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Parenchymateuse, vasculaire et métabolique haute fréquence non-invasive par ultrasons et Photoacoustique Rat imagerie cérébrale profonde

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DOI :

10.3791/52162

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2 mars 2015

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1Center for Preclinical Imaging, Department of Molecular Biotechnology and Health Sciences, University of Turin, 2Molecular Imaging Center, Department of Molecular Biotechnology and Health Sciences, University of Turin, 3Bracco Research Center, Bracco Imaging SpA

Dans cet article

Résumé

Le présent travail décrit un nouveau protocole pour effectuer des ultrasons non invasifs à haute fréquence et une imagerie photoacoustique sur le cerveau du rat, afin de visualiser efficacement les régions sous-corticales profondes et leurs motifs vasculaires en dirigeant les signaux sur les foramens crâniens naturellement présents sur le crâne animal.

Résumé

La photoacoustique et les ultrasons à haute fréquence se distinguent comme des outils puissants pour les applications neurobiologiques permettant l’imagerie à haute résolution sur le système nerveux central des petits animaux. Cependant, la neuroimagerie transdermique et transcrânienne est fréquemment affectée par une faible sensibilité, des aberrations d’image et une perte de résolution spatiale, nécessitant l’ablation du cuir chevelu ou même du crâne avant l’imagerie. Pour surmonter ce défi, un nouveau protocole est présenté afin d’obtenir des informations significatives sur l’hémodynamique cérébrale par imagerie photoacoustique et par ultrasons à haute fréquence avec la peau et le crâne de l’animal intacts. La procédure repose sur le passage d’ondes ultrasonores (US) et d’un laser directement à travers les fissures naturellement présentes sur le crâne de l’animal. En juxtaposant le transducteur d’imagerie exactement en correspondance avec ces zones sélectionnées où le crâne a une épaisseur réduite ou est totalement absent, on peut acquérir des images profondes de haute qualité et explorer des régions cérébrales internes qui sont généralement difficiles à décrire anatomiquement ou fonctionnellement sans une approche invasive. En appliquant cette procédure expérimentale, des données significatives peuvent être collectées dans des modalités soniques et optoacoustiques, permettant d’imager le parenchyme et l’anatomie vasculaire loin sous la surface de la tête. Les caractéristiques profondes du cerveau telles que les circonvolutions parenchymateuses et les fissures séparant les lobes étaient clairement visibles. De plus, la configuration des grands et petits vaisseaux sanguins a été imagée à plusieurs millimètres de profondeur, et des informations précises ont été recueillies sur les flux sanguins, les vitesses des flux vasculaires et l’état chimique de l’hémoglobine. Ce répertoire de données pourrait être crucial dans plusieurs concours de recherche, allant de l’étude des maladies vasculaires cérébrales aux techniques expérimentales impliquant l’administration systémique de produits chimiques exogènes ou d’autres objets dotés de propriétés d’amélioration du contraste d’imagerie. En conclusion, grâce au protocole présenté, les techniques US et PA deviennent un moyen attrayant non invasif de compétition de performance pour l’imagerie corticale et cérébrale interne, conservant un potentiel significatif dans de nombreux domaines neurologiques.

Introduction

Stratégies pour décrire minutieusement caractéristiques de l'hémodynamique du cerveau dans le système nerveux central de petits animaux sont nécessaires pour faire avancer le domaine des neurosciences 1-3. La technique présentée montre comment effectuer acoustique non invasive et l'imagerie photoacoustique sur les petites cerveau de l'animal afin d'examiner la biologie vasculaire, l'arrangement et la fonction.

Techniques d'imagerie optique permettent la localisation des événements liés à l'activité neuronale 2,4-5 et d'acquérir simultanément des signaux générés par l'hémoglobine tant dans les Etats oxygénés et non oxygénés 6. Toutefois, en raison de l'absorption photonique et de la diffusion, l'imagerie optique pur souffre de faible résolution spatiale et de tissus limitée profondeur de pénétration 7-8. Inversement, l'acoustique offrent la possibilité de réaliser une imagerie plus profonde avec une meilleure résolution spatiale de l'espace, mais il est entravé par le chatoiement et limitée contraste 9-11. En combinant les caractéristiques de la photonique wie ultrasons, technique photoacoustique améliore à la fois l'imagerie et les potentialités diagnostic des méthodes simples 12-16.

