Nicht-invasive Parenchymale, Gefäß- und Stoffwechselhochfrequenz-Ultraschall und Photoakustische Rat Deep Brain Imaging

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, nicht-invasive Hochfrequenz-Ultraschall- und photoakustische Bildgebung am Rattengehirn durchzuführen, um tiefe subkortikale Regionen und ihre Gefäßmuster sichtbar zu machen. Dies wird erreicht, indem das Tier zunächst durch Haarentfernung und die richtige Positionierung des Tieres für die Bildgebung vorbereitet wird. Auf der Arbeitsplatte einer Ultraschall- und photoakustischen Bildgebungsstation befindet sich der Schallkopf, der auf die virtuelle Achse ausgerichtet ist und das Ohr mit dem Auge verbindet, um einen optimalen Strahl zu erhalten.

Bei der Fokussierung wird das Tier dann für die Bildaufnahme aus der Zeitansicht positioniert. Nach der anatomischen Bildaufnahme werden Gefäßbilder aufgenommen, um die inneren Blutgefäße des Gehirns zu visualisieren sowie den Blutkreislauf, die Geschwindigkeiten und die Richtungen zu bestimmen. Der Gesamthämoglobingehalt im Blut und der Sauerstoffgehalt können ebenfalls bestimmt werden.

Das Tier wird dann für die Bildaufnahme aus der Hinterhauptansicht positioniert, gefolgt von der Ultraschall- und photoakustischen anatomischen und vaskulären Bildaufnahme des Gehirns. Letztendlich wird die photoakustische Methode verwendet, um anatomische Hirnbilder und physiologische Gefäßparameter nach seiner Entwicklung darzustellen. Diese Technik ebnete den Weg für Forscher im Bereich der Neurobildgebung, um physiologische, vaskuläre und anatomische Strukturen zu erforschen.

Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen bei Erkrankungen des Gehirns wie Schlaganfall und neurologischer Degeneration zu beantworten, da sie spezifische Informationen über die neurologischen Funktionen geben kann. Zu Beginn legen Sie die Ratte in die entsprechende Fluorkammer, um sie zu betäuben, wie im Textprotokoll beschrieben. Sobald die Narkose wirkt, entfernen Sie die Ratte und wiegen Sie sie.

Tragen Sie eine dünne Schicht wasserlösliches ophthalmisches Gel auf die Augen des Tieres auf, um sie zu schützen und die physiologische Hydratation der Augen aufrechtzuerhalten. Legen Sie dann die Ratte auf eine Arbeitsplatte für Ultraschall- und photoakustische Bildgebungsstationen und positionieren Sie die Nase schnell in der entsprechenden Maske, um einen konstanten Narkosefluss zu gewährleisten, um das Tier zu rasieren. Verteilen Sie eine gleichmäßige Haarschicht, entfernen Sie die Creme auf der Kopfoberfläche und bedecken Sie die Bereiche um die Ohren und den Hals.

Nachdem Sie die Creme einige Minuten einwirken gelassen haben, nehmen Sie sie vorsichtig mit einem Spatel heraus. Entfernen Sie alle Cremereste vorsichtig mit einem feuchten Schwamm, um die Haut genau zu reinigen. Um die Ratte zu positionieren, stellen Sie das Tier in eine gespreizte Adlerposition.

Legen Sie die Pause auf die Vitalparametersensoren auf der Arbeitsplatte, nachdem Sie einige Tropfen Elektrodencreme aufgetragen haben, um die Vitalparameter zu überwachen. Zum Schluss befestigen Sie die Gliedmaßen mit einem hypoallergenen Kunstseidenpflaster. Entsorgen Sie dann eine gleichmäßige Schicht aus hypoallergenem, wasserlöslichem Ultraschall-Transmissionsgel auf dem Kopf des Tieres.

