Name: טומוגרפיה פוטואקוסטית, אולטרסאונד ואנגיוגרפיה משולבת (PAUSAT) להדמיית מוח שלם לא פולשנית של שבץ איסכמי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-02T12:20:00.000+00:00
Duration: 6 min 45 s
Description: חקור שבץ איסכמי בעכברים באמצעות פלטפורמת PAUSAT המשלבת טומוגרפיה פוטואקוסטית ואנגיוגרפיה אקוסטית. שיטה זו מאפשרת הדמיית חמצון רקמות וזרימת דם מוחית ללא פלישה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

המחברים רוצים להודות לצוות ההנדסה של SonoVol Inc. על התמיכה הטכנית שלהם. עבודה זו מומנה חלקית על ידי פרס איגוד הלב האמריקאי למדעים שיתופיים (18CSA34080277), לג'יי יאו וו' יאנג; המכונים הלאומיים לבריאות של ארצות הברית (NIH) מעניקים R21EB027981, R21 EB027304, RF1 NS115581 (יוזמת המוח), R01 NS111039, R01 EB028143; פרס CAREER של הקרן הלאומית למדע של ארצות הברית (NSF) 2144788; מענק יוזמת צוקרברג ע"ש צ'אן (2020-226178), לג'יי יאו; וה-NIH מעניק R21NS127163 ו-R01NS099590 ל-W. Yang.

