Imagerie non invasive par ultrasons à haute fréquence et Doppler de l’hémodynamique cérébrale du rat

Résumé

Source : Giustetto, P., et. al., Échographie parenchymateuse, vasculaire et métabolique à haute fréquence non invasive et imagerie cérébrale profonde photoacoustique chez le rat. J. Vis. Exp. (2015)

Dans cette vidéo, nous démontrons l’utilisation de l’échographie à haute fréquence et de l’imagerie photoacoustique pour étudier le système vasculaire et la teneur en hémoglobine dans le cerveau du rat. Cette méthode fournit des informations détaillées sur la perfusion cérébrale et l’oxygénation du sang, permettant une analyse non invasive des structures vasculaires cérébrales et de la distribution de l’oxygène.

Protocole

Toutes les procédures impliquant des modèles animaux ont été examinées par le comité institutionnel local de protection des animaux et le comité d’examen vétérinaire JoVE.

1. Préparation

1. Anesthésie
   1. Placez l’animal dans la chambre d’isoflurane appropriée pour l’anesthésier.
   2. Remplissez la chambre avec un mélange de gaz O₂ et d’isoflurane à usage vétérinaire à une concentration de 2,5 % dans une chambre à gaz de 2 L et attendez environ 3 minutes pour que le rat s’endorme. Vérifiez l’effet de l’anesthésie par un pincement de l’orteil.
   3. Une fois que l’anesthésie fait effet, retirez le rat et pesez-le.
   4. Étalez une fine couche de gel ophtalmique soluble dans l’eau sur les yeux de l’animal pour les protéger et maintenir l’hydratation physiologique oculaire.
   5. Posez le rat sur le plan de travail d’une station d’échographie et d’imagerie photoacoustique. Afin de maintenir l’effet anesthésique, positionnez rapidement le nez à l’intérieur du masque approprié en fournissant un débit d’anesthésie constant (isoflurane 2 %-2,5 % dans l’oxygène 1 L/min).
2. Rasage de l’animal
   1. Étalez une couche uniforme de crème dépilatoire sur la surface de la tête, en prenant soin de couvrir les zones entourant les oreilles et le cou. Laissez agir la crème pendant plusieurs minutes et retirez-la délicatement à l’aide d’une spatule. Enlevez délicatement tous les restes de crème à l’aide d’une éponge humide pour nettoyer la peau avec précision.
      REMARQUE : La fourrure animale emprisonne l’air qui affecte négativement l’acquisition d’imagerie par échographie, elle doit donc nécessairement être éliminée autant que possible.
3. Positionnement de l’animal
   1. Disposez l’animal en position d’aigle écarté. Surveillez les signes vitaux à l’aide de capteurs de paramètres vitaux appropriés sur le plan de travail (s’ils sont présents). Appuyez-vous sur les capteurs après avoir appliqué quelques gouttes de crème pour électrodes à usage professionnel.
      REMARQUE : Pendant l’anesthésie, assurez-vous que les paramètres vitaux ont les valeurs suivantes : la température corporelle du rat ≈ 37,5 °C, les battements cardiaques par minute (BPM) varient entre 250 et 350 et la fréquence respiratoire est comprise entre 40 et 80 respirations par minute.
   2. Enfin, fixez les membres avec un patch en soie artificielle hypoallergénique. Si nécessaire, étalez à nouveau une fine couche de gel ophtalmique soluble dans l’eau pour protéger les yeux de l’animal.

