Name: 非侵襲的実質細胞、血管および代謝高周波超音波および光音響ラット脳深部イメージング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-03-02T13:45:00.000+00:00
Duration: 12 min
Description: 学ぶラット脳の非侵襲的高周波超音波および光音響イメージング法。深部皮質下領域と血管パターンを可視化し、血流速度や方向、血色素酸素飽和度を定量化する技術を習得できます。

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プロトコルを開発する必要の実験は、国の規制に従って実施し、トリノ、トリノ大学、イタリアの施設内で動作地域の倫理科学委員会（ComitatoディBioeticaディアテネオ）、によって承認された。 1.準備<ol><li>麻酔<ol><li>それを麻酔するために、適切なイソフルランチャンバー内の動物を置きます。 </li><li> 2Lのガス室で2.5％の濃度で獣医学的使用のために混合O 2とイソフルランガスでチャンバーを記入し、眠りに落ちるラットについて約3分間待つ。つま先のピンチによる麻酔の効果を確認してください。 </li><li>麻酔が有効になると、ラットを取り外して重量を量る。 </li><li>それらを保護し、眼の生理学的水和を維持するために、動物の目に水溶性の眼科用ゲルの薄い層を広げる。 </li><li>超音波と光音響イメージングステーションワークトップにラットを下にして置きます。私nは次数一定麻酔流（酸素1リットル/分でイソフルラン2％-2.5％）を提供する適切なマスクの内側に鼻を配置すばやく、麻酔効果を維持する。 </li></ol></li><li>動物シェービング<ol><li>耳と首の周囲の領域をカバーするように注意して、ヘッド表面上の脱毛クリームの一貫性のある層を広げた。クリームは、数分間作用と静かにへらでそれを取り出すことを許可します。そっと正確に肌をきれいに湿ったスポンジですべてのクリーム残留物を除去。 注記：動物の毛皮は、このように必ずしも極力除去する必要がある、負に超音波ベースの画像取得に影響を与える空気を閉じ込める。 </li></ol></li><li>動物の位置決め<ol><li>スプレッドイーグルの位置に動物を配置します。 （それらが存在する場合）ワークトップの適切な重要なパラメータセンサによるバイタルサインを監視する。業務用電極クリームを数滴を適用した後にセンサー上で足を傾けます。 NOTE：麻酔中に、次のように、その重要なパラメータに値があることを確認：ラットの体温≈37.5℃に、毎分心臓拍動（BPM）は、250と350との間で変化し、呼吸数は、毎分40~80呼吸の範囲内に含まれる。 </li><li>最後に、低刺激性の人工絹のパッチで手足を固定します。必要であれば、動物の目を保護するために再び水溶性の眼科用ゲルの薄い層を広げる。 </li></ol></li></ol> 2.画像​​の表示の時間ポイントからの取得<ol><li>動物の位置決め<ol><li>腹臥位で動物を維持し、矢状体軸に対して約45°の傾斜角で、側面に少しその本体を回転させる。正しく処分（ 図2a）を配置するの略のような小さな綿ガーゼロールを使用してください。 </li><li>動物の頭を上げると、それは片側（ 図2a）にわずかに回転させる。 inserよく鼻を維持するスタンドとしてコットンロールを使用して、麻酔マスクにテッド。 </li><li>水平面に対して約30°の角度で調理台を傾ける。 </li><li>垂直面に対して約30°の角度で撮像トランスデューサをオンにします。 </li></ol></li><li>超音波と光音響解剖学的および血管画像取得<ol><li>上のイメージングスキャンを回し、実験（ 図3a）の可能性のある一定の要件を尊重するBモード画像取得し、適切に設定された全ての画像取得パラメータを入力してください。 注：変換器のための可能な最大侵入深さを有するために、できるだけ低い送信中心周波数（16MHzの、 図3b）を設定します。 </li><li>動物の頭の上に低刺激性の水溶性の超音波伝送ゲルの一貫性のある層（約1cm厚）（ 図2b）を廃棄してください。同じゲルの薄層を有するトランスデューサヘッドを覆い、raの上の層と接触して置くトン。ローカライズされた低体温症を最小限に抑えるために温かいゲルを使用してください。 </li><li> Bモードの画像取得を開始して、解剖学的参照を識別することにより、モニタの中間点に関心領域を中心とすることにより、リアルタイムでのトランスデューサの位置を調整する。彼らは否定的買収に影響するため、ゲル層に閉じ込められた任意のレベルで気泡を除去してください。 </li><li>最適なビームフォーカリゼーションを得るために、アイ（ 図4a）に耳を結ぶ仮想軸に整列させるためにトランスデューサーを配置します。時計回りまたは反時計回りの回転（ 図4b及びc）により、内部脳容積の異なるビューを取得します。 </li><li>最終的には安定的に細かい方法で、位置とチューニングする向きを固定するために機械的なスタンドにトランスデューサを固定します。 </li><li>関心のある脳領域が最適なペーハーを受信するために、US-LAS​​ERトランスデューサ源に対して深さ10 mmに局在していることを確認耳音響応答信号（ 図5）。