Name: Die gleichzeitige Auswertung der zerebralen Hämodynamik und Lichtstreuungseigenschaften der In Vivo Rattenhirn Mit Multispektral Diffuse Reflectance Imaging (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-07T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 6 s
Description: Erfahren Sie die multispektrale diffuse Reflexionsbildgebung zur gleichzeitigen Auswertung zerebraler Hämodynamik und Lichtstreuung im Rattenhirn in vivo. Diese Methode ermöglicht die nicht-invasive Überwachung von Hirnfunktionen.

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Ein Teil dieser Arbeit wurde durch ein Grant-in-Aid for Scientific Research (C) der Japanese Society for the Promotion of Science (25350520, 22500401, 15K06105) und das US-ARMY ITC-PAC Research and Development Project (FA5209-15-P-0175) unterstützt.

Tierpflege, Vorbereitung und experimentelle Protokolle wurden von der Animal Research Committee der Tokyo University of Agriculture and Technology genehmigt. Für diese Methode wird die Ratte in einer kontrollierten Umgebung (24 ° C, 12 h Licht / Dunkel - Zyklus), mit Futter und Wasser ad libitum untergebracht. 1. Aufbau eines herkömmlichen Multispektrale Diffuse Reflectance Imaging System <ol><li> Halterung neun schmalbandigen optische Interferenzfilter mit Mittenwellenlängen von 500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730 und 760 nm zu den Filterlöchern der motorisierten Filterrad. </li><li> Konstrukt ein multispektrale Bilderzeugungssystemes einer Breitband-Weißlichtquelle verwendet wird, ein motorisiertes Filterrad mit dem obigen Satz von schmalbandigen Interferenzfilter, ein Lichtleiter, eine Sammellinse, ein Video-Zoom-Objektiv und einer monochromatische CCD-Kamera. Das Layout der optischen Komponenten, in Figur 2 gezeigt, kann für th bezeichnet werdenIst Bauverfahren. HINWEIS: Der Beleuchtungswinkel beträgt etwa 45 ° zur Probenoberfläche. </li><li> Schalten Sie die Halogenlampe ein, um die Oberfläche der Probe über einen Interferenzfilter, den Lichtleiter und die Sammellinse zu beleuchten. </li><li> Öffnen Sie die Bediensoftware der CCD-Kamera. </li></ol> 2. Tiervorbereitung HINWEIS: In diesem Protokoll wurde die Ratte nicht für die zukünftigen Experimente verwendet und es wurde unmittelbar nach den Messungen von multispektralen Bildern geopfert. <ol><li> Verbinden Sie die Einlassöffnung einer Induktionskammer mit dem Auslassanschluss einer Anästhesiemaschine mit einem Rohr. Verbinden Sie die Auslassöffnung der Induktionskammer mit dem Einlassanschluss der Anästhesiemaschine mit einem zweiten Rohr. </li><li> Legen Sie die Ratte in die Induktionskammer und induzieren Anästhesie mit 5,0% Isofluran. Bewahren Sie die Anästhesie in einer Tiefe, so dass die Ratte nicht auf Zehenstöpsel reagiert. Lower bis 2,0% Isofluran unter Verwendung eines Drehknopfes auf dem Anästhesiegerät. </li><li> Befestigen Sie die Ratte Kopf in einem stereotaktischen Rahmen. Bringen Sie ein Mundstück für Anästhesie an den Stereotaxierahmen. </li><li> Verbinden der Einlassöffnung des Mundstückes mit dem Auslassanschluss der Anästhesiemaschine mit einem Rohr. Verbinden der Auslassöffnung des Mundstückes an die Einlassöffnung der Anästhesiemaschine mit einem Rohr. </li><li> Shave den Kopfbereich über den prospektiven Inzisionsstelle mit Haarschneidemaschinen, bis die Hautoberfläche erscheint. </li><li> Führe einen Längsschnitt in etwa 20 mm lang entlang der Mittellinie des Kopfes , ein chirurgisches Skalpell (Abbildung 1 (a)) und setzt das subkutane Bindegewebe (Abbildung 1 (b)). </li><li> Entfernen des subkutane Bindegewebes eines scharfen Kürette oder eine Zange verwendet , und ziehe es zu beiden Seiten des Kopfes der Schädelknochen (Abbildung 1 (c)) zu belichten. </li><li> Dig einen ellipsenförmigen Graben auf dem Schädelknochen innerhalb der Schädel SuturES (Kranznaht, Sutura sagittalis und Lambdanaht) eine Hochgeschwindigkeits - Bohrmaschine (Abbildung 1 (d)) verwendet wird . </li><li> Langsam und homogen raben der Schädelknochen in den Graben, die Hochgeschwindigkeitsbohrer. </li><li> Drücken leicht auf der Oberfläche des gedünnten Schädels mit der Spitze der Zange die Knochendicke und Festigkeit nach einer zerebralen Blutgefß erscheint abzuschätzen. Wenn die ausgedünnten Schädel Region leicht herunterdrückt, beendet die Reduktion des Schädelknochens mit dem High-Speed-Bohrer. </li><li> Schneiden