Decken Sie den Schallkopf mit einer dünnen Schicht desselben Gels ab und bringen Sie es in Kontakt mit der Schicht auf der Ratte. Hebe den Tierkopf an und drehe ihn leicht auf eine Seite. Verwenden Sie eine Watterolle als Ständer, damit die Schnauze gut in die Anästhesiemaske eingeführt wird.

Neigen Sie die Arbeitsplatte in einem Winkel von ca. 30 Grad zur horizontalen Ebene. Drehen Sie den bildgebenden Schallkopf in einem Winkel von ca. 30 Grad zur vertikalen Ebene. Für die anatomische und vaskuläre Ultraschall- und photoakustische Bildaufnahme schalten Sie den bildgebenden Scan ein.

Rufen Sie die Bildaufnahme im B-Modus auf und stellen Sie alle Bildaufnahmeparameter richtig ein, um die möglicherweise gegebenen Anforderungen des Experiments zu erfüllen. Stellen Sie die Sendemittenfrequenz so niedrig wie möglich ein, um die maximale Eindringtiefe für den Wandler zu erreichen. Starten Sie die Bildaufnahme im B-Modus und passen Sie die Positionierung des Schallkopfs in Echtzeit an, indem Sie anatomische Referenzen identifizieren und den interessierenden Bereich auf den Mittelpunkt des Monitors zentrieren.

Platzieren Sie den Schallkopf so, dass er an der virtuellen Achse ausgerichtet ist, und verbinden Sie das Ohr mit dem Auge, um einen optimalen Strahl zu erhalten. Fokussierung. Erfassen Sie verschiedene Ansichten des inneren Gehirnvolumens durch Drehung im oder gegen den Uhrzeigersinn. Stellen Sie sicher, dass die zerebrale Region of Interest in einer Tiefe von 10 Millimetern in Bezug auf die Ultraschall-Laserwandlerquelle lokalisiert ist, um ein optimales photoakustisches Antwortsignal zu erhalten.

Wechseln Sie als Nächstes in den Farbdoppler-Modus, um die inneren Blutgefäße des Gehirns auf hochempfindliche Weise zu visualisieren. Wählen Sie dann den gewünschten Erfassungsparameter in Farbe aus. Doppler-Modus.

Erfassen Sie Bilder in dieser Modalität, um Blutkreislauf, Geschwindigkeiten und Richtungen bis zu einer Eindringtiefe von mehreren Millimetern zu unterscheiden. Wechseln Sie in den Pulsed-Wave-Doppler-Modus und erfassen Sie Bilder, um arterielle Blutpulsationen zu erkennen und zwischen Arterien und Venen zu unterscheiden. Wechseln Sie nun in den Leistungsdopplermodus und stellen Sie die Erfassungsparameter ein, um eine Signalquantifizierung auf der Grundlage der Anzahl der durch die Flussbewegung verursachten Streuereignisse durchzuführen und Unterschiede in den Durchflussraten zu bewerten.

Wechseln Sie als Nächstes in den photoakustischen Modus und verfeinern Sie die Erfassungsparameter richtig, um Daten über den Gesamthämoglobingehalt im Blut oder den Sauerstoffgehalt in einem bestimmten Bereich zu sammeln. Durch die Erzeugung einer Laseranregung über ein gesamtes Wellenlängenspektrum kann die Absorption von Gesamthämoglobin, das in verschiedenen chemischen Zuständen in einem Gewebe vorhanden ist, quantifiziert werden, um ein Bild aus okzipitaler Sicht zu erhalten. Halten Sie das Tier in Bauchlage, senken Sie den Tierkopf ab und verwenden Sie kleine Gazerollen aus Baumwolle als seitliche Ständer, um die Position des Tieres richtig anzuordnen. Drehen Sie den bildgebenden Schallkopf parallel zur Querebene des Tierkopfes für die Ultraschall- und photoakustische, anatomische und vaskuläre Bildaufnahme.