PAUSAT משולב לא פולשני הדמיה מוחית שלמה של שבץ איסכמי

<ol><li>Durukan, A., Tatlisumak, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acute+ischemic+stroke%3A+overview+of+major+experimental+rodent+models%2C+pathophysiology%2C+and+therapy+of+focal+cerebral+ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacology+Biochemistry+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">Acute ischemic stroke: overview of major experimental rodent models, pathophysiology, and therapy of focal cerebral ischemia.</a> Pharmacology Biochemistry and Behavior. 87 (1), 179-197 (2007).</li>
<li>Vander Worp, H. B., van Gijn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+Practice.+Acute+ischemic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22The+New+England+Journal+of+Medicine%22%5BJournal%5D)">Clinical Practice. Acute ischemic stroke.</a> The New England Journal of Medicine. 357 (6), 572-579 (2007).</li>
<li>Tannenbaum, J., Bennett, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Russell+and+Burch%27s+3Rs+then+and+now%3A+the+need+for+clarity+in+definition+and+purpose%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Association+for+Laboratory+Animal+Science%22%5BJournal%5D)">Russell and Burch's 3Rs then and now: the need for clarity in definition and purpose.</a> Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (2), 120-132 (2015).</li>
<li>Hochrainer, K., Yang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stroke+proteomics%3A+from+discovery+to+diagnostic+and+therapeutic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation+Research%22%5BJournal%5D)">Stroke proteomics: from discovery to diagnostic and therapeutic applications.</a> Circulation Research. 130 (8), 1145-1166 (2022).</li>
<li>Wang, L. V., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+guide+to+photoacoustic+tomography+in+the+life+sciences%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">A practical guide to photoacoustic tomography in the life sciences.</a> Nature Methods. 13 (8), 627-638 (2016).</li>
<li>Aldrich, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Basic+physics+of+ultrasound+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Care+Medicine%22%5BJournal%5D)">Basic physics of ultrasound imaging.</a> Critical Care Medicine. 35 (5), S131-S137 (2007).</li>
<li>Jacques, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+properties+of+biological+tissues%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Optical properties of biological tissues: a review.</a> Physics in Medicine and Biology. 58 (11), R37-R61 (2013).</li>
<li>Li, M., Tang, Y., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography+of+blood+oxygenation%3A+a+mini+review%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography of blood oxygenation: a mini review.</a> Photoacoustics. 10, 65-73 (2018).</li>
<li>Menozzi, L., Yang, W., Feng, W., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sound+out+the+impaired+perfusion%3A+Photoacoustic+imaging+in+preclinical+ischemic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Sound out the impaired perfusion: Photoacoustic imaging in preclinical ischemic stroke.</a> Frontiers in Neuroscience. 16, 1055552(2022).</li>
<li>Gessner, R. C., Frederick, C. B., Foster, F. S., Dayton, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+angiography%3A+a+new+imaging+modality+for+assessing+microvasculature+architecture%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Biomedical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Acoustic angiography: a new imaging modality for assessing microvasculature architecture.</a> International Journal of Biomedical Imaging. 2013, 936593(2013).</li>
<li>Dayton, P. A., Rychak, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+ultrasound+imaging+using+microbubble+contrast+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Bioscience%22%5BJournal%5D)">Molecular ultrasound imaging using microbubble contrast agents.</a> Frontiers in Bioscience. 12, 5124-5142 (2007).</li>
<li>Isayama, K., Pitts, L. H., Nishimura, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+2%2C+3%2C+5-triphenyitetrazolium+chloride+staining+to+delineate+rat+brain+infarcts%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Evaluation of 2, 3, 5-triphenyitetrazolium chloride staining to delineate rat brain infarcts.</a> Stroke. 22 (11), 1394-1398 (1991).</li>
<li>Ruan, J., Yao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+tests+in+rodent+models+of+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Hemorrhages%22%5BJournal%5D)">Behavioral tests in rodent models of stroke.</a> Brain Hemorrhages. 1 (4), 171-184 (2020).</li>
<li>Parthasarathy, A. B., Kazmi, S. M. S., Dunn, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+imaging+of+ischemic+stroke+through+thinned+skull+in+mice+with+Multi+Exposure+Speckle+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Quantitative imaging of ischemic stroke through thinned skull in mice with Multi Exposure Speckle Imaging.</a> Biomedical Optics Express. 1 (1), 246-259 (2010).</li>
<li>Hingot, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+ultrafast+ultrasound+imaging+of+cerebral+perfusion+correlates+with+ischemic+stroke+outcomes+and+responses+to+treatment+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">Early ultrafast ultrasound imaging of cerebral perfusion correlates with ischemic stroke outcomes and responses to treatment in mice.</a> Theranostics. 10 (17), 7480-7491 (2020).</li>