そして、正確に分析したエリアの中心に米国の波フォーカリゼーションのインジケーターを配置。 注：関心領域の研究の間に、位置工程を促進するために、呼吸ゲートオプションの活性化を回避する。 </li><li>高感度な方法で内部の脳の血管を可視化するための色ドップラーモードに入ります。 </li><li>位置決めが所望の領域を可視化するための適切な方法で設定された後、移動（ 図6a）に関連する望ましくない効果を回避するために呼吸ゲートオプションを有効。 </li><li>カラードップラーモード（ 図6b）で所望の取得パラメータセットを選択して、浸透深さが数mmまで、血流速度及び方向を区別するために、このモダリティの画像を取得する。 </li><li>パルス波ドップラーモードを入力し、動脈血拍動を検出するための画像を取得し、動脈aを区別するためにND静脈。 </li><li>流量の評価違い従ってフラックス移動によるイベント、および散乱の数に基づいて信号の定量化を行うためにパワードップラーモード設定取得パラメータ（ 図7）を入力する。 </li><li>光音響モードに入り、適切に与えられたエリア内の血液の総ヘモグロビン量や酸素化の程度に関するデータを収集するために取得パラメータ（ 図8a）を絞り込む。 （680ナノメートルから970ナノメートル、 図8b）は、全波長スペクトルにレーザー励起を生成することにより、組織内部の異なる化学状態における総ヘモグロビン存在の吸収を定量することができる。単一の特定の波長（ 図8c）上の信号収集を行うことにより、オキシデオキシ純粋種の吸収に起因する異なる信号寄与を分離することが可能である。 </li></ol></li></ol>ビューの後頭部ポイント3.イメージング<ol><li>動物の位置決め<ol><li>動物の頭を下げて、正しく処分を手配し、横方向のスタンドのような小さな綿ガーゼロールを使用し、腹臥位で動物を維持。 </li><li>動物の頭部の横断面（ 図9）に撮像トランスデューサと平行に回します。 注：この方法では、買収は、頭蓋骨の基礎で後頭部孔を通じて中央に配置されます。プローブの向き（ 図9）の傾斜角度を変化させることにより、その設定傾きに応じて、異なるビューの内部容器の画像を取得することが可能となる。 </li></ol></li><li>超音波と光音響解剖学的および血管画像取得<ol><li>以前に（ 図3）に報告し、プローブ上に、動物のうなじに必要な超音波ゲル層を広げるように、Bモード画像の取得を入力して、すべての画像取得パラメータを設定します。 </li><li> ORDで、ほぼ水平に滞在するトランスデューサーを配置小胞体は、身体の解剖学的後方から前方の軸に沿って方向付けられる。鼻の正面側にそれを向け、わずかに前方に傾け。 </li><li> Bモードとカラードップラーモードでの画像取得を開始する（ 図3及び図6）。正確なトランスデューサの位置を調整し、前述のように、ゲルコートから気泡を除去する。可能な場合は、罰金のように向きを制御し、目的の解剖学的領域の画像を取得するための最良の傾斜角を選択することがしっかりとスタンドにトランスデューサを固定します。 </li><li>適切に取得パラメータ（ 図7）を設定することにより、パワードップラーモードで内部脳血管を可視化する。 </li><li>パルス波ドップラーモードによる激しく脈動動脈をローカライズ。逆に血流脈動の低いレベルによって特徴付けられる静脈と区別する。 </li><li>適切ACQを適合させることにより、カラードップラーモードにおける血流速度データ及び方向を収集uisitionパラメータ（ 図6）。 </li><li>光音響取得によって得られた化学血情報（ 図8）を添加することにより、完全な深部脳血行動態特性データセット。そのような一般的に750及び850nmで（ 図8c）でのレーザー励起波長を設定することによって測定されるO 2飽和度及び総ヘモグロビン含量（HBT）のような、特に血液のパラメータの量を評価することによってこれを行う。 </li></ol></li></ol> 4.集録の最後と動物の取り外し注記：正しく動物に適用される麻酔薬の投与量に関連する主な制限が施された画像取得工程（ステップ1からステップ3に）、専用の全体の時間を考慮してください。 <ol><li>すべて取得したデータを保存して、光音響取得モードを終了することにより、レーザパルスをオフにして、トランスデューサを距離。 </li><li> ANIを維持しながら麻酔の影響下MALは、優しく湿った綿棒で目から保護ゲルを除去することによって、それをきれいにするために開始します。その後濡れたスポンジでそれらを清掃し、完全に頭と鼻から超音波ゲルを除去するためにへらと、いくつかの紙タオルを使用してください。デリケートな剃り肌を傷つけないように注意してください。 </li><li>手足を固定し、生理的パラメータを監視するセンサーからそれらを切断するために使用される接着剤のパッチを取り出します。急速に別のケージに取得ワークトップから動物を転送する。 </li><li>麻酔からの回復のための小さなケージに動物をホストします。動物は侵略を防ぐために、このフェーズ中にケージを共有してはならないことを確認してください</li><li>動物を暖かく保つために、赤外光の下で回復ケージを置きます。それは胸骨横臥位を維持するのに十分な意識を取り戻したまで待ちます。動物の飼育室に移動する前に、動物の全般的な健康状態を確認してください。 </li></ol>

