Artykuł metodologiczny

Zaawansowane techniki badania przepływu krwi

DOI:

10.3791/65000

3 marca 2023

W tym artykule

Streszczenie

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

OMÓWIONE ARTYKUŁY:

Tang, G. L., Kim, K. J. Laserowe obrazowanie perfuzji dopplerowskiej w tylnej kończynie myszy. Dziennik Eksperymentów Wizualnych. (170), E62012 (2021).

Hage, B. D., Truemper, E. J., Bashford, G.R. Funkcjonalne przezczaszkowe badanie ultrasonograficzne Doppler do monitorowania przepływu krwi w mózgu. Dziennik Eksperymentów Wizualnych. (169), E62048 (2021).

Baranger, J., Mertens, L., Villemain, O. Obrazowanie przepływu krwi za pomocą ultraszybkiego Dopplera. Dziennik Eksperymentów Wizualnych. (164), E61838 (2020).

Granja, T., de Andrade, S. F., Rodrigues, L. M. Wielospektralna tomografia optoakustyczna do obrazowania funkcjonalnego w badaniach naczyniowych. Dziennik Eksperymentów Wizualnych. (184), E63883 (2022).

Goolaub, D. S., Marini, D., Seed, M., Macgowan, C. K. K. Kwantyfikacja przepływu krwi u płodu ludzkiego za pomocą rezonansu magnetycznego i kompensacji ruchu. Dziennik Eksperymentów Wizualnych. (167), E61953 (2021).

Artykuł redakcyjny

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

Wiadomo, że upośledzona funkcja naczyń krwionośnych odgrywa rolę zarówno w chorobach sercowo-naczyniowych, jak i nienaczyniowych (np. Choroba Alzheimera). Dlatego metody oceny funkcji naczyń stają się coraz ważniejsze w wielu chorobach w diagnostyce, monitorowaniu i zapobieganiu dalszym powikłaniom. Oczywiste jest jednak, że sama wizualizacja obecności naczyń nie jest wystarczająca; Zamiast tego obrazowanie naczyń krwionośnych musi dostarczyć informacji na temat funkcji naczyń krwionośnych (tj. przepływu krwi). Wykrycie przepływu krwi może być jednak trudne, w zależności od konkretnego narządu, tkanki lub obszaru zainteresowania. Wykrycie przepływu krwi często wymaga, aby sygnał najpierw przeniknął przez bardziej powierzchowne tkanki, takie jak kość w przypadku naczyń mózgowych. Obrazowanie musi być również wykonane w rozdzielczości odpowiedniej do konkretnego zadania. Na przykład techniki o niskiej rozdzielczości mogą zapewnić globalne wartości perfuzji, ale wyższa rozdzielczość jest potrzebna do monitorowania określonych naczyń lub zrozumienia zmian perfuzji w odniesieniu do struktury naczyniowej. Opracowano wiele technologii, które przezwyciężają te trudności, aby skutecznie mierzyć funkcję naczyń krwionośnych. Artykuły z tej kolekcji metod prezentują unikalną i innowacyjną technikę obrazowania naczyniowego, która ocenia przepływ krwi i/lub dostarczanie tlenu do określonych narządów, tkanek lub regionów będących przedmiotem zainteresowania.

W pierwszym artykule Tang i Kim1 używają laserowego obrazowania dopplerowskiego, powszechnej techniki klinicznej, do oceny globalnej perfuzji w opuszkach stóp myszy w modelu niedokrwienia kończyn tylnych. Chociaż technika ta nie umożliwia wizualizacji leżącej pod spodem struktury naczyniowej, ich badanie elegancko pokazuje, że obrazowanie w wysokiej rozdzielczości nie zawsze jest praktyczne lub konieczne do uzyskania cennych informacji funkcjonalnych. Głównym ograniczeniem laserowego obrazowania dopplerowskiego jest stosunkowo niewielka głębokość skanowania, ale technika ta umożliwia śledzenie perfuzji obwodowej w obrębie kończyn lub palców. Można go również dostosować do stosowania w bardziej ogniskowych obszarach (np. w celu zbadania gojenia się ran lub określenia ciężkości oparzenia).

Hage i wsp.2 wykazują, że alternatywą dla funkcjonalnego rezonansu magnetycznego jest funkcjonalny przezczaszkowy ultrasonograf dopplerowski, który może mierzyć funkcję mózgu w czasie rzeczywistym. Ilustrują, jak zlokalizować i zobrazować tętnicę środkową mózgu poprzez ustawienie sondy ultradźwiękowej zarówno ręcznie, jak i za pomocą urządzenia fiksacyjnego. Ograniczając obrazowanie tylko do tego pojedynczego naczynia, uzyskują pomiary czasowej prędkości krwi o wysokiej rozdzielczości, a nie przestrzenny obraz naczynia. Ponieważ tętnica środkowa mózgu zaopatruje większość półkuli mózgowej, przebieg przepływu krwi w czasie można wykorzystać do oszacowania aktywacji neuronów. Technika ta ma szerokie zastosowanie w monitorowaniu funkcji mózgu podczas różnych schorzeń (np. podczas wstrzymywania oddechu lub operacji) lub innych czynności (np. ćwiczeń).