<li>Menozzi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+non-invasive+brain+imaging+of+ischemic+stroke+by+integrated+photoacoustic%2C+ultrasound+and+angiographic+tomography+%28PAUSAT%29%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional non-invasive brain imaging of ischemic stroke by integrated photoacoustic, ultrasound and angiographic tomography (PAUSAT).</a> Photoacoustics. 29, 100444(2022).</li>
<li>Llovera, G., Roth, S., Plesnila, N., Veltkamp, R., Liesz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+stroke+in+mice%3A+permanent+coagulation+of+the+distal+middle+cerebral+artery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Modeling stroke in mice: permanent coagulation of the distal middle cerebral artery.</a> Journal of Visualized Experiments. (89), e51729(2014).</li>
<li>Trotman-Lucas, M., Kelly, M. E., Janus, J., Fern, R., Gibson, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+alternative+surgical+approach+reduces+variability+following+filament+induction+of+experimental+stroke+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Disease+Models+%26+Mechanisms%22%5BJournal%5D)">An alternative surgical approach reduces variability following filament induction of experimental stroke in mice.</a> Disease Models & Mechanisms. 10 (7), 931-938 (2017).</li>
<li>Labat-Gest, V., Tomasi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photothrombotic+ischemia%3A+a+minimally+invasive+and+reproducible+photochemical+cortical+lesion+model+for+mouse+stroke+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Photothrombotic ischemia: a minimally invasive and reproducible photochemical cortical lesion model for mouse stroke studies.</a> Journal of Visualized Experiments. (76), e50370(2013).</li>
<li>Matsumoto, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualising+peripheral+arterioles+and+venules+through+high-resolution+and+large-area+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Visualising peripheral arterioles and venules through high-resolution and large-area photoacoustic imaging.</a> Scientific Reports. 8 (1), 14930(2018).</li>
<li>Xu, Y., Wang, L. V., Ambartsoumian, G., Kuchment, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reconstructions+in+limited-view+thermoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">Reconstructions in limited-view thermoacoustic tomography.</a> Medical Physics. 31 (4), 724-733 (2004).</li>
<li>Yal Tang,, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-fidelity+deep+functional+photoacoustic+tomography+enhanced+by+virtual+point+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">High-fidelity deep functional photoacoustic tomography enhanced by virtual point sources.</a> Photoacoustics. 29, 100450(2023).</li>
<li>Zheng, W., Huang, C., Zhang, H., Xia, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slit-based+photoacoustic+tomography+with+co-planar+light+illumination+and+acoustic+detection+for+high-resolution+vascular+imaging+in+human+using+a+linear+transducer+array%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Engineering+Letters%22%5BJournal%5D)">Slit-based photoacoustic tomography with co-planar light illumination and acoustic detection for high-resolution vascular imaging in human using a linear transducer array.</a> Biomedical Engineering Letters. 12 (2), 125-133 (2022).</li>
<li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slit-enabled+linear-array+photoacoustic+tomography+with+near+isotropic+spatial+resolution+in+three+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Slit-enabled linear-array photoacoustic tomography with near isotropic spatial resolution in three dimensions.</a> Optics Letters. 41 (1), 127-130 (2016).</li>
<li>Vu, T., Li, M., Humayun, H., Zhou, Y., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+generative+adversarial+network+for+artifact+removal+in+photoacoustic+computed+tomography+with+a+linear-array+transducer%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">A generative adversarial network for artifact removal in photoacoustic computed tomography with a linear-array transducer.</a> Experimental Biology and Medicine. 245 (7), 597-605 (2020).</li>
<li>Zhang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep-E%3A+A+fully-dense+neural+network+for+improving+the+elevation+resolution+in+linear-array-based+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Deep-E: A fully-dense neural network for improving the elevation resolution in linear-array-based photoacoustic tomography.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 41 (5), 1279-1288 (2022).</li>
<li>Hauptmann, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Model-based+learning+for+accelerated%2C+limited-view+3-D+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Model-based learning for accelerated, limited-view 3-D photoacoustic tomography.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 37 (6), 1382-1393 (2018).</li>
<li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+deep-tissue+functional+and+molecular+imaging+by+integrated+photoacoustic%2C+ultrasound%2C+and+angiographic+tomography+%28PAUSAT%29%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional deep-tissue functional and molecular imaging by integrated photoacoustic, ultrasound, and angiographic tomography (PAUSAT).</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 41 (10), 2704-2714 (2022).</li>
</ol>