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この記事の発行手数料は、Visual Sonics社が主催した。

提示プロトコルは、小動物に非常に効果的な脳イメージング性能を提供するために最適化された。画像が正確に取得パラメータと頭蓋骨間孔にトランスデューサの位置についての指示に従うことによって、異なるモダリティで取得することができる。米国およびレーザーが正しく後頭部よりも小さい孔を貫通して、可能な限り正確にセンタリングされなければならないので、特に、耳側に位置決めが最も重要である。それにもかかわらず、この実験の設定のおかげで、生理的あるいは病的コンテストに関連する血行動態の機能がアクセス可能であっても、通常、特徴付けることが困難な深部脳領域において評価することができる。 成功した画像取得トランスデューサ位置決め精度に依存するため、この依存性は、結像性能に影響を与える可能性があるため、慎重に考慮しなければならない。例えば、興味のあるいくつかの解剖学的構造が完全に取得撮像面に含まれていないことができ、単に部分的なビジョンを提供した画像から、その識別が次善の可能性があります。また、三次元のモダリティ（3Dモード）で行わ米国およびPA画像取得は、予め定義された自動化経路に沿って移動するように変換器を必要とするので、先に、実験設定を説明したとの互換性がないであろう最後に、天災解剖学的変動のため、頭蓋骨の開口部の寸法はかなりため、取得プロセスで予測不可能な影響を持つ、動物間で異なる場合があります。このことは、個々の特性に画質が依存させる。したがって、いくつかの動物にこの戦略を適用することが不可能に実験プロトコルを設計する際に考慮しなければならない。 具体的には、著しい関心が決定する上で、その基本的な役割のために血行動態、宛てである全身投与28〜29の後に薬物または他の外因性分子の生体内分布。分子イメージングの分野で応用的な意味は、超音波によって誘導されるBBBの開口部30を必要とする画像をモニター薬物送達研究の血液プールイメージング造影剤の検証に至るまで、多くのである。これらの研究目的のすべてが確実にいかなる追加手術なしで、死亡または望ましくない副作用のリスクを大幅に低減され、同じ動物モデルにおける長期的な監視が可能であり、それを考慮したプロトコル、最小限の侵襲性の恩恵を受ける。 要約すると、提示されたプロトコルを効率的に画像と正しく解剖学的地形や研究用動物モデルにおいて、正常または病的な脳組織の血管パターンを解釈するために開業医が可能になります。現在の方法は、主に皮質のイメージング25-27断層に制限されていますが、この設定は機会tを提供しますO両方の米国とPAイメージングによって提供される利点をマージして、深い脳生理学に影響を与えるいくつかのプロセスを説明する。

微小小動物の中枢神経系に、脳血行動態の特徴を説明するための戦略は、神経科学1-3のフィールドを進めるために必要とされる。提示された技術は、血管生物学、配置や機能を調べるために小さな動物の脳で非侵襲的音響と光音響イメージングを実行する方法を示します。 光イメージング技術は、神経活動2,4-5に関連するイベントの局在化を可能にし、同時に酸素および非酸化状態6中のヘモグロビンによって生成された信号を取得する。しかし、フォトニック吸収及び散乱に起因し、純粋な光学イメージングは乏しい空間分解能及び限られた組織浸透深さ7~8苦しむ。逆に、音響は、高い空空間分解能でより深いイメージングを行う機会を提供していますが、それは、スペックや限られたコントラスト9-11によって妨げられている。フォトニクスwiの特徴を組み合わせることによって目の超音波、光音響技術は、撮影し、単一の方法12〜16の診断潜在的可能性の両方を向上させます。 脳の光音響イメージングは、神経生物学における複数の問題を解明する可能性は、しかしながら、自然に脳を保護タツナミソウは、劇的に両方のニックと、超音波組織穿通17-19制限している。また、骨は、感度と画像収差17-18の損失をもたらす光と音の両方の散乱を促進する。その結果、脳の超音波と光音響イメージングは、簡単に前に骨化20に新生児の動物に対して実施するが、成人の脳の深部解剖学、生理学だけ開頭21,22の後に明らかにアクセス可能であることができます。残念ながら、頭蓋骨の除去に必要な手術は技術的に困難であり、その効果は、いくつかの実験の目的のために有害であり得ることが困難で神経疾患の進行をモニターすること時間をかけて同じ動物。したがって、小動物モデルにおける画像深い脳生物に対して非侵襲的な方法が非常に望ましい。文献に光子リサイクラ17に記載の方法は、携帯電話の損失を低減し、信号対雑音比（SNR）と、ターゲットのコントラストに光音響信号を改善する、無傷の頭骨を通しての透過率を増加させる方法として報告されている。 提示されたプロトコルは、あらゆる侵襲手術なしで（特にラット）研究用げっ歯類に皮質下の脳の音響と光音響イメージングのための信頼できる方法を提供することを目的とする。手順は、高周波数超音波と光音響イメージングのための携帯用変換装置の使用に基づいている。当然薄く有する特定頭蓋領域の選択を可能にする画像処理技術23、ポータブルおよび方向変換器24断層とは対照的に、亀裂またはscissures称される。脊椎動物A上に存在する主要な割れ目（間孔）ニマル頭蓋骨は、身体の他の部分に内部脳回路を接続する神経束、血管または他の構造を見つけることが必要である。主要クレフトは、超音波およびレーザーのための特定の通路として利用することができる異なるサイズの骨の開口部内に見出される。このような標的画像は、骨インターフェイスによって引き起こさ波反射の影響を低減し、撮像侵入深さを増強することによって感度を高める。この観点では、撮像トランスデューサは、最大限これらの領域に超音波と光ビームを収束させるために、（ 図1）時間的及び頭蓋骨の後頭部側に位置するクレフトに対して垂直に配置することができる。この配向は、信号品質を向上させ、他の頭蓋の向きに対して薄い骨の層を介して進行する信号を強制的に両方。したがって、送信および反射波は、より深いから生じる強烈な信号の収集を可能にする、散乱の程度が低い受ける組織層。他の手術は必要ありませんしながら、以前の手順とは対照的に、この実験的な設定は、単に動物のヘッドシェービングが必要です。 提案されたプロトコルでは、イメージングは​​、動物の皮膚と頭蓋骨がそのまま残る全てながら、特定の参照解剖学的構造及び技術の方法の現在の状態よりも深い血管の両方を明らかにし、比較的高い空間分解能で実行される。ユニーク冠状及びアキシャル画像は、光音響イメージングに並列に様々な超音波画像取得モダリティ（B、パワードップラー、カラードップラー、パルス波モード）を利用することによって取得することができる。パラメータの拡張されたレパートリーは、血行動態に影響する特徴の集合全体と一緒に実質および血管の解剖学的構造の描写を可能にする、これらの画像から抽出することができる。このプロトコルは、高周波数の超音波Bモードモダリティ、脳底と内頸動脈（画像基本皮質実質の機能に使用することができますそれぞれBAとICA）ウィリス、中大脳動脈（MCA）と循環装置のその他の詳細のサークルを構成する。さらに、血流の定量化は、方向動き記述及び酸素飽和度のデータは、脳深部領域に皮質から採取することができる、ストリームの速度を意味する。 この新しい戦略は、様々なアプリケーションのための大きな可能性を保持しており、さまざまな病態に重要である脳深部の特徴を描写するための信頼性のある手順については、緊急の必要性を満たす。さらに、なぜならその最小限の侵襲性、提示プロトコルは、中枢神経系に無数の可能性イメージング研究、長期的なモニタリングを必要とするか、繊細な病的な動物モデルを含む特にそれらを有効にすることができます。