L'imagerie photo-acoustique du cerveau a le potentiel pour élucider des questions multiples en neurobiologie, cependant, la calotte qui protège naturellement l'encéphale, limite à la fois la pénétration dans les tissus et de 17 à 19 photonique à ultrasons de façon spectaculaire. En outre, les os de promouvoir la diffusion de la lumière et un son entraînant une perte de sensibilité et d'image aberrations 17-18. En conséquence, le cerveau et l'imagerie photo-acoustique à ultrasons peuvent être facilement réalisées sur des animaux nouveau-nés avant 20 l'ossification, mais l'anatomie et la physiologie profonde du cerveau adulte sont clairement accessibles seulement après la craniotomie 21,22. Malheureusement, la chirurgie nécessaire pour l'enlèvement du crâne est techniquement difficile et ses effets peut être nuisible à certaines fins expérimentales rendant ainsi difficile pour surveiller la progression de la maladie neuronale dans lemême animal au fil du temps. Par conséquent, une méthode non-invasive à l'image de la biologie cérébrale profonde dans les modèles de petits animaux est hautement souhaitable. Dans la littérature, le procédé de recyclage de photons 17 est signalé comme un moyen de réduire la perte de téléphone et d'augmenter la transmittance à travers le crâne intact, ce qui améliore le signal photoacoustique à bruit (SNR) et le contraste de la cible.

Le protocole présenté vise à fournir une méthode fiable pour sous-corticale acoustique du cerveau et l'imagerie photoacoustique sur des rongeurs recherche-utilisation (en particulier sur des rats) sans chirurgie invasive. La procédure est basée sur l'utilisation de dispositifs portables de transduction à haute fréquence des ultrasons et l'imagerie photo-acoustique. Contrairement à la technologie d'imagerie tomographique 23, portable et transducteurs directionnels 24 permettre la sélection des régions spécifiques du crâne avec une épaisseur réduite naturellement, appelé fissures ou scissures. Les grandes fentes (foramina) présents sur le vertébré uneNimal crâne sont nécessaires pour localiser les faisceaux de nerfs, des vaisseaux ou d'autres structures de liaison des circuits de encéphale internes à d'autres parties du corps. Les grandes fentes se trouvent dans les ouvertures d'os de différentes tailles qui peuvent être exploitées que des passages spécifiques pour des ondes ultrasonores et laser. Une telle imagerie ciblée réduit les effets de réflexion des ondes provoquées par des interfaces d'os et augmente la sensibilité en augmentant la profondeur de pénétration d'imagerie. Dans cette perspective, le transducteur d'imagerie peut être agencé de manière à être perpendiculaires aux fentes situées sur le temporel et sur ​​le côté occipital du crâne (figure 1), afin de faire converger au maximum les ultrasons et les faisceaux photoniques sur ces zones. Cette orientation à la fois améliore la qualité du signal et force le signal de passer par une couche d'os plus minces par rapport à d'autres orientations crâniens. Ainsi, les ondes transmises et réfléchies sont soumis à un faible degré de dispersion, la collecte de signaux provenant de plus profond intenses permettantcouches de tissu. Contrairement aux procédures antérieures, ce paramètre expérimentale exige simplement animale raser la tête, alors qu'aucun autre chirurgie est nécessaire.

Avec le protocole proposé, l'imagerie est effectuée à une résolution spatiale relativement élevée, révélant à la fois, les structures anatomiques de référence spécifiques et les vaisseaux sanguins plus profonds que l'état actuel des méthodes de l'art, tout en la peau des animaux et du crâne reste intact. Images coronales et axiales uniques peuvent être acquises en exploitant diverses modalités ultrasons d'acquisition d'imagerie (B, Doppler puissance, Doppler couleur, mode pulsé Wave) en parallèle à l'imagerie photoacoustique. Un répertoire étendu de paramètres peut être extrait à partir de ces images, ce qui permet la représentation de parenchyme et de l'anatomie vasculaire le long de toute une collection d'éléments affectant la dynamique de la circulation sanguine. Ce protocole peut être utilisé pour l'image des caractéristiques du parenchyme cortical de base à haute fréquence en mode ultrasonique B modalité, les artères carotides internes (basilaires etBA et ICA respectivement) composant le polygone de Willis, l'artère cérébrale moyenne (MCA) et d'autres détails de l'appareil circulatoire. En outre, la quantification flux sanguin, vitesses moyennes de cours d'eau, directionnelle description du mouvement et des données de saturation en oxygène peuvent être recueillis auprès corticale aux régions profondes du cerveau.

Cette nouvelle stratégie offre un grand potentiel pour une variété d'applications et répond à la nécessité urgente de procédures fiables pour décrire les caractéristiques profondes du cerveau qui sont essentielles dans diverses pathologies. En outre, en raison de son caractère invasif minimal, le protocole présenté peut permettre des études d'imagerie possibles myriade sur le système nerveux central, en particulier ceux nécessitant une surveillance à long terme ou impliquant modèles délicats animales pathologiques.

Protocole

Expériences nécessaires pour développer le protocole ont été réalisées conformément aux réglementations nationales et ont été approuvés par le comité scientifique d'éthique local (Comitato di Ateneo di Bioetica), opérant dans l'institution de l'Université de Turin, Turin, Italie.