המחברים מצהירים כי אין ניגוד עניינים בעבודה זו.

ישנם כמה היבטים חיוניים של שיטה זו, שאם נעשה בצורה לא נכונה, יכול להוביל לירידה משמעותית באיכות התמונה וניתוח כמותי. התוצאה הנפוצה ביותר של שגיאת משתמש בתמונות PAUSAT היא חוסר אות או עוצמת אות נמוכה מאוד, שתיהן יכולות להתרחש ממגוון סיבות. סיבה אחת כזו היא בעיה בצימוד האקוסטי. בועות אוויר גדולות במים המקיפות את ראשו של העכבר במהלך ההדמיה יכולות לעתים קרובות לחסום את האולטרסאונד מלנוע אל המתמר או ממנו, ולגרום לאזור צל בתמונה המתקבלת עבור כל שלושת המודלים של המערכת. ניתן למנוע זאת על ידי הבטחת נוכחות מספקת של מים בין קרום ה...

הדם מוביל חמצן (דרך חלבון המוגלובין) וחומרים מזינים חשובים אחרים לרקמות בגופנו. כאשר זרימת הדם דרך רקמות מופרעת (איסכמיה), נזק חמור לרקמות יכול להתרחש, ההשפעות המיידיות ביותר של אשר נובעים מחוסר חמצן (היפוקסיה). שבץ איסכמי הוא תוצאה של זרימת דם מופרעת לאזור מסוים במוח. הנזק המוחי הנובע משבץ איסכמי יכול להתרחש בתוך דקות מחסימת כלי הדם, ולעתים קרובות יכול להיות בעל השפעות מתישות ומתמשכות 1,2. אסטרטגיה בעלת ערך רב להעריך את הפיזיופתולוגיה לאחר שבץ איסכמי ולזהות ולבדוק טיפולים חדשים היא השימוש במודלים של בעלי חיים קטנים במעבדה. הטיפולים המתגלים במעבדה שואפים להיות מתורגמים לשימוש קליני ולשפר את חיי המטופלים. עם זאת, השימוש בבעלי חיים במחקר ביו-רפואי צריך להיבחן בקפידה על פי עקרונות 3Rs של ראסל וברץ': החלפה, הפחתה ועידון3. מטרת רכיב ההפחתה היא לצמצם את מספר בעלי החיים מבלי לפגוע באיסוף הנתונים. בהתחשב בכך, היכולת להעריך לאורך את התפתחות הנגע באמצעות הדמיה לא פולשנית מאפשרת יתרון גדול בהפחתת מספר בעלי החיים הנדרשים, כמו גם למקסם את המידע המתקבל מכל חיה4.
טומוגרפיה פוטואקוסטית (PAT) היא שיטת הדמיה היברידית המשלבת ניגודיות ספיגה אופטית עם דימות אולטרסאונד ברזולוציה מרחבית5. מנגנון ההדמיה של PAT הוא כדלקמן. פולס לייזר עירור מואר על המטרה המצולמת. בהנחה שהמטרה בולעת אור באורך הגל של לייזר העירור, הטמפרטורה שלו תעלה. עלייה מהירה זו בטמפרטורה גורמת להתרחבות תרמו-אלסטית של המטרה. ההתפשטות גורמת לגל אולטרסאונד להתפשט החוצה מהמטרה. על ידי גילוי גל האולטרסאונד במיקומים רבים, הזמן הדרוש לגל להתפשט מהמטרה לגלאים יכול לשמש ליצירת תמונה באמצעות אלגוריתם שחזור. היכולת של PAT לזהות ספיגה אופטית באזורי רקמות עמוקים מבדילה PAT מהדמיית אולטרסאונד, המזהה גבולות של עכבות אקוסטיות שונות של רקמות5. בספקטרום הנראה והתת-אדום הקרוב, הביומולקולות העיקריות בעלות ספיגה גבוהה הנמצאות בשפע באורגניזמים הן המוגלובין, שומנים, מלנין ומים7. עניין מיוחד בחקר שבץ מוחי הוא המוגלובין. מכיוון שלאוקסיהמוגלובין ולדאוקסיהמוגלובין יש ספקטרום ספיגה אופטי שונה, ניתן להשתמש ב- PAT עם אורכי גל לייזר עירור מרובים כדי לקבוע את הריכוז היחסי של שני מצבי החלבון. זה מאפשר את ריווי החמצן של המוגלובין (sO2), או חמצון הדם, להיות מכומת בתוך ומחוץ לאזור אוטם 8,9. זהו מדד חשוב בשבץ איסכמי, שכן הוא יכול להצביע על רמת החמצן ברקמת המוח הפגועה לאחר איסכמיה.
אנגיוגרפיה אקוסטית (AA) היא שיטת דימות אולטרסאונד משופרת בניגודיות השימושית במיוחד להדמיית המורפולוגיה של כלי הדם in vivo10. השיטה מסתמכת על שימוש במתמר מתנודד דו-אלמנטי (אלמנט בתדר נמוך ואלמנט בתדר גבוה) בשילוב עם מיקרו-בועות המוזרקות למערכת הדם של נושא ההדמיה. אלמנט התדר הנמוך של המתמר משמש לשידור בתדר התהודה של המיקרו-בועות (למשל, 2 מגה-הרץ), ואילו אלמנט התדר הגבוה משמש לקליטת האותות הסופר-הרמוניים של המיקרו-בועות (למשל, 26 מגה-הרץ). כאשר הן מעוררות בתדר תהודה, למיקרו-בועות יש תגובה לא ליניארית חזקה, וכתוצאה מכך נוצרות אותות סופר-הרמוניים שרקמות הגוף הסובבות אותן אינן מייצרות11. על ידי קבלה עם אלמנט בתדר גבוה, זה מבטיח כי רק אותות microbubble מזוהים. מכיוון שהמיקרו-בועות מוגבלות לכלי הדם, התוצאה היא תמונה אנגיוגרפית של מורפולוגיה של כלי הדם. AA היא שיטה רבת עוצמה להדמיית שבץ איסכמי, מכיוון שהמיקרו-בועות הזורמות דרך מערכת הדם אינן מסוגלות לזרום דרך כלי דם חסומים. זה מאפשר AA לזהות אזורים במוח שאינם מחוררים עקב שבץ איסכמי, אשר מציין את אזור האוטם.
מחקר שבץ איסכמי פרה-קליני מסתמך בדרך כלל על שימוש בהיסטולוגיה ובבדיקות התנהגותיות כדי להעריך את המיקום והחומרה של השבץ. צביעת Triphenyltetrazolium chloride (TTC) היא ניתוח היסטולוגי נפוץ המשמש לקביעת נפח אוטם שבץ. עם זאת, ניתן להשתמש בו רק בנקודת קצה, שכן הוא דורש המתת חסד של בעל החיים12 . ניתן להשתמש במבחנים התנהגותיים כדי לקבוע פגיעה בתפקוד המוטורי במספר נקודות זמן, אך הם אינם יכולים לספק ערכים אנטומיים או פיזיולוגיים כמותיים13. הדמיה ביו-רפואית מספקת גישה כמותית יותר לחקר ההשפעות של שבץ איסכמי באופן לא פולשני ואורכי 9,14,15. עם זאת, טכנולוגיות הדמיה קיימות (כגון דימות תהודה מגנטית של בעלי חיים קטנים [MRI]) יכולות לבוא בעלות גבוהה, לא להיות מסוגלות לספק מידע מבני ותפקודי בו-זמני, או שיש להן עומק חדירה מוגבל (כמו רוב טכניקות הדימות האופטי).
כאן אנו משלבים טומוגרפיה פוטואקוסטית, אולטרסאונד ואנגיוגרפיה (PAUSAT; ראו תרשים מערכת באיור 1), המאפשרת מידע מבני ותפקודי משלים של זילוח דם וחמצון לאחר שבץ איסכמי16. אלה שני היבטים חשובים בהערכת חומרת הפציעה ובמעקב אחר ההחלמה או התגובה לטיפולים. שימוש בשיטות הדמיה משולבות אלה יכול להגדיל את כמות המידע המתקבל על ידי כל בעל חיים, להפחית את מספר בעלי החיים הדרושים ולספק מידע נוסף במחקר של טיפולים פוטנציאליים לשבץ איסכמי.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65319/65319fig01.jpg"> איור 1: דיאגרמת PAUSAT. (A) סכמה מלאה של מערכת PAUSAT, כולל הלייזר וה-OPO המשמשים ל-PAT. (B) מבט מבפנים על מערכת PAUSAT, כולל שני מתמרי אולטרסאונד. מתמר המתנדנד הדו-אלמנטי משמש הן לאולטרסאונד במצב B והן ל-AA, ומתמר המערך הליניארי משמש ל-PAT. שני המתמרים מותקנים על אותה במה ממונעת דו-ממדית, המאפשרת סריקה להפקת נתונים נפחיים. נתון זה שונהמ-16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65319/65319fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>