<table><tbody><tr><td>高周波超音波・光音響イメージングステーション(VEVO LAZR 2100システム)&nbsp;</td><td>富士フイルムビジュアルソニックス株式会社</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vevo Compact Dual Anesthesia System(卓上型)&nbsp;&nbsp;</td><td>富士フイルムビジュアルソニックス株式会社</td><td></td><td>http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODt Sht.dpuf</td></tr><tr><td>超音波透過ジェル (アクアソニック100)</td><td>Parker Laboratories Inc.</td><td>01-08</td><td></td></tr><tr><td>http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp Sprague-Dawleyラット</td><td>Charles River Laboratories Charles River Laboratories</td><td></td>から<td>3匹の健康な生後6週間のSprague-Dawleyラットを購入し、標準的な齧歯類の餌と水ad libitumで標準的なハウジング(12時間の明暗サイクル)で飼育しました。提供元:http://www.criver.com/</td></tr></tbody></table>

非侵襲的実質細胞、血管および代謝高周波超音波および光音響ラット脳深部イメージング

Non-invasive Parenchymal, Vascular and Metabolic High-frequency Ultrasound and Photoacoustic Rat Deep Brain Imaging

光音響と高周波超音波は、小動物の中枢神経系の高解像度イメージングを可能にする神経生物学的応用のための強力なツールとして際立っています。しかし、経皮および経頭蓋ニューロイメージングは、低感度、画像収差、空間分解能の低下などの影響を受けやすく、イメージング前に頭皮や頭蓋骨の除去が必要になります。この課題を克服するために、動物の皮膚と頭蓋骨をそのままに光音響および高周波超音波イメージングにより、脳の血行動態に関する重要な洞察を得るための新しいプロトコルが提示されます。この手順は、超音波(US)波とレーザーが動物の頭蓋骨に自然に存在する亀裂を直接通過することに依存しています。頭蓋骨の厚さが薄くなっている、または完全に存在しないこれらの選択された領域に正確に対応してイメージングトランスデューサデバイスを並置することにより、高品質の深部画像を取得し、侵襲的なアプローチなしでは解剖学的または機能的に記述するのが通常は難しい脳内の領域を探索することができます。この実験手順を適用することにより、音響モダリティと光音響モダリティの両方で重要なデータを収集でき、頭部表面のはるか下にある実質および血管の解剖学的構造を画像化することができます。実質の畳み込みや葉を隔てる亀裂などの脳深部の特徴がはっきりと見えました。さらに、大小の血管の形状を数ミリメートルの深さで画像化し、血流束、血管流の速度、ヘモグロビンの化学状態について正確な情報を収集しました。このデータのレパートリーは、脳血管疾患の研究から、外因性化学物質やイメージングコントラスト増強特性を持つ他の物体の全身投与を含む実験的技術まで、いくつかの研究コンテストで重要になる可能性があります。結論として、提示されたプロトコルのおかげで、米国およびPA技術は、皮質および内部脳イメージングのための魅力的な非侵襲的性能競争力のある手段となり、多くの神経学的分野で大きな可能性を保持しています。