Sie die ellipsenförmigen Grenzlinie des ausgedünnten Schädel Stück für Stück die Spitze der Zange oder kleine chirurgische Schere. </li><li> Entfernen Sie den ausgedünnten Schädel von der Hirnoberfläche langsam und vorsichtig die Zange verwenden. </li><li> badet sanft die kranialen Fenster mit physiologischer Kochsalzlösung und ihn mit einer transparenten Glasplatte ungefähr 0,1 mm dick. </li></ol> 3. Die Regulierung der Fraktion des eingeatmeten Sauerstoffs HINWEIS: Die Atmungs condition kann durch Regulierung der Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs (FiO 2) geändert werden. <ol><li> Verwendung eines Rohres, verbinden den ersten Anschluss eines Y-förmigen Rohrverbinder (Stecker 1) mit dem ersten Port eines anderen Y-förmigen Rohrverbinder (Stecker 2). </li><li> Verbinden der Einlassöffnung des Mundstücks mit dem zweiten Anschluss des Rohrverbinders 1. </li><li> Verwendung eines Rohres, verbinden den dritten Anschluss von Rohrverbinder 1 an ein Sauerstoffkonzentrationsüberwachungsvorrichtung. </li><li> Mit einem Rohr, verbinden den zweiten Anschluss der Rohrverbinder 2 an den Auslaßanschluß einer Anästhesiemaschine. </li><li> Verwendung eines Rohres, verbinden den dritten Anschluss von Rohranschluss 2 zu dem Auslassanschluss eines Gasgemisches Vorrichtung. </li><li> Verbinden eine Einlassöffnung des Gasgemisch Geräts mit einem Hochdruck - 95% O 2 bis 5% CO 2 Gasflasche eines Rohr verwendet wird . </li><li> Die andere Einlaßöffnung des Gasgemisch Geräts mit einer Hochdruck - 95% N 2 bis 5% CO 2 Gasflasche eines Rohr verwendet wird . </li><li> Ändern Sie die Gasflussraten oF O 2 und N 2 unter Verwendung der Drehknöpfe auf der Gasgemischvorrichtung. </li><li> Überprüfen und regeln Sie den FiO 2 mit dem Sauerstoffkonzentrationsmonitor. </li></ol> 4. Erfassung der multispektralen Diffuse Reflectance Images <ol><li> Erfassung von Referenzbildern HINWEIS: Die in diesem Experiment verwendeten optischen Komponenten wie die Lichtquelle, die Lichtleitfaser und die Detektoren haben ihre eigenen spektralen Eigenschaften. Daher sollte die Lichtintensität, die durch diese Komponenten hindurchgeht, als Referenzbild aufgezeichnet werden. Das Referenzbild ist ein Bild, das mit einem handelsüblichen weißen Diffusor aufgenommen wurde, der mit dem Licht der Lichtquelle beleuchtet ist. <ol><li> Setzen Sie den Standard-Weißdiffusor waagerecht auf die Bühne. </li><li> Fokussiere das Kameralinse auf die Oberfläche des weißen Diffusors, indem du den Zoomring auf dem Fass drehst. </li><li> Passen Sie die Integrationszeit der Kamera an, indem Sie den entsprechenden Wert aus derDropdown-Liste der Integrationszeiten in der Betriebssoftware der Kamera, so dass die größte Menge an Licht ein Signal erzeugt, das etwa 75% der maximalen Zählungen beträgt. Während Sie das Histogramm der Pixelwerte beobachten, stellen Sie die Integrationszeit ein, bis der Signalintensitätspegel etwa 75% der maximalen Zählungen beträgt. </li><li> Wählen Sie den Befehl &quot;Speichern&quot; aus dem Dateimenü, um ein Bild in einer Datei zu speichern. </li><li> Ändern Sie die Filterposition durch Drehen des Filterrades. </li><li> Speichern Sie ein Bild bei den anderen Wellenlängen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren. Der Dateiname sollte das Sample und die verwendete Wellenlänge identifizieren ( zB W500, W520, W540 ... W760). </li></ol></li><li> Erfassung von Musterbildern Anmerkung: Bilder von diffus reflektierter Lichtintensität des exponierten Rattenhirns bei neun Wellenlängen werden erfasst und auf der Festplatte eines Personalcomputers unter Verwendung der gleichen Erfassungsbedingungen gespeichert. <ol><li> Legen Sie die rbei auf der Bühne und langsam einstellen Bühnenniveau, so dass die Kamera auf der Oberfläche des Rattenhirns konzentrieren kann. </li><li> Wählen Sie den Befehl „Speichern“ aus dem Dateimenü ein Bild in einer Datei zu speichern. </li><li> Ändern der Filter Lage durch das Filterrad rotieren. </li><li> Speichern eines Bildes mit den anderen Wellenlängen gemäß dem oben beschriebenen Verfahren. Der Dateiname soll die Probe und die Wellenlänge (zB R500, R520, R540 ... R760) identifizieren. </li></ol></li><li> Erwerb von dunklen Bildern HINWEIS: Die CCD-Kamera eine Lichtstärke in Reaktion auf ein elektrisches Signal erzeugen kann. Allerdings gibt es einige kleinere Ausgabe aufgrund