El presente trabajo describe un nuevo protocolo para realizar ultrasonido de alta frecuencia no invasivo e imágenes fotoacústicas en el cerebro de rata, para visualizar de manera eficiente las regiones subcorticales profundas y sus patrones vasculares dirigiendo señales a los forámenes del cráneo presentes naturalmente en el cráneo animal.
Artículo de método
Parénquima no invasiva, vascular y metabólico de alta frecuencia de ultrasonido y fotoacústica Rata cerebral profunda Imaging
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Resumen
Resumen
La fotoacústica y el ultrasonido de alta frecuencia se destacan como herramientas poderosas para aplicaciones neurobiológicas que permiten obtener imágenes de alta resolución en el sistema nervioso central de animales pequeños. Sin embargo, la neuroimagen transdérmica y transcraneal se ve frecuentemente afectada por baja sensibilidad, aberraciones de la imagen y pérdida de resolución del espacio, lo que requiere la extirpación del cuero cabelludo o incluso del cráneo antes de la obtención de imágenes. Para superar este desafío, se presenta un nuevo protocolo para obtener información significativa sobre la hemodinámica cerebral mediante imágenes fotoacústicas y de ultrasonidos de alta frecuencia con la piel y el cráneo del animal intactos. El procedimiento se basa en el paso de ondas de ultrasonido (US) y láser directamente a través de las fisuras que están naturalmente presentes en el cráneo del animal. Al yuxtaponer el dispositivo transductor de imágenes exactamente en correspondencia con estas áreas seleccionadas donde el cráneo tiene un grosor reducido o está totalmente ausente, se pueden adquirir imágenes profundas de alta calidad y explorar regiones internas del cerebro que generalmente son difíciles de describir anatómica o funcionalmente sin un enfoque invasivo. Mediante la aplicación de este procedimiento experimental, se pueden recopilar datos significativos tanto en modalidades sónicas como optoacústicas, lo que permite obtener imágenes del parénquima y la anatomía vascular muy por debajo de la superficie de la cabeza. Las características cerebrales profundas, como las circunvoluciones parenquimatosas y las fisuras que separan los lóbulos, eran claramente visibles. Además, se obtuvieron imágenes de la configuración de los vasos sanguíneos grandes y pequeños a varios milímetros de profundidad, y se recopiló información precisa sobre los flujos sanguíneos, las velocidades del flujo vascular y el estado químico de la hemoglobina. Este repertorio de datos podría ser crucial en varios concursos de investigación, que van desde estudios de enfermedades vasculares cerebrales hasta técnicas experimentales que involucran la administración sistémica de productos químicos exógenos u otros objetos dotados de propiedades de mejora del contraste de imagen. En conclusión, gracias al protocolo presentado, las técnicas de US y PA se convierten en un atractivo medio no invasivo de rendimiento competitivo para la obtención de imágenes corticales e internas del cerebro, conservando un potencial significativo en muchos campos neurológicos.
Introducción
Se necesitan estrategias para describir minuciosamente las características de la hemodinámica cerebral en el sistema nervioso central de los animales pequeños para avanzar en el campo de la neurociencia 1-3. La técnica presentada muestra cómo realizar acústica no invasiva y de imagen fotoacústica en cerebro pequeño animal con el fin de examinar la biología vascular, disposición y función.
Técnicas de imagen ópticos permiten la localización de eventos relacionados con la actividad neuronal 2,4-5 y adquieren simultáneamente señales generadas por la hemoglobina, tanto en estados oxigenados y no oxigenados 6. Sin embargo, debido a la absorción y la dispersión fotónica, la imagen óptica pura sufre de pobre resolución espacial y el tejido limitada profundidad de penetración 7-8. Por el contrario, la acústica ofrecen la oportunidad de realizar las imágenes más profunda con mayor resolución espacial espacio, pero se ve obstaculizado por el moteado y limitada contraste 9-11. Mediante la combinación de características de la fotónica wiº ultrasonido, la técnica fotoacústica mejora tanto la formación de imágenes de diagnóstico y potencialidades de los métodos individuales 12-16.
Formación de imagen fotoacústica del cerebro tiene el potencial para dilucidar múltiples preguntas en la neurobiología, sin embargo, el casquete que protege naturalmente, el encéfalo, limita drásticamente tanto el 17-19 penetración en el tejido fotónico y ultrasonidos. Por otra parte, los huesos promover la dispersión de la luz y el sonido resulta en la pérdida de la sensibilidad y de la imagen aberraciones 17-18. Como consecuencia, ultrasónica cerebro y la formación de imagen fotoacústica se pueden realizar fácilmente en animales recién nacidos antes de la osificación 20, pero la profunda anatomía y la fisiología del cerebro adulto son claramente accesible sólo después de una craneotomía 21,22. Lamentablemente, la cirugía necesaria para la eliminación de cráneo es técnicamente difícil y sus efectos pueden ser perjudiciales para algunos fines experimentales por lo que es difícil de controlar la progresión de la enfermedad neuronal en elmismo animal con el tiempo. Por lo tanto, un método no invasivo para imagen profunda biología cerebral en modelos de animales pequeños es altamente deseable. En la literatura el método de fotón reciclador 17 se reporta como una manera de reducir la pérdida de teléfono y aumentar la transmitancia a través del cráneo intacto, la mejora de la señal fotoacústica a ruido (SNR) y el contraste de la diana.