1. Préparation

  1. Anesthésie
    1. Placez l'animal dans la chambre isoflurane approprié pour anesthésier.
    2. Remplir la chambre avec O mixte 2 et le gaz isoflurane à usage vétérinaire à une concentration de 2,5% dans une chambre à gaz de 2 L et attendre environ 3 minutes pour le rat à se endormir. Vérifiez l'effet de l'anesthésie par un pincement de l'orteil.
    3. Une fois l'anesthésie prend effet, retirer le rat et le peser.
    4. Étendre une mince couche d'eau gel ophtalmique soluble sur les yeux de l'animal pour les protéger et de maintenir l'hydratation physiologique oculaire.
    5. Poser le rat sur une échographie et une station d'imagerie photoacoustique plan de travail. Jen afin de maintenir l'effet de l'anesthésie, positionner rapidement le nez à l'intérieur du masque approprié fournir un flux constant d'anesthésie (isoflurane 2% -2,5% dans l'oxygène 1 L / min).
  2. Rasage l'animal
    1. Étaler une couche uniforme de la crème dépilatoire sur la surface de la tête, avec une attention pour couvrir les zones environnantes oreilles et le cou. Laissez la crème agir pendant quelques minutes et de le sortir doucement avec une spatule. Retirer doucement tous les restes de crème avec une éponge humide pour nettoyer la peau avec précision.
      REMARQUE: La fourrure des animaux emprisonne l'air qui affecte négativement acquisition d'imagerie à base d'ultrasons, donc il faut nécessairement éliminé autant que possible.
  3. Positionnement l'animal
    1. Organiser l'animal dans une position déployée aigle. Surveiller les signes vitaux, au moyen de capteurs de paramètres vitaux appropriées sur le plan de travail (se ils sont présents). Penchez les pattes sur les capteurs après l'application de quelques gouttes de crème de l'électrode pour un usage professionnel.
      REMARQUE: Pendant l'anesthésie, se assurer que les paramètres vitaux ont des valeurs comme suit: rat température corporelle de 37,5 ° C, battements cardiaques par minute (BPM) varie entre 250 et 350 et la fréquence respiratoire est compris dans la gamme de 40 à 80 respirations par minute .
    2. Enfin fixer les membres avec hypoallergénique artificielle patch soie. Si nécessaire, répartis à nouveau une mince couche d'eau gel ophtalmique soluble pour protéger les yeux de l'animal.

2. Image Acquisition du Temporal Point of View

  1. Positionnement l'animal
    1. Maintenir l'animal dans une position couchée, son corps pivoter légèrement sur le côté, avec un angle d'inclinaison d'environ 45 ° par rapport à l'axe sagittal du corps. Utilisez petits rouleaux de gaze de coton que signifie pour organiser correctement la disposition (Figure 2a).
    2. Relevez la tête de l'animal et le faire tourner légèrement sur ​​un côté (Figure 2a). Utilisez un rouleau de coton comme support gardant le Inser museau bienTed dans le masque d'anesthésie.
    3. Incliner le plan de travail selon un angle d'environ 30 ° par rapport au plan horizontal.
    4. Tourner le transducteur d'imagerie à un angle d'environ 30 ° par rapport au plan vertical.
  2. Ultrasons et d'acquisition d'image anatomique et vasculaire photoacoustique
    1. Tournez le imagerie scanner sur, saisissez l'image acquisition de mode B et régler correctement tous les paramètres d'acquisition d'images de respecter les exigences données possibles de l'expérience (Figure 3a).
      REMARQUE: Régler la fréquence centrale d'émission aussi faible que possible (16 MHz, la figure 3b), afin d'avoir la profondeur de pénétration maximale possible pour le transducteur.
    2. Disposer une couche uniforme (environ 1 cm d'épaisseur) de gel de transmission d'ultrasons soluble dans l'eau hypoallergénique sur la tête de l'animal (Figure 2b). Couvrir la tête de transducteur avec une fine couche de la même gel et de le mettre en contact avec la couche sur le rat. Utiliser le gel chaude pour minimiser l'hypothermie localisée.
    3. Lancer l'acquisition d'images en mode B et ajuster le positionnement du transducteur en temps réel, en identifiant les références anatomiques et en centrant la région d'intérêt au point milieu de l'écran. Assurez-vous d'éliminer les bulles d'air à tous les niveaux piégé dans la couche de gel, car ils affectent négativement l'acquisition.
    4. Placez le transducteur de l'aligner sur l'axe virtuel reliant l'oreille à l'œil (figure 4a) pour obtenir une focalisation du faisceau optimal. Acquérir des vues différentes du volume cérébral interne, selon le sens horaire ou sens antihoraire (figure 4b et c).
    5. Finalement fixer le transducteur sur un support mécanique pour garantir de manière stable la position et l'orientation de régler d'une manière bien.
    6. Assurez-vous que la région cérébrale d'intérêt localise à 10 mm de profondeur par rapport à la source de transducteur US-LASER afin de recevoir un pH optimalotoacoustiques signal de réponse (Figure 5). Ensuite, placez l'indicateur de la focalisation des ondes US exactement au centre de la zone analysée.
      REMARQUE: Au cours de la recherche de zones d'intérêt, éviter l'activation de l'option de porte de la respiration, afin d'accélérer la procédure de positionnement.
    7. Entrer en mode Doppler couleur pour visualiser les vaisseaux sanguins du cerveau internes d'une manière hautement sensible.
    8. Une fois le positionnement a été fixé de manière appropriée pour visualiser les régions recherchés, activer l'option de porte de la respiration pour éviter les effets indésirables liés au mouvement (Figure 6a).
    9. Choisissez le jeu de paramètres voulu d'acquisition Mode couleur Doppler (figure 6b) et acquérir des images dans cette modalité de distinguer sang vitesses et directions flux, jusqu'à plusieurs millimètres de profondeur de pénétration.
    10. Entrer en mode Doppler pulsé Wave et acquérir des images pour détecter la pulsation de l'artère et de différencier entre les artères d'unveines ND.
    11. Mode d'Entrée Doppler et les paramètres d'acquisition fixées (figure 7) pour effectuer une quantification de signal sur la base du nombre d'événements de diffusion provoqués par le mouvement du flux, et donc à des différences dans évalués débits.
    12. Entrer dans le mode Photoacoustique et correctement affiner paramètres d'acquisition (figure 8a) pour recueillir des données sur le sang teneur en hémoglobine totale ou degré d'oxygénation dans une zone donnée. En produisant une excitation laser sur un spectre de longueur d'onde entière (de 680 nm à 970 nm, la figure 8b), l'absorption de l'hémoglobine totale présente dans différents états chimiques à l'intérieur d'un tissu peut être quantifiée. En effectuant la collecte de signaux de longueurs d'onde spécifiques simples (figure 8c), il est possible d'isoler les contributions de signaux distincts en raison de l'absorption des espèces pures oxy et dé-oxy.

