Name: フロー強化超音波による眼の深部血管イメージング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-10-04T14:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 29 s
Description: 学ぶフロー強化超音波を用いた眼の深部血管の三次元イメージング手法。金魚など有核赤血球を持つ生物で、色素網膜後方の血管構造を非侵襲的に可視化し、眼の機能進化を研究する。

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

この研究はカールスバーグ財団(CF17-0778;CF18-0658)、ルンドベック財団(R324-2019-1470;R346-2020-1210)、Velux Foundations(00022458)、The A.P. Møller Foundation for the Advancement of Medical Science、Marie Skłodowska-Curie助成金協定(No. 754513)に基づく欧州連合のHorizon 2020研究イノベーションプログラム、およびオーフス大学研究財団。

以下の議定書は、デンマーク食品農業水産省、デンマーク獣医食品局(許可番号2016-15-0201-00835)内のデンマーク動物実験検査官の許可を得て実施されました。
1.麻酔および超音波媒体
<ol><li>研究動物を麻酔する。 注:適切な麻酔の種類および用量は、種に大きく依存する。一般に、MS-222(3-アミノ安息香酸エチルメタンスルホン酸)、ベンゾカイン(4-アミノ安息香酸エチル)、およびプロポフォール(2,6-ジイソプロピルフェノール)などの浸漬ベースの麻酔薬は、えらまたは皮膚(例えば、0.ニジマスのL-1ベンゾカイン)。静脈内、筋肉内、腹腔内に投与することができる溶解化合物の範囲は、ガスベースの麻酔薬と同様に羊膜炎のために利用可能である。筋肉内投与のアルファクサロンは爬虫類(例えば、トカゲでは30mg・kg-1)に有用であり、ガスとして投与されるイソフルランは鳥類に有用である(例えば、ハトの場合は空気中で2%)。種を超えて利用可能な麻酔薬の完全な概要については、出版された文献30,31,32を参照してください。</li>
	<li>最適なレベルの麻酔を確認するために動物の反射神経を試験する。流量増強超音波手順は動きの騒音に敏感であるため、手順中に動物が完全に動かないことを確認してください。<ol>
<li>深すぎる麻酔は血流パターンを変化させる可能性があるため、実験の開始段階で用量滴定を行います。</li>
		<li>段階的に麻酔剤の投与量を増やし、単純な明るさモード(Bモード)超音波によって支援された目の血流を観察します。 注:最適なレベルの麻酔は、動物が目に見える眼血流で動かない(呼吸を除く)ときに得られます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>麻酔薬の種類/用量が呼吸運動に許容されない場合は、例えば、水生種の水に酸素を供給するためにエアポンプを使用するか、空気呼吸種のために換気装置を使用するなど、動物の適切な換気を確保してください。</li>
	<li>上から目に直接アクセスできる姿勢で動物を置きます。 注:種に応じて、これは仰臥位または横方向の位置のいずれかにすることができます。非反応性金属(ステンレス鋼など)の小さな部分と緩いゴムバンド( 図1参照)を使用して簡単な保持装置を構築すると便利です。</li>
	<li>動物の目に適切な超音波媒体を置きます。鱗片状のまぶた(超音波不透過性)が目を覆う場合は、綿棒で静かに置き換えます。 注:水生種の場合、最高の超音波媒体は、動物が通常住んでいるきれいなタンク水です。陸生種の場合、大量の超音波ゲルは、眼の表面全体にわたって超音波トランスデューサ(すなわち、リニアアレイプローブ)の自由な動きおよび画像化を保証する。対側眼の獣医軟膏は陸生種に必要です。</li>
</ol>2. 2Dおよび3D眼超音波画像取得
<ol><li>超音波探触子の内側を、所望の画像の向きに応じて、背側/腹側または吻側/尾側のいずれかの向きで眼に位置決めします。</li>
	<li>Bモードでは、被写界深度が最大で、目の内側と最も深い部分を撮像し、関心のあるすべての構造が画像フィールドに見えることを確認します。 注:いくつかの種では、水晶体は硝子体ユーモアの比較的大きな割合を占め、特により高い周波数で超音波を吸収する可能性がある。</li>
	<li>リアルタイム画像を検査しながら、探触子をゆっくりと両側に移動します。関心のあるすべての構造が画像フィールドに表示されていることを確認します。そうでない場合は、周波数が低く被写界深度が大きい探触子に切り替えます。 メモ: 次の中心周波数では、21 MHz: 3 cm、40 MHz: 1.5 cm、50 MHz: 1 cm の最大被写界深度を使用できます( 表 1 を参照)。しかしながら、これらの最大被写界深度値は、眼が石灰化または他の超音波不透過性構造を含む場合、著しく低くなり得る。</li>