El protocolo presentado tiene como objetivo proporcionar un método fiable para acústica cerebro subcortical y formación de imagen fotoacústica en roedores investigación de uso (específicamente en ratas) sin ningún tipo de cirugía invasiva. El procedimiento se basa en el uso de dispositivos portátiles de transducción de ultrasonido de alta frecuencia y la formación de imagen fotoacústica. A diferencia de la tecnología de imágenes tomográficos 23, portátil y transductores direccionales 24 Habilitar selección de regiones específicas de cráneo con espesor reducido de forma natural, denominado fisuras o scissures. Los grandes hendiduras (forámenes) presentes en el vertebrado unNimal cráneo son necesarios para localizar los haces de nervios, vasos u otras estructuras de conexión circuitos encéfalo internos a otras partes del cuerpo. Los grandes hendiduras se encuentran en las aberturas de hueso de diferentes tamaños que pueden ser explotadas como pasajes específicos para las ondas de ultrasonido y láser. Tal formación de imágenes dirigida reduce los efectos de reflexión de onda causadas por las interfaces de hueso y aumenta la sensibilidad al aumentar la profundidad de penetración de formación de imágenes. En esta perspectiva, el transductor de formación de imágenes puede estar dispuesto para ser perpendicular a las hendiduras situadas en el temporal y en el lado occipital del cráneo (Figura 1), con el fin de converger máximo el ultrasonido y rayos fotónicos en estas áreas. Esta orientación tanto mejora la calidad de la señal y las fuerzas de la señal para proceder a través de una capa más delgada de hueso con respecto a otras orientaciones craneales. Por lo tanto, las ondas transmitidas y reflejadas se someten a un menor grado de dispersión, lo que permite colección de señales intensas procedentes de más profundacapas de tejido. En contraste con los procedimientos anteriores, esta configuración experimental requiere de afeitar la cabeza justo animal, mientras que ningún otro tipo de cirugía es necesaria.
Con el protocolo propuesto, las imágenes se realiza en relativamente alta resolución espacial, revelando tanto, las estructuras anatómicas de referencia específica y los vasos sanguíneos más profundos que el estado actual de los métodos de la técnica, a la vez que la piel del animal y del cráneo permanecen intactos. Imágenes coronales y axiales únicos pueden ser adquiridos mediante la explotación de diversas modalidades de adquisición de imágenes por ultrasonidos (B, Doppler de potencia, color Doppler, modo de onda pulsada) en paralelo a la imagen fotoacústica. Un repertorio extenso de parámetros se puede extraer de estas imágenes, lo que permite la representación de parénquima y la anatomía vascular junto con toda una colección de características que afectan a la dinámica de circulación de la sangre. Este protocolo se puede utilizar para obtener imágenes de las características básicas del parénquima cortical en alta frecuencia Modo ultrasónico B modalidad, las arterias carótidas basilar e internos (BA e ICA respectivamente) que componen el Círculo de Willis, la arteria cerebral media (ACM) y otros detalles del aparato circulatorio. Además, la cuantificación del flujo sanguíneo, significa velocidades de las corrientes, la descripción movimiento direccional y los datos de saturación de oxígeno se puede recoger de cortical a las regiones profundas del cerebro.
Esta nueva estrategia tiene un gran potencial para una variedad de aplicaciones y satisface la necesidad urgente de procedimientos confiables para representar características profundas del cerebro que son cruciales en diversas patologías. Por otra parte, debido a su mínima invasividad, el protocolo presentado puede permitir posibles estudios de imagen miríada sobre el sistema nervioso central, en particular aquellos que requieren un monitoreo a largo plazo o que involucre delicados modelos animales patológicos.
Protocolo
Experimentos necesarios para desarrollar el protocolo se realizaron de acuerdo a las regulaciones nacionales y fueron aprobados por el comité científico de ética local (Comitato di Bioética di Ateneo), que operan dentro de la institución, de la Universidad de Turín, Turín, Italia.
1. Preparación
- Anestesia
- Colocar el animal dentro de la cámara isoflurano apropiado para anestesiar a ella.
