Methodenartikel

Verdund-schedel Corticale Venster Techniek voor

DOI:

10.3791/50053

⸱

19 november 2012

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Biomedical Sciences, University of California, Riverside , 2Department of Bioengineering, University of California, Riverside

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Presenteren we een methode om een ​​uitgedunde schedel corticale venster (TSCW) in een muizenmodel voor In vivo Oktober beeldvorming van de cerebrale cortex.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Optical Coherence Tomography (OCT) is een biomedisch beeldvormende techniek met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie. Met zijn minimaal invasieve benadering oktober wordt veelvuldig gebruikt in de oogheelkunde, dermatologie, gastro-enterologie en 1-3. Met behulp van een verdund-schedel corticale venster (TSCW), maken we gebruik spectrale-domein OCT (SD-OCT) modaliteit als een instrument om het imago van de cortex in vivo. Gewoonlijk een open-schedel is gebruikt voor neuro-imaging omdat het meer veelzijdigheid echter een TSCW benadering is minder invasief en is een effectief middel voor langdurige imaging in neuropathologie studies. Hier geven we een methode om een TSCW in een muismodel voor in vivo beeldvorming oktober van de cerebrale cortex.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sinds de introductie in het begin van 1990, is oktober op grote schaal gebruikt voor biologische beeldvorming van weefsel structuur en functie 2. Oktober genereert cross-sectionele beelden door het meten van echo vertragingstijd van teruggekaatste licht 4 door het implementeren van lage samenhang lichtbron met een glasvezel-Michelson interferometer 2,4. SD-OCT, ook wel bekend als Fourier-domein OCT (FD-OCT), werd voor het eerst geïntroduceerd in 1995 5 en biedt een superieure beeldvormende modaliteit ten opzichte van traditionele tijdsdomein OCT (TD-OCT). In SD-OCT, wordt de verwijzing arm stationair gehouden wat resulteert in een hoge snelheid en hoge resolutie beeldacquisitie 6-9.

Momenteel hebben TSCW modellen grotendeels gebruikt in vivo brain imaging toepassingen van twee-foton microscopie in plaats van een traditionele craniotomie. Deze TSCW zijn gelijktijdig wordt gebruikt met een aangepaste schedel plaat of een glazen dekglaasje 10 tot 13 ​​extra ima gevenGing stabiliteit. In onze studies hebben we waargenomen dat accessoires zoals deze niet noodzakelijk zijn voor oktober imaging wanneer TSCW gebruikt. Daarom is het ontbreken van een schedel plaat of glazen dekglaasjes zorgt voor een breder scala van beeldvormende venstergrootte omdat hierdoor interferentie met de optische bundel en veranderen oktober afbeeldingen.

Een verdund-schedel voorbereiding heeft bewezen voordelig te zijn in de beeldvorming studies van de hersenen met behulp van twee-foton microscopie 10-13. In onze experimenten hebben we gebruik maken van een SD-OCT systeem om het imago van de cortex in vivo door middel van een TSCW. Onze eigen SD-OCT imaging setup bevat een breedband, low-coherentie lichtbron bestaande uit twee superluminescent diodes (SLD) gecentreerd op 1295 nm met een bandbreedte van 97 nm resulteert in een axiale en laterale resolutie van 8 urn en 20 urn, respectievelijk 14 . Met onze optische imaging-apparaat, zien wij dat beeldvorming door middel van een TSCW groot potentieel heeft bij het identificeren en visualiseren van structuren en functies in de optically dichte hersenweefsel.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Chirurgische Voorbereiding