von Rauschen in den elektrischen Schaltungen und Detektoren, auch wenn kein Licht auf den Detektor gelangt; dies Dunkelstromrauschen bezeichnet. Um genau die spektrale Intensität des Lichts zu messen, sollte die Dunkelstromkomponente als ein dunkles Bild aufgenommen wird und dann aus dem gemessenen Signal subtrahiert wird. Das dunkele Bild ist ein Bild nehmenn mit dem Lichtweg blockiert. <ol><li> Schalten Sie die Halogenlampe als Lichtquelle aus. </li><li> Blockieren den Lichtpfad zur CCD-Kamerasystem unter Verwendung einer Abschirmplatte. </li><li> Wählen Sie den Befehl „Speichern“ aus dem Dateimenü ein Bild in einer Datei zu speichern. Der Dateiname soll die Probe (zB Licht) identifizieren. </li></ol></li></ol> 5. Visualisierung der Hämoglobingehalt und die Light Scattering Parameter HINWEIS: Eine Reihe von multispektralen diffusen Reflexions Bilder auf der Festplatte eines Personalcomputers gespeichert und analysiert offline. Eine multiple Regressionsanalyse durch eine Simulation Carlo Monte Aided 19 der Multispektral diffusen Reflexionsbilder an neun Wellenlängen (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730 und 760 nm) wird dann durchgeführt , um die zweidimensionale zu Visualisierung Karten von oxygeniertem Hämoglobin-Konzentration, von Sauerstoff befreitem Hämoglobin-Konzentration, Gesamt-Hämoglobin-Konzentration, regionalen zerebralen Sauerstoffsättigung und scatTering Macht. Der detaillierte Algorithmus wird in der Literatur 17, 18 veröffentlicht. <ol><li> Subtrahierte das dunkele Bild von sowohl das Referenzbild und das Probenbild bei jeder Wellenlänge. </li><li> Normalisieren der Probenbild von dem Referenzbild bei jeder Wellenlänge λ. Behandle die normalisierte Bild als die diffuse Reflexionsbild R. </li><li> Berechnen die Extinktion (oder optische Dichte) Bild A durch den Logarithmus der reziproken der diffusen Reflexionsbild R bei jeder Wellenlänge λ unter: <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq1.jpg" /> (1) </li><li> Generieren eine dreidimensionale Matrix durch die Absorption Bilder in der Reihenfolge ihrer Stapelung Wellenlängen, wobei die x - y - Ebene um die strukturelle Information zeigt , für die Hirnoberfläche erhalten , und die z - Achse zeigt die spektrale Information. </li><li> Perform eine multiple Regressionsanalyse für das Absorptionsspektrum A (λ) an jedem XY - Koordinate. </li><li> Verwenden Sie das Absorptionsspektrum A (λ) als abhängige Variable und der molare Extinktionskoeffizient Spektren von oxygeniertem Hämoglobin ε HbO (λ) und von Sauerstoff befreitem Hämoglobin ε HBr (λ) als unabhängige Variablen für Schritt 5.5 (veröffentlichte Werte für ε HbO (λ) und ε HBr (λ) ist in Tabelle 1) zur Verfügung gestellt. </li><li> Schauen Sie sich die zweidimensionalen Karten (Bilder) der drei multiple Regressionskoeffizienten a HbO, eine HBr und ein 0. </li><li> Generieren einer dreidimensionalen Matrix , die durch die Bilder der mehreren Regressionskoeffizienten in der Reihenfolge A HbO Stapelung eine HBr, und eine 0, wo die <em&gt; x - y - Ebene zeigt die Strukturinformationen für die Hirnoberfläche erhalten , und die z - Achse zeigt die multiple Regressionskoeffizienten. </li><li> Berechnen Sie die oxygenierten Hämoglobins Konzentration C HbO, desoxygenierten Hämoglobinkonzentration C HBr und das Streuvermögen b aus dem Satz von multiplen Regressionskoeffizienten a HbO, eine HBr, und eine 0 an jedem xy unter Verwendung der folgenden empirischen Formeln Koordinate (er Werte von β HbO, i, β HBr, i und β 0, i (i = 0,1,2,3) sind in Tabelle 2): <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq2.jpg" /> (2) <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq3.jpg" /> (3) <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq4.jpg" /> (4) </li><li> Überprüfen Sie die zweidimensionalen Abbildungen (Bilder) des oxygenierten Hämoglobins HbO Konzentration C, der Sauerstoff befreitem Hämoglobin - Konzentration C HBr und das Streuvermögen b. </li><li> Berechnen eine zweidimensionale Karte der Gesamthämoglobinkonzentration C HbT durch Summieren C HbO und C HBr bei jedem x - y - Koordinate. </li><li> Berechnen eine zweidimensionale Karte der regionalen zerebralen Sauerstoffsättigung rSO 2 durch die oxygenierten Hämoglobins HbO Konzentration C durch die Gesamthämoglobinkonzentration C HbT an jedem x Dividieren - y - Koordinate. </li></ol>