	<li>画像深度、深度オフセット(画像の上部から目的の構造までの距離)、画像幅、ならびに焦点ゾーンの数および位置を、3つの空間寸法(例えば、 1cm画像深度、2mm深度オフセット、1cm画像幅、1焦点ゾーン)のすべてにおいて所望の関心領域をカバーするように調整する。 メモ:これらのパラメータを調整するボタンの具体的な名前は超音波システムによって異なる場合がありますが、ほとんどのシステムにはこれらの調整の論理的な名前のボタンがあります。これらの画像パラメータ設定は、通常、超音波取得の可能な時間分解能の範囲に影響を及ぼす。</li>
	<li>フレームレートを50~120フレーム・s-1の範囲で設定します。 注:時間分解能(すなわち、連続するBスキャン間の時間間隔)は、画像化された血管において大きなピクセル強度変動性を示すのに十分でなければならない、すなわち、時間分解能が高すぎてはならない。一方、妥当な時間内に眼のフル3D記録を完了するには、時間分解能を低くしすぎることはできません。50-120フレーム・s-1 の範囲の時間分解能は、通常、ほとんどの種における流れ増強手順には十分である。いくつかの超音波システムでは、この所望の時間分解能は、「一般画像」(高空間/低時間分解能)および「心臓病」(低空間/高時間分解能)モードを切り替えることによって得ることができる。</li>
	<li>2Dゲインをレベル(~5dB)に調整して、解剖学的構造がBモード集録でのみ見えるようにして、その後の流量強化再構成で信号対雑音比を増加させます。</li>
	<li>1つのスライス位置で2Dフロー強調画像を取得するには、探触子をこの位置に平行移動し、ステップ3.1に進みます。</li>
	<li>関心領域全体、例えば網膜の3D記録を取得するには、トランスデューサを関心領域の1つの極端に変換します。<ol>
<li>関心領域の極端の正確な位置を決定するには、2D ゲインを短く増やします。</li>
		<li>探触子の正しい配置が完了したら、記録前に2Dゲインを下げて、その後の流量増強再構成で信号対雑音比を最大にします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>3D録画の各ステップ(スライス)について、≥100フレーム(最適には≥1000フレーム)を取得します。</li>
	<li>マイクロマニピュレータまたは内蔵トランスデューサモータを使用して、関心領域全体にわたってトランスデューサを25μmまたは50μmなどのステップで変換し(ステップサイズに注意してください)、各ステップに対して≥100フレームの取得を繰り返します。</li>
	<li>研究動物は、施設の動物ケアガイドラインに従って安楽死させる。</li>
</ol>3. フロー強調画像再構成
<ol><li>デジタルイメージングと医学のコミュニケーション(DICOM)ファイル形式(リトルエンディアン)に記録をエクスポートします。</li>
	<li>≥100 フレーム (T) のシネ録画に基づいて単一のフロー強調画像を生成するには、次の式を使用してピクセル レベル (STD(x,y)) の標準偏差を計算します。 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62986/62986eq01.jpg"> ここで、It(x,y) は時刻 t における (x,y) ピクセル座標におけるピクセルの強度であり、Īt(x,y) は時間の経過に伴う I の算術平均値です。</li>
	<li>3D 記録の各スライスについて、手順 3.2 を繰り返します。</li>
	<li>3D記録の複数スライスのSTD計算と画像再構成プロセスを自動化するには、ImageJや補足マクロスクリプト(補足ファイル1)などを使用して、この操作をバッチモードで実行します。</li>
	<li>再構築されたすべてのスライスを 1 つのイメージ スタックに結合します (ImageJ の [イメージからスタックへ] コマンド)。</li>
	<li>取得時に使用したステップサイズからスライスの厚さを指定します(ImageJの[プロパティ] コマンド)。</li>
	<li>イメージ スタックを 3D TIF ファイルとして保存します。 注:眼血管のフロー加重3次元記録は、その後、ボリュームレンダリングを作成し、眼の血管構造のデジタルおよび物理解剖学的モデルを構築するために使用することができる。これらの画像処理オプションは、このプロトコルの範囲外です。詳細については、以前に公開された記事33,34,35を参照してください。</li>
</ol>