<table><tbody><tr><td>צנתר 20 GA</td><td>BD Insyte Autoguard Winged</td><td>381534</td><td>לאינטובציה של עכבר</td></tr><tr><td>2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride</td><td>Sigma</td><td>T8877</td><td>הכרחי למוח מכתים TTC לאימות</td></tr><tr><td>לייזר 532nm לייזר</td><td></td><td>Quantel Q-smart 850</td><td>לייזר המשמש לשאיבת ה-OPO למאוורר אוטומטי PAT</td></tr><tr><td>רובנט ג'וניור.</td><td>קנט סיינטיפיק</td><td>RV-JR</td><td>כדי לשמור על עכברים תחת הרדמה במהלך הליך כירורגי</td></tr><tr><td>משי קלוע שחור 4-0 USP</td><td>התמחויות כירורגיות</td><td>SP116</td><td>משמש לתפרים בצוואר לניתוח pMCAO</td></tr><tr><td>Bupivacaine</td><td>Hospira</td><td>0409-1159-18</td><td>משמש לפני סגירת פצעים במהלך הליך כירורגי</td></tr><tr><td>C57BL/6 מעבדת עכברים</td><td>ג'קסון</td> <td>#000664</td><td>עכברים המשמשים לחקר שבץ איסכמי (זכר/נקבה בני 2-6 חודשים)</td></tr><tr><td>תפר שקוף</td><td>Ethicon</td><td>8606</td><td>משמש לסגירת פצע (שבץ PT ו-pMCAO). תפר ברור לא יפריע</td></tr><tr><td>ל-PAT אור קר LED</td><td>Schott</td><td>KL 1600</td><td>דרוש ליצירת PT שבץ</td></tr><tr><td>סכין גילוח חד פעמי</td><td>Accutec להבים</td><td>74-0002</td><td>לחיתוך מוח העכבר</td></tr><tr><td>מקדחה חשמלית</td><td>JSDA</td><td>JD-700</td><td>משמש לחשיפת MCA במהלך הליך pMCAO</td></tr><tr><td>כלי צריבה חשמלית</td><td>שדה רטוב</td><td>שדה רטוב דו קוטבי-RG</td><td>עוצר את זרימת הדם לאחר קידוח במהלך הליך pMCAO</td></tr><tr><td>ג'ל להסרת שיער</td><td>Veet</td><td>8282651</td><td>משמש להסרת שיער מהעכבר לפני הדמיה</td></tr><tr><td>קצה לולאת קואטרי בטמפרטורה גבוהה</td><td>BOVIE Medical Corporation</td><td>REF AA03</td><td>משמש למניעת דימום בעת הפרדת השריר הטמפורלי מהגולגולת</td></tr><tr><td>כרטיס גלאי IR</td><td>Thorlabs</td><td>VRC5</td><td>משמש כדי להבטיח נתיב אור מיושר</td></tr><tr><td>מד כוח לייזר</td><td>אופיר</td><td>StarBright, P/N 7Z01580</td><td>יכול לשמש לכיול אנרגיית הלייזר לפני הדמיית</td></tr><tr><td>מערכת הדמיית כתמי לייזר</td><td>RWD Life Science Co.</td><td>ניתן להשתמש ב-RFLSI-III</td><td>כדי לאמת את הצלחת ניתוח שבץ מוחי</td></tr><tr><td>חומר סיכה משחת עיניים</td><td>מרגיע AB31336</td><td></td><td>ניתן להשתמש בו כדי למנוע ייבוש של העיניים</td></tr><tr><td>שלב מתכוונן ידנית</td><td>Thorlabs</td><td>L490</td><td>משמש עם רמפה מותאמת אישית להדמיית עומק מוקד מרובה מערכת</td></tr><tr><td>הדמיה Vega שונה</td> מערכת <td>LLA00061 Perkin Elmer</td><td></td><td>המכילה מתמרי</td></tr> <tr><td>B-mode/AA ו-PATמתנד פרמטרי אופטי</td><td>Quantel</td><td>versaScan-L532</td><td>מאפשר כוונון של אורך גל עירור בטווח גדול</td></tr><tr><td>מערכת אולטרסאונד ניתנת לתכנות</td><td>Verasonics</td><td>Vantage 256</td><td>משמש לחלק PAT של המערכת</td></tr><tr><td>Rose Bengal</td><td>Sigma</td><td>330000</td><td>הכרחי כדי לגרום לשבץ PT</td></tr><tr><td>תפר</td><td>LOOK</td><td>SP116</td><td>משמש לקשירה קבועה של</td></tr><tr><td>טמפרטורת CCA Contoller</td><td>Physitemp</td><td>TCAT-2</td><td>משמש לשמירה על טמפרטורת גוף יציבה של עכברים במהלך הליכים</td></tr><tr><td>VesselVue Microbubbles</td><td>Perkin Elmer</td><td>P-4007001</td><td>משמש לאנגיוגרפיה אקוסטית (2.43 ופעמים; 10^9 מיקרו-בועות/מ"ל)</td></tr></tbody></table>