Geben Sie den Bildaufnahmemodus B ein und stellen Sie alle Bildaufnahmeparameter ein. Verteilen Sie wie bisher die notwendigen Ultraschall-Gelschichten auf der Sonde und auf der Tiernappe. Visualisieren Sie die inneren Blutgefäße des Gehirns im Power-Doppler-Modus, indem Sie die Erfassungsparameter richtig einstellen.

Lokalisieren Sie stark pulsierende Arterien durch den gepulsten Wellen-Doppler-Modus. Erfassen Sie Daten zu Blutbahngeschwindigkeiten und -richtungen im Farbdoppler-Modus, indem Sie die Erfassungsparameter entsprechend anpassen. Nachdem Sie alle erfassten Daten gespeichert haben, schalten Sie das Laserpulsieren aus, indem Sie den photoakustischen Erfassungsmodus verlassen und den Schallkopf entfernen, während Sie das Tier unter dem Narkoseeffekt halten.

Beginnen Sie mit der Reinigung, indem Sie das Schutzgel vorsichtig mit dem feuchten Wattestäbchen von den Augen entfernen, verwenden Sie einen Spatel und mehrere Papiertücher, um das Ultraschallgel vollständig vom Kopf und der Schnauze zu entfernen. Reinigen Sie sie dann mit einem feuchten Schwamm. Achten Sie darauf, die zart rasierte Haut nicht zu beschädigen.

Nehmen Sie das Klebepflaster heraus, mit dem die Gliedmaßen befestigt wurden, und trennen Sie die Gliedmaßen von den Sensoren, die die physiologischen Parameter überwachen. Bringen Sie das Tier schnell von der Aufnahmearbeitsplatte in einen anderen Käfig und helfen Sie dem Tier bei der Genesung, wie im Textprotokoll beschrieben. Diese Methode ermöglicht eine tiefe Bildgebung sowohl spezifischer anatomischer Referenzstrukturen als auch von Blutgefäßen mit relativ hoher räumlicher Auflösung.

Hier sind aufgelöste Bilder der mittleren Hirnarterie oder MCA zu sehen, die aus der Arteria carotis interna oder ICA entspringt und sich weiter in zwei oder mehr Äste teilt, die schließlich die kortikalen Lappen umgeben. Die Doppler-basierte akustische Bildgebung zeigt kleine Verästelungen, während mit der Farbdopplererfassung Richtungsinformationen des Blutstroms verfügbar sind. Die Eigenschaft der MCA-Arterie wird durch die gepulste Ultraschalltechnik bestätigt.

Hier ist die Erfassung des gepulsten Wellenmodus durch das Foramen temporalis für die Individuation von Gefäßreferenzen dargestellt. Das photoakustische Signal des enthaltenen Hämoglobins in zirkulierenden roten Blutkörperchen kann nachgewiesen und analysiert werden, um Daten über seinen molekularen oxidativen Status zu sammeln und die Sauerstoffsättigung des Blutes zu berechnen. Der hämatische Sauerstoffgehalt kann mit Schalldaten korreliert werden, um die Unterscheidung von arteriellem Blut und venösem Blut zu bestätigen.

Das zerebrale Parenchymgewebe wurde ebenfalls mit einer photoakustischen Modalität in der okzipitalen Projektion aufgenommen, um die vaskuläre Charakterisierung im Spektraldiagramm zu zeigen. Mit diesem Spektrum ist es möglich, das Signal zu unterscheiden, das von arteriellen und venösen Gefäßen ausgeht. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber der bestehenden Methode besteht darin, dass die Anatomie des Gehirns und das damit verbundene Gefäßverhalten mit dem Fotobildgebungsmodus untersucht werden können, ohne dass die Schädelnarbe nach Stimmung kommt.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man parenchymale und vaskuläre Gehirneigenschaften und wie man Sauerstoff in Echtzeit aufzeichnet. Der Hämoglobinspiegel verändert sich im Hirngewebe.