<ol><li>Yu, C. Q., Schwab, I. R., Dubielzig, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feeding+the+vertebrate+retina+from+the+Cambrian+to+the+Tertiary%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Zoology%22%5BJournal%5D)">Feeding the vertebrate retina from the Cambrian to the Tertiary.</a> Journal of Zoology. 278 (4), 259-269 (2009).</li>
<li>Yu, D. Y., Cringle, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxygen+distribution+and+consumption+within+the+retina+in+vascularised+and+avascular+retinas+and+in+animal+models+of+retinal+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Retinal+and+Eye+Research%22%5BJournal%5D)">Oxygen distribution and consumption within the retina in vascularised and avascular retinas and in animal models of retinal disease.</a> Progress in Retinal and Eye Research. 20 (2), 175-208 (2001).</li>
<li>Country, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retinal+metabolism%3A+A+comparative+look+at+energetics+in+the+retina%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Retinal metabolism: A comparative look at energetics in the retina.</a> Brain Research. 1672, 50-57 (2017).</li>
<li>Damsgaard, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retinal+oxygen+supply+shaped+the+functional+evolution+of+the+vertebrate+eye%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Retinal oxygen supply shaped the functional evolution of the vertebrate eye.</a> Elife. , 8(2019).</li>
<li>Buttery, R. G., Hinrichsen, C. F. L., Weller, W. L., Haight, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+thick+should+a+retina+be%3F+A+comparative+study+of+mammalian+species+with+and+without+intraretinal+vasculature%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Research%22%5BJournal%5D)">How thick should a retina be? A comparative study of mammalian species with and without intraretinal vasculature.</a> Vision Research. 31 (2), 169-187 (1991).</li>
<li>Ames, A., Li, Y., Heher, E., Kimble, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+metabolism+of+rabbit+retina+as+related+to+function%3A+high+cost+of+Na%2B+transport%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Energy metabolism of rabbit retina as related to function: high cost of Na+ transport.</a> The Journal of Neuroscience. 12 (3), 840-853 (1992).</li>
<li>Chase, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Evolution+of+retinal+vascularization+in+mammals%3A+A+comparison+of+vascular+and+avascular+retinae%5BTitle%5D)+AND+%22Ophthalmology%22%5BJournal%5D)">The Evolution of retinal vascularization in mammals: A comparison of vascular and avascular retinae.</a> Ophthalmology. 89 (12), 1518-1525 (1982).</li>
<li>Johnson, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ophthalmoscopic+studies+on+the+eyes+of+mammals%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+of+London.+Series+B%2C+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Ophthalmoscopic studies on the eyes of mammals.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 254 (794), 207-220 (1968).</li>
<li>Johnson, G. L. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contributions+to+the+comparative+anatomy+of+the+mammalian+eye%2C+chiefly+based+on+ophthalmoscopic+examination%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+of+London.+Series+B%2C+Biological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Contributions to the comparative anatomy of the mammalian eye, chiefly based on ophthalmoscopic examination.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 194 (194-206), 1-82 (1901).</li>
<li>Rodriguez-Ramos Fernandez, J., Dubielzig, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ocular+comparative+anatomy+of+the+family+Rodentia%5BTitle%5D)+AND+%22Veterinary+Ophthalmology%22%5BJournal%5D)">Ocular comparative anatomy of the family Rodentia.</a> Veterinary Ophthalmology. 16, 94-99 (2013).</li>
<li>Copeland, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+vascularization+of+the+teleost+eye%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Topics+in+Eye+Research%22%5BJournal%5D)">Functional vascularization of the teleost eye.</a> Current Topics in Eye Research. 3, 219-280 (1980).</li>
<li>Meyer, D. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMeyer%2C+DB+%22The+Visual+System+in+Vertebrates.+Handbook+of+Sensory+Physiology%22">The Visual System in Vertebrates. Handbook of Sensory Physiology</a>. Crescitelli, F. 7, Springer. Berlin, Heidelberg. (1977).</li>
<li>Potier, S., Mitkus, M., Kelber, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+adaptations+of+diurnal+and+nocturnal+raptors%5BTitle%5D)+AND+%22Seminars+in+Cell+%26+Developmental+Biology%22%5BJournal%5D)">Visual adaptations of diurnal and nocturnal raptors.</a> Seminars in Cell & Developmental Biology. 106, 116-126 (2020).</li>