  1. Vrouwelijke CD 1 muizen in de leeftijd van 6-8 weken werden in onze experimenten.
  2. Verdoven de muis met een intraperitoneale injectie van ketamine en xylazine combinatie (80 mg / kg ketamine/10 mg / kg xylazine). Plaats de muis op een homeothermic pad om een ​​optimale lichaamstemperatuur te garanderen bij ~ 37 ° C Continu monitoren niveau van de anesthesie door het testen van dier reflexen (bv, knijpen de voet met stompe pincet) en meer injecteren verdoving indien nodig.
  3. Smeer beide ogen met een kunstmatige scheur zalf. Verwijder haren op de hoofdhuid met een scheermes en verwijder resterende haren met alcohol 70% prep pads. Breng een dun laagje van Nair ontharing room over de hoofdhuid en wacht 2 minuten voor het van kracht worden. Voorzichtig weg te vegen Nair en overige haar met behulp van een zoutoplossing bevochtigde wattenstaafjes en alcohol prep pads. Hoofdhuid moet nu volledig haarloos.
  4. Desinfecteer hoofdhuid met behulp van een wattenstaafje betadine stok en reinig met 70% ethanol prep pads.
  5. Voorzichtig het dier verpakken in chirurgisch afdekmateriaal om een ​​optimale lichaamstemperatuur van ~ 37 te verzekeren ° C en monteer het dier op een stereotactische frame aan de schedel te immobiliseren. Een paar tikjes tegen de schedel haar stabiliteit kan garanderen. Een lijst met gebruikte materialen in Tabel 1.

2. Verdund-schedel Corticale Window Voorbereiding

  1. Start de incisie op de middenlijn punt tussen de ogen. Ga verder caudaal aan de middellijn punt tussen de oren. Een deel van de huid met een pincet.
  2. Zoek het gebied dat moet worden verdund onder een dissectie microscoop en verwijder voorzichtig de fascia met een pincet. Droog de schedel met steriele wattenstaafjes voordat u de verdunde corticale venster. In onze experimenten hebben we een 4 × 4 mm dunner craniale venster ~ 1 mm posterior en lateraal van bregma.
  3. Begin het verdunnen van de schedel met een ronde carbideboor met boor formaat 0,75 mm in een chirurgische handboor met behulp van licht zwaaiende beweging only. Breng geen directe druk op de schedel. Stop het boren om de 20-30 seconden aan het bot stof met behulp van steriele zoutoplossing en wattenstaafjes te verwijderen en om te voorkomen dat oververhitting van de schedel. De zoutoplossing zal ook helpen bij het afvoeren van de warmte in de schedel.
  4. Nadat de buitenste laag van de compact bot volledig verwijderd middelste laag sponsachtig bot moet nu zichtbaar. Er kan wat lichte bloedingen zijn als de bloedvaten zijn meer zichtbaar in het sponsachtige bot laag. Schakel over naar een groene steen boor en blijven boren met behulp van extra voorzichtigheid, want de sponzige laag is meer delicaat. De groene steen boor zal verwijderen minder botmateriaal tijdens het maken van gelijkmatigheid in de craniale venster. Stop het boren af ​​en toe aan het bot stof te verwijderen en om de schedel te koelen.
  5. Tot slot, wanneer de schedel transparanter is geworden en vaatstelsel op de hersenen nu zichtbaar is, begint het polijsten van de schedel met een polijsten boor. Hierdoor kan een meer precieze dunner, terwijl glad langs de schedel. Controleer geringe dikte van de skull door zachtjes te tikken op het met een pincet. Stop polijsten als de schedel wordt enigszins flexibel.
  6. De verdunde craniale venster moet nu volledig glad en reflecterend en klaar voor imaging (figuur 1). Vanwege de aard van sterk verstrooiende weefsels van de hersenen moet de schedel worden verdund ten minste 55 urn voor optimale penetratiediepte. Een lijst met gebruikte materialen in Tabel 1.

