Nieinwazyjne ultrasonografie wysokiej częstotliwości i obrazowanie dopplerowskie hemodynamiki mózgu szczura

Streszczenie

Źródło: Giustetto, P., et. al., Nieinwazyjne miąższowe, naczyniowe i metaboliczne ultrasonografie o wysokiej częstotliwości oraz fotoakustyczne obrazowanie głębokiego mózgu szczura. J. Vis. Exp. (2015)

W tym filmie pokazujemy zastosowanie ultradźwięków o wysokiej częstotliwości i obrazowania fotoakustycznego do badania układu naczyniowego i zawartości hemoglobiny w mózgu szczura. Metoda ta zapewnia szczegółowy wgląd w perfuzję mózgową i natlenienie krwi, umożliwiając nieinwazyjną analizę struktur naczyniowych mózgu i dystrybucji tlenu.

Protokół

Wszystkie procedury z udziałem modeli zwierzęcych zostały zweryfikowane przez lokalną instytucjonalną komisję ds. opieki nad zwierzętami oraz weterynaryjną komisję rewizyjną JoVE.

1. Przygotowanie

1. Znieczulenie
   1. Umieść zwierzę w odpowiedniej komorze izofluranowej, aby je znieczulić.
   2. Napełnij komorę mieszanką O₂ i izofluranu do użytku weterynaryjnego w stężeniu 2,5% w komorze gazowej o pojemności 2 l i odczekaj około 3 minut, aż szczur zaśnie. Sprawdź efekt znieczulenia przez uszczypnięcie palca u nogi.
   3. Gdy znieczulenie zacznie działać, usuń szczura i zważ go.
   4. Rozprowadź cienką warstwę rozpuszczalnego w wodzie żelu okulistycznego na oczach zwierzęcia, aby je chronić i utrzymać fizjologiczne nawilżenie oka.
   5. Połóż szczura na blacie stacji do obrazowania ultrasonograficznego i fotoakustycznego. W celu podtrzymania efektu znieczulenia należy szybko umieścić nos w odpowiedniej masce zapewniającej stały przepływ znieczulenia (izofluran 2%-2,5% w tlenie 1 l/min).
2. Golenie zwierzęcia
   1. Rozprowadź jednolitą warstwę kremu do usuwania włosów na powierzchni głowy, zwracając uwagę na pokrycie obszarów otaczających uszy i szyję. Pozostaw krem na kilka minut i delikatnie wyjmij go szpatułką. Delikatnie usuń wszystkie resztki kremu wilgotną gąbką, aby dokładnie oczyścić skórę.
      UWAGA: Sierść zwierzęcia zatrzymuje powietrze, które negatywnie wpływa na akwizycję obrazowania na podstawie ultradźwięków, dlatego musi być koniecznie usunięta w jak największym stopniu.
3. Ustawianie zwierzęcia
   1. Ułóż zwierzę w pozycji rozłożonej do orła. Monitoruj parametry życiowe za pomocą odpowiednich czujników parametrów życiowych na blacie roboczym (jeśli są obecne). Oprzyj łapy na czujnikach po nałożeniu kilku kropli kremu do elektrod do użytku profesjonalnego.
      UWAGA: Podczas znieczulenia upewnij się, że parametry życiowe mają następujące wartości: temperatura ciała szczura ≈ 37,5 °C, uderzenia serca na minutę (BPM) wahają się między 250 a 350, a częstość oddechów mieści się w zakresie 40-80 oddechów na minutę.
   2. Na koniec zapnij kończyny hipoalergicznym plastrem ze sztucznego jedwabiu. W razie potrzeby ponownie rozprowadź cienką warstwę rozpuszczalnego w wodzie żelu okulistycznego, aby chronić oczy zwierzęcia.