<li>Wittenberg, J. B., Wittenberg, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+secretion+of+oxygen+into+the+eye+of+fish%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Active secretion of oxygen into the eye of fish.</a> Nature. 194, 106-107 (1962).</li>
<li>Damsgaard, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiology+and+evolution+of+oxygen+secreting+mechanism+in+the+fisheye%5BTitle%5D)+AND+%22Comparative+Biochemistry+and+Physiology%22%5BJournal%5D)">Physiology and evolution of oxygen secreting mechanism in the fisheye.</a> Comparative Biochemistry and Physiology. 252, 110840(2021).</li>
<li>Damsgaard, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+acidification+mechanism+for+greatly+enhanced+oxygen+supply+to+the+fish+retina%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">A novel acidification mechanism for greatly enhanced oxygen supply to the fish retina.</a> Elife. 9, (2020).</li>
<li>Wittenberg, J. B., Haedrich, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+choroid+rete+mirabile+of+the+fish+eye.+II.+Distribution+and+relation+to+the+pseudobranch+and+to+the+swimbladder+rete+mirabile%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Bulletin%22%5BJournal%5D)">The choroid rete mirabile of the fish eye. II. Distribution and relation to the pseudobranch and to the swimbladder rete mirabile.</a> Biological Bulletin. 146 (1), 137-156 (1974).</li>
<li>Wittenberg, J. B., Wittenberg, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+choroid+rete+mirabile+of+the+fish+eye.+I.+Oxygen+secretion+and+structure%3A+comparison+with+the+swimbladder+rete+mirabile%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Bulletin%22%5BJournal%5D)">The choroid rete mirabile of the fish eye. I. Oxygen secretion and structure: comparison with the swimbladder rete mirabile.</a> Biological Bulletin. 146 (1), 116-136 (1974).</li>
<li>Berenbrink, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Historical+reconstructions+of+evolving+physiological+complexity%3A+O2+secretion+in+the+eye+and+swimbladder+of+fishes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Historical reconstructions of evolving physiological complexity: O2 secretion in the eye and swimbladder of fishes.</a> Journal of Experimental Biology. 210, Pt 9 1641-1652 (2007).</li>
<li>Berenbrink, M., Koldkjaer, P., Kepp, O., Cossins, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+oxygen+secretion+in+fishes+and+the+emergence+of+a+complex+physiological+system%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Evolution of oxygen secretion in fishes and the emergence of a complex physiological system.</a> Science. 307 (5716), 1752-1757 (2005).</li>
<li>Keane, P. A., Sadda, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retinal+imaging+in+the+twenty-first+century%3A+State+of+the+art+and+future+directions%5BTitle%5D)+AND+%22Ophthalmology%22%5BJournal%5D)">Retinal imaging in the twenty-first century: State of the art and future directions.</a> Ophthalmology. 121 (12), 2489-2500 (2014).</li>
<li>Yung, M., Klufas, M. A., Sarraf, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+applications+of+fundus+autofluorescence+in+retinal+disease%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Retina+and+Vitreous%22%5BJournal%5D)">Clinical applications of fundus autofluorescence in retinal disease.</a> International Journal of Retina and Vitreous. 2 (1), 12(2016).</li>
<li>Ang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+coherence+tomography+angiography%3A+a+review+of+current+and+future+clinical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Graefe%27s+Archive+for+Clinical+and+Experimental+Ophthalmology%22%5BJournal%5D)">Optical coherence tomography angiography: a review of current and future clinical applications.</a> Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 256 (2), 237-245 (2018).</li>
<li>Spaide, R. F., Koizumi, H., Pozonni, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+depth+imaging+spectral-domain+optical+coherence+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Ophthalmology%22%5BJournal%5D)">Enhanced depth imaging spectral-domain optical coherence tomography.</a> American Journal of Ophthalmology. 146 (4), 496-500 (2008).</li>
<li>Shen, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+tissue+and+vascular+layers+in+the+cat+retina%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of tissue and vascular layers in the cat retina.</a> Journal of Magnetic Resonance Imaging. 23 (4), 465-472 (2006).</li>
<li>Tan, G. X., Jamil, M., Tee, N. G., Zhong, L., Yap, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+reconstruction+of+chick+embryo+vascular+geometries+using+non-invasive+high-frequency+ultrasound+for+computational+fluid+dynamics+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">3D reconstruction of chick embryo vascular geometries using non-invasive high-frequency ultrasound for computational fluid dynamics studies.</a> Annals of Biomedical Engineering. 43 (11), 2780-2793 (2015).</li>