<ol><li>Bonhoeffer, T., Grinvald, A. Optical Imaging based on intrinsic signals: the methodology. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBonhoeffer%2C+T+%22Brain+mapping%3B+the+methods%22">Brain mapping; the methods</a>. Toga, A. W., Mazziotta, J. C. , Academic Press. San Diego. 55-97 (1996).</li>
<li>Mourant, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+light+scattering+from+biological+cells+relevant+to+noninvasive+optical-tissue+diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of light scattering from biological cells relevant to noninvasive optical-tissue diagnostics.</a> Appl. Opt. 37 (16), 3586-3593 (1998).</li>
<li>Abookasis, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+cortical+absorption%2C+scattering%2C+and+hemodynamic+response+during+ischemic+stroke+using+spatially+modulated+near-infrared+illumination%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Imaging cortical absorption, scattering, and hemodynamic response during ischemic stroke using spatially modulated near-infrared illumination.</a> J. Biomed. Opt. 14 (2), 024033(2009).</li>
<li>Lipton, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ischemic+cell+death+in+brain+neuron%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Rev%22%5BJournal%5D)">Ischemic cell death in brain neuron.</a> Physiol. Rev. 79 (4), 1432-1568 (1999).</li>
<li>Jarvis, C. R., Anderson, T. R., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anoxic+depolarization+mediates+acute+damage+independent+of+glutamate+in+neocortical+brain+slices%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb.+Cortex%22%5BJournal%5D)">Anoxic depolarization mediates acute damage independent of glutamate in neocortical brain slices.</a> Cereb. Cortex. 11 (3), 249-259 (2001).</li>
<li>Joshi, I., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+anoxic+depolarization+during+ischemia-like+conditions+in+the+mouse+hemi-brain+slice%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Imaging anoxic depolarization during ischemia-like conditions in the mouse hemi-brain slice.</a> J. Neurophysiol. 85 (1), 414-424 (2001).</li>
<li>Polischuk, T. M., Jarvis, C. R., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+optical+signaling+denoting+neuronal+damage+in+response+to+acute+excitotoxic+insult+in+the+hippocampal+slice%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Dis%22%5BJournal%5D)">Intrinsic optical signaling denoting neuronal damage in response to acute excitotoxic insult in the hippocampal slice.</a> Neurobiol. Dis. 4 (6), 423-437 (1998).</li>
<li>Jarvis, C. R., Lilge, L., Vipond, G. J., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpretation+of+intrinsic+optical+signals+and+calcein+fluorescence+during+acute+excitotoxic+insult+in+the+hippocampal+slice%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Interpretation of intrinsic optical signals and calcein fluorescence during acute excitotoxic insult in the hippocampal slice.</a> NeuroImage. 10 (4), 357-372 (1999).</li>
<li>Obeidat, A. S., Jarvis, C. R., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10698080">Glutamate does not mediate acute neuronal damage after spreading depression induced by O2/glucose deprivation in the hippocampal slice.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 20 (2), 412-422 (2000).</li>
<li>Dunn, A. K., Devor, A., Dale, A. M., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+extent+of+oxygen+metabolism+and+hemodynamic+changes+during+functional+activation+of+the+rat+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Spatial extent of oxygen metabolism and hemodynamic changes during functional activation of the rat somatosensory cortex.</a> Neuroimage. 27 (2), 279-290 (2005).</li>
<li>Jones, M., Berwick, J., Johnston, D., Mayhew, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concurrent+optical+imaging+spectroscopy+and+laser-Doppler+flowmetry%3A+the+relationship+between+blood+flow%2C+oxygenation%2C+and+volume+in+rodent+barrel+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Concurrent optical imaging spectroscopy and laser-Doppler flowmetry: the relationship between blood flow, oxygenation, and volume in rodent barrel cortex.</a> Neuroimage. 13 (6), 1002-1015 (2001).</li>
<li>Jones, M., Berwick, J., Mayhew, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+blood+flow%2C+oxygenation%2C+and+volume+following+extended+stimulation+of+rodent+barrel+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Changes in blood flow, oxygenation, and volume following extended stimulation of rodent barrel cortex.</a> Neuroimage. 15 (3), 474-487 (2002).</li>
<li>Zhou, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffuse+optical+correlation+tomography+of+cerebral+blood+flow+during+cortical+spreading+depression+in+rat+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Diffuse optical correlation tomography of cerebral blood flow during cortical spreading depression in rat brain.</a> Opt. Express. 14 (3), 1125-1144 (2006).</li>
<li>Bouchard, M. B., Chen, B. R., Burgess, S. A., Hillman, E. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-fast+multispectral+optical+imaging+of+cortical+oxygenation%2C+blood+flow%2C+and+intracellular+calcium+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Ultra-fast multispectral optical imaging of cortical oxygenation, blood flow, and intracellular calcium dynamics.</a> Opt. Express. 17 (18), 15670-15678 (2009).</li>
<li>Jones, P. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+multispectral+reflectance+imaging+and+laser+speckle+flowmetry+of+cerebral+blood+flow+and+oxygen+metabolism+in+focal+cerebral+ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Simultaneous multispectral reflectance imaging and laser speckle flowmetry of cerebral blood flow and oxygen metabolism in focal cerebral ischemia.</a> J. Biomed. Opt. 13 (4), 044007(2008).</li>
<li>Kawauchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffuse+light+reflectance+signals+as+potential+indicators+of+loss+of+viability+in+brain+tissue+due+to+hypoxia%3A+charge-coupled-device-based+imaging+and+fiber-based+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Diffuse light reflectance signals as potential indicators of loss of viability in brain tissue due to hypoxia: charge-coupled-device-based imaging and fiber-based measurement.</a> J. Biomed. Opt. 18 (1), 015003(2013).</li>
<li>Yoshida, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+imaging+of+absorption+and+scattering+properties+of+in+vivo+exposed+rat+brain+using+a+digital+red-green-blue+camera%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Multispectral imaging of absorption and scattering properties of in vivo exposed rat brain using a digital red-green-blue camera.</a> J. Biomed. Opt. 20 (5), 051026(2015).</li>
<li>Nishidate, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+Cerebral+Hemodynamics+and+Tissue+Morphology+of+In+Vivo+Rat+Brain+Using+Spectral+Diffuse+Reflectance+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Spectrosc%22%5BJournal%5D)">Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Tissue Morphology of In Vivo Rat Brain Using Spectral Diffuse Reflectance Imaging.</a> Appl. Spectrosc. , (2016).</li>
<li>Wang, L. -H., Jacques, S. L., Zheng, L. -Q. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7587160">MCML-Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues.</a> Comput. Methods Programs Biomed. 47 (2), 131-146 (1995).</li>
<li>Tsytsarev, V., Premachandra, K., Takeshita, D., Bahar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+cortical+electrical+stimulation+in+vivo%3A+Fast+intrinsic+optical+signal+versus+voltage-sensitive+dyes%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Imaging cortical electrical stimulation in vivo: Fast intrinsic optical signal versus voltage-sensitive dyes.</a> Opt. Lett. 33 (9), 1032-1034 (2008).</li>
<li>Arnold, T., Biasio, M. D., Leitner, R. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=ECBO-2011-808711">Hyper-spectral video endoscope for intra-surgery tissue classification using auto-fluorescence and reflectance spectroscopy.</a> Proc. SPIE. 8087, 808711(2011).</li>
<li>Basiri, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+a+multi-spectral+camera+in+the+characterization+of+skin+wounds%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Use of a multi-spectral camera in the characterization of skin wounds.</a> Opt. Express. 18 (4), 3244-3257 (2010).</li>
<li>Nishidate, I., Maeda, T., Niizeki, K., Aizu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+melanin+and+hemoglobin+using+spectral+reflectance+images+reconstructed+from+a+digital+RGB+image+by+the+Wiener+estimation+method%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Estimation of melanin and hemoglobin using spectral reflectance images reconstructed from a digital RGB image by the Wiener estimation method.</a> Sensors. 13 (6), 7902-7915 (2013).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Der wichtigste Schritt in diesem Protokoll ist die Entfernung der ausgedünnten Schädel Region, um den Schädel Fenster zu machen; dies sollte sorgfältig durchgeführt werden, um unerwartete Blutungen zu vermeiden. Dieser Schritt ist wichtig für den Erhalt hochwertige multispektraler Reflexionsbilder mit hohen Genauigkeit diffundieren. Die Verwendung eines Stereomikroskops ist für den chirurgischen Eingriff, wenn möglich empfohlen. Kleine Stücke von Gelatineschwamm sind nützlich für die Hämostase. <p class="jove_conten...