טומוגרפיה פוטואקוסטית, אולטרסאונד ואנגיוגרפיה משולבת (pausat) להדמיית מוח שלם לא פולשנית של שבץ איסכמי

Integrated Photoacoustic, Ultrasound, and Angiographic Tomography (PAUSAT) for NonInvasive Whole-Brain Imaging of Ischemic Stroke

מוצג כאן מחקר שבץ איסכמי ניסיוני באמצעות מערכת הדמיה לא פולשנית שפיתחנו לאחרונה המשלבת שלוש טכנולוגיות הדמיה מבוססות אקוסטיקה: פוטואקוסטית, אולטרסאונד וטומוגרפיה אנגיוגרפית (PAUSAT). שילוב שלושת השיטות הללו מסייע ברכישת טומוגרפיה פוטואקוסטית מולטי-ספקטרלית (PAT) של חמצון הדם במוח, הדמיית אולטרסאונד בתדר גבוה של רקמת המוח ואנגיוגרפיה אקוסטית של זילוח הדם המוחי. פלטפורמת ההדמיה הרב-מודאלית מאפשרת לחקור את שינויי הזלוף והחמצון המוחיים במוח העכבר כולו לאחר שבץ. שני מודלים נפוצים של שבץ איסכמי הוערכו: מודל חסימת עורק המוח האמצעי הקבוע (pMCAO) והמודל הפוטוטרומבוטי (PT). PAUSAT שימש כדי לדמיין את אותם מוחות עכבר לפני ואחרי שבץ ולנתח כמותית את שני המודלים של שבץ. מערכת הדמיה זו הצליחה להראות בבירור את השינויים בכלי הדם במוח לאחר שבץ איסכמי, כולל הפחתה משמעותית בזילוח הדם וחמצון באזור אוטם השבץ (ipsilateral) בהשוואה לרקמה שלא נפגעה (contralateral). התוצאות אושרו הן על ידי הדמיית ניגודיות כתמי לייזר והן על ידי צביעת טריפנילטטרזוליום כלוריד (TTC). יתר על כן, נפח אוטם שבץ בשני המודלים שבץ נמדד ואומת על ידי צביעת TTC כאמת הקרקע. באמצעות מחקר זה, הוכחנו כי PAUSAT יכול להיות כלי רב עוצמה במחקרים פרה-קליניים לא פולשניים ואורכיים של שבץ איסכמי.