<li>Ho, S., Tan, G. X. Y., Foo, T. J., Phan-Thien, N., Yap, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organ+dynamics+and+fluid+dynamics+of+the+HH25+chick+embryonic+cardiac+ventricle+as+revealed+by+a+novel+4D+high-frequency+ultrasound+imaging+technique+and+computational+flow+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Organ dynamics and fluid dynamics of the HH25 chick embryonic cardiac ventricle as revealed by a novel 4D high-frequency ultrasound imaging technique and computational flow simulations.</a> Annals of Biomedical Engineering. 45 (10), 2309-2323 (2017).</li>
<li>Dittrich, A., Thygesen, M. M., Lauridsen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((2D+and+3D+echocardiography+in+the+Axolotl+%28Ambystoma+Mexicanum%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">2D and 3D echocardiography in the Axolotl (Ambystoma Mexicanum).</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (141), e57089(2018).</li>
<li>Jia, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Split-spectrum+amplitude-decorrelation+angiography+with+optical+coherence+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Split-spectrum amplitude-decorrelation angiography with optical coherence tomography.</a> Optics Express. 20 (4), 4710-4725 (2012).</li>
<li>Clarke, K. W., Trim, C. M., Trim, C. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aClarke%2C+KW+%22Veterinary+Anaesthesia+E-Book%22">Veterinary Anaesthesia E-Book</a>. , Elsevier Health Sciences. (2013).</li>
<li>Flecknell, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFlecknell%2C+P+%22Laboratory+Animal+Anaesthesia%22">Laboratory Animal Anaesthesia</a>. , Elsevier Science & Technology. (2015).</li>
<li>West, G., Heard, D., Caulkett, N. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWest%2C+G+%22Zoo+Animal+and+Wildlife+Immobilization+and+Anesthesia%22">Zoo Animal and Wildlife Immobilization and Anesthesia</a>. , John Wiley & Sons, Inc. (2014).</li>
<li>Lauridsen, H., Hansen, K., Nørgård, M. Ø, Wang, T., Pedersen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+tissue+to+silicon+to+plastic%3A+three-dimensional+printing+in+comparative+anatomy+and+physiology%5BTitle%5D)+AND+%22Royal+Society+Open+Science%22%5BJournal%5D)">From tissue to silicon to plastic: three-dimensional printing in comparative anatomy and physiology.</a> Royal Society Open Science. 3 (3), 150643(2016).</li>
<li>Lauridsen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inside+out%3A+Modern+imaging+techniques+to+reveal+animal+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Inside out: Modern imaging techniques to reveal animal anatomy.</a> PLoS One. 6 (3), 17879(2011).</li>
<li>Ruthensteiner, B., Heß, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Embedding+3D+models+of+biological+specimens+in+PDF+publications%5BTitle%5D)+AND+%22Microscopy+Research+and+Technique%22%5BJournal%5D)">Embedding 3D models of biological specimens in PDF publications.</a> Microscopy Research and Technique. 71 (11), 778-786 (2008).</li>
<li>Damsgaard, C., Lauridsen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+vascular+imaging+in+the+eye+with+flow-enhanced+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22bioRxiv%22%5BJournal%5D)">Deep vascular imaging in the eye with flow-enhanced ultrasound.</a> bioRxiv. , 447055(2021).</li>
<li>Mueller, R. L., Ryan Gregory, T., Gregory, S. M., Hsieh, A., Boore, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genome+size%2C+cell+size%2C+and+the+evolution+of+enucleated+erythrocytes+in+attenuate+salamanders%5BTitle%5D)+AND+%22Zoology%22%5BJournal%5D)">Genome size, cell size, and the evolution of enucleated erythrocytes in attenuate salamanders.</a> Zoology. 111 (3), 218-230 (2008).</li>
<li>Greis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+microvascular+blood+flow+by+contrast-enhanced+ultrasound+%28CEUS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Hemorheology+and+Microcirculation%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of microvascular blood flow by contrast-enhanced ultrasound (CEUS).</a> Clinical Hemorheology and Microcirculation. 49, 137-149 (2011).</li>
<li>Urs, R., Ketterling, J. A., Tezel, G., Silverman, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contrast-enhanced+plane-wave+ultrasound+imaging+of+the+rat+eye%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Eye+Research%22%5BJournal%5D)">Contrast-enhanced plane-wave ultrasound imaging of the rat eye.</a> Experimental Eye Research. 193, 107986(2020).</li>
<li>Walls, G. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWalls%2C+GL+%22The+vertebrate+eye+and+its+adaptive+radiation%22">The vertebrate eye and its adaptive radiation</a>. , Cranbrook Institute of Science. Michigan. (1942).</li>
</ol>