この方法は、画像に比較的高い空間分解能、無傷の動物の皮膚と頭蓋骨との現在の技術よりも深くで解剖学的基準構造および血管の特定の両方を可能にする。私たちの実験条件では、PA信号の深さは4.5ミリメートルで、軸方向の解像度がFOV 23 X 15.5センチメートルと75μmである。光音響トモグラフィのモダリティ19を用いた実験は、分解能&lt;1mmの値を示した。 SNR値の範囲は、21.6デシベルから（ランダム脳組織および背景上の選択5つの異なる点によって得られたもの）23.8デシベルである。頭蓋骨一時側のトランスデューサを並置する、脳画像は、ビューの結果として生じる横方向の結像点（ 図4）と、変換器の選択された配置角度に基づいて横方向あるいは冠状切片として取得できる。彼らは非常に交流の面で異なっているとして、表皮、頭蓋骨と実質材料がよく、超音波Bモードで表現されているoustic impendence（ 図10）。その構成は、ビューの選択した点に依存していても、実質上のいくつかの解剖学的参照サイトは、脳皮質からの内部部分と特徴的な形の視索（ 図10）を分離する亀裂として、認識可能である。さらに、血管の大多数は、超音波と光音響イメージングモダリティの両方で表示されます。動物の大脳の外部側面に沿って他の主要大型船と内頚動脈（ICA）の特性の交点を容易に認識することができる。このようなICAなどの大血管の経路は、エネルギー及び酸素の一貫性ニューロンの必要性を満たすために大量の血液供給を提供する。 ICAは、総頸動脈（CCA）、深さの数ミリメートルのヘッドの側面上で動作するから発信され、そのすべての分岐サイトを超えて、最後に正面ヘッド部分に到達する。この主な血流がintermedi間で広がる食べたサイズの血管を、最終的に神経細胞に栄養を与える常に小さい細動脈に運ばれる前に。ビューの時間的な観点からは、前方及び側方脳側に向けた血管に分岐内部大脳動脈パターンを追跡することが可能である。冠状及び横断画像は、眼および動物の耳介を結ぶ仮想軸（ 図4）の方向に対してトランスデューサの異なる傾きを取得することができる。 図4で説明した突起によるトランスデューサを傾けることによって、それがICAおよび二つ以上のブランチにさらに分割から生じる中大脳動脈（MCA）の解像画像を得ることが可能であることを最終的にサラウンド皮質ローブ（11および図12）。図4cおよびICAのために示したように、図4bに示したように、最高の視覚化は、プローブ傾斜してMCAが得られた。 血液電流の方向情報カラードップラー取得します（ 図13）が利用できるおかげである間ドップラーベースの音響イメージングは、小さな枝を明らかにする。 MCA動脈機能は、パルス波超音波技術（ 図14及び図15）によって確認される。赤血球の循環に含まれるヘモグロビンの光音響信号を検出し、その分子の酸化状態に関するデータを収集するために、血液の酸素飽和度を算出するために分析した（ 図16および図17）ことができる。血液の酸素含有量は、静脈血から動脈血の識別を確認するために、音波データと相関させることができる。 後頭部孔に向けてトランスデューサを指すことによって、ビジョンが頭軸平面（ 図9）上に投影され、この撮像面には、可変の傾斜角度で決済することができます。この場合、ビューの脳画像の後方点によって内包することができなぜなら、より大きな後頭部エントリの高い侵入深さ、。ウィリス輪、深部脳における特徴的血管構造は、ローカライズされた、すべての上記の技術を適用することにより調べることができる。脳底動脈（BA）は、小脳の腹側で実行されている、最終的には脳につながると対称的に2つのブランチに分岐する。腹側脳にこれらの二つの枝が広がって、その後、したがって環構造（ウィリスのサークル）を作成し、再び一緒に参加する。この基底深い円は、（それぞれPCA、MCAとACA）などの後方、中東と前大脳動脈などのすべての中間サイズの血管が発生し、そこから血管基底、ある、脳への大規模な血液供給の主要なエフェクターであること。カラードップラーモードでは、中間の大きさの枝の同定が可能であり、ウィリス（ 図18）のサークルに入る（PCAなど）湾曲した血管セグメントの明確な可視化を可能にします。 "&gt;脳実質組織はまた、スペクトルプロットにおける血管特性評価を表示するには後頭部投影（ 図19）にPAモダリティで記録した（ 図20）。このスペクトルと動脈と静脈の血管からの信号を区別することが可能であるNT。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig1highres.jpg"> 図1：頭蓋骨の孔を画像取得のためのビューのそれぞれの点の位置プロファイル（a）と撮像トランスデューサ素子は、時間孔（紫矢印）に並置されるように配置することができる部位でラットの頭後頭孔に関する。プロファイル（b）の中（黄色の矢印）。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig2highres.jpg"> 図2：一時的なイメージacquisitioための動物の処分N。 （a）は、画像取得のためのワークトップ上の動物の配置：ヘッドシェービングの後、動物はわずかに側頭部側を露出させるために一方の側に傾いた本体と、腹臥位に置かれる。ワークトップは、おそらく取得中に、動物の身体を暖かく保つために加熱装置を持たせることができる。接着性パッチは、バイタルサインモニタするためのセンサに足を固定しながら、いくつかの綿のロールは、この位置を得るために用いることができる。（b）は 、超音波ゲルの一貫性のある層は、トランスデューサは、撮像中に配置されたヘッドの面積をカバーする。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig3highres.jpg" width="550"> 図3：Bモードイメージングのための取得パラメータ。 （a）の Bにおける脳イメージングのために用いられる重要な取得パラメータをレポートパネルを示す説明スクリーン-mode。（b）に重要なことは、送信周波数が低い値（16メガヘルツ）にセットし、米国の組織浸透を改善する。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig4highres.jpg"> 図4：一時的な孔から横画像取得トランスデューサ傾斜画像取得面を変化させるために、眼およびチルト運動（赤矢印）に耳介を結ぶ軸（a）の仮想基準と、（b）運動反に関して。参照耳-眼軸とトランスデューサ位置の可変傾斜、基準耳-眼軸とトランスデューサ位置の可変傾きに対するc）の時計回りの動き。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig5highres.jpg"> 図5：米国のための最適な焦点深度関心領域を探している間及びPAの画像取得は、（黄色の三角形で表される）は、撮像焦点深度は、最適な結像性能を得るためには、US /レーザー光源からの深さが約10 [mm]に設定されなければならない。 <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig6highres.jpg" width="300"> 図6：カラードプラモード画像の取得パラメータ。 （a）は、カラードプラモードでの画像取得を開始する前に、呼吸ゲートオプションは、生理学的呼吸運動によって生成されるアーティファクトを回避するために、オンにすることができる。