Jednoczesna ocena hemodynamiki mózgu mózgu i właściwości rozpraszania światła w tkance mózgowej szczura in vivo jest demonstrowana przy użyciu konwencjonalnego wielospektralnego systemu obrazowania odbicia rozproszonego.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Jednoczesna ocena hemodynamiki mózgu mózgu i właściwości rozpraszania światła w tkance mózgowej szczura in vivo jest demonstrowana przy użyciu konwencjonalnego wielospektralnego systemu obrazowania odbicia rozproszonego.
Jednoczesna ocena hemodynamiki mózgu i właściwości rozpraszania światła w tkance mózgowej szczura in vivo jest demonstrowana przy użyciu konwencjonalnego wielospektralnego systemu obrazowania odbicia rozproszonego. System ten składa się z szerokopasmowego źródła światła białego, zmotoryzowanego koła filtrów z zestawem wąskopasmowych filtrów interferencyjnych, światłowodu, soczewki zbierającej, obiektywu zmiennoogniskowego wideo i monochromatycznej kamery z ładowanym urządzeniem sprzężonym (CCD). W kości czaszki szczura w znieczuleniu izofluranowym wykonuje się elipsoidalne okno czaszki w celu uchwycenia in vivo wielospektralnych obrazów rozproszonego odbicia powierzchni kory mózgowej. Regulacja frakcji wdychanego tlenu za pomocą urządzenia do mieszania gazów umożliwia indukcję różnych stanów oddechowych, takich jak normoksja, hiperoksja i anoksja. Następnie przeprowadzana jest oparta na symulacji Monte Carlo analiza regresji wielorakiej dla zmierzonych wielospektralnych obrazów odbicia dyfuzyjnego na dziewięciu długościach fal (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730 i 760 nm) w celu wizualizacji dwuwymiarowych map hemodynamiki i właściwości rozpraszania światła w mózgu szczura in vivo.
Wielospektralne obrazowanie odbicia dyfuzyjnego jest najczęstszą techniką uzyskiwania przestrzennej mapy wewnętrznych sygnałów optycznych (IOS) w tkance korowej. IOS obserwowane w mózgu in vivo przypisuje się głównie trzem zjawiskom: różnicom we właściwościach absorpcji i rozpraszania światła spowodowanym hemodynamiką korową, zmianom absorpcji w zależności od redukcji lub utleniania cytochromów w mitochondriach oraz zmianom właściwości rozpraszania światła wywołanym zmianami morfologicznymi1.
Światło w zakresie widzialnym (VIS) do bliskiej podczerwieni (NIR) jest skutecznie absorbowane i rozpraszane przez tkankę biologiczną. Rozproszone widmo odbicia mózgu in vivo charakteryzuje się widmami absorpcyjnymi i rozpraszającymi. Zmniejszone współczynniki rozpraszania μs' tkanki mózgowej w zakresie długości fal od VIS do NIR skutkują monotonnym widmem rozpraszania wykazującym mniejsze wielkości przy dłuższych falach. Widmo zredukowanego współczynnika rozpraszania μs'(λ) można w przybliżeniu przedstawić jako funkcję prawa potęgowego2,3 jako μs'(λ) = a × λ-b. Moc rozpraszania b jest związana z wielkością biologicznych rozpraszaczy w żywej tkance2,3. Zmiany morfologiczne tkanki i zmniejszenie żywotności żywej tkanki korowej mogą wpływać na wielkość biologicznych rozpraszaczy4,5,6,7,8,9.
System optyczny do wielospektralnego obrazowania odbicia dyfuzyjnego można łatwo zbudować z żarowego źródła światła, prostych komponentów optycznych i monochromatycznego urządzenia z naładowanym sprzężeniem (CCD). W związku z tym do oceny hemodynamiki kory i/lub morfologii tkanek zastosowano różne algorytmy i systemy optyczne do wielospektralnego obrazowania odbicia rozproszonego i / lub morfologii tkanek10,11,12,13,14,15,16,17, 18.
Metoda opisana w tym artykule jest używana do wizualizacji zarówno właściwości hemodynamicznych, jak i rozpraszania światła w tkance mózgowej szczura in vivo przy użyciu konwencjonalnego wielospektralnego systemu obrazowania rozproszonego odbicia. Przewagą tej metody nad technikami alternatywnymi jest możliwość oceny zmian czasoprzestrzennych zarówno w hemodynamice mózgu, jak i morfologii tkanki korowej, a także jej zastosowanie do różnych modeli zwierzęcych dysfunkcji mózgu. Dlatego metoda będzie odpowiednia do badań nad urazowym uszkodzeniem mózgu, napadami padaczkowymi, udarem mózgu i niedokrwieniem.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opieka nad zwierzętami, ich przygotowanie oraz protokoły eksperymentalne zostały zatwierdzone przez Komitet Badań nad Zwierzętami Uniwersytetu Rolniczego i Technologicznego w Tokio. W ramach tej metodologii szczury są utrzymywane w kontrolowanym środowisku (24 °C, 12-godzinny cykl światła/ciemności), z dostępem do pokarmu i wody ad libitum.