הדמיה של מורפולוגיה של כלי דם במוח AA מייצר תמונות מורפולוגיות של כלי דם על ידי מיקרו-בועות מלהיבות במערכת הדם בתדירות התהודה שלהן וקבלת התגובה הסופר-הרמונית של המיקרו-בועות. על-ידי שימוש ברמפה המותאמת אישית (איור 2C) המחוברת לשלב שניתן לכוונן ידנית, אנו יכולים לדמיין את מוח העכבר במצב AA בשני עומקי מוקד שונים. כאשר אזורים עמוקים יותר מכוונים, אזורים שטחיים יותר (כמו קליפת המוח) מראים רזולוציה ועוצמת אות נמוכות יותר (איור 3A), ולהיפך (<strong...

עבודה זו מדגימה את השימוש בפלטפורמת הדמיה מבוססת אולטרסאונד מולטימודאלי להדמיה לא פולשנית של שבץ איסכמי. מערכת זו מאפשרת לכמת חמצון דם באמצעות הדמיה פוטואקוסטית וזילוח לקוי במוח באמצעות אנגיוגרפיה אקוסטית.

טומוגרפיה פוטואקוסטית, אולטרסאונד ואנגיוגרפיה משולבת (PAUSAT) להדמיית מוח שלם לא פולשנית של שבץ איסכמי

Presented here is an experimental ischemic stroke study using our newly developed noninvasive imaging system that integrates three acoustic-based imaging ...

יש כמה אתגרים ניסיוניים. לדוגמה, נוכחות של שיער בקרקפת יכול לגרום חפץ בתמונות שנרכשו. גם גיל החיה משחק תפקיד מפתח, שכן עובי הגולגולת מהווה כיום מגבלה לזיהוי אותות עמוקים יותר.טכניקות הדמיה אופטיות טהורות רבות דורשות הליך פולשני ויכולות לצלם רק בעומק של מילימטר אחד. עם PAUSAT אנו משלבים את היתרונות של אולטרסאונד והדמיה אופטית. אנו יכולים לקבל מידע מבני ותפקודי סביב שבץ איסכמי בצורה בטוחה לחלוטין ולא פולשנית.היכולת להעריך את האבולוציה של פציעה עם או בלי טיפול מאותה חיה בנקודות זמן שונות מאפשרת לנו לאסוף מידע בעל ערך רב. וגם כדי להפחית את מספר בעלי החיים הדרושים למחקרים שונים. אנו עובדים כל הזמן על דרכים לשפר את מהירות ההדמיה, העומק, הרזולוציה והניגודיות הן עבור הדמיה פוטואקוסטית והן עבור הדמיית אולטרסאונד.עם מערכות הדמיה טובות יותר, אנו יכולים לענות על שאלות ביולוגיות בסיסיות יותר ולהעריך טיפולים ניסיוניים חדשים.

integrated-photoacoustic-ultrasound-angiographic-tomography-pausat

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

מקור: Giustetto, P., et. al., אולטרסאונד פרנכימלי, כלי דם ומטבולי בתדר גבוה והדמיית מוח עמוקה של חולדה פוטו-אקוסטית. J. Vis. Exp. (2015) בסרטון זה, אנו מדגימים את השימוש באולטרסאונד בתדר גבוה ובהדמיה פוטו-אקוסטית כדי לחקור את כלי הדם ותכולת ההמוגלובין במוח של חולדות. שיטה זו מספקת תובנות מפורטות לגבי זלוף מוחי וחמצון דם, ומאפשרת ניתוח לא פולשני של מבני כלי הדם במוח ופיזור החמצן.