3. Optical Coherence Tomography Imaging

  1. Na de operatie is voltooid, controleert u dier ademhaling en reflexen op het juiste niveau van de anesthesie te garanderen en extra verdoving toedienen, indien nodig. Verwijder dier uit de stereotactische frame, houd van dieren verpakt in chirurgisch afdekmateriaal, en het vervoer van dieren naar de beeldvorming station.
  2. Voordat beeldvorming de borden voor reflexen en toe te passen extra kunsttranen indien nodig. Monteren dier op het stereotactische frame de schedel beveiligen.
  3. Plaats dier onderOktober camera en plaats de TSCW onder de optische bundel (Figuur 2). Een dwarsdoorsnede van de schedel en de hersenen kunnen nu zichtbaar (figuur 3).
  4. Data acquisitie kan beginnen zodra gebied van belang is gelegen. Voor beeldvorming, we galvo spiegels een imaging window bereiken met een breedte van 4,0 mm. Een beeldvormend diepte van 2 mm werd verkregen met 6 mW incidenten vermogen en een knooppunt 1 mm onder de schedel verdund. Elke doorsnede bestond uit 2.048 axiale scans met een acquisitie-tarief van 0,14 sec per beeld.
  5. Volumetrische scans van de hersenen kan ook worden verkregen door het verzamelen van een reeks 2D dwarsdoorsneden door twee sets galvo spiegels voor xy scannen met de eerste galvo spiegel scannen de bundel in de sagittale richting en de tweede galvo spiegel scannen in het coronale richting.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nadat een verdund venster over de cerebrale cortex het vaatstelsel nu meer beeldbepalende (figuur 1) en maakt het mogelijk een diepere imaging diepte (tot 1 mm). De rechter cortex wordt verdund tot ongeveer 55 urn in vergelijking met een normale schedel gemeten op 140 urn (figuur 1) en biedt een betere optische helderheid. Worden verdund tot 10-15 urn kan 11 echter niet noodzakelijk het gebruik van glazen dekglaasjes en schedel platen niet worden toegepast in onze experimente...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Imaging met OCT en een uitgedunde schedel is een nieuwe neuro-imaging techniek die pas onlangs onderzocht 15, 16. In onze experimenten hebben we aangetoond dat het mogelijk SD-OCT beeldvorming door middel van een TSCW in een muismodel in vivo. Van onze resultaten wordt de schedel verdund tot ongeveer 55 pm en de penetratiediepte wordt verkregen bij ongeveer 1 mm in resolutie van 8 urn en 20 um in de axiale en laterale richting, respectievelijk. In de signaalsterkte profiel, OCT imaging door een TSCW ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Geen belangenconflicten verklaard.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door de UC Discovery Proof of Concept subsidie ​​en door de NIH (R00 EB007241). De auteurs willen ook graag Jacqueline Hubbard bedanken voor haar hulp bij dit experiment.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Materieel Vennootschap Catalogusnummer Reacties
Ketamine Phoenix Pharmaceuticals 57319-542-02
Xylazine Akorn, Inc 139 tot 236
Kunsttranen Zalf Rugby 0536-6550-91
Nair Church & Dwight Co, Inc 4010130
Steriele Alcohol Prep Pad Kendall Healthcare 6818
Katoen Fooi Applicators Fisherbrand 23-400-115
Betadine Oplossing Swabstick Purdue Producten 67618-153-01
Zoutoplossing, 0,9% Phoenix Pharmaceuticals 57319-555-08
Stereotactische Frame Stoelting
High Speed ​​Chirurgische Handboor Foredom 38.000 rpm
Carbide Round Bur Stoelting 0,75 mm
Dura-Green Stones Shofu Shank: HP
Vorm: BA1
CompoMaster Grof & CompoMaster polijstmachine Shofu Vorm: Mini-Pt.
SpaceDrapes Braintree Scientific, Inc