3. imagerie à partir du point de vue occipitale

  1. Positionnement l'animal
    1. Garder l'animal dans une position couchée, abaissez la tête de l'animal et utiliser de petits rouleaux de gaze de coton que des stands latérale d'organiser correctement la disposition.
    2. Tourner le transducteur d'imagerie parallèle au plan transversal de la tête d'animal (Figure 9).
      NOTE: De cette façon, l'acquisition sera centré travers le trou occipital à la base du crâne. En faisant varier l'angle d'inclinaison de l'orientation de la sonde (figure 9), il sera possible d'acquérir des images de vaisseaux internes dans des vues différentes en fonction de l'inclinaison de réglage.
  2. Ultrasons et d'acquisition d'image anatomique et vasculaire photoacoustique
    1. Entrez l'image acquisition Mode B, régler tous les paramètres d'acquisition d'image comme indiqué précédemment (Figure 3) et diffuser les couches de gel échographique nécessaires sur la sonde et sur ​​la nuque de l'animal.
    2. Disposer le transducteur de rester presque à l'horizontale, en order à être dirigé le long de l'axe anatomique postéro-à-antérieure du corps. Pointez-le vers le côté frontal du museau et l'incliner légèrement vers l'avant.
    3. Début de l'acquisition d'image en mode B et le mode Doppler couleur (figures 3 et 6). Ajuster avec précision la position du transducteur et éliminer les bulles d'air de la couche de gel comme décrit précédemment. Si possible, fixer le transducteur sur une position ferme pour contrôler l'orientation d'une manière fine et choisir le meilleur angle d'inclinaison d'acquérir des images des régions anatomiques souhaités.
    4. Visualisez internes des vaisseaux sanguins du cerveau en mode d'Doppler, en définissant correctement les paramètres d'acquisition (figure 7).
    5. Localiser artères intensément pulsées par pulsé mode Doppler Wave. Les distinguer des veines, qui sont au contraire caractérisées par de faibles niveaux de pulsation du flux sanguin.
    6. Prélever le sang flux de données de vitesses et les directions dans Mode couleur Doppler, en adaptant adéquatement acqparamètres de uisition (figure 6).
    7. Cerveau hémodynamique complète ensemble de données de caractérisation en profondeur, en ajoutant des informations de sang chimique obtenue par l'acquisition photoacoustique (figure 8). Effectuez cette en évaluant notamment le montant des paramètres hématiques comme le pourcentage de saturation O 2 et la teneur totale d'hémoglobine (HBT), qui sont généralement mesurée en réglant le laser d'onde d'excitation à 750 et 850 nm (figure 8c).