著者らは、完全な利益は存在しないと宣言している。

流れ増強超音波を用いた血管画像化は、現在の技術よりもいくつかの利点を提供するが、その本質的な限界を有する眼の血管系の非侵襲的画像化のための新しい方法を提供する。流れ増強超音波の主な利点は、網膜色素上皮を超える被写界深度を有する眼血管造影を生成する能力であり、これは光学技術における被写界深度を制限する。超音波イメージングでは、空間分解能と被写界深度は最終的に超音波トランスデューサ周波数によって決定され、周波数が高いほど空間分解能は向上しますが、被写界深度が浅くなるため、トランスデューサ周波数の選択は画像深度と空間分解能の間にトレードオフをもたらします。私たちの経験では、画像深度が1cmの小さな目には高周波超音波トランスデューサ(≥50MHz)を使用し<、画像深度1.5〜3.0cmの大きな目には低周波トランスデューサ(20〜40MHz)を使用して、最適な網膜超音波イメージングが達成されます。3D超音波スキャンの場合、追加のスライス寸法の解像度は、2D超音波スキャンのスタック内のスキャン間のステップサイズによって設定されます。私たちの経験では、20μm未満のステップサイズで3Dスキャンを行うことは困難です。 
<p class="j...

脊椎動物の網膜上の高い代謝は、2つの対照的なニーズの間に固有のトレードオフを課す。高い血流量と血管のない光路。赤血球の灌流の視覚的障害を避けるために、すべての脊椎動物の網膜は、光受容体の後ろの毛細血管のシートを介して酸素と栄養素を受け取ります1,2,3。しかし、この栄養素と酸素の単一の供給源は網膜の厚さに拡散制限を課す4,5ので、多くの視覚的に活性な種は、この代謝的に活性な器官に追加の血液供給を提供するために、様々な精巧な血管網を有する6。これらの血管床には、哺乳類および一部の魚類の網膜層を灌流する血管4、7、8、9、10、多くの魚類、爬虫類、および鳥類に見られる網膜の内側(光向き)側の血管4、11、12、13、および魚類脈絡膜の向流血管配置、脈絡膜reteミラビレは、超大気酸素分圧14、15、16、17、18、19、20の生成を可能にする。網膜栄養供給のためのこれらの追加の非脈絡膜経路は、優れた視力の代謝要求に燃料を供給する上で不可欠な役割を果たすにもかかわらず4、これらの血管構造の三次元解剖学は十分に理解されておらず、脊椎動物の眼の形態学的進化に関する我々の理解を制限する。
伝統的に、網膜血液供給は、眼底眼科検査などの光学的技術を用いて研究されてきた。このカテゴリーの技術は、非脈絡膜血管解剖学に関するハイスループットの非破壊的情報を高解像度で提供し21、したがって網膜血管構造の異常の臨床診断に容易に使用される22。しかしながら、網膜色素上皮は透過光を吸収し、これらの光学技術における視野の深さを制限し、造影剤21を使用せずに脈絡膜構造および機能に関する減少した情報を提供する。同様の深さの制限は、光干渉断層撮影法(OCT)でも経験される。この技術は、深度透過の技術的犠牲を払って光波を用いて高解像度眼底血管造影を生成することができ23、一方、強化された深度イメージングOCTは、網膜イメージング品質を犠牲にして脈絡膜を視覚化することができる24。磁気共鳴イメージングは、眼科検査とOCTの光学的限界を克服し、低解像度ではあるが網膜の血管層をマッピングすることができる25。組織学およびマイクロコンピュータ断層撮影法(μCT)は、光学技術の高分解能を維持し、全眼血管形態に関する情報を提供する4が、どちらの技術も眼のサンプリングを必要とするため、診療所や希少種または絶滅危惧種では不可能である。これらの確立された網膜画像化技術の限界のいくつかを克服するために、ここでの研究は、胚および心血管イメージングのために以前に説明したような類似の技術を適用することによって、眼全体にまたがる一連の等間隔の2次元超音波スキャン上で血液運動がインシリコでマッピングされる麻酔動物に関する超音波プロトコルを提示する26,27。28およびOCT血管造影29。このアプローチは、造影剤を使用せずに非侵襲的な3次元深眼血管造影の生成を可能にし、種間の眼内の血流分布をマッピングするための新しい道を開く。

<table><tbody><tr><td>MS-222</td><td>Σ</td><td>E10521-50G</td><td></td></tr><tr><td>ベンゾカイン</td><td>Σ</td><td>E-1501</td><td></td></tr><tr><td>プロポフォール</td><td>B Braun</td><td> 12260470_0320</td><td></td></tr><tr><td>Alfaxalon</td><td>Jurox</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Zoetis</td><td>50019100</td><td></td></tr><tr><td>超音波スキャナー</td><td>VisualSonics</td><td>Vevo 2100</td><td></td></tr></tbody></table>