Baranger i wsp.3 wprowadzają ultraszybkie obrazowanie dopplerowskie. Technika ta stanowi postęp w technologii obrazowania ultradźwiękowego, który zwiększa częstotliwość odświeżania obrazu (do 10 000 Hz) i rozdzielczość przestrzenną (do 50 μm). Technika ta umożliwia stworzenie dopplerowskiej mapy przepływu całego pola widzenia, dostarczając w ten sposób informacji zarówno o prędkości przepływu krwi, jak i strukturze naczyń krwionośnych na jednym obrazie. Technikę tę można również dostosować do obrazowania na głębokości 15–20 cm, chociaż wymaga to zmniejszenia rozdzielczości przestrzennej do 1 mm. Ultraszybkie obrazowanie dopplerowskie pozwala uzyskać pojedyncze klatki wystarczająco szybko, aby zobrazować przepływ krwi w poruszających się narządach, takich jak serce. Główną wadą tej techniki jest to, że większość ultraszybkich ultrasonografów dostarcza tylko obrazy 2D.

Granja i wsp.4 wprowadzają kolejną nową technologię – wielospektralną tomografię optoakustyczną. Optoakustyka łączy obrazowanie optyczne z ultradźwiękami; Tkanki są wzbudzane impulsami laserowymi w zakresie widzialnym lub bliskiej podczerwieni, które generują rozszerzenia termoelastyczne, które są wykrywane jako sygnały akustyczne przez przetwornik ultradźwiękowy. Różne długości fal wywołują różne reakcje z różnych tkanek; Dostrajając się do określonych długości fal, technika ta wykrywa i różnicuje sygnały zarówno z hemoglobiny natlenionej, jak i odtlenionej oraz buduje mapę struktury naczyniowej. Chociaż ta modalność nie dostarcza żadnych informacji na temat przepływu krwi, umożliwia unikalny i prawdopodobnie bardziej bezpośredni odczyt funkcji naczyń krwionośnych - stanu natlenienia krwi podczas przepływu przez tkankę. Chociaż technika ta ogranicza się do skanów powierzchni (do głębokości 15 mm) i małych objętości (15 mm3), ma ogromny potencjał w monitorowaniu niedokrwienia.

Rezonans magnetyczny z kontrastem fazowym jest powszechnie stosowany do ilościowego określania przepływu krwi u dorosłych, ale Goolaub i wsp.5 pokazują, w jaki sposób technika ta może być dostosowana do uzyskania pomiarów przepływu krwi płodu. W szczególności łączą korekcję ruchu, przyspieszone obrazowanie i alternatywną metodę bramkowania serca, aby umożliwić obrazowanie głównych naczyń płodowych (tj. aorty, przewodu tętniczego, głównej tętnicy płucnej i żyły głównej górnej). Dzięki tym postępom uzyskują zarówno informacje o anatomii naczyniowej, jak i przepływie krwi u płodów w trzecim trymestrze ciąży. Obrazowanie to zapewnia krytyczne monitorowanie zdrowia płodu i może wykryć zmiany w przepływie krwi płodu, które wskazują na poważne patologie płodu, takie jak wrodzone wady serca i ograniczenie wzrostu płodu.

Łącznie metody zawarte w tym zbiorze metod reprezentują różnorodny wachlarz technologii obrazowania, które umożliwiają ilościowe określenie funkcji naczyń krwionośnych. Techniki te obejmują różne narządy i tkanki będące przedmiotem zainteresowania, a każda z nich może być rozszerzona na wiele zastosowań chorobowych, w tym zarówno w warunkach klinicznych, jak i przedklinicznych. Technologie obrazowania są stale ulepszane, modyfikowane pod kątem nowych zastosowań i dostosowywane do konkretnych potrzeb. Przewidujemy, że zbiór tych metod pomoże specjalistom zajmującym się naczyniami krwionośnymi i obrazowaniem zrozumieć szybki postęp w monitorowaniu funkcji naczyń krwionośnych.

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają żadnych konfliktów do ujawnienia.

Podziękowania

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

Dziękujemy wszystkim autorom, którzy przyczynili się do powstania tej kolekcji.

Bibliografia

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Tang, G. L., Kim, K. J. Laser Doppler perfusion imaging in the mouse hindlimb. Journal of Visualized Experiments. (170), e62012(2021).
  2. Hage, B. D., Truemper, E. J., Bashford, G. R. Functional transcranial Doppler ultrasound for monitoring cerebral blood flow. Journal of Visualized Experiments. (169), e62048(2021).
  3. Baranger, J., Mertens, L., Villemain, O. Blood flow imaging with ultrafast Doppler. Journal of Visualized Experiments. (164), e61838(2020).
  4. Granja, T., de Andrade, S. F., Rodrigues, L. M. Multispectral optoacoustic tomography for functional imaging in vascular research. Journal of Visualized Experiments. (184), e63883(2022).
  5. Goolaub, D. S., Marini, D., Seed, M., Macgowan, C. K. Human fetal blood flow quantification with magnetic resonance imaging and motion compensation. Journal of Visualized Experiments. (167), e61953(2021).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Blood FlowLaser Doppler Perfusion ImagingTranscranial Doppler UltrasoundCerebral Blood FlowBlood Flow ImagingUltrafast DopplerMultispectral Optoacoustic TomographyFunctional ImagingVascular ResearchMagnetic Resonance ImagingFetal Blood Flow Quantification

Powiązane artykuły