4. Fin de l'acquisition et de retrait des animaux

REMARQUE: correctement considérer tout le temps consacré au processus d'acquisition d'image (de l'étape 1 à l'étape 3), qui est soumis à des restrictions principales liées à la dose anesthésique appliqué à l'animal.

  1. Sauvegardez toutes les données acquises, tourner le laser pulsé off en quittant le mode d'acquisition Photoacoustique et la distance du transducteur.
  2. Tout en maintenant l'anusmal sous l'effet de l'anesthésie, de commencer à le nettoyer en enlevant délicatement le gel de protection des yeux avec un coton-tige humide. Utilisez une spatule et plusieurs serviettes en papier pour enlever complètement le gel de l'échographie de la tête et le museau, puis les nettoyer avec une éponge humide. Veillez à ne pas endommager la peau délicate rasée.
  3. Prenez le patch adhésif utilisé pour fixer les membres et de les déconnecter des capteurs qui surveillent les paramètres physiologiques. Transférer rapidement l'animal à partir du plan de travail d'acquisition à une autre cage.
  4. Hôte de l'animal dans une petite cage pour la récupération de l'anesthésie. Veiller à ce que les animaux ne doivent pas partager la cage durant cette phase afin de prévenir les agressions
  5. Placez la cage de récupération sous une lumière infrarouge pour garder l'animal au chaud. Attendez qu'il a repris conscience suffisante pour maintenir décubitus sternal. Vérifiez les conditions de santé généraux des animaux, avant de passer à la salle de l'élevage.

Résultats

Cette méthode permet à l'image à la fois spécifique structures anatomiques de référence et les vaisseaux sanguins à une résolution spatiale relativement élevée, plus profond que la technique actuelle avec la peau de l'animal et le crâne intact. Dans nos conditions expérimentales, la profondeur du signal PA est de 4,5 mm et la résolution axiale est de 75 um avec un FOV de 23 x 15,5 cm. Des expériences avec des tomographie photoacoustique modalité 19 ont montré une valeur de la résolution de <1 mm. La plage des valeurs de SNR de 21,6 dB est de 23,8 dB (obtenus par 5 points différents, choisis au hasard sur le tissu cérébral et le fond). En juxtaposant le transducteur sur le côté temporal du crâne, des images du cerveau peuvent être acquis en tant que sections transversales ou même coronales sur la base de l'angle de positionnement du transducteur choisi avec un point de formation d'image résultant de vue latérale (Figure 4). Épiderme, os du crâne et du matériel de parenchyme sont bien représentées dans le mode B-ultrasons, car ils diffèrent considérablement en termes de CAimpendence oustic (figure 10). Même si leur configuration dépend du point de vue choisi, certains sites de référence anatomiques sur le parenchyme sont reconnaissables, tels que fissures séparant cerveau partie interne du cortex et du tractus optique caractéristique en forme (figure 10). En outre, un grand nombre de navires sont visibles à la fois dans les modalités d'imagerie à ultrasons et photoacoustiques. Intersections caractéristiques de artère carotide interne (ACI) avec les autres principaux grands navires qui courent le long de la surface latérale extérieure de cerveau de l'animal peuvent être facilement reconnus. Grandes routes vasculaires, tels que l'ACI, fournissent une alimentation sanguine massive pour satisfaire le besoin neuronale cohérente de l'énergie et de l'oxygène. L'ICA, originaire de l'artère carotide commune (CCA), se étend sur le côté latéral de la tête à plusieurs millimètres de profondeur, va au-delà de tous ses sites de bifurcation et atteint enfin la partie frontale de la tête. Ce flux sanguin principal se propage parmi les intermedimangé taille des navires, avant d'être acheminée dans toujours plus petites artérioles pour nourrir finalement neurones. Du point de vue temporel, il est possible d'esquisser le modèle de l'artère cérébrale interne, qui bifurque dans les vaisseaux dirigés vers l'avant et latéral du cerveau. Images coronales et transversaux peuvent être acquis auprès de différents inclinaison du transducteur par rapport à la direction de l'axe virtuel de rejoindre l'oeil et l'oreille de l'animal (Figure 4). En inclinant le transducteur d'après les projections décrites dans la Figure 4, il est possible d'obtenir des images de bonne définition de l'artère cérébrale moyenne (MCA) qui résulte de l'ICA et d'autres se divise en deux ou plusieurs branches, qui entourent enfin lobes corticaux (figures 11 et 12). Les meilleurs ont été obtenus pour des visualisations MCA avec l'inclinaison de la sonde comme montré dans la figure 4c et de ICA comme le montre la figure 4b.

