脑血流动力学和的光散射特性的同步评估体内大鼠脑使用多光谱漫反射成像
May 7th, 2017
脑血流和体内大鼠脑组织的光散射特性的同时评估用常规多光谱漫反射成像系统证明。
该程序的总体目标是可视化体内脑组织的血流动力学和光散射特性。这种方法可以通过对大鼠脑组织中的内禀光信号进行成像来帮助回答生物医学光学领域的关键问题。该技术的主要优点是可以评估脑后血流动力学和皮质组织形态的特殊时间变化。
这项技术的影响延伸到监测各种脑部疾病模型的大脑功能和生存能力，因为这些动物模型的实验通常是通过颅窗进行的。因此，这种方法可以提供对本征光信号的洞察。它也可以应用于其他光谱成像技术。
首先将鼠头固定在立体定位框架中。麻醉后，用理发器剃掉预期切口部位以外的头部区域，直到皮肤表面出现。然后使用手术刀沿头部中线做一个约 20 毫米长的纵向切口。
并暴露皮下结缔组织。使用锋利的刮刀去除皮下结缔组织，并将其拉到头部两侧以露出颅骨。接下来，使用高速钻头在颅缝内的颅骨上挖一条椭球体沟。
然后缓慢均匀地挖掘沟内的颅骨。接下来用钳尖轻轻按压变薄的颅骨表面，以估计脑血管出现后的骨骼厚度和强度。然后用钳子的尖端将变薄的头骨的椭球边界线零碎地切开。
并慢慢地从大脑表面去除变薄的头骨。最后，用生理盐水轻轻地沐浴颅窗，并用大约 0.1 毫米厚的透明玻璃板覆盖它。首先使用一根管子将称为连接器 1 的 Y 形管的第一个端口连接到另一个称为连接器 2 的 Y 形管的第一个端口。
然后将吹嘴的入口连接到管接头 1 的第二个端口。接下来，使用一根管子将管接头 1 的第三个端口连接到氧浓度监测设备。同样，用一根管子将管接头二的第二个端口连接到麻醉机的出口，用另一根管子将管接头二的第三个端口连接到气体混合装置的出口。
接下来，使用一根管子将气体混合装置的一个入口连接到高压 95%o2 5%CO2 气瓶。同样，使用管子将气体混合装置的另一个入口连接到高压 95%n2 5%co2 气瓶。然后使用气体混合装置上的旋钮改变 o2 和 n2 的气体流速。
最后，使用氧浓度监测设备检查并调节吸入氧或 fio 2 的分数。首先轻轻地将大鼠放在载物台上，然后慢慢调整 STage 水平，以便相机可以聚焦在大鼠大脑的表面。在图像采集软件中，从文件菜单中选择保存命令，将图像保存到文件中，并根据样品和波长命名。
然后通过旋转滤镜轮来更改滤镜位置。在九个波长中的每个波长重复图像采集。接下来关闭卤素灯光源。
使用屏蔽板阻挡通往单色电荷耦合器件相机系统的光路。最后，从 file 菜单中选择 save 命令，然后选择标识样本的文件名。此处显示了体内暴露大鼠脑的血红蛋白浓度、氧合状态和散射能力的估计图像。
小动脉中的氧合血红蛋白浓度和区域氧饱和度高于小静脉。这里显示了光散射功率 B 的 fio2 变化过程中暴露的大鼠大脑的图像。B 值在缺氧开始至呼吸停止期间略有增加，而在缺氧后 5 min 至 30 min 期间持续下降。
一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在三个小时内完成。在测量光谱图像时，重要的是要记住保持光学元件的排列。按照此程序，可以执行其他方法，如快速多光谱成像，以回答有关后光学本征信号的其他问题。
观看此视频后，您应该对如何可视化体内暴露大鼠大脑的血流动力学和光散射特性有很好的了解。不要忘记，使用异氟醚可能很危险，应使用麻醉气体清除室控制麻醉气体速率。
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概述
本研究展示了一种使用多光谱漫反射成像系统在大鼠脑组织上进行体内脑血动力学和光散射特性可视化的方法。该技术允许评估脑功能和形态的时间变化。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物医学光学
- 脑血动力学
- 成像技术
背景
- 理解脑功能对于解决各种神经系统疾病至关重要。
- 内在光学信号为脑组织特性提供了宝贵的见解。
- 传统成像方法可能无法有效捕捉动态变化。
- 这种技术可以通过动物模型中的颅骨窗口应用。
研究目的
- 可视化大鼠脑组织中的血动力学。
- 评估光散射特性以更好地理解脑功能。
- 通过先进的成像技术提供脑部疾病的见解。
使用的方法
- 多光谱漫反射成像系统。
- 大鼠脑组织的体内成像。
- 评估血动力学的时间变化。
- 分析皮层组织形态。
主要结果
- 成功可视化脑血动力学。
- 识别脑组织中的光散射特性。
- 评估脑功能随时间的变化。
- 在监测脑部疾病方面的潜在应用。
结论
- 该方法增强了对脑组织中内在光学信号的理解。
- 它提供了一种非侵入性的研究脑功能的方法。
- 该技术对各种脑部疾病模型具有影响。
常见问题
Executive Industry Relevance
Simultaneous multispectral imaging of cerebral hemodynamics and light scattering in vivo enables quantitative assessment of brain tissue function and morphology in preclinical models. This approach supports early-stage discovery by providing high-content, spatially resolved data on oxygenation and tissue structure under controlled physiological states. Such capabilities are critical for de-risking neurological target validation and informing translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neurovascular function and tissue morphology in disease-relevant animal models.
- Supports biological de-risking by quantifying hemodynamic responses to controlled oxygenation changes.
- Provides spatially resolved data to clarify mechanistic hypotheses in neuroscience research.
Screening & Assay Development
- Facilitates preparation of validated in vivo imaging systems for downstream compound evaluation.
- Delivers reproducible, quantitative outputs for hemoglobin concentration and light scattering properties.
- Supports standardization of imaging protocols for cross-study comparability.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker development by mapping oxygenation and scattering changes during induced physiological states.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation in neurological disorder models.
- Provides predictive data to inform risk-adjusted advancement decisions in CNS portfolios.
Pipeline & Workflow Integration
This imaging method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis testing, quantitative readouts, and mechanistic de-risking in live animal models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven evaluation of neurovascular and tissue responses to oxygen modulation.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible imaging outputs for comparative studies.
- Analytics: Generates quantitative maps of hemoglobin concentration, oxygenation, and scattering for robust statistical analysis.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by enabling biomarker alignment in disease models.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable imaging platform adaptable to various neurological research questions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in CNS research.
- Operational Value: Standardizes imaging workflows and enhances reproducibility across studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency in early-stage neuroscience portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neurological targets and models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in in vivo imaging and animal surgical preparation.
- Demands access to multispectral imaging instrumentation and analytical software for regression analysis.
- Necessitates cross-team standardization of imaging protocols and data analysis pipelines.
- Adaptation may be needed for different animal models or brain regions.
- Careful control of anesthesia and physiological parameters is essential for data integrity.