- Llene la cámara con O 2 y mixta gas isoflurano para uso veterinario en una concentración de 2,5% en una cámara de gas de 2 L y esperar unos 3 minutos para que la rata se duerma. Compruebe si el efecto de la anestesia por una pizca dedo del pie.
- Una vez que la anestesia hace efecto, retire la rata y pesarlo.
- Extender una capa fina de gel hidrosoluble oftálmica en los ojos del animal para protegerlos y mantener la hidratación fisiológica ocular.
- Coloque la rata sobre una ecografía y la estación de imagen fotoacústica encimera. YOorden n para mantener el efecto de anestesia, rápidamente la posición de la nariz dentro de la máscara apropiada proporcionar un flujo constante de la anestesia (isoflurano 2% -2,5% de oxígeno en 1 L / min).
- Afeitarse el animal
- Extender una capa consistente de crema depilatoria en la superficie de la cabeza, con atención para cubrir áreas que rodean las orejas y el cuello. Permita que la crema actúe durante varios minutos y suavemente lo saca con una espátula. Eliminar todos los restos de crema suavemente con una esponja húmeda para limpiar la piel con precisión.
NOTA: La piel de los animales atrapa aire que afecta negativamente a la adquisición de imágenes basado en ultrasonido, por lo tanto, tiene que ser eliminado necesariamente tanto como sea posible.
- Extender una capa consistente de crema depilatoria en la superficie de la cabeza, con atención para cubrir áreas que rodean las orejas y el cuello. Permita que la crema actúe durante varios minutos y suavemente lo saca con una espátula. Eliminar todos los restos de crema suavemente con una esponja húmeda para limpiar la piel con precisión.
- Posicionamiento del animal
- Organizar el animal en una posición propagación águila. Monitorear los signos vitales, por medio de sensores de parámetros vitales apropiados sobre la encimera (si están presentes). Incline las patas en los sensores después de aplicar unas gotas de crema de electrodos para uso profesional.
NOTA: Durante la anestesia, asegurar que los parámetros vitales tienen valores como sigue: la temperatura corporal de la rata ≈ 37,5 ° C, latidos cardiacos por minuto (BPM) varía entre 250 y 350 y la tasa respiratoria está comprendida en el intervalo de 40-80 respiraciones por minuto . - Finalmente sujetar las extremidades con parche de seda artificial hipoalergénico. Si es necesario, extenderse de nuevo una capa delgada de gel soluble en agua oftálmica para proteger los ojos de los animales.
- Organizar el animal en una posición propagación águila. Monitorear los signos vitales, por medio de sensores de parámetros vitales apropiados sobre la encimera (si están presentes). Incline las patas en los sensores después de aplicar unas gotas de crema de electrodos para uso profesional.
2. Adquisición de imágenes de Temporal Punto de vista
- Posicionamiento del animal
- Mantener el animal en posición prona, girar su cuerpo ligeramente en el lado, con un ángulo de inclinación de unos 45 ° con respecto al eje del cuerpo sagital. Utilice pequeños rollos de gasa de algodón que se coloca para organizar correctamente la disposición (Figura 2a).
- Levante la cabeza del animal y gire ligeramente a un lado (Figura 2a). Utilice un rollo de algodón como soporte de mantenimiento de la inser así hocicoTed en la máscara de anestesia.
- Inclinar el plano de trabajo en un ángulo de aproximadamente 30 ° con respecto al plano horizontal.
- Girar el transductor de formación de imágenes en un ángulo de aproximadamente 30 ° con respecto al plano vertical.
- Ultrasónico y adquisición de imágenes anatómicas y vascular fotoacústica
- Gire la imagen escanear en, introduzca la adquisición de la imagen de modo B y correctamente configurar todos los parámetros de adquisición de imágenes de respetar los posibles requisitos dados del experimento (Figura 3a).
NOTA: Ajuste la frecuencia de transmisión central lo más bajo posible (16 MHz, Figura 3b), con el fin de tener la máxima profundidad de penetración posible para el transductor. - Disponer una capa consistente (aproximadamente 1 cm de espesor) de agua hipoalergénico gel de transmisión de ultrasonidos soluble en la cabeza del animal (Figura 2b). Cubrir la cabeza de transductor con una capa delgada de gel de la misma y ponerlo en contacto con la capa en la rat. Utilice gel caliente para minimizar la hipotermia localizada.
- Iniciar la adquisición de la imagen en el modo B y ajustar la posición del transductor en tiempo real, mediante la identificación de referencias anatómicas y centrando la región de interés para el punto medio monitor. Asegúrese de eliminar las burbujas de aire en cualquier nivel atrapado en la capa de gel, ya que afectan negativamente a la adquisición.
- Coloque el transductor para alinearlo con el eje virtual que conecta el oído al ojo (Figura 4a) para obtener una focalización del haz óptimo. Adquirir diferentes vistas del volumen cerebral interna, por la derecha o giro a la izquierda (Figura 4b yc).