カラードプラ脳イメージングに用いられる重要な取得パラメータを示す（b）に例示するスクリーンショットモード。 <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig7highres.jpg" width="300"> 図7：取得パワードップラーモード映像のためのパラメータ。パワードップラーモードでの脳の画像化のために用いられる重要な取得パラメータを示す説明スクリーンショット。 <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig8highres.jpg"> 図8：光音響モード画像の取得パラメータ。 （a）のパネルは光音響モードでの脳の画像化のために用いられる重要な取得パラメータを報告する。光音響スペクトルの（b）の取得、5nmの波長間隔を680nmから970nmの範囲のレーザー励起に基づく（ステップ称されるそれぞれ脱酸素と酸化ヘモグロビン信号の識別のため、750 nmおよび850 nmでの単一波光音響モードに採用サイズ）。（c）の取得パラメータ。 fig9highres.jpg "/&gt; 図9：後頭孔から横の画像取得（a）は 、動物の首にトランスデューサの位置（黄色の矢印）と事実上のセクションcaudo-吻側方向に頭部結果の横方向の撮像面、トランスデューサの位置の（b）は後面図と。画像獲得面。 <img alt="図10" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig10highres.jpg"> 図10：解剖学的参照の個性化のための一時的な孔からBモード取得（表皮（a）は 、頭蓋骨（b）および実質（c）は、容易に区別することができるが、他の解剖学的参照は、亀裂として検出することができる。 d）の腹側脳深部部と視神経管の（e）の特徴的な形状を囲む。 常に "&gt;：" =キープtogether.withinページFO」ve_content <img alt="図11" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig11highres.jpg"> 図11：血管参照の個性化のための一時的な孔を介して電力ドップラーモード取得 MCAは一時的な脳側のICAから調達。。このビューを取得するには、横方向の画像は、時間的孔の上にトランスデューサを指すことにより反時計方向に回転させることにより、買収された。 <img alt="図12" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig12highres.jpg"> 図12：血管参照の個性化のための一時的な孔を介して電力ドップラーモード取得 MCAは一時的な脳側のICAから調達。。このビューを取得するには、横方向の画像は、時間的孔の上にトランスデューサを指すことにより時計回り方向に回転させることにより、買収された。 図13：血管参照の個性化のための一時的な孔を通して色ドップラーモード取得 MCAは一時的な脳側のICAから調達。。血流の方向情報は、トランスデューサーデバイスに向けられかつそれから離れて、フラックスの動きとを区別する、カラースケールバーを用いて表現される。 <img alt="図14" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig14highres.jpg"> 図14：血管参照の個性化のための一時的な孔を通してパルス波モード取得仮想的に動脈と同定された血管内を循環血液の動脈の特性の確認：パルス波モード相関させることができるストリーム速度の変化についての情報を提供しています心臓の脈動効果（よりINTE静脈に比べて動脈の​​NSE）。 <img alt="図15" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig15highres.jpg"> 図15：ストリーム速度で心臓の脈動効果が無視できる静脈などの血管のパルス波モードによる血管の参考文献の同定個性化のための一時的な孔を通してパルス波モードの買収 。 <img alt="図16" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig16highres.jpg"> 図16：血管参照の個性化のための一時的な孔を通して光音響モード取得 。 Bモード（左）とシングル光音響波モード（右）によって可視化し、時間的脳側の実質内部船舶。スケールバーの色は、一つの選択波長で行うレーザー励起により誘導された光音響信号の異なる強度値を反映する。 O中静脈および動脈を個別化するRDERは、励起波長をそれぞれ脱酸素化及び酸化ヘモグロビンのための音響放射ピークを得るために、値を表す、750および850 nmに設定することができる。 <img alt="図17" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig17highres.jpg"> 図17：酸素と脱酸素化ヘモグロビン識別のための一時的な孔を通して光音響モード取得 。一時的な脳の側の内部の血管はBモード（左）とオキシHEMO光音響モード（右）により可視化。スケールバーの色は、血中ヘモグロビンの酸素飽和度の異なるパーセント値を反映する。 <img alt="図18" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig18highres.jpg"> 図18：血管参照の個性化のための後頭部卵円孔を通して色ドップラーモード取得 。腹脳の側に位置ウィリスのサークル、の地下構造を作成湾曲した血管セグメント。 <img alt="図19" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig19highres.jpg"> 図19：血管参照の個性化のための後頭部卵円孔を通して光音響とBモード買収 。 BモードでNell'immagine Siのpossono evidenziareルstrutture anatomiche individuabili詐欺ラproiezione occipitale電子ネッラcorrispondente acquisizione詐欺modalitàfotoacustica詐欺rilevamento spettrale TRA 670 nmの980 nmの（CONステップディ5 nm）を。 <img alt="図20" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig20highres.jpg"> 図20：血管参照の個性化のための後頭部卵円孔を通して光音響とBモード買収 。 Questaのではと想像viene rappresentato LO spettro corrispondeNTEアッレTREのROI tracciate A livelloデルparenchima cerebellare。でPARTICOLARE園tracciate A livelloディTRE strutture vascolari、ラCUI tipologia Siのdifferenzia A livello dell'andamento spettrale（ROIをFUXIA数Eセレステcorrispondono A strutture vascolari venose、ROI GIALLA corrisponde広告ウナSTRUTTURA vascolare arteriosa）。