2. Akwizycja obrazu z czasowego punktu widzenia

1. Ustawianie zwierzęcia
   1. Trzymając zwierzę w pozycji leżącej, obróć jego ciało lekko na bok, pod kątem około 45° w stosunku do strzałkowej osi ciała. Użyj małych rolek z gazy bawełnianej jako podstawek, aby prawidłowo ułożyć utylizację (Rysunek 1a).
   2. Podnieś głowę zwierzęcia i obróć ją lekko na jedną stronę (Rysunek 1a). Użyj bawełnianej rolki jako podstawki, utrzymując pysk dobrze włożony do maski anestezjologicznej.
   3. Nachylić blat pod kątem około 30° w stosunku do płaszczyzny poziomej.
   4. Obrócić przetwornik obrazowania pod kątem około 30° w stosunku do płaszczyzny pionowej.
2. Ultradźwiękowa i fotoakustyczna akwizycja obrazu anatomicznego i naczyniowego
   1. Włącz skanowanie obrazowe, wejdź w tryb akwizycji obrazu B i odpowiednio ustaw wszystkie parametry akwizycji obrazu, aby spełnić możliwe wymagania eksperymentu (Rysunek 2a).
      UWAGA: Ustaw częstotliwość środka nadawania tak nisko, jak to możliwe (16 MHz, Rysunek 2b), aby uzyskać maksymalną możliwą głębokość penetracji dla przetwornika.
   2. Na głowę zwierzęcia nałożyć jednolitą warstwę (o grubości około 1 cm) hipoalergicznego, rozpuszczalnego w wodzie żelu do transmisji ultradźwięków (Rysunek 1b). Przykryj głowicę przetwornika cienką warstwą tego samego żelu i umieść ją w kontakcie z warstwą na szczurze. Użyj ciepłego żelu, aby zminimalizować miejscową hipotermię.
   3. Rozpocznij akwizycję obrazu w trybie B i dostosuj położenie przetwornika w czasie rzeczywistym, identyfikując odniesienia anatomiczne i wyśrodkowując obszar zainteresowania do środkowego punktu monitora. Upewnij się, że eliminujesz pęcherzyki powietrza na dowolnym poziomie uwięzione w warstwie żelu, ponieważ negatywnie wpływają one na akwizycję.
   4. Umieść przetwornik tak, aby wyrównał go z wirtualną osią łączącą ucho z okiem (Rysunek 3a), aby uzyskać optymalną ogniskową wiązki. Uzyskaj różne widoki wewnętrznej objętości mózgu, obracając się zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (Rysunek 3b i c).
   5. Na koniec zamocuj przetwornik na mechanicznym stojaku, aby stabilnie zabezpieczyć pozycję i dostroić orientację w precyzyjny sposób.
   6. Upewnij się, że obszar zainteresowania mózgu znajduje się na głębokości 10 mm w stosunku do źródła przetwornika US-LASER, aby otrzymać optymalny sygnał odpowiedzi fotoakustycznej (Rysunek 4). Następnie należy umieścić wskaźnik ogniskowania fali amerykańskiej dokładnie w środku analizowanego obszaru.
      UWAGA: Podczas badania obszarów zainteresowania unikaj aktywacji opcji bramki oddechowej, aby przyspieszyć procedurę pozycjonowania.
   7. Wejdź w tryb kolorowego Dopplera, aby uwidocznić wewnętrzne naczynia krwionośne mózgu w bardzo czuły sposób.
   8. Po ustawieniu pozycji w odpowiedni sposób, aby zobrazować żądane obszary, aktywuj opcję bramki oddechowej, aby uniknąć niepożądanych efektów związanych z ruchem (Rysunek 5a).
   9. Wybierz żądany parametr akwizycji ustawiony w trybie kolorowego Dopplera (Rysunek 5b) i uzyskaj obrazy w tej modalności, aby rozróżnić prędkości i kierunki przepływu krwi, aż do kilku milimetrów głębokości penetracji.

Wyniki

Ryc. 1: Utylizacja zwierząt w celu uzyskania obrazu czasowego. a) Ułożenie zwierzęcia na blacie roboczym w celu uzyskania obrazu: po ogoleniu głowy zwierzę umieszcza się w pozycji leżącej z ciałem lekko przechylonym na jedną stronę w celu odsłonięc...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Stanowisko do obrazowania ultrasonograficznego i fotoakustycznego wysokiej częstotliwości (system VEVO LAZR 2100)	FUJIFILM VisualSonics Inc.
Vevo Kompaktowy podwójny system anestezjologiczny (wersja stołowa)	FUJIFILM VisualSonics Inc.		http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODtSht.dpuf
Żel do transmisji ultradźwięków (Aquasonic 100)	PARKER LABORATORIES INC.	01-08	http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp
Szczury Sprague-Dawley	Charles River Laboratories		Trzy 6-tygodniowe szczury rasy Sprague-Dawley zostały zakupione przez Charles River Laboratories i trzymane w standardowych pomieszczeniach (12 godzin cykle jasne-ciemne) ze standardową karmą dla gryzoni i wodą dostępną ad libitum. Dostarczone przez: http://www.criver.com/