フロー強化超音波による眼の深部血管イメージング

Deep Vascular Imaging in the Eye with Flow-Enhanced Ultrasound

眼内の網膜は、体内で最もエネルギーを要求する組織の1つであり、したがって、豊富な血液供給からの酸素送達の高い速度を必要とする。脈絡膜の毛細血管薄層は網膜の外表面に並び、ほとんどの脊椎動物の網膜で支配的な酸素源です。しかし、この血管床は、光吸収性の高い網膜の背後に位置しているため、従来の光学技術では画像化が困難です。ここでは、眼の深部血管床(0.5〜3cm)を高い時空間分解能で画像化するための、その後の流れ増強を伴う高周波超音波技術について説明する。この非侵襲的方法は、有核赤血球を有する種(非哺乳動物および胎児動物モデル)において良好に機能する。造影剤を使用せずに非侵襲的な3次元血管造影の生成を可能にし、ドップラーベースの超音波イメージング技術よりも高感度で血流角度に依存しない。

眼の血管床を画像化する流れ増強超音波技術は、種の範囲に適用することができ、現在、46の異なる脊椎動物種で使用されている(図1、表1)。非成体哺乳類脊椎動物における有核赤血球の存在は、シネ記録における静的組織と比較して、流れる血液の正のコントラストを提供する(補足ファイル2)。しかし、フレームごとに分析すると、血液と周囲の組織との明確な区別はそれほど明確ではありません(図2A)。このプロトコルで説明されている血流増強手順は、基本的に、2D空間(Tフレームで作られたスライス)でのマルチタイムポイント記録を単一の画像にコンパイルし、流れる血液に位置するピクセル単位の固有の信号値変動が周囲の静的組織よりも高い標準偏差をスコアリングし、したがって正のコントラストを生成する(図2B)。血管のコントラストを知覚的に高めるために、ルックアップテーブルを使用して疑似カラー画像を生成することがで...

我々は、造影剤を使用せずに眼内に3次元血管造影を生成するための非侵襲的超音波技術を提示する。

The retina within the eye is one of the most energy-demanding tissues in the body and thus requires high rates of oxygen delivery from a rich blood ...

フローエンハンスド超音波技術により、造影剤を使用せずに、目の血管系を3次元で画像化することができます。この技術の主な利点は、色素沈着した網膜の後ろにある前庭を画像化する安定性であり、これはいくつかの光学画像化技術では困難である。この手法は金魚で実証されていますが、有核赤血球を持つすべての種に適用できるため、研究者は目の機能進化についての洞察を得ることができます。この技術は、超音波画像および動物の取り扱いに関する基本的な訓練を受けた研究者によって適用することができる。最適なレベルの麻酔を確認した後、上から目に直接アクセスできる姿勢で動物を置きます。動物の目に適切な超音波媒体を置きます。鱗片状のまぶたが目を覆っている場合は、綿棒でこれらを静かに置き換えます。水生動物の場合、水は超音波媒体としてうまく機能し、次に、超音波トランスデューサを、所望の画像方向に応じて、背側腹側または吻側尾側方位のいずれかで、眼の内側に配置する。Bモードでは、被写界深度が最大で、目の内側と最も深い部分を画像化し、目的のすべての構造が画像フィールドに表示されていることを確認します。探触子をゆっくりと両側に移動し、リアルタイム画像を検査します。関心のあるすべての構造が画像フィールドに表示されていることを確認します。そうでない場合は、周波数が低く被写界深度の大きい探触子に切り替えます。画像深度、深度オフセット、画像幅、および焦点ゾーンの位置の数を調整して、3つの空間次元すべてで目的の関心領域をカバーします。次に、フレームレートを毎秒50〜120フレームの範囲に設定します。次に、解剖学的構造がBモード集録でしか見えないように2Dゲインをレベルに調整し、その後のフロー強化再構成で信号対雑音比を増加させます。1つのスライス位置で2Dの流量強調画像を取得するには、トランスデューサをこの位置に平行移動し、流れ強調画像再構成に進みます。関心領域全体の3D記録を取得するには、探触子を関心領域の1つの極端に変換します。極端の正確な位置を決定するには、2D ゲインを短く増やします。探触子を正しく配置したら、記録前に2Dゲインを下げて、その後の流量増強再構成で信号対雑音比を最大にしてください。3D 記録のステップまたはスライスごとに、100 フレームを超えるフレームを取得します。次に、マイクロマニピュレータまたは内蔵トランスデューサモータを使用して、関心領域全体にわたってトランスデューサを25マイクロメートルまたは50マイクロメートルのステップで平行移動し、各ステップに対して100フレーム以上の取得を繰り返します。フローを強化した画像を作成するには、録画を DICOM ファイル形式にエクスポートします。100 フレームを超えるシーン記録に基づいて 1 つのフロー強調画像を生成するには、この式を使用してピクセル レベルで標準偏差を計算し、3D 記録のスライスごとに計算を繰り返します。3D記録における複数スライスの標準偏差計算や画像再構成処理を自動化するには、テキスト原稿に用意されているImageJとマクロスクリプトを用いてバッチモードでこの操作を行います。ImageJ の [スタックするイメージ] コマンドを使用して、再構築されたすべてのイメージを 1 つのイメージ スタックに結合します。次に、「プロパティ」(Properties) コマンドを使用して、集録時に使用したステップサイズからスライスの厚さを指定し、イメージスタックを 3D TIFF ファイルとして保存します。非広告成体哺乳類脊椎動物における有核赤血球の存在は、シーン記録における静的組織と比較して、流れる血液の正のコントラストを提供する。しかし、フレームごとに分析すると、血液と周囲の組織との明確な区別はそれほど明確ではありません。この血流増強手順は、本質的に、2D空間でのマルチタイムポイント記録を単一の画像にコンパイルし、流れる血液中に配置されたピクセル単位の固有の信号値変動において、周囲の静的組織よりも高い標準偏差をスコア付けし、正のコントラストを生成する。3D集録では、既知の間隔を持つ複数の平行スライスを3D画像データに結合できます。3次元ボリュームレンダリングや解剖学的モデリングに使用できます。ドップラーベースの超音波イメージングは、血流を具体的に画像化するオプションも提供しますが、この方法よりも感度が低くなります。この流れ増強超音波手順は、有核赤血球を有する種の範囲における血流イメージングを可能にする。いくつかの魚類における脈絡膜レテミラビレのような深い眼血管床は、種中に存在すれば画像化することができる。この方法は、哺乳動物における有核赤血球の不在によって制限され、そこでは、流れ増強手順は、ある程度の血流コントラストを生成するが、有核赤血球を有する種ほど明確ではない。流量増強超音波は、運動ノイズに敏感です。呼吸の動きは、画像のぼやけや、組織の境界強調などのアーチファクトを引き起こす可能性があります。プロスペクティブゲーティングまたはレトロスペクティブゲーティングを使用して、モーションノイズを調整することができます。2Dおよび3D取得では、不安定な探触子のセットアップで麻酔が不十分なため、動物が動くことによって引き起こされるモーションアーチファクトを制限することが重要です。この技術の開発は、有核赤血球を有する脊椎動物の大多数の眼における深部血管網の非侵襲的なin vivo検査への道を開いた。

