减薄颅骨皮层窗技术 体内 光学相干断层成像

摘要

我们介绍一种在小鼠模型中制备薄颅骨皮层窗（TSCW）的方法 体内 大脑皮层的OCT成像

摘要

光学相干断层扫描（OCT）是一种具有高时空分辨率的生物医学成像技术。由于其微创特性，OCT 已广泛应用于眼科、皮肤科和胃肠病学领域。^1-3. 采用减薄颅骨皮层窗（TSCW），我们利用谱域光学相干断层成像（SD-OCT）技术作为成像工具对皮层进行成像 体内通常，开颅手术已用于神经成像，因其具有更高的灵活性；然而，经颅窗（TSCW）方法侵入性更小，是神经病理学研究中进行长期成像的有效手段。本文介绍了一种在小鼠模型中建立经颅窗的方法 体内 大脑皮层的OCT成像

引言

自20世纪90年代初引入以来，光学相干断层扫描（OCT）已广泛用于生物组织结构与功能的成像²OCT 通过测量后向散射光的回波时间延迟来生成横截面图像⁴ 通过采用低相干光源与光纤迈克耳孙干涉仪相结合的方式^2,4SD-OCT，也称为傅里叶域OCT（FD-OCT），于1995年首次被提出⁵ 与传统的时域光学相干断层扫描（TD-OCT）相比，提供更优越的成像方式。在SD-OCT中，参考臂保持静止，从而实现高速和超高分辨率的图像采集^6-9.

目前，TSCW模型主要被用于 体内 双光子显微镜在脑成像中的应用，替代传统的开颅手术。这些经颅窗口（TSCW）可与定制颅骨板或玻璃盖玻片同时使用。^10-13 以提供额外的成像稳定性。在我们的研究中，观察到当使用TSCW时，此类附件对于OCT成像并非必需。因此，无需颅骨板或玻璃盖玻片，可避免其对光束的干扰以及对OCT图像的改变，从而允许更大范围的成像窗口尺寸。

一种去薄颅骨制备方法在利用双光子显微镜进行脑部成像的研究中已显示出优势^10-13在我们的实验中，我们利用谱域光学相干断层成像系统（SD-OCT）对皮层进行成像 体内 通过TSCW。我们定制的SD-OCT成像系统包含一个宽带低相干光源，该光源由两个中....

方案

1. 手术准备

1. 实验中使用6至8周龄的雌性CD 1小鼠。
2. 通过腹腔注射氯胺酮和赛拉嗪混合物（80 mg/kg氯胺酮/10 mg/kg赛拉嗪）对小鼠进行麻醉。将小鼠置于恒温垫上，以维持约37 °C的适宜体温。通过检测动物的反射（例如，用钝头镊子轻夹脚趾）持续监测麻醉深度，并在必要时追加麻醉剂。
3. 使用人工泪液软膏润滑双眼。用剃刀去除头皮上的毛发，并用70%酒精棉片清除残留毛发。在头皮上涂抹一层薄薄的Nair脱毛膏，静置2分钟使其发挥作用。用生理盐水浸湿的棉签和酒精棉片轻轻擦去Nair及残留毛发。此时头皮应完全无毛。
4. 使用聚维酮碘棉签对头皮进行消毒，再用70%乙醇棉片清洁。
5. 小心地用手术巾包裹动物，以维持约37 °C的适宜体温，并将动物固定于立体定位仪上以固定颅骨。轻敲颅骨以确认其稳定性。所用材料清单见表1。

2. 薄化颅骨皮层窗制备

1. 从两眼之间的中点开始切口，向后沿中线延伸至两耳之间的中点。用镊子分开皮肤。
2. 在解剖显微镜下定位需变薄的区域，用镊子轻轻去除筋膜。在制作变薄的皮层窗之前，用无菌棉签将颅骨表面擦干。在本实验中，我们在前囟后方及侧方约1 mm处制作一个4 × 4 mm的变薄颅窗。
3. 使用直径为0.75 mm的圆形碳化钨钻头，在外科手钻上以轻柔的....

结果

在大脑皮层上创建减薄窗后，血管结构应变得更加清晰可见（图1），并可实现更深的成像深度（可达1 mm）。右侧皮层减薄至约55 μm，而正常颅骨厚度为140 μm（图1），从而提供了更高的光学透明度。进一步减薄至10–15 μm是可行的¹¹，但由于本实验未使用玻璃盖玻片或颅骨盖板，因此并不必要（图1和图2）。该特定方法使我们能够在OCT横断面图像中识别特定结构（大脑皮层、胼胝体）（图3）。图中展示了正常颅骨（图3A）与减薄颅骨（图3B）的旁矢状面OCT图像，以比较成功实施TSCW后的OCT成像效果。此外，还获取了冠状面OCT横断面图像，以辅助识别中线结构（图3C）。图3的最大信号强度比噪声基底高45 dB。对未减薄颅骨与减薄颅骨的强度分布进行比较，显示TSCW模型具有更高的信号强度和更深的穿透深度（图4）。

.......

讨论

使用OCT和磨薄颅骨进行成像是一种新型神经成像技术，近年来才开始受到研究^{15, 16}在我们的实验中，我们通过小鼠模型证明了利用TSCW进行SD-OCT成像的可行性 体内根据我们的结果，颅骨被减薄至约55 μm，成像轴向和横向分辨率分别为8 μm和20 μm，穿透深度可达约1 mm。在信号强度分布中，与正常颅骨相比，通过TSCW进行OCT成像可提高信号强度和穿透深度图4相比之下，使用TSCW在颅骨厚度约为10–15 μm时进行双光子成像，可达到皮层表面下150–250 μm的成像深度^{10, 11, 13} 轴向分辨率为约 3 μm¹⁰ 而厚度约为20 μm的颅骨成像深度可达大脑皮层内300–400 μm¹²总体而言，光学相干断层扫描（OCT）作为一种成像模式展现出良好的应用前景，可在组织透明化切片（TSCW）减薄过程中允许更厚的样本厚度，同时相比多光子显微镜具有更深的成像穿透深度。

采用去薄颅骨法在光学成像（如OCT^{15, 16}

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
氯胺酮	Phoenix Pharmaceuticals	57319-542-02
赛拉嗪	Akorn, Inc.	139-236
人工泪液软膏	Rugby	0536-6550-91
脱毛膏（Nair）	Church & Dwight Co., Inc.	4010130
无菌酒精消毒片	Kendall Healthcare	6818
棉签	Fisherbrand	23-400-115
聚维酮碘溶液涂抹棒	Purdue Products	67618-153-01
生理盐水溶液，0.9%	Phoenix Pharmaceuticals	57319-555-08
立体定位仪	Stoelting
高速外科手柄钻	Foredom		38,000 rpm
碳化钨圆磨头	Stoelting		0.75 mm
Dura-Green 磨石	Shofu		柄部：HP 形状：BA1
CompoMaster 粗磨头与 CompoMaster 抛光头	Shofu		形状：Mini-Pt.
SpaceDrapes 手术铺巾	Braintree Scientific, Inc.