本研究は、ラットの脳に対して非侵襲的な高周波超音波および光音響ベースのイメージングを行うための新しいプロトコルを説明しています。これにより、動物の頭蓋骨に自然に存在する頭蓋骨孔に信号を向けることにより、深部皮質下領域とその血管パターンを効率的に視覚化します。

Photoacoustics and high frequency ultrasound stands out as powerful tools for neurobiological applications enabling high-resolution imaging on the central ...

この手順の全体的な目標は、ラットの脳に対して非侵襲的な高周波超音波および光音響ベースのイメージングを実行して、深部皮質下領域とその血管パターンを視覚化することです。これは、最初に動物の脱毛と適切な位置決めを通じてイメージングのために動物を準備することによって達成されます。超音波および光音響イメージングステーション、ワークトップには、トランスデューサが配置され、仮想軸に位置合わせされ、耳と目が接続されて最適なビームが得られます。フォーカライゼーションを行うと、動物は時間的視点からの画像取得のために配置されます。解剖学的画像取得に続いて、血管画像を取得して脳内の血管を視覚化し、血流、速度、方向を決定します。血中総ヘモグロビン含有量と酸素化度も測定できます。次に、動物を後頭部からの画像取得のために配置し、続いて超音波および光音響脳の解剖学的および血管画像取得を行います。最終的に、光音響法は、その開発後に解剖学的脳画像と生理学的血管パラメータを表示するために使用されます。この技術は、神経イメージングの研究者が生理学的、血管的、および解剖学的構造を探求するための波を開きました。この方法は、神経機能に関する特定の情報を提供できるため、脳卒中や神経変性などの脳疾患の重要な質問に答えるのに役立ちます。まず、ラットを適切なisofフッ素チャンバー内に入れ、テキストプロトコルに記載されているように麻酔します。麻酔が有効になったら、ラットを取り外して体重を量ります。水溶性眼科用ジェルの薄い層を動物の目に広げて、動物を保護し、眼の生理的水分補給を維持します。.次に、ラットを超音波および光音響イメージングステーションのワークトップに寝かせ、適切なマスクの内側に鼻をすばやく配置し、動物を剃るための一定の麻酔の流れを提供します。髪の毛の一貫した層を広げ、頭の表面のクリームを取り除き、耳と首の周りの領域を覆います。クリームを数分間作用させた後、へらでそっと取り出します。濡れたスポンジでクリームの残りをすべてそっと取り除き、肌を正確にきれいにします。ラットを配置するには、動物を広げたワシの位置に配置します。電極クリームを数滴塗布した後、ワークトップのバイタルパラメータセンサーで一時停止を傾けて、バイタルサインを監視します。最後に、低刺激性の人工シルクパッチで手足を固定します。次に、動物の頭に低刺激性の水溶性超音波透過ゲルの一貫した層を処分します。トランスデューサーヘッドを同じゲルの薄い層で覆い、ラットの層に接触させます。動物の頭を持ち上げ、片側を少し回転させます。綿ロールをスタンドとして使用し、鼻先を麻酔マスクにしっかりと挿入します。ワークトップを水平面に対して約30度の角度で傾斜させます。イメージングトランスデューサーを垂直面に対して約30度の角度で回転させます。超音波および光音響の解剖学的および血管画像の取得には、イメージングスキャンをオンにします。Bモードの画像取得を開始し、実験の可能な要件を尊重するようにすべての画像取得パラメータを適切に設定します。トランスデューサの最大の浸透深さを持つために、送信中心周波数をできるだけ低く設定します。Bモードで画像取得を開始し、解剖学的参照を特定し、関心領域をモニターの中央点に中央に配置することにより、トランスデューサの位置をリアルタイムで調整します。トランスデューサーを仮想軸に合わせ、耳を目に接続して最適なビームを取得します。フォーカライゼーション。時計回りまたは反時計回りに回転することで、脳内の体積のさまざまなビューを取得します。最適な光音響応答信号を受信するために、関心のある脳領域が超音波レーザートランスデューサーソースに対して10ミリメートルの深さに局在していることを確認してください。次に、カラードップラーモードに入り、脳内の血管を高感度に可視化します。次に、色で設定された目的の取得パラメータを選択します。ドップラーモード。このモダリティで画像を取得し、血流、速度、方向を数ミリメートルの浸透深さまで区別します。パルス波ドップラーモードに入り、画像を取得して動脈の血液の脈動を検出し、動脈と静脈を区別します。次に、パワードップラーモードに入り、集録パラメータを設定して、磁束の移動によって引き起こされる散乱イベントの数に基づいて信号の定量化を実行し、流量の違いを評価します。次に、光音響モードに入り、取得パラメータを適切に調整して、特定の領域の血中総ヘモグロビン含有量または酸素化度に関するデータを収集します 全波長スペクトルでレーザー励起を生成することにより、組織内のさまざまな化学状態で存在する全ヘモグロビンの吸収を定量化して、後頭部の観点から画像化することができます。動物を腹臥位に保ち、動物の頭を下げ、小さな綿ガーゼロールを横方向のスタンドとして使用して、動物の位置を正しく配置します。イメージングトランスデューサーを動物の頭部の横断面と平行に回して、超音波および光音響解剖学的および血管画像を取得します。Bモードの画像取得に入り、すべての画像取得パラメータを設定します。前と同様に、必要な超音波ゲル層をプローブと動物のナップに広げます。パワードップラーモードで脳内血管を可視化し、取得パラメータを適切に設定します。パルス波ドップラーモードにより、激しく脈動する動脈の位置を特定します。カラードップラーモードで血流速度データと方向を収集するために、取得パラメータを適切に適応させます。取得したデータをすべて保存した後、光音響取得モードを終了してレーザーパルスをオフにし、動物を麻酔効果下に維持しながらトランスデューサーを離します。濡れた綿棒で目から保護ジェルをそっと取り除き、へらといくつかのペーパータオルを使用して、頭と鼻から超音波ジェルを完全に取り除きます。次に、濡れたスポンジでそれらをきれいにします。デリケートな剃毛肌を傷つけないように注意してください。手足を固定するために使用した粘着パッチを取り出し、生理学的パラメータを監視するセンサーから手足を外します。取得ワークトップから別のケージに動物を迅速に移し、テキストプロトコルに記載されているように、動物の回復を支援します。この方法により、特定の解剖学的参照構造と血管の両方を比較的高い空間分解能で深くイメージングできます。ここに示されているのは、内頸動脈またはICAから発生し、さらに2つ以上の枝に分かれて最終的に皮質葉を取り囲む中大脳動脈またはMCAの分解された画像です。ドップラーベースの音響イメージングは小さな枝を明らかにし、血流の方向性情報はカラードップラー取得で利用できます。MCA動脈の特徴は、パルス波超音波技術によって確認されます。ここに示されているのは、血管参照の個別化のための側頭孔を介したパルス波モード取得です。血中赤血球に含まれるヘモグロビンの光音響シグナルを検出・解析することで、その分子酸化状態に関するデータを収集し、血中酸素飽和度を計算することができます。動脈血と静脈血の識別を確認するために、血中酸素含有量を音波データと相関させることができます。脳実質組織も、スペクトルプロットで血管特性を示すために、後頭部投影で光音響モダリティで記録されました。このスペクトルにより、動脈血管と静脈血管に由来するシグナルを区別することが可能です。この手法が既存の方法と比較した場合の主な利点は、脳の解剖学的構造と関連する血管の挙動を、気分、頭蓋骨の傷跡のないフォトイメージングモードで研究できることです。このビデオを見た後、実質および血管の脳の特性を記録する方法と、酸素をリアルタイムで記録する方法をよく理解しているはずです。ヘモグロビンレベルは脳組織で変化します。