Multispektraler diffuse Reflektanz-Bildgebung ist die am weitesten verbreitete Technik für eine räumliche Karte der intrinsischen optischen Signale (ioss) in kortikale Gewebe zu erhalten. Ioss beobachtete in dem in - vivo - Gehirn wird hauptsächlich in drei Phänomene zurückzuführen: Variationen in der Lichtabsorption und Streueigenschaften aufgrund kortikaler Hämodynamik, Variation in der Absorption auf der Reduktion oder Oxidation von Cytochromen in Mitochondrien abhängig, und Änderungen in den Lichtstreuungseigenschaften durch morphologische Veränderungen induzierten 1. Licht im sichtbaren (VIS) bis zum nahen Infrarot (NIR) Spektralbereich absorbiert und wird wirksam durch biologisches Gewebe verstreut. Das diffuse Reflexionsspektrum des in - vivo - Gehirns wird durch Absorption und Streuung Spektren charakterisiert. Die reduzierten Streukoeffizienten us &#39;von Hirngewebe im VIS-to-NIR - Wellenlängenbereich in Folge einer monotonen Streuspektrum Exhibiting kleinere Größen bei längeren Wellenlängen. Der reduzierte Streukoeffizient μ Spektrum S &#39;(λ) angenähert werden kann in der Form der Potenzfunktion 2, 3 zu sein , wie μ s&#39; (λ) = a × λ -B. Die Streukraft b wird in lebendem Gewebe 2, 3 auf die Größe des biologischen Streuers verwendet. Morphologische Veränderungen des Gewebes und die Verringerung der Lebensfähigkeit von lebendem Gewebe kortikalen können die Größe der biologischen Streuer beeinflussen 4, 5, 6, 7, 8, 9. Ein optisches System zur multispektralen Abbildungs ​​diffusen Reflektanz kann leicht von einer Glühlampe Li konstruiert werdenght Quelle, einfache optische Komponenten und eine monochromatische ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD). Daher wurden verschiedene Algorithmen und optische Systeme für multispektraler diffuse Reflektanz Bildgebung verwendet , um kortikalen Hämodynamik und / oder Gewebemorphologie 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 auszuwerten. Das Verfahren in diesem Artikel beschrieben wird , verwendet , um sowohl die Hämodynamik und Lichtstreuungseigenschaften von Rattenhirngeweben in vivo sichtbar zu machen ein herkömmliches multispektraler diffusen Reflexions - Bildgebungssystem verwendet wird . Die Vorteile dieses Verfahrens gegenüber alternativen Techniken sind die Fähigkeit, Raum-Zeit-Änderungen sowohl zerebrale Hämodynamik und Rindengewebe zu bewertenMorphologie sowie ihre Anwendbarkeit auf verschiedene Funktionsstörungen des Gehirns Tiermodellen. Daher wird das Verfahren zur Untersuchung von traumatischen Hirnverletzungen, epileptischen Anfall, Schlaganfall und Ischämie geeignet sein.