deep-vascular-imaging-in-the-eye-with-flow-enhanced-ultrasound

Research

JoVE Journal

Biology

生物学

合計網膜血流はドップラー光コヒーレンストモグラフィーと半自動グレーディングソフトウェアによって測定されます。...

網膜循環のドップラー光コヒーレンストモグラフィー

本論文では、ダイナミック造影蛍光ビデオ顕微鏡を用いてインビボで腫瘍の微小血管を分析する手法を提案する。二つの定量的なパラメータを取得した：機能性腫瘍の血管分布を反映した毛細血管密度、および内皮の壁の漏出インデクス反映漏れ。...

蛍光共焦点ビデオ顕微鏡を使用して腫瘍血管新生のin vivoイメージング

生体内顕微鏡検査は、動物で網膜血管の直径、血流速度、および総網膜血流を視覚化および測定するために使用できます。...

マウスの網膜血流の生体内ビデオ顕微鏡測定

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。...

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

このプロトコルは、血液の流れを定量化するために超高速超音波ドップラーイメージングを適用する方法を示しています。1秒の長い取得の後、実験者は各ピクセルの軸速度値を持つ全視野のムービーにアクセスできます ≈0.3...

超高速ドップラーによる血流イメージング

このプロトコルは、血液脳関門透過性を高めるために、焦点を合わせて超音波およびマイクロバブル治療中にげっ歯類脳の生体 内...

リアルタイムの生体内多光子顕微鏡で、血液脳関門透過性を高める、集中超音波治療とマイクロバブル治療を可視化

高い空間分解能(100μm)と感度を備えた超高速ドップラー超音波(UFUS)は、肝臓血管系の包括的な定性的概要を得るための適切な非侵襲的イメージングモダリティを表しています。UFUSはまた、微小血管系の定量的測定を容易にし、血管疾患のメカニズムの理解を深めることを目的としています。...

超高速ドップラー超音波を用いたマウスの肝血管系のイメージングと定量化

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

新しい幹細胞療法の評価のためにそれはin...

MRイメージングと生体内追跡非侵襲のための酸化鉄ナノ粒子で標識ヒトES細胞とhMSCs

学ぶフロー強化超音波を用いた眼の深部血管の三次元イメージング手法。金魚など有核赤血球を持つ生物で、色素網膜後方の血管構造を非侵襲的に可視化し、眼の機能進化を研究する。

フロー強化超音波による眼の深部血管イメージング

さらに動画を探す