- Eventualmente sujetar el transductor en un soporte mecánico para asegurar de forma estable la posición y la orientación para sintonizar de forma fina.
- Asegúrese de que la región cerebral de interés se localiza en 10 mm de profundidad con respecto a la fuente transductor US-LASER para recibir un pH óptimoseñal de respuesta otoacústicas (Figura 5). A continuación, coloque el indicador de US onda focalización exactamente en el centro de la zona analizada.
NOTA: Durante la investigación de las áreas de interés, evitar la activación de la opción de puerta de la respiración, con el fin de acelerar el procedimiento de posicionamiento. - Entrar en el modo Doppler color para visualizar los vasos sanguíneos del cerebro internos de una manera sensible alta.
- Una vez que el posicionamiento se ha establecido de una manera apropiada para visualizar las regiones buscados, activar la opción de puerta de respiración para evitar efectos no deseados relacionados con el movimiento (Figura 6a).
- Elija el conjunto de parámetros de adquisición deseada en el modo Doppler color (Figura 6b) y la obtención de imágenes en esta modalidad de distinguir velocidades y direcciones de flujo de sangre, hasta varios milímetros de profundidad de penetración.
- Entrar en el modo Doppler pulsado y adquirir imágenes para detectar la pulsación de sangre de la arteria y de diferenciar entre las arterias de unavenas nd.
- Entrar en el modo Doppler de potencia y parámetros de adquisición establecidos (Figura 7) para llevar a cabo una cuantificación de la señal sobre la base del número de eventos de dispersión causadas por el movimiento de flujo, y por lo tanto a las diferencias en las tasas de flujo evaluados.
- Entrar en el modo fotoacústica y debidamente refinar los parámetros de adquisición (Figura 8a) para recoger datos sobre la sangre contenido total de hemoglobina o el grado de oxigenación en un área determinada. Mediante la producción de excitación de láser en un espectro de longitud de onda (de 680 nm a 970 nm, Figura 8b), la absorción de la hemoglobina total presente en diferentes estados químicos dentro de un tejido se puede cuantificar. Mediante la realización de la colección de la señal en longitudes de onda específicas individuales (Figura 8C), es posible aislar las contribuciones de señal distintas debido a la absorción de oxi y especies puras de-oxi.
- Gire la imagen escanear en, introduzca la adquisición de la imagen de modo B y correctamente configurar todos los parámetros de adquisición de imágenes de respetar los posibles requisitos dados del experimento (Figura 3a).
3. Imaging desde el Punto de Vista occipital
- Posicionamiento del animal
- Mantener el animal en posición prona, bajar la cabeza y uso de animales pequeños rollos de gasa de algodón como destaca lateral para organizar correctamente la disposición.
- Gire el transductor en paralelo de imagen para el plano transversal de la cabeza del animal (Figura 9).
NOTA: En este modo, la adquisición se centra a través del foramen occipital en la base del cráneo. Al variar el ángulo de inclinación de la orientación de la sonda (Figura 9), será posible adquirir imágenes de los vasos internos en diferentes vistas dependiendo de la inclinación de ajuste.
- Ultrasónico y adquisición de imágenes anatómicas y vascular fotoacústica
- Introduzca la adquisición de la imagen de modo B, configurar todos los parámetros de adquisición de imágenes como se informó anteriormente (Figura 3) y difundir las capas de gel de ultrasonido necesarios en la sonda y en la nuca animal.
- Organizar el transductor de permanecer casi horizontal, en order que se dirige a lo largo del eje anatómicas-posterior-a anterior del cuerpo. Apunte hacia el lado frontal del hocico y la incline ligeramente hacia adelante.
- Comience la adquisición de imágenes en modo B y Doppler Color Mode (Figuras 3 y 6). Ajustar correctamente la posición del transductor y eliminar las burbujas de aire de la capa de gel como se describió anteriormente. Si es posible, fijar el transductor en una posición firme para controlar la orientación de una manera fina y elegir el mejor ángulo de inclinación para adquirir imágenes de las regiones anatómicas deseadas.
- Visualizar los vasos sanguíneos del cerebro internos en el modo de Power Doppler, configurando adecuadamente los parámetros de adquisición (Figura 7).
- Localizar arterias intensamente palpitaba por Pulsada Modo Doppler de onda. Distinguirlas de las venas, que por el contrario se caracterizan por bajos niveles de pulsación del flujo sanguíneo.
- Recoger la sangre flujo de datos de velocidades y direcciones en el modo Doppler color, adaptando adecuadamente ACQparámetros uisition (Figura 6).