<table><tbody><tr><td>150 W Halogenlampen-Lichtquelle</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japan</td><td>LA-150SAE</td><td></td></tr><tr><td>Lichtleiter</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japan</td><td>LGC1-5L1000</td><td></td></tr><tr><td>Sammellinse</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japan</td><td>SH-F16</td><td></td></tr><tr><td>Interferenzfilter l@ 500 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japan</td><td>#65088</td><td></td></tr><tr><td>Interferenzfilter l@ 520 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65093</td><td></td></tr><tr><td>Interferenzfilter l@ 540 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65096</td><td></td></tr><tr><td>Interferenzfilter l@ 560 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#67766</td><td></td></tr><tr><td>Interferenzfilter l@ 570 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#67767</td><td></td></tr><tr><td>Interferenzfilter l@ 580 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65646</td><td></td></tr><tr><td>Interferenzfilter l@ 600 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65102</td><td></td></tr><tr><td>Interferenzfilter l@ 730 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65115</td><td></td></tr><tr><td>Interferenzfilter l@ 760 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#67777</td><td></td></tr><tr><td>Motorisiertes Filterrad</td><td>Andover Corporation, NH, USA</td><td>FW-MOT-12.5</td><td></td></tr><tr><td>8-Bit-monochrome CCD-Kamera</td><td>THE IMAGINGSOURCE, Deutschland</td><td>DMK21BU618. H</td><td></td></tr><tr><td>Videozoomobjektiv</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japan</td><td>VZMTM300i</td><td></td></tr><tr><td>Spectralon weiß Standard mit 99% diffusem Reflexionsgrad</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>SRS-99-020</td><td></td></tr></tbody></table>

