجة يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة المحلية، والتي تنتج ثم موجات الضغط المنبعثة في شكل موجات صوتية. كاشف الموجات فوق الصوتية يجمع الإشارات الضوئية في مواقف مختلفة حول العينة. يتم إعادة بناء الإشارات الضوئية (با) باستخدام خوارزميات مختلفة (مثل خوارزمية التأخير والمجموع) 6 لتوليد الصورة الضوئية.
تقدم هذه الطريقة التصوير الهجين عالية الدقة، والتصوير الأنسجة العميقة وارتفاع امتصاص البصري امتصاص 7 ،كلاس = "كريف"> 8. في الآونة الأخيرة، تم تحقيق عمق التصوير ~ 12 سم 9 في الأنسجة الثدي الدجاج مع المعونة من الطول الموجي أطول (~ 1،064 نانومتر) وعامل التباين الخارجي يسمى الفوسفالوسيانين الفسفور. هذا حساسية العمق هو أعلى بكثير من حساسية عمق الطرق البصرية الأخرى، مثل المجهر متحد البؤر مضان، اثنين الفوتون المجهر مضان، 10 التصوير المقطعي التماسك البصري، 11 وما إلى ذلك باستخدام أكثر من طول موجي واحد، يمكن بات أثبت التغيرات الهيكلية والوظيفية في الأعضاء . بالنسبة للعديد من الأمراض البشرية، تم تأسيس نماذج الحيوانات الصغيرة 12 و 13 و 14 و 15 . لتصوير الحيوانات الصغيرة، وقد برهن على عدة طرائق. من كل هذه النهج، وقد اكتسب التصوير السلطة الفلسطينية الاهتمام بسرعة بدلا من ذلك بسبب المزايا المذكورة أعلاه. PAوقد أظهرت T إمكاناتها لتصوير الأوعية الدموية في الأنسجة والأعضاء ( أي القلب والرئتين والكبد والعينين والطحال والدماغ والجلد والحبل الشوكي والكلى، وما إلى ذلك ) من الحيوانات الصغيرة 4 ، 16 ، 17 ، 18 . بات هو طريقة راسخة لتصوير الدماغ الحيوانات الصغيرة. يتم إنتاج موجات السلطة الفلسطينية بسبب امتصاص الضوء من قبل كروموفوريس، لذلك متعددة الطول الموجي بات يسمح لرسم الخرائط من تركيز الهيموغلوبين الكلي (هبت) وتشبع الأكسجين (SO2) 19 ، 20 ، 21 ، 22 . تم تحقيق التصوير العصبي الوعائي الدماغ بمساعدة عوامل التباين الخارجية 12 ، 23 ، 24 . طريقة السلطة الفلسطينية يمكن أن تساعد على إعطاء فهم أفضل لصحة الدماغ من قبلوتوفير المعلومات على المستويات الجزيئية والجينية.
لتصوير الحيوانات الصغيرة، ند: ياغ / أوبو الليزر وتستخدم على نطاق واسع ومصادر الإثارة بات. هذه الليزر تسليم ~ نب 5 نبضات الأشعة تحت الحمراء القريبة مع الطاقة (~ 100 مللي جول في نافذة الإخراج أوبو) في معدل تكرار 10 ~ هرتز 25 . نظام السلطة الفلسطينية مجهزة مثل هذه الليزر هي مكلفة وضخمة، ويسمح للتصوير منخفضة السرعة مع محول أحادي الموجات فوق الصوتية (أوست) بسبب انخفاض معدل التكرار من مصدر الليزر. A نموذجي اكتساب خط A في هذه الأنظمة السلطة الفلسطينية هو ~ 5 دقائق لكل المقطع العرضي 25 . نظام التصوير مع مثل هذا الوقت قياس طويلة ليست مثالية لتصوير الحيوانات الصغيرة، لأنه من الصعب السيطرة على المعلمات الفسيولوجية للتصوير كامل الجسم، حل الوقت التصوير الوظيفي، وما إلى ذلك من خلال اعتماد متعددة أوستس عنصر واحد، مجموعة أوستس، أو ارتفاع معدل تكرار الليزر، فمن الممكن لزيادة سرعة التصوير من السلطة الفلسطينيةالأنظمة. باستخدام واحد فقط عنصر واحد أوست لجمع جميع إشارات السلطة الفلسطينية حول العينة سوف تحد من سرعة التصوير للنظام. يتم عرض متعددة أوستس عنصر واحد مرتبة في الهندسة الدائرية أو شبه دائرية لتقنيات التصوير عالية السرعة، حساسة للغاية. وقد استخدمت أوستس القائم على مجموعة 26 ، مثل الخطية، وشبه دائرية، دائرية، والمصفوفات الحجمي بنجاح للتصوير في الوقت الحقيقي 1 . هذه أوستس المستندة إلى مجموعة سوف تزيد من سرعة التصوير وتقليل حساسية القياس، ولكنها مكلفة. ومع ذلك، فإن سرعة التصوير من أنظمة السلطة الفلسطينية التي تستخدم أوستس القائم على مجموعة لا يزال محدودا من معدل تكرار الليزر.