- Juego completo profunda hemodinámica cerebral datos de caracterización, añadiendo información sangre química obtenida a través de la adquisición fotoacústica (Figura 8). Realice este mediante la evaluación, en particular, la cantidad de parámetros hemáticas tales como el porcentaje de saturación de O 2 y el contenido total de hemoglobina (HbT), que se mide generalmente mediante el establecimiento de la excitación de longitud de onda de láser a 750 y 850 nm (Figura 8c).
4. Fin de Adquisición y Recolección Animal
NOTA: considerar correctamente todo el tiempo dedicado al proceso de adquisición de la imagen (del paso 1 al paso 3), que se somete a las principales restricciones relacionadas con la dosis de anestésico aplicado al animal.
- Guarde todos los datos adquiridos, gire el láser pulsante apagado por salir del modo de adquisición fotoacústica y distanciar al transductor.
- Mientras se mantiene la animal bajo el efecto de anestesia, comience a limpiar quitando suavemente el gel protector de los ojos con un algodón húmedo. Use una espátula y varias toallas de papel para eliminar completamente el gel de ultrasonido de la cabeza y el hocico, luego limpiar con una esponja húmeda. Tenga cuidado de no dañar la delicada piel afeitada.
- Saque el parche adhesivo utilizado para sujetar las extremidades y desconectarlos de los sensores que controlan los parámetros fisiológicos. Transferir rápidamente al animal de la encimera de adquisición a una jaula diferente.
- Anfitrión del animal en una pequeña jaula para la recuperación de la anestesia. Asegúrese de que los animales no deben compartir la jaula durante esta fase con el fin de evitar agresiones
- Coloque la jaula de recuperación bajo una luz infrarroja para mantener al animal caliente. Espere hasta que se haya recuperado el conocimiento suficiente para mantener decúbito esternal. Compruebe las condiciones generales de salud de los animales, antes de pasar a la sala de cría de animales.
Resultados
Este método permite a la imagen de referencia, tanto las estructuras anatómicas y los vasos sanguíneos específica relativamente alta resolución espacial, más profundo que la técnica actual con la piel del animal y el cráneo intacto. En nuestras condiciones experimentales de la profundidad de la señal PA es 4,5 mm y la resolución axial es de 75 micras con un FOV 23 x 15,5 cm. Los experimentos con fotoacústica Tomografía modalidad 19 mostraron un valor de la resolución <1 mm. El rango de valores de SNR es de 21,6 dB a 23,8 dB (obtenido por 5 puntos diferentes seleccionados al azar en el tejido cerebral y el fondo). La yuxtaposición el transductor en el lado temporal del cráneo, imágenes del cerebro pueden ser adquiridos como secciones transversales o incluso coronal sobre la base del ángulo de posicionamiento seleccionado del transductor con un punto de formación de imágenes resultante de vista lateral (Figura 4). Epidermis, huesos del cráneo y el material del parénquima están bien representados en modo B de ultrasonidos, ya que difieren en gran medida en términos de acimpedancia oustic (Figura 10). Incluso si su configuración depende del punto de vista elegido, algunos sitios anatómicos de referencia en el parénquima son reconocibles, tales como fisuras de separación cerebro parte interna de la corteza y el tracto óptico en forma de característica (Figura 10). Además, un gran número de buques son visibles tanto en las modalidades de imágenes ultrasónicas y fotoacústicas. Intersecciones característicos de la arteria carótida interna (ACI) con otros grandes vasos principales que se ejecutan a lo largo de la superficie lateral externa del cerebro del animal pueden ser fácilmente reconocidos. Rutas vasculares grandes, como el ICA, proporcionan un suministro de sangre masiva para satisfacer la necesidad neuronal constante de energía y oxígeno. El ICA, se originó de la arteria carótida común (CCA), se ejecuta en el lado lateral de la cabeza a varios milímetros de profundidad, va más allá de todos sus sitios de bifurcación y finalmente llega a la parte frontal de la cabeza. Este flujo sanguíneo principal propaga entre intermedicomió empresas vasos, antes de ser canalizado en las arteriolas siempre más pequeñas para finalmente alimentan a las neuronas. Desde el punto de vista temporal, es posible rastrear el patrón de la Arteria Cerebral interna, que se bifurca en los vasos dirigidas a frente y el lado lateral del cerebro. Las imágenes coronales y transversales pueden ser adquiridos con diferente inclinación del transductor con respecto a la dirección del eje virtual de unirse al ojo y la oreja del animal (Figura 4). Por la inclinación del transductor de acuerdo con las proyecciones descritas en la Figura 4, es posible obtener imágenes resueltas de la arteria cerebral media (MCA) que surge de ICA y además se divide en dos o más ramas, que finalmente envolvente lóbulos corticales (Figuras 11 y 12). Los mejores visualizaciones se obtuvieron para MCA con la inclinación de la sonda como mostró en la Figura 4c y de ICA como se muestra en la Figura 4b.