Imagerie acoustique basée Doppler révèle petites branches, tandis que l'information directionnelle du courant sanguin est disponible grâce à l'acquisition Doppler couleur (Figure 13). Caractéristique de l'artère MCA est confirmée par onde pulsée technique par ultrasons (figures 14 et 15). Le signal photoacoustique de l'hémoglobine contenue dans les cellules sanguines circulantes rouges peut être détecté et analysé pour recueillir des données sur son état ​​d'oxydation moléculaire et de calculer la saturation en oxygène du sang (figures 16 et 17). Hématique teneur en oxygène peut être corrélée à des données sonores dans le but de confirmer la discrimination de sang artériel à partir de sang veineux.

En pointant le transducteur vers le trou occipital, la vision est projeté sur le plan axial de la tête (Figure 9) et ce plan d'imagerie peut être réglé sur les angles d'inclinaison variable. Dans ce cas, le point de vue imagerie du cerveau postérieur pourrait être connoté par un la profondeur de pénétration élevé, en raison de l'entrée occipitale plus grande. Le Cercle de Willis, une configuration de navire caractéristique dans le cerveau profond, peut être localisé et examiné en appliquant toutes les techniques mentionnées ci-dessus. Artère basilaire (BA), fonctionnant sur la face ventrale du cervelet, conduit finalement à encéphale et bifurque symétriquement en deux branches. Ces deux branches sur le cerveau ventrale étalées puis se rejoignent à nouveau, créant ainsi une structure en anneau (Cercle de Willis). Ce cercle profonde de base est le sous-sol vasculaire, d'où tous les vaisseaux sanguins moyennes se posent, telles que les artères postérieur, Moyen et cérébrale antérieure (ACP, ACM et l'ACA respectivement), qui sont les principaux effecteurs d'un approvisionnement en sang massive pour le cerveau . En mode Doppler couleur, l'identification des branches de taille moyenne est faisable et permet la visualisation claire des segments courbes vasculaires (tels que l'APC) entrant dans le cercle de Willis (Figure 18).

nt "> Le tissu du parenchyme cérébral a également été enregistré avec la modalité PA en projection occipitale (Figure 19) pour montrer la caractérisation vasculaire dans tracé spectral (Figure 20). Avec ce spectre est possible de distinguer le signal provenant de vaisseaux artériels et veineux.

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Figure 1: Emplacement du crâne foramina et le point de vue de l'acquisition d'image respectif La tête de rat dans le profil (a) et les sites où le dispositif de transducteur d'imagerie peut être placé à être juxtaposée sur foramen temporelles (flèche violette) et sur ​​le trou occipital. (flèche jaune) dans le profil (b).

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Figure 2: l'élimination des animaux pour l'image temporelle ACQUISITIOn. (A) La disposition de l'animal sur le plan de travail pour l'acquisition d'image: après raser la tête, l'animal est placé dans une position couchée avec le corps légèrement incliné sur un côté afin d'exposer le côté temporel de la tête. Le plan de travail peut être éventuellement doté d'un dispositif de chauffage pour garder le corps à l'eau chaude de l'animal lors de l'acquisition. Certains rouleaux de coton peuvent être utilisés pour obtenir cette position, tout en patchs adhésifs fixer les pattes sur les capteurs pour surveillance des signes vitaux. (B) une couche cohérente de gel échographique couvre la zone de la tête sur lequel le transducteur sera positionné lors de l'imagerie.

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Figure 3: paramètres d'acquisition pour l'imagerie en mode B. (A) montrant le panneau de déclaration des paramètres d'acquisition importants utilisés pour l'imagerie cérébrale dans B Une capture d'écran d'illustration-mode. (B) est important de noter la fréquence d'émission est réglée sur des valeurs basses (16 MHz) à US améliorer la pénétration des tissus.

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Figure 4: acquisition d'image transversale du foramen temporelle (a) La référence virtuelle axe joignant l'oreillette à l'œil et le mouvement d'inclinaison (flèche rouge) pour faire varier l'inclinaison du transducteur et le plan d'acquisition d'image; (b) antihoraire mouvement par rapport à. référence de l'axe oreille-à-oeil et inclinaison variable de la position de la sonde; c) le mouvement vers la droite par rapport à l'axe de référence oreille-à-oeil et inclinaison variable de la position du transducteur.

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Figure 5: Optimal profondeur de foyer pour les Etats-Uniset l'acquisition d'image PA. Alors que la recherche de la zone d'intérêt, l'imagerie en profondeur de mise au point (représenté par un triangle jaune) doit être fixé à environ 10 mm de profondeur à partir de la source / laser États-Unis, afin d'obtenir une performance optimale de l'imagerie.