تقنية الليزر النبضي المتقدمة لجعل الثنائيات النبضية ذات معدل التكرار العالي (بلدز) عالية التكرار. 7000 إطارات / ثانية وقد ثبت B- مسح التصوير الضوئي مع بلدس باستخدام منصة الموجات فوق الصوتية السريرية 27 . هذه بلدز يمكن تحسين سرعة التصوير من ثه نظام بات، حتى مع عنصر واحد أوست هندسة المسح دائري. عنصر واحد أوستس أقل تكلفة وحساسة للغاية، على عكس مجموعة أوستس القائم. على مدى العقد الماضي، تم الإبلاغ عن القليل من البحوث على استخدام عالية معدل تكرار بلدس كمصدر الإثارة للتصوير السلطة الفلسطينية. وقد أثبتت الألياف القائمة على الألياف القريبة من الأشعة تحت الحمراء لتصوير السلطة الفلسطينية من الوهمية 28 . وقد أظهرت التصوير في الجسم الحي من الأوعية الدموية في عمق ~ 1 ملم تحت الجلد البشري باستخدام بلدس منخفضة الطاقة 29 . وقد تم الإبلاغ عن قرار بصري القرار الضوئي المجهر الضوئي (أوربام). باستخدام بلدس، ~ 1.5 سم التصوير العميق في معدل الإطار من 0.43 هرتز وقد ثبت 30 . في الآونة الأخيرة، تم الإبلاغ عن نظام بلد-بات التي قدمت الصور في قصيرة كما ~ 3 ثانية وعلى عمق التصوير ~ 2 سم في الأنسجة البيولوجية 25 ، 31 . أثبتت هذه الدراسة أن مثل هذا النظام المنخفض التكلفة، يمكن أن توفر عالية كواليتي الصور، حتى بسرعات عالية. يمكن استخدام نظام بلد-بات لمعدل التصوير المرتفع (7000 إطارا في الثانية) التصوير الضوئي، التصوير السطحي للأوعية الدموية، التصوير المشترك للأصابع، تصوير الأنسجة بعمق 2 سم، تصوير دماغ الحيوانات الصغيرة، إلخ. نبضات منخفضة نبض الطاقة من بلد تحد من تطبيقه على التصوير متعدد الأطياف والأنسجة العميقة. وقد أجريت تجارب على الحيوانات الصغيرة باستخدام نفس النظام بلد-بات المستخدمة لتطبيقات ما قبل السريرية. والغرض من هذا العمل هو توفير تصور مظاهرة التجريبية للنظام بلد-بات لفي الجسم الحي 2D تصوير الدماغ مستعرضة من الحيوانات الصغيرة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
أجريت جميع التجارب على الحيوانات وفقا للمبادئ التوجيهية واللوائح التي وافقت عليها اللجنة المؤسسية رعاية الحيوان واستخدام جامعة نانيانغ التكنولوجية، سنغافورة (الحيوان رقم البروتوكول أرف-سبس / نيا-A0263).