Imágenes acústicas basadas en Doppler revela pequeñas ramas, mientras que la información de dirección de la corriente de la sangre está disponible gracias a la adquisición de Doppler color (Figura 13). Característica de la arteria MCA se confirma por Pulsada Wave técnica ultrasónica (Figuras 14 y 15). Señal fotoacústica de la hemoglobina contenida en los glóbulos rojos circulantes puede ser detectada y analizada para recopilar datos acerca de su estado oxidativo molecular y para calcular la saturación de oxígeno en sangre (Figuras 16 y 17). Contenido de oxígeno hemática se puede correlacionar con datos sónicos con el fin de confirmar la discriminación de la sangre arterial de la sangre venosa.
Al señalar el transductor hacia el agujero occipital, la visión se proyecta en el plano axial de la cabeza (Figura 9) y este plano de la imagen se puede resolver en ángulos de inclinación variable. En este caso, el punto de vista de formación de imágenes del cerebro posterior podría connota por una alta profundidad de penetración, a causa de la entrada occipital más grande. El Círculo de Willis, una configuración vaso característico en el cerebro profundo, puede ser localizada y se examina mediante la aplicación de todas las técnicas antes mencionadas. Arteria basilar (BA), que se ejecuta en el lado ventral del cerebelo, eventualmente conduce a encéfalo y simétricamente se bifurca en dos ramas. Estas dos ramas en el cerebro ventral extienden y luego se unen de nuevo, por lo tanto, la creación de una estructura de anillo (el círculo). Este círculo profundo basal es la basal vascular de la que surgen todos los vasos sanguíneos de tamaño medio, como las arterias posterior, Media y cerebral anterior (ACP, ACM y ACA, respectivamente), que son los principales efectores de un suministro de sangre masiva para el cerebro . En el modo Doppler color, la identificación de las ramas de tamaño medio es factible y permite la clara visualización de los segmentos vasculares curvas (como el PCA) que entra en el Círculo de Willis (Figura 18).
nt "> El tejido del parénquima cerebral también se registró con PA modalidad en proyección occipital (Figura 19) para mostrar la caracterización vascular en la parcela espectral (Figura 20). Con este espectro es posible distinguir la señal derivada de vasos arteriales y venosos.
Figura 1: Ubicación de forámenes cráneo y el punto de vista de la adquisición de imágenes respectiva La cabeza de la rata en el perfil (a) y los sitios en los que el dispositivo transductor de imágenes se puede colocar a yuxtaponerse en foramen temporales (flecha morada) y en el agujero occipital. (flecha amarilla) en el perfil (b).
Figura 2: eliminación Animal para acquisitio imagen temporaln. (A) La disposición del animal sobre la encimera para la adquisición de imágenes: después del afeitado cabeza, el animal se coloca en una posición de decúbito prono con el cuerpo ligeramente inclinado en un lado con el fin de exponer el lado temporal de la cabeza. La encimera puede ser posiblemente dotada de un dispositivo calentador para mantener el cuerpo caliente del animal durante la adquisición. Algunos rollos de algodón pueden ser utilizados para obtener esta posición, mientras que los parches adhesivos sujetan las patas en los sensores para la monitorización de signos vitales. (B) una capa consistente de gel de ultrasonido cubre el área de la cabeza en el que se coloca el transductor durante la exploración.
Figura 3: Los parámetros de adquisición para la imagen B-Mode. (A) Una pantalla ilustrativa que muestra el panel de informes parámetros de adquisición importantes empleadas para obtener imágenes del cerebro en B-Modo. (B) Es importante destacar que la frecuencia de transmisión se encuentra en valores bajos (16 MHz) para mejorar estadounidense penetración tisular.
Figura 4: adquisición de la imagen transversal desde foramen temporal (a) La referencia virtual eje que une la aurícula a la vista y el movimiento de inclinación (flecha roja) para variar la inclinación del transductor y el plano de adquisición de imágenes; (b) en sentido antihorario con respecto al movimiento. eje de referencia de oreja a los ojos y la inclinación variable de la posición del transductor; c) el movimiento hacia la derecha con respecto al eje de referencia de oreja a los ojos y la inclinación variable de la posición del transductor.
Figura 5: La profundidad de enfoque óptimo para EE.UU.y la adquisición de imágenes PA. Mientras buscaba el área de interés, la profundidad de enfoque de imagen (representado por un triángulo amarillo) tiene que ser fijado en alrededor de 10 mm de profundidad de la fuente / láser de Estados Unidos, con el fin de obtener un rendimiento óptimo de imagen.