die gleichzeitige auswertung der zerebralen hämodynamik und lichtstreuungseigenschaften der<em&gt; in vivo</em&gt; rattenhirn mit multispektral diffuse reflectance imaging

Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging

Die gleichzeitige Bewertung der zerebralen Hämodynamik und der Lichtstreueigenschaften von in vivo Rattenhirngewebe wird mit einem konventionellen multispektralen diffusen Reflexionsbildgebungssystem demonstriert. Dieses System besteht aus einer breitbandigen Weißlichtquelle, einem motorisierten Filterrad mit einem Satz schmalbandiger Interferenzfilter, einem Lichtleiter, einer Sammellinse, einem Videozoomobjektiv und einer monochromatischen CCD-Kamera (Charged-Coupled Device). Ein ellipsoides Schädelfenster wird in den Schädelknochen einer Ratte unter Isofluran-Anästhesie hergestellt, um in vivo multispektrale diffuse Reflexionsbilder der kortikalen Oberfläche aufzunehmen. Die Regulierung des Anteils des eingeatmeten Sauerstoffs mit Hilfe eines Gasgemischgeräts ermöglicht die Induktion verschiedener Atmungszustände wie Normoxie, Hyperoxie und Anoxie. Anschließend wird eine Monte-Carlo-Simulations-basierte multiple Regressionsanalyse für die gemessenen multispektralen diffusen Reflexionsbilder bei neun Wellenlängen (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730 und 760 nm) durchgeführt, um die zweidimensionalen Karten der Hämodynamik und die Lichtstreueigenschaften des in vivo Rattengehirns zu visualisieren.

Repräsentative Spektralbilder von diffusen Reflexionsvermögen von in - vivo - Rattenhirnen gewonnen sind in Abbildung 3 Die Abbildungen gezeigt bei 500, 520, 540, 560, 570 und 580 nm deutlich , ein dichtes Netz von Blutgefäßen in der Hirnrinde visualisieren. Die Verschlechterung des Kontrastes zwischen Blutgefßen und den umgebenden in den Bildern beobachteten Gewebe bei 600, 730 und 760 nm reflektiert die geringere Absorption von Licht durch Hämoglobin ...

Die gleichzeitige Auswertung von zerebralen Hämodynamik und den Lichtstreuungseigenschaften der in vivo Rattenhirngeweben wird ein herkömmliches multispektraler diffuses Reflexions - Bildgebungssystem unter Verwendung demonstriert.

Die gleichzeitige Auswertung der zerebralen Hämodynamik und Lichtstreuungseigenschaften der<em&gt; In Vivo</em&gt; Rattenhirn Mit Multispektral Diffuse Reflectance Imaging

The simultaneous evaluation of cerebral hemodynamics and the light scattering properties of in vivo rat brain tissue is demonstrated using a conventional ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Hämodynamik und die Lichtstreuungseigenschaften von lebendem Gehirngewebe sichtbar zu machen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der biomedizinischen Optik zu beantworten, indem sie die Abbildung intrinsischer optischer Signale in Rattenhirngeweben nutzt. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass spezifische zeitliche Veränderungen der zerebralen Hämodynamik und der kortikalen Gewebemorphologie bewertet werden können.Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf die Überwachung von Gehirnfunktionen und -lebensfähigkeit bei verschiedenen Modellen von Hirnerkrankungen, da Experimente mit diesen Tiermodellen häufig über das Schädel-Fenster durchgeführt werden. Daher kann diese Methode Einblicke in die intrinsischen optischen Signale liefern. Sie kann außerdem auf andere spektrale Bildgebungsverfahren angewendet werden.Befestigen Sie zunächst den Rattenkopf in einem stereotaktischen Rahmen. Nach der Anästhesie rasieren Sie den Kopfbereich jenseits der geplanten Inzisionsstelle mit Haarschneidemaschine, bis die Hautoberfläche sichtbar wird. Führen Sie dann einen etwa 20 Millimeter langen Längssc

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Dieses Video zeigt, wie ein Laser bauen Speckle Contrast Imaging (LSCI) System, das problemlos eingesetzt werden können, um den Blutfluss zu überwachen.