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Figure 6: paramètres d'acquisition pour l'imagerie Doppler couleur mode. (A) Avant de commencer l'acquisition d'images en mode Doppler couleur, l'option de la porte de la respiration peut être activé, afin d'éviter l'artefact généré par les mouvements respiratoires physiologiques. (B) Une capture d'écran illustrant montrant paramètres d'acquisition importants utilisés pour l'imagerie cérébrale en Doppler couleur Mode.

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Figure 7: Acquisition paramètres pour l'imagerie Doppler puissance mode. Une capture d'écran de illustrative montrant paramètres d'acquisition importants utilisés pour l'imagerie du cerveau en mode d'Doppler.

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Figure 8: paramètres d'acquisition pour l'imagerie mode Photoacoustique. (A) rapports Le panneau paramètres d'acquisition importants utilisés pour l'imagerie du cerveau en mode photoacoustique. (B) l'acquisition d'un spectre photoacoustique, basé sur une excitation laser allant de 680 nm à 970 nm, avec un intervalle de 5 nm de longueur d'onde (désigné comme étape la taille). (paramètres c) d'acquisition utilisés pour seule vague mode Photoacoustique à 750 nm et 850 nm, de discrimination de signaux de-oxygénés et oxygénés hémoglobine respectivement.

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Figure 9:. Acquisition d'image transversale du trou occipital (a) positionnement de sonde sur le cou de l'animal (flèche jaune) et le plan d'imagerie transversale résultant que la quasi-sections de la tête de la direction de caudo-rostrale; (b) vue postérieure du positionnement du transducteur et l'image plan d'acquisition.

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Figure 10:. Acquisition B-Mode du foramen temporelles de l'individuation de références anatomiques épiderme (a), le crâne (b) et le parenchyme (c) peut être facilement distingués, mais aussi d'autres références anatomiques peuvent être détectés, tels que la fissure ( d) entourant la partie profonde du cerveau ventral et la forme caractéristique de la bandelette optique (e).

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Figure 11: acquisition Mode Power Doppler travers foramen temporelles de l'individuation de références vasculaires MCA ressuscitant des ICA sur le côté du cerveau temporelle.. Pour obtenir ce point de vue, l'image a été acquise transversale en pointant le transducteur sur le foramen temporelles et en tournant dans le sens antihoraire.

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Figure 12: acquisition Mode Power Doppler travers foramen temporelles de l'individuation de références vasculaires MCA ressuscitant des ICA sur le côté du cerveau temporelle.. Pour obtenir ce point de vue, l'image a été acquise transversale en pointant le transducteur sur le foramen temporelles et en tournant dans le sens horaire.


Figure 13: acquisition mode Doppler couleur travers foramen temporelles de l'individuation de références vasculaires MCA ressuscitant des ICA sur le côté du cerveau temporelle.. Informations directionnelles du flux sanguin est exprimée au moyen d'une barre d'échelle de couleur, la distinction entre les mouvements de flux dirigés vers le dispositif de transducteur et loin de lui.

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Figure 14: acquisition mode pulsé onde à travers foramen temporelles pour l'individuation des références vasculaires de confirmation des propriétés artériels de sang circulant dans les vaisseaux qui ont été hypothétiquement identifiés comme artères:. Mode pulsé Salut fournit des informations sur la variation des vitesses de flux, qui peuvent être corrélées à l'effet de pulsation cardiaque (plus inteNSE dans les artères que dans les veines).

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Figure 15: acquisition mode pulsé onde à travers foramen temporelles pour l'individuation des références vasculaires identification par mode pulsé vague de vaisseaux sanguins que les veines, où l'effet de pulsation cardiaque sur les vitesses de flux est négligeable..

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Figure 16: acquisition mode Photoacoustique travers foramen temporelles de l'individuation de références vasculaires. Navires internes parenchyme sur le côté du cerveau temporelle visualisé par B-Mode (à gauche) et Single-ondes mode Photoacoustique (à droite). Les couleurs de la barre d'échelle reflètent les valeurs d'intensité différentes de signaux photoacoustique, induites par une excitation laser effectuée à une longueur d'onde choisie. En oRDONNANCE à individualiser les veines et les artères, les longueurs d'onde d'excitation peut être réglée à 750 et 850 nm, qui représente les valeurs pour obtenir des pics d'émission de photo-acoustiques hémoglobine désoxygénée et oxygéné, respectivement.

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Figure 17: acquisition mode Photoacoustique travers foramen temporelles de discrimination d'hémoglobine oxygénée et de-oxygéné. Navires internes dans le côté du cerveau temporelle visualisé par B-Mode (à gauche) et Oxy-Hemo mode Photoacoustique (à droite). Les couleurs de la barre d'échelle reflètent différentes valeurs de pourcentage de saturation en oxygène de l'hémoglobine artérielle.

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Figure 18: acquisition mode Doppler couleur par trou occipital pour l'individuation des références vasculaires.Segments vasculaires courbes Création de la structure du sous-sol du Cercle de Willis, situé dans la partie ventrale du cerveau.