1. وصف النظام
2. إعداد الحيوان للتصوير الدماغ الجرذ
ملاحظة: تم عرض نظام بلد-بات المذكورة أعلاه لتصوير أدمغة الحيوانات الصغيرة. لهذه التجارب، تم استخدام فئران صحية (انظر جدول المواد ).
3. في فيفو الجرذ التصوير الدماغ

الشكل 1: مخططات نظام بلد-بات. ( أ ) تخطيطي لبلد-بات. بلد: نابض ليزر ديود، سب: سيركووحدة التحكم بالليزر، وحدة المعالجة المركزية، وحدة التحكم بالليزر، وحدة المعالجة المركزية: وحدة التحكم بالليزر، وحدة المعالجة المركزية: وحدة التحكم بالليزر، وحدة المعالجة المركزية، وحدة التحكم بالموجات فوق الصوتية، بطاقة الحصول على البيانات. ( ب ) تخطيطي لخزان المياه، وجهة نظر أعلى (1) وعرض مستعرضة (2) لفي الجسم الحي التصوير حيوان صغير الحيوانات. a: متري المسمار، b: الاكريليك الحلقي لوحة، c: سيليكون "o" الدائري، d: 100 ميكرون سميكة، شفافة البوليثين الغلاف. كان للدبابات ثقب قطره 9 سم في قاعه وكان مختوما مع شفاف و بصريا، 100 ميكرون سميكة غشاء البولي ايثيلين. ( ج ) تخطيطي لإضاءة نبضات الليزر من بلد و A- خطوط، وجمع في 5 ثوان وقت المسح المستمر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يتم عرض نتائج التصوير الدماغ في الجسم الحي التي تثبت قدرات نظام بلد-بات وصفها في هذا القسم. لإثبات قدرات التصوير عالية السرعة للنظام بلد-بات، تم إجراء التصوير في الدماغ المجراة من اثنين من الفئران صحية مختلفة. ويبين الشكل 2 الصور الدماغ من الفئران الإناث (93 ز) في مختلف سرعات المسح الضوئي. الشكل 2A و ب تظهر الصور من الدماغ الفئران قبل وبعد إزالة فروة الرأس على من...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يقدم هذا العمل بروتوكول لأداء في الجسم الحي التصوير الدماغ على الفئران باستخدام نظام بلد-بات. ويتضمن البروتوكول وصفا تفصيليا لنظام التصوير ومحاذاة لها، وكذلك توضيحا لتصوير الدماغ على الفئران. أنظمة بات القائمة على أوبو هي مكلفة وضخمة ويمكن أن توفر صورة مستعرضة واحدة في 5-10 دقيقة. نظام بلد-بات هو المدمجة، المحمولة، ومنخفضة التكلفة ويمكن أن توفر صور ذات نوعية جيدة في 3 ثوان. تم دراسة أداء النظام سابقا في الوهمية ومقارنتها مع نظام بات التقليدي 25 . ه...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أية مصالح مالية ذات صلة بالمخطوطة ولا يوجد أي تضارب محتمل في المصالح.