2. Acquisition d’images d’un point de vue temporel

1. Positionnement de l’animal
   1. En maintenant l’animal en position couchée, faites pivoter légèrement son corps sur le côté, avec un angle d’inclinaison d’environ 45° par rapport à l’axe sagittal du corps. Utilisez de petits rouleaux de gaze de coton comme supports pour organiser correctement l’élimination (Figure 1a).
   2. Soulevez la tête de l’animal et faites-la pivoter légèrement d’un côté (Figure 1a). Utilisez un rouleau de coton comme support en gardant le museau bien inséré dans le masque d’anesthésie.
   3. Inclinez le plan de travail à un angle d’environ 30° par rapport au plan horizontal.
   4. Tournez le capteur d’image à un angle d’environ 30° par rapport au plan vertical.
2. Acquisition d’images anatomiques et vasculaires par ultrasons et photoacoustiques
   1. Activez le balayage d’imagerie, entrez dans l’acquisition d’images en mode B et réglez correctement tous les paramètres d’acquisition d’images pour respecter les exigences possibles de l’expérience (Figure 2a).
      REMARQUE : Réglez la fréquence centrale d’émission aussi bas que possible (16 MHz, Figure 2b), afin d’avoir la profondeur de pénétration maximale possible pour le transducteur.
   2. Disposer une couche consistante (environ 1 cm d’épaisseur) de gel de transmission d’ultrasons hydrosoluble hypoallergénique sur la tête de l’animal (Figure 1b). Couvrez la tête du transducteur avec une fine couche du même gel et mettez-la en contact avec la couche sur le rat. Utilisez du gel chaud pour minimiser l’hypothermie localisée.
   3. Démarrez l’acquisition d’images en mode B et ajustez le positionnement de la sonde en temps réel, en identifiant les références anatomiques et en centrant la région d’intérêt sur le point médian du moniteur. Assurez-vous d’éliminer les bulles d’air à n’importe quel niveau piégé dans la couche de gel, car elles affectent négativement l’acquisition.
   4. Placez le transducteur de manière à l’aligner sur l’axe virtuel reliant l’oreille à l’œil (Figure 3a) pour obtenir une focalisation optimale du faisceau. Acquérir différentes vues du volume interne du cerveau, par rotation dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (Figure 3b et c).
   5. Enfin, fixez le transducteur sur un support mécanique pour sécuriser de manière stable la position et régler l’orientation de manière fine.
   6. S’assurer que la région cérébrale d’intérêt se localise à 10 mm de profondeur par rapport à la source du transducteur US-LASER afin de recevoir un signal de réponse photoacoustique optimal (Figure 4). Ensuite, placez l’indicateur de la focalisation de l’onde US exactement au centre de la zone analysée.
      REMARQUE : Pendant la recherche de zones d’intérêt, évitez d’activer l’option de porte de respiration, afin d’accélérer la procédure de positionnement.
   7. Entrez en mode Doppler couleur pour visualiser les vaisseaux sanguins internes du cerveau de manière très sensible.
   8. Une fois que le positionnement a été réglé de manière appropriée pour visualiser les régions souhaitées, activez l’option de porte de respiration pour éviter les effets indésirables liés au mouvement (Figure 5a).
   9. Choisissez le paramètre d’acquisition souhaité défini en mode Doppler couleur (Figure 5b) et acquérez des images dans cette modalité pour distinguer les vitesses et les directions du flux sanguin, jusqu’à plusieurs millimètres de profondeur de pénétration.

Résultats

Figure 1 : Élimination des animaux pour l’acquisition d’images temporelles. a) La disposition de l’animal sur le plan de travail pour l’acquisition d’images : après le rasage de la tête, l’animal est placé en position couchée, le corps légèrement i...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Station d’imagerie photoacoustique et d’échographie haute fréquence (système VEVO LAZR 2100)	FUJIFILM VisualSonics Inc.
Système compact à double anesthésie Vevo (version de table)	FUJIFILM VisualSonics Inc.		http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODtSht.dpuf
Gel de transmission d’ultrasons (Aquasonic 100)	PARKER LABORATORIES INC.	01-08	http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp
rats Sprague-Dawley	River Laboratories		Trois rats Sprague-Dawley âgés de 6 semaines ont été achetés par Charles River Laboratories et gardés dans un logement standard (cycles lumière-obscurité de 12 h) avec une nourriture standard pour rongeurs et de l’eau disponible à volonté. Fourni par : http://www.criver.com/

Charles