1. Konstrukcja konwencjonalnego multispektralnego systemu obrazowania odbiciowego rozproszonego
2. Przygotowanie zwierząt
UWAGA: W niniejszym protokole szczur nie został wykorzystany w dalszych eksperymentach i został uśmiercony bezpośrednio po wykonaniu pomiarów obrazowania multispektralnego.
3. Regulacja frakcji tlenu w mieszaninie wdechowej
UWAGA: Stan układu oddechowego można zmieniać poprzez regulację frakcji tlenu w powietrzu wdychanym (FiO2).
4. Pozyskiwanie wielospektralnych obrazów odbicia dyfuzyjnego
5. Wizualizacja zawartości hemoglobiny i parametru rozproszenia światła
UWAGA: Zestaw obrazów multispektralnego odbicia rozproszonego jest zapisywany na dysku twardym komputera osobistego i analizowany w trybie offline. Następnie przeprowadzana jest analiza regresji wielokrotnej wspomagana symulacją Monte Carlo19 obrazów multispektralnego odbicia rozproszonego dla dziewięciu długości fal (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730 i 760 nm), aby zwizualizować dwuwymiarowe mapy stężenia hemoglobiny utlenowanej, stężenia hemoglobiny odtlenowanej, całkowitego stężenia hemoglobiny, regionalnego wysycenia mózgu tlenem oraz mocy rozpraszania. Szczegółowy algorytm został opublikowany w literaturze17,18.
(1)
(2)
(3)
(4)Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Reprezentatywne obrazy spektralne odbicia rozproszonego uzyskane z mózgów szczurów in vivo przedstawiono na Rysunku 3. Obrazy przy 500, 520, 540, 560, 570 i 580 nm wyraźnie wizualizują gęstą sieć naczyń krwionośnych w korze mózgowej. Pogorszenie kontrastu między naczyniami krwionośnymi a otaczającą je tkanką, zaobserwowane na obrazach przy 600, 730 i 760 nm, odzwierciedla niższe pochłanianie światła przez hemoglobinę przy dłuższych długościach fal oraz w zakresie...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Najważniejszym krokiem w tym protokole jest usunięcie przerzedzonego obszaru czaszki w celu wykonania okna czaszki; Należy to zrobić ostrożnie, aby uniknąć nieoczekiwanego krwawienia. Ten krok jest ważny dla uzyskania wysokiej jakości wielospektralnych obrazów odbicia rozproszonego z dużą dokładnością. Jeśli to możliwe, do zabiegu chirurgicznego zaleca się użycie mikroskopu stereoskopowego. Małe kawałki gąbki żelatynowej są przydatne do hemostazy.
Układ optyczny opisany w tym artykule przepusz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Część tej pracy była wspierana przez Grant-in-Aid for Scientific Research (C) od Japońskiego Towarzystwa Promocji Nauki (25350520, 22500401, 15K06105) oraz US-ARMY ITC-PAC Research and Development Project (FA5209-15-P-0175).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Źródło światła lampy halogenowej 150 W | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japonia | LA-150SAE | |
| Światłowód | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japonia | LGC1-5L1000 | |
| Soczewka kolekcjonerska | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokio, Japonia | SH-F16 | |
| Filtry interferencyjne l@ 500 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | 65088 | |
| Filtry interferencyjne l@ 520 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | #65093 | |
| Filtry interferencyjne l@ 540 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | #65096 | |
| Filtry interferencyjne l@ 560 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | #67766 | |
| Filtry interferencyjne l@ 570 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | #67767 | |
| Filtry interferencyjne l@ 580 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | #65646 | |
| Filtry interferencyjne l@ 600 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | #65102 | |
| Filtry interferencyjne l@ 730 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | #65115 | |
| Filtry interferencyjne l@ 760 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | #67777 | |
| Zmotoryzowane koło filtrów | Andover Corporation, NH, USA | FW-MOT-12.5 | |
| 8-bitowa monochromatyczna kamera CCD | THE IMAGINGSOURCE, Niemcy | DMK21BU618. H | |
| Obiektyw zmiennoogniskowy | Edmund Optics Japan Ltd, Tokio, Japonia | VZMTM300i | |
| Biały standard Spectralon z 99% rozproszonym współczynnikiem odbicia | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | SRS-99-020 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.