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bizheva, K., Unterhuber, A., Hermann, B., Povazay, B., Sattmann, H., Drexler, W. Imaging ex vivo and in vitro brain morphology in animal models with ultrahigh resolution optical coherence tomography. Journal of Biomedical Optics. 9, 719-724 (2004).
  2. Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography for ultrahigh resolution in vivo imaging. Nature Biotechnology. 21, 1361-1367 (2003).
  3. Wantanabe, H., Rajagopalan, U. M., Nakamichi, Y., Igarashi, K. M., Kadono, H., Tanifuji, M. Swept source optical coherence tomography as a tool for real time visualization and localization of electrodes used in electrophysiological studies of brain in vivo. Biomedical Optics Express. 2, 3129-3134 (2011).
  4. Huang, D., Swanson, E. A., Lin, C. P., Schuman, J. S., Stinson, W. G., Chang, W., Hee, M. R., Flottee, T., Gregory, K., Puliafito, C. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography. Science. 254, 1178-1181 (1991).
  5. Mitsui, T. Dynamic range of optical reflectometry with spectral interferometry. Japanese Journal of Applied Physics. 38, 6133-6137 (1999).
  6. de Boer, J. F., Cense, B., Park, B. H., Pierce, M. C., Tearney, G. J., Bouma, B. Improved signal-to-noise ratio in spectral-domain compared with time-domain optical coherence tomograhy. Optics Letters. 28, 2067-2069 (2003).
  7. de Boer, J. F. Ch. 5. Optical Coherence Tomography: Technology and Applications. , Springer. (2008).
  8. Choma, M. A., Sarunic, M. V., Yang, C., Izatt, J. A. Sensitivity advantage of swept source and fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 11, 2183-2189 (2003).
  9. Leitgeb, R. A., Drexler, W., Unterhuber, A., Hermann, B., Bajraszewski, T., Le, T., Stingl, A., Fercher, A. F. Ultrahigh resolution fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 12, 2156-2165 (2004).
  10. Drew, P. J., Shih, A. Y., Driscoll, J. D., Knutsen, P. M., Blinder, P., Davalos, D., Akassoglou, K., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. Chronic optical access through a polished and reinforced thinned skull. Nature Methods. 7, 981-984 (2010).
  11. Shih, A. Y., Mateo, C., Drew, P. J., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse. J. Vis. Exp. 61, e3742(2012).
  12. Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice. Nature Protocols. 5, (2010).
  13. Lu, M., Majewska, S., K, A., Gelbard, H. A. A Thin-skull Window Technique for Chronic Two-photon In vivo Imaging of Murine Microglia in Models of Neuroinflammation. J. Vis. Exp. (43), e2059(2010).
  14. Wang, Y., Oh, C. M., Oliveira, M. C., Islam, M. S., Ortega, A., Park, B. H. GPU accelerated real-time multi-functional spectral-domain optical coherence tomography system at 1300nm. Optics Express. 20, 14797-14813 (2012).
  15. Aguirre, A. D., Chen, Y., Fujimoto, J. F. Depth-resolved imaging of functional activation in the rat cerebral cortex using optical coherence tomography. Opt. Lett. 31, 3459-3461 (2006).
  16. Chen, Y., Aguirre, A. D., Ruvinskaya, L., Devor, A., Boas, D. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography (OCT) reveals depth-resolved dynamics during functional brain activation. Journal of Neuroscience Methods. 178, 162-173 (2009).
  17. Liang, C., Wierwille, J., Moreira, T., Schwartzbauer, G., Jafri, M. S., Tang, C., Chen, Y. A forward-imaging needle-type OCT probe for image guided stereotactic procedures. Opt Express. 19, 26283-26294 (2011).
  18. Srinivasan, V. J., Sakadzic, S., Gorczynska, I., Ruvinskaya, S., Wu, W., Fugimoto, J. G., Boas, D. A. Quantitative cerebral blood flow with optical coherence tomography. Optics Express. 18, 2477-2494 (2010).
  19. Galetta, K. M., Calabresi, P. A., Frohman, E. M., Balcer, L. J. Optical Coherence Tomography (OCT): imaging the visual pathway as a model for neurodegeneration. The Journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics. 8, 117-132 (2011).
  20. Seigo, M. A., Sotirchos, E. S., Newsome, S., Babiarz, A., Eckstein, C., Ford, E., Oakley, J. D., Syc, S. B., Frohman, T. C., Ratchford, J. N., Balcer, L. J., Frohman, E. M., Calabresi, P. A., Saidha, S. In vivo assessment of retinal neuronal layers in multiple sclerosis with maual and automated optical coherence tomography segementation techniques. J. Neurol. , (2012).
  21. Frohman, E. M., Fujimoto, J. G., Frohman, T. C., Calabresi, P. A., Cutter, G., Balcer, L. J. Optical coherence tomography: a window into the mechanisms of multiple sclerosis. Nature Clinical Practice. 4, 664-675 (2008).
  22. Gill, A. S., Rajneesh, K. F., Owen, C. M., Yeh, J., Hsu, M., Binder, D. K. Early optical detection of cerebral edema in vivo. J. Neurosurg. 114, 470-477 (2011).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

In vivo OCT beeldvormingspectrale domein OCThersenbeeldvorming in muismodelschedelverdunningstechniektoepassing van een tandheelkundige boordwarsdoorsnedebeeldvormingvolumetrische hersenscandiagnose van neurologische aandoeningen

Gerelateerde artikelen