אולטרסאונד לא פולשני בתדר גבוה והדמיית דופלר של המודינמיקה של מוח חולדה

מקור: Upputuri, P. K., et al. מערכת טומוגרפיה פוטואקוסטית קומפקטית בעלת ביצועים גבוהים עבור  In Vivo הדמיית מוח של בעלי חיים קטנים. J. Vis. Exp. (2017)סרטון זה מדגים פרוטוקול להדמיית מוח חולדה לא פולשנית in vivo באמצעות טומוגרפיה פוטואקוסטית, המציג את ההכנה, הגדרת מערכת ההדמיה ורכישת הנתונים לשחזור תמונות מוח דו-ממדיות להדמיית מבני כלי דם ובריאות נוירו-וסקולרית.

הדמיה in vivo של מוח חולדה באמצעות טומוגרפיה פוטואקוסטית

העבודה הנוכחית מתארת פרוטוקול חדש לביצוע אולטרסאונד לא פולשני בתדר גבוה והדמיה פוטו-אקוסטית מבוססת על מוח חולדה, כדי לדמיין ביעילות אזורים תת-קורטיקליים עמוקים ואת דפוסי כלי הדם שלהם על ידי הכוונת אותות על נקבי הגולגולת הנמצאים באופן טבעי בגולגולת בעלי חיים.

רקמת ריאה, כלי דם וחילוף חומרים בתדר גבוהים לא פולשני אולטראסאונד וphotoacoustic עכברוש Deep Brain Imaging

מערכת קומפקטית המבוססת על דיודות פולוקוסטיות (PLD-PAT) המבוססת על דיודות פולס-קומפקטיות עבור הדמיה מהירה במוח בחיות קטנות מופגנת.

קומפקטית קומפקטית טומוגרפיה מערכת עבור<em&gt; בויבו</em&gt; הדמיה מוחית קטנה של המוח

במאמר זה, נבחן את המתודולוגיה שיקולים רלוונטיים שילוב של TMS ו-fMRI לבחון את ההשפעות של גירוי המוח ברשת מחדל.

שילוב של גירוי מגנטי fMRI Transcranial ולבחון את רשת מצב ברירת מחדל

במאמר זה, נבחן את ההשפעות של גירוי TMS תטא-Burst על הפלסטיות קליפת המוח אצל אנשים הסובלים מתסמונת ה-X השביר ויחידים על הספקטרום האוטיסטי.

TMS: שימוש בפרוטוקול תטא-Burst לחקור Mechasnism של פלסטיות של אנשים עם תסמונת X שביר אוטיזם ו

במאמר זה, נבחן את ההשפעות של תלות המדינה הרלוונטיים חזותית על TMS המושרה phosphenic מצגות מניע.

המדינה תלות השפעות על TMS: מבט על התנהגות Phosphene מניע

במאמר זה, נבחן את המתודולוגיה שיקולים רלוונטיים פרוטוקול ה-FDA אישר טיפול בדיכאון באמצעות מכשיר NeuroStar Neuronetics TMS.

התקן TMS NeuroStar: ניהול ה-FDA פרוטוקול מאושר לטיפול דיכאון

התוצאה של חולי שבץ איסכמי אקוטי תלוי שיקום מהיר של זרימת דם מוחי. פרוטוקול זה מכוון אופטימיזציה של הניהול של חולים אלה על-ידי מזעור פרי-נוהלי תזמונים ובעיבוד מעת הכניסה לבית החולים כדי פגיעה reperfusion קצר ככל האפשר.

ניהול מיטבי של טיפול Endovascular שבץ איסכמי אקוטי

המטרה הכוללת של נוהל זה היא לספק טכניקה מאוד לשחזור להערכת ויוו של ערעור מחסום הדם - מוח במודלים עכברוש של שבץ איסכמי.

הערכה In Vivo של מחסום הדם - מוח שיבוש במודל של עכברים של שבץ איסכמי

חקור שבץ איסכמי בעכברים באמצעות פלטפורמת PAUSAT המשלבת טומוגרפיה פוטואקוסטית ואנגיוגרפיה אקוסטית. שיטה זו מאפשרת הדמיית חמצון רקמות וזרימת דם מוחית ללא פלישה.

טומוגרפיה פוטואקוסטית, אולטרסאונד ואנגיוגרפיה משולבת (PAUSAT) להדמיית מוח שלם לא פולשנית של שבץ איסכמי

גלה סרטונים נוספים