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Figure 19: Photoacoustique et B-Mode d'acquisition par trou occipital pour l'individuation des références vasculaires. Nell'immagine en mode B si possono evidenziare le strutture Anatomiche individuabili con la Proiezione occipitale e nella Corrispondente acquisizione con modalità fotoacustica con Rilevamento spettrale tra 670 nm a 980 nm (con di étape 5 nm).

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Figure 20: Photoacoustique et B-Mode d'acquisition par trou occipital pour l'individuation des références vasculaires. In questa imaginer viene rappresentato lo Spettro corrispondente alle tre ROI tracciate un livello del parenchima 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 ad una struttura vascolare arteriosa).

Discussion

Le protocole présenté a été optimisé pour fournir des performances très efficace de l'imagerie cérébrale chez les petits animaux. Les images peuvent être acquises en différentes modalités par précisément en suivant les indications sur les paramètres d'acquisition et le positionnement des capteurs sur le crâne foramen. En particulier, le positionnement sur le côté temporal est la plus critique, étant donné que les États-Unis et le laser a être centré de manière aussi précise que possible de pénétrer correctement le trou, ce qui est plus petite que celle occipital. Néanmoins, grâce à ce cadre expérimental, les caractéristiques hémodynamiques liées au concours physiologiques ou même pathologiques sont accessibles et peuvent être évalués, même dans les régions profondes du cerveau, qui sont généralement difficiles à caractériser.

Depuis l'acquisition d'images succès dépend de la précision du positionnement du transducteur, cette dépendance doit être soigneusement pris en compte car il peut affecter les performances d'imagerie. Par exemple,des structures anatomiques d'intérêt puissent être pas complètement inclus dans le plan de formation d'image d'acquisition et leur identification à partir d'images qui offrent qu'une vision partielle pourrait entraîner sous-optimale. En outre, une acquisition d'imagerie PA États-Unis et réalisée dans une modalité tridimensionnelle (mode 3D) serait pas compatible avec le paramètre expérimental décrit précédemment, car il nécessite de déplacer le transducteur le long d'un trajet prédéfini automatisée. Enfin, en raison de la variabilité anatomique naturelle, la dimension des ouvertures du crâne peut varier de manière significative chez les animaux, ayant ainsi des répercussions imprévisibles sur le processus d'acquisition. Ce fait rend la qualité de l'image dépend des caractéristiques de chaque personne. Par conséquent, l'impossibilité d'appliquer cette stratégie à des animaux doit être pris en compte lors de la conception du protocole expérimental.

Plus précisément, un intérêt remarquable est adressée à l'hémodynamique, en raison de son rôle fondamental dans la détermination de labiodistribution des médicaments ou d'autres molécules exogènes après l'administration systémique 28-29. Les implications applicatives dans le domaine de l'imagerie moléculaire sont nombreux, allant de la validation de la piscine de sang agents de contraste pour l'imagerie à des études d'administration de médicaments images surveillé nécessitant induite ultrasons BBB ouverture 30. Tous ces fins de recherche bénéficiera certainement de l'invasivité minimale du protocole, considérant que, sans une intervention chirurgicale supplémentaire, le risque de décès ou d'effets secondaires indésirables est sensiblement réduite et le suivi à long terme sur les mêmes modèles animaux est faisable.

En résumé, le protocole présenté permettra au praticien d'images de manière efficace et d'interpréter correctement la topographie anatomique et la vascularisation de tissus cérébraux normaux ou pathologiques sur des modèles animaux de recherche d'utilisation. Bien que les méthodes actuelles sont principalement limités à l'imagerie tomographique corticale 25-27, ce paramètre donne l'occasion to illustrer plusieurs processus qui influencent profondément la physiologie du cerveau, par la fusion des avantages fournis par imagerie à la fois des États-Unis et PA.

Déclarations de divulgation

Frais de publication de cet article ont été parrainés par Visual Sonics.

Remerciements

Les auteurs n’ont aucune reconnaissance.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Station d’échographie et d’imagerie photoacoustique à haute fréquence (système VEVO LAZR 2100)FUJIFILM VisualSonics Inc.
Système d’anesthésie double compact Vevo (version de table)  ;   ;FUJIFILM VisualSonics Inc.http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODt
Gel
de transmission d’ultrasons Sht.dpuf (Aquasonic 100)Parker Laboratories Inc.01-08http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp
rats Sprague-DawleyRiver LaboratoriesTrois rats Sprague-Dawley en bonne santé âgés de 6 semaines ont été achetés de Charles River Laboratories et gardés dans un logement standard (cycles lumière-obscurité de 12 heures) avec une nourriture standard pour rongeurs et de l’eau disponible ad libitum. Fourni par : http://www.criver.com/
Charles

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