Figura 6: Los parámetros de adquisición de imágenes Modo Doppler color. (A) Antes de iniciar la adquisición de imágenes en el modo Doppler color, la opción de puerta de la respiración se puede activar, a fin de evitar el artefacto generado por los movimientos respiratorios fisiológicos. (B) Una pantalla ejemplificando mostrando los parámetros de adquisición importantes empleadas para obtener imágenes del cerebro en Doppler color Modo.
Figura 7: Adquisición parámetros para imágenes Modo Power Doppler. Una pantalla ilustrativa que muestra los parámetros de adquisición importantes empleadas por imágenes del cerebro en el modo Power Doppler.
Figura 8: Los parámetros de adquisición de imágenes Modo fotoacústica. (A) El panel de presentación de informes parámetros de adquisición importantes empleadas para la formación de imágenes del cerebro en el modo fotoacústica. (B) Adquisición de un espectro fotoacústica, basado en un láser de excitación que van desde 680 nm a 970 nm, con un intervalo de longitud de onda de 5 nm (referido como paso tamaño). (parámetros c) Adquisición empleadas para el modo de onda fotoacústica solo a 750 nm y 850 nm, para la discriminación de señales de oxigenados y oxigenados hemoglobina respectivamente.
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Figura 9:. Adquisición de la imagen transversal del foramen occipital (a) colocación del transductor en el cuello de los animales (flecha amarilla) y el plano de la imagen transversal resultante que prácticamente secciones de la cabeza en la dirección caudo-rostral; (b) vista posterior de la colocación del transductor y imagen plano de adquisición.
Figura 10:. Adquisición B-Mode de foramen temporales para la individuación de las referencias anatómicas Epidermis (a), el cráneo (b) y el parénquima (c) puede distinguirse fácilmente, pero también otras referencias anatómicas pueden ser detectados, como la fisura ( d) que rodea la parte profunda del cerebro ventral y la forma característica de la vía óptica (e).
Figura 11: Power Doppler adquisición Modo través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares MCA levantado de la ICA en el lado temporal del cerebro.. Para obtener este punto de vista, la imagen transversal fue adquirido por el transductor apuntando hacia el foramen temporales y girándola en sentido antihorario.
Figura 12: Power Doppler adquisición Modo través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares MCA levantado de la ICA en el lado temporal del cerebro.. Para obtener este punto de vista, la imagen transversal fue adquirido por el transductor apuntando hacia el foramen temporales y girándola en sentido horario.
Figura 13: El Doppler color adquisición Modo través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares MCA levantado de la ICA en el lado temporal del cerebro.. Información direccional de corriente de la sangre se expresa por medio de una barra de escala de colores, distinguiendo entre los movimientos de flujo dirigido hacia el dispositivo transductor y fuera de ella.
Figura 14: Modo de adquisición de onda pulsada a través de foramen temporales para la individuación de referencias vasculares La confirmación de las propiedades arteriales de sangre que circula dentro de los vasos que fueron identificados como hipotéticamente arterias:. Modo de onda pulsada proporciona información sobre la variación de velocidades de las corrientes, que pueden correlacionarse a efecto de pulsación cardíaca (más inteNSE en las arterias que en las venas).
Figura 15: Pulsada Wave adquisición Modo través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares Identificación por el modo de onda pulsada de los vasos sanguíneos como las venas, donde el efecto de la pulsación cardiaca en velocidades de las corrientes es insignificante..
Figura 16: Modo de adquisición fotoacústica través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares. Vasos internos del parénquima en el lado cerebral temporal visualizado por-Modo B (izquierda) y el modo de onda fotoacústica Soltero (a la derecha). Los colores de la barra de escala reflejan diferentes valores de intensidad de la señal fotoacústica, inducidos por una excitación láser realizado en una longitud de onda seleccionada. En order individualizar las venas y arterias, las longitudes de onda de excitación se puede ajustar a 750 y 850 nm, que representa los valores para obtener los picos de emisión fotoacústica para hemoglobina desoxigenada y oxigenada respectivamente.
Figura 17: Modo de adquisición fotoacústica través foramen temporales de discriminación hemoglobina oxigenada y desoxigenada. Vasos internos en el lado cerebral temporal visualizado por B-Mode (izquierda) y el Modo fotoacústica Oxy-Hemo (derecha). Los colores de la barra de escala reflejan diferentes valores de porcentaje de saturación de oxígeno de la hemoglobina en la sangre.
Figura 18: adquisición Modo Doppler color a través de agujero occipital para la individuación de referencias vasculares.Segmentos vasculares curvos que crean la estructura del sótano del Círculo de Willis, que se encuentra en el lado ventral del cerebro.
Figura 19: fotoacústica y B-Mode adquisición a través de agujero occipital para la individuación de referencias vasculares. Nell'immagine en modo B si possono evidenziare le strutture Anatomiche individuabili la de la estafa Proiezione occipitale e nella corrispondente acquisizione con modalità fotoacustica con rilevamento spettrale tra 670 nm a 980 nm (con paso di 5 nm).