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

血液脳関門（BBB）のマイクロバブル媒介集束超音波の乱れは、脳の非侵襲的な標的薬物送達のための有望な技術です。...

ラットモデルでの経頭蓋集束超音波を用いた血液脳関門のMRI誘導破壊

出典: Giustetto, P., et al., Non-invasive Pranchymal, Vascular and Metabolic High-frequency Ultrasound and Photoacoustic Rat Deep Brain Imaging.J. Vis. Exp.

ラット脳血行動態の非侵襲的高周波超音波およびドップラーイメージング

出典: Kalva, S. K., et al., Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature.J. Vis. Exp.

皮質血管内の色素運動の光音響モニタリング

出典:Upputuri, P. K., et al.In vivo小動物の脳イメージングのための高性能小型光音響断層撮影システム。J. Vis. Exp. (2017)このビデオでは、光音響断層撮影法を用いたin...

光音響断層撮影法によるラット脳のin vivoイメージング

小型動物での高速インビボ脳イメージングのためのコンパクトパルスレーザダイオード光音響トモグラフィ（PLD-PAT）システムが実証されています。...

高性能小型光音響トモグラフィーシステム<em&gt;インビボ</em&gt;小動物脳イメージング

密集した脈打ったレーザーのダイオード・ベースの卓上の光音響の断層撮影 (PLD-PAT)...

ラット皮質脈管構造での洗浄・インおよび染料の洗浄を監視するためのパルスレーザーダイオードベースのデスクトップ光音響断層撮影

血液脳関門(BBB)は、マイクロバブル媒介性集中超音波(FUS)で一時的に破壊することができる。ここでは、非超音波専門家がアクセス可能なモジュラーFUSシステムを使用して、高スループットBBBのインビボでの開口のためのステップバイステッププロトコルについて説明する。...

げっ歯類における血液脳関門開口のためのハイスループット画像誘導定型神経ナビゲーションと集中超音波システム

この研究は、虚血性脳卒中の非侵襲的イメージングのためのマルチモーダル超音波ベースのイメージングプラットフォームの使用を示しています。このシステムは、光音響イメージングによる血液酸素化の定量化と、音響血管造影による脳内の灌流障害の定量化を可能にします。...

虚血性脳卒中の非侵襲的全脳イメージングのための統合光音響、超音波、および血管造影断層撮影(PAUSAT)

この研究では、頸静脈カテーテル法を受けた生きたラットを利用して血液脳関門(BBB)の開口部を監視する、磁気共鳴画像法(MRI)と低強度パルス焦点式超音波(FUS)を組み合わせたプロトコルについて説明しています。...

前臨床焦点式超音波システムによるラットの血液脳関門開口部のモニタリング

ここでは、ラットの脳微小血管系を画像化するために12.5μmの空間分解能を達成する超音波局在顕微鏡(ULM)のプロトコルについて説明します。血流の方向や速度を詳細に可視化し、脳循環や血管疾患の研究を進めるための強力なツールを提供します。...

超音波ローカリゼーション顕微鏡を用いたラット脳微小血管系の2次元超解像可視化

超音波局在顕微鏡 (ULM) は、最近開発された技術であり、 in vivo で微小血管系をイメージングする際に前例のないレベルの解像度を可能にします。この研究では、前臨床研究用に設計された標準化された機能的超音波イメージングプラットフォームを使用して、げっ歯類の脳微小血管系の超解像画像を取得する方法を詳細に説明します。...

げっ歯類の脳微小血管系の超解像マッピングのための超音波局在顕微鏡

学ぶラット脳の非侵襲的高周波超音波および光音響イメージング法。深部皮質下領域と血管パターンを可視化し、血流速度や方向、血色素酸素飽和度を定量化する技術を習得できます。

非侵襲的実質細胞、血管および代謝高周波超音波および光音響ラット脳深部イメージング

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