Wie man einen Laser bauen Speckle Contrast Imaging (LSCI) System, um den Blutfluss überwachen

Bioimaging Methoden zur Zelle Bioverteilung von Nanopartikeln zu beurteilen sind anwendbar für therapeutische und diagnostische Überwachung von nanoformulated Verbindungen. Die hierin beschriebenen Verfahren sind sensitiver und spezifischer als durch histologische Koregistrierung beurteilt. Die Methoden liefern eine translatorische Weg von Nagetieren auf Menschen-Anwendungen.

Registrierte Bioimaging von Nanomaterialien für Diagnostische und Therapeutische Überwachung

Wir kombinierten Frequenz-Domain-Nahinfrarot-Spektroskopie Maßnahmen der zerebralen Oxygenierung des Hämoglobins mit diffuser Korrelations-Spektroskopie Maßnahmen des zerebralen Blutflusses Index einen Index der Sauerstoff-Stoffwechsel zu schätzen. Wir testeten den Nutzen dieser Maßnahme als Nachttisch Screening-Tool, um die Gesundheit und Entwicklung des Neugeborenen Gehirns zu beurteilen.

Non-invasive optische Messung des zerebralen Metabolismus und Hämodynamik bei Säuglingen

In diesem Video demonstrieren wir die Technik der diffusen Korrelationsspektroskopie zur Messung des zerebralen Blutflusses in einem Mausmodell für leichte traumatische Hirnverletzungen.

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Multispektrale diffuse Reflexionsbildgebung des zerebralen Blutflusses und der Gewebestruktur von Ratten

Quelle: Menezes Forti, R. et al. Echtzeit-Monitoring von neurokritischen Patienten mit diffuser optischer Spektroskopie. J. Vis. Exp. (2020)Dieses Video zeigt den Einsatz der diffusen Korrelationsspektroskopie (DCS) zur Messung des zerebralen Blutflusses beim Menschen. Es beschreibt die Schritte zur Vorbereitung des Systems, zur Kalibrierung der Sonde, zur Positionierung auf der Stirn des Teilnehmers, zur Erfassung von Streulichtdaten und zur Analyse von Intensitätsschwankungen, um die Dynamik...

Diffuse Korrelationsspektroskopie zur Messung des zerebralen Blutflusses bei einem menschlichen Probanden

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Hier wird ein Protokoll zur nicht-invasiven Überwachung der zerebralen Hämodynamik neurokritischer Patienten in Echtzeit und am Krankenbett mittels diffuser Optik vorgestellt. Insbesondere verwendet das vorgeschlagene Protokoll ein hybrides diffuses optisches System, um Echtzeitinformationen über die zerebrale Sauerstoffversorgung, den zerebralen Blutfluss und den zerebralen Stoffwechsel zu erkennen und anzuzeigen.

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Die stimulierte Raman-Streuung (SRS) ist eine leistungsstarke, zerstörungsfreie und markierungsfreie Bildgebungstechnik. Eine aufkommende Anwendung ist die stimulierte Raman-Histologie, bei der die zweifarbige SRS-Bildgebung an den Protein- und Lipid-Raman-Übergängen verwendet wird, um Pseudo-Hämatoxylin- und Eosin-Bilder zu erzeugen. Hier demonstrieren wir ein Protokoll für die zweifarbige SRS-Bildgebung in Echtzeit für die Gewebediagnose.

Echtzeit-, zweifarbige stimulierte Raman-Streubildgebung des Mausgehirns für die Gewebediagnose

Erfahren Sie die multispektrale diffuse Reflexionsbildgebung zur gleichzeitigen Auswertung zerebraler Hämodynamik und Lichtstreuung im Rattenhirn in vivo. Diese Methode ermöglicht die nicht-invasive Überwachung von Hirnfunktionen.

Die gleichzeitige Auswertung der zerebralen Hämodynamik und Lichtstreuungseigenschaften der In Vivo Rattenhirn Mit Multispektral Diffuse Reflectance Imaging (Video) | JoVE Journal

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