Figura 20: fotoacústica y B-Mode adquisición a través de agujero occipital para la individuación de referencias vasculares. En questa imaginar Viene rappresentato lo spettro corrispondente Alle tre ROI tracciate un livello del parénquima cerebellare; in particolare sono tracciate un livello di tre strutture vascolari, la cui tipologia si differenzia un livello dell'andamento spettrale (ROI fuxia e celeste corrispondono un strutture vascolari venose; ROI gialla corrisponde anuncio una struttura vascolare arteriosa).
Discusión
El protocolo presentado fue optimizado con el fin de proporcionar un rendimiento muy eficaz de imágenes cerebrales en animales pequeños. Las imágenes pueden ser adquiridas en las diferentes modalidades de precisión siguiendo las indicaciones sobre los parámetros de adquisición y el posicionamiento del transductor en forámenes cráneo. En particular, el posicionamiento en el lado temporal es el más crítico, ya que los EE.UU. y el láser tienen que estar centrado con la mayor precisión posible penetrar correctamente el agujero, lo cual es más pequeño que el occipital. Sin embargo, gracias a esta configuración experimental, características hemodinámicas relacionadas con concursos fisiológicos o incluso patológicos son accesibles y se pueden evaluar incluso en regiones profundas del cerebro, que suelen ser difíciles de caracterizar.
Desde la adquisición de imágenes exitosa depende de la exactitud del posicionamiento del transductor, esta dependencia ha de tenerse muy en cuenta, ya que puede afectar al rendimiento de imagen. Por ejemplo,algunas estructuras anatómicas de interés podrían no ser completamente incluidos en el plano de la imagen de adquisición y su identificación a partir de imágenes que ofrecen sólo una visión parcial podría resultar subóptimo. Por otra parte, una adquisición de imágenes de Estados Unidos y PA realizado en una modalidad en tres dimensiones (3D Mode) no sería compatible con la configuración experimental se ha descrito anteriormente, ya que requiere el transductor para mover a lo largo de un camino automatizado predefinido. Por último, debido a la variabilidad anatómica natural, la dimensión de las aberturas del cráneo puede variar significativamente entre los animales, lo que repercute impredecibles sobre el proceso de adquisición. Este hecho hace dependiente de la calidad de imagen de las características de cada individuo. En consecuencia, la imposibilidad de aplicar esta estrategia para algunos animales tiene que ser considerado en el diseño del protocolo experimental.
En concreto, un notable interés está dirigido a la hemodinámica, debido a su papel fundamental en la determinación de labiodistribución de medicamentos u otras moléculas exógenas después de la administración sistémica 28-29. Las consecuencias aplicativas en el campo de la Imagen Molecular son muchas, que van desde la validación de los agentes de contraste de imagen piscina de sangre para estudios de administración de fármacos imagen supervisado requieren inducida por ultrasonidos BBB abertura 30. Todos estos propósitos de investigación sin duda beneficiarse de la mínima invasividad del protocolo, teniendo en cuenta que, sin ningún tipo de cirugía adicional, el riesgo de muerte o efectos secundarios no deseados se reduce sustancialmente y el seguimiento a largo plazo en los mismos modelos animales es factible.
En resumen, el protocolo presentado permitirá al practicante de manera eficiente imagen e interpretar correctamente la topografía anatómica y el patrón vascular de los tejidos normales o patológicos cerebrales en modelos animales de investigación de uso. Mientras que los métodos actuales son principalmente limitadas a tomográficos de imagen cortical 25-27, esta configuración da la oportunidad de ePara ilustrar varios procesos que influyen en la fisiología cerebral profunda, mediante la fusión de ventajas que ofrece tanto imágenes Unidos y PA.
Divulgaciones
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Agradecimientos
Los autores no tienen agradecimientos.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Estación de ultrasonidos de alta frecuencia e imágenes fotoacústicas (sistema VEVO LAZR 2100) | FUJIFILM VisualSonics Inc. | ||
| Sistema compacto de anestesia dual Vevo (versión de sobremesa) | FUJIFILM VisualSonics Inc. | http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODt Sht.dpuf | |
| Gel de transmisión de ultrasonido (Aquasonic 100) | Parker Laboratories Inc. | 01-08 | http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp Ratas |
| Sprague-Dawley | Charles River Laboratories | compraron tres ratas Sprague-Dawley sanas de 6 semanas de edad de Charles River Laboratories y se mantuvieron en un alojamiento estándar (ciclos de luz-oscuridad de 12 horas) con una comida estándar para roedores y agua disponible ad libitum. Proporcionado por: http://www.criver.com/ |
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