ويدعم البحث منحة المستوى 2 التي تمولها وزارة التعليم في سنغافورة) ARC2 / 15: M4020238 (والمجلس الوطني للبحوث الطبية التابع لوزارة الصحة في سنغافورة) نمرك / أوفيرغ / 0005/2016: M4062012 (. ويود المؤلفون أن أشكر السيد تشاو واي هوانغ بوبي للمساعدة متجر آلة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| الصمام الثنائي ليزر النبضي | Quantel ، فرنسا | QD-Q1910-SA-TEC | إنه مصدر ليزر الإثارة بمواصفات 803 نانومتر ، 1.4 مللي جول لكل نبضة ، نبضة 136 نانوثانية ، 7 كيلو هرتز كحد أقصى ، الأبعاد: 11.0 × 6.0 × 3.6 سم ، الوزن: ~ 150 جم |
| محرك متدرج مع علبة تروس | LIN Engineering (ديناميكيات مؤازرة) | المحرك: CO-5718-01P ، علبة التروس: DPL64 / 1 ، I = 10 ل NEMA 23 ؛ مزود الطاقة PW100-48 | لتحريك حامل الكاشف في هندسة دائرية. عزم الدوران: 2.08 نيوتن متر ، القصور الذاتي الدوار: 2.6 كجم - سم 2 |
| النبض بالموجات فوق الصوتية / جهاز الاستقبال | أوليمبوس | 5072PR | لتلقي وتصفية وتضخيم إشارة PA من UST. عرض النطاق الترددي 35 ميجاهرتز ، والكسب هو ± ؛ 59 ديسيبل. |
| محول الموجات فوق الصوتية | أوليمبوس | V306-SU-NK-CF1.9IN / Q4200069 | مستشعرات بالموجات فوق الصوتية المستخدمة للكشف الضوئي الصوتي. التردد المركزي 2.25 ميجا هرتز ، 0.5 بوصة ، التركيز الأسطواني 1.9 بوصة |
| PCIe DAQ (الحصول على البيانات) بطاقة | GaGe | CSE4227 / A6000610 / B0E00610 | 12 بت ، 100 مللي ثانية / ثانية ، قنوتان ، 1 Gs على ذاكرة اللوحة ، واجهة PCIe x16 |
| الفئران | في Vivos Pte Ltd ، سنغافورة | NTac: SD ، Sprague Dawley / SD | أنثى ، الوزن 100 & plusmn ؛ خزان |
| مياه أكريليك | ورشة عمل NTU | حسب الطلب | يحتوي على الماء الذي يعمل كوسيط اقتران صوتي بين الدماغ وكاشف |
| الماسح الضوئي الدائري | ورشة عمل NTU | الماسح الضوئي المصنوع حسب الطلب | مصنوع من الألومنيوم |
| آلة التخدير | الطبية بالإضافة إلى آلة | التخدير غير القابلة لإعادة التنفس مع مكثف الأكسجين. | يوفر الأكسجين والأيزوفلوران للحيوان |
| مقياس التأكسج النبضي المحمول | Medtronic | PM10N مع جهاز استشعار بيطري | يراقب قياس التأكسج النبضي للحيوان |
| هلام الموجات فوق الصوتية | التقدم / هلام باركر أكواسونيك | PA-GEL-CLEA-5000 | جل الموجات فوق الصوتية الشفاف |
| برنامج اعتماد البيانات | شركة الأدوات الوطنية ، أوستن ، تكساس ، الولايات المتحدة الأمريكية) | LabVIEW 2015 SP1 | تم تطوير البرنامج القائم على LabVIEW في مختبرنا للتحكم في محرك السائر والحصول على مفردات PA من الكاشف |
| معالجة البيانات | Matlab (Mathworks ، Natick ، MA ، الولايات المتحدة الأمريكية) | Matlab R2012b | Matlab لإعادة بناء صور PA في مختبرنا |
| جهاز التحكم في درجة الحرارة ؛ | LaridTech ، ميزوري ، الولايات المتحدة الأمريكية | MTTC1410 | سوف تتحكم باستمرار في درجة حرارة PLD & nbsp ؛ |
| مصدر طاقة 12 فولت | فولتكرافت | PPS-11810 | لتزويد جهد التشغيل |
| لإمدادات الطاقة المتغيرة PLD ؛ | BASETech | BT-153 | لتغيير مولد طاقة خرج الليزر |
| Funtion | Funktionsgenerator | FG250D | لتغيير معدل تكرار PLD. سيوفر إشارة TTL لمزامنة DAQ مع إثارة الليزر. |
| موزع | في Vivos Pte Ltd ، موزع في سنغافورة | الذي يزود الصغيرة لأغراض البحث. | |
| حامل | ورشة عمل NTU | حسب الطلب | تستخدم لحمل على بطنه |
| قناع التنفس | ورشة عمل NTU | حسب الطلب | تستخدم جنبا إلى جنب مع حامل لتزويد خليط التخدير للحيوان |
| Pentobarbital الصوديوم | Valabarb | يستخدم للقتل الرحيم للحيوان بعد انتهاء الصلاحية. | |
| الناشر البصري | Thorlabs | DG10-1500 | يستخدم لجعل شعاع الليزر متجانسا |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.