Name: Jak zbudować system laserowego obrazowania kontrastowego (LSCI) do monitorowania przepływu krwi? (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-11-11T15:10:00.000+00:00
Duration: 5 min 24 s
Description: Poznaj metodę budowy systemu laserowego obrazowania kontrastowego (LSCI) do monitorowania przepływu krwi u małych zwierząt w czasie rzeczywistym. Technika ta umożliwia wizualizację dynamiki naczyniowej w badaniach neurobiologicznych.

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

playerTrialDesktop

Autorzy dziękują za wsparcie American Heart Association (0735136N), Dana Foundation, National Science Foundation (CBET/0737731) oraz Coulter Foundation.

1. Konfiguracja obrazowania
<ol>
<li>Kamerę z obiektywem makro-zoom należy zamontować na statywie pionowym lub mikroskopie chirurgicznym (zależnie od pożądanego powiększenia, zamiast obiektywu makro-zoom można zastosować obiektyw i soczewkę mikroskopową lub prosty układ dwusoczewkowy).</li>
<li>Należy pobrać z naszej strony internetowej odpowiednie oprogramowanie do sterowania kamerą (<a href="http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Software">http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Software</a>).</li>
<li>Za pomocą oprogramowania kamery należy potwierdzić, że obiekt znajduje się w punkcie ostrości na pożądanej wysokości.</li>
<li>Następnie należy zainstalować diodę laserową z zestawem kolimacyjnym w taki sposób, aby rozbieżne światło lasera oświetlało obiekt.</li>
<li>Należy przyciemnić lub wyłączyć wszystkie światła otoczenia, aby upewnić się, że światło lasera równomiernie oświetla całe pole widzenia kamery.</li>
<li>W tym przykładzie zastosowano czerwone światło laserowe, ponieważ ułatwiało to demonstrację budowy systemu, jednak równie łatwo można zastosować światło laserowe w podczerwieni, co zapewniłoby dodatkową korzyść w postaci głębszej penetracji tkanki. Ponadto, przy zastosowaniu odpowiednich filtrów przed kamerą w celu zablokowania światła widzialnego, podczerwień można wykorzystywać przy włączonym oświetleniu pomieszczenia.</li>
</ol>
2. Przygotowanie chirurgiczne
<ol>
<li>Jest to operacja nieprzeżywalna, choć eksperyment można przeprowadzić w trybie chronicznym w badaniu przeżywalnym, stosując okienko komory.</li>
<li>Zanurz zwierzę w znieczuleniu i umieść je w aparacie stereotaktycznym.</li>
<li>Usuń skórę oraz tkanki otaczające czaszkę.</li>
<li>Używając wiertarki stomatologicznej, zeszlifuj czaszkę nad pożądanym obszarem mózgu do uzyskania przezroczystości, pamiętając o częstym płukaniu powierzchni solą fizjologiczną, aby uniknąć uszkodzenia mózgu.</li>
<li>Użyj cementu stomatologicznego do utworzenia studni wokół wybranego obszaru, a następnie umieść w studni kroplę oleju mineralnego lub żelu silikonowego w celu poprawy widoczności.</li>
<li>Alternatywnie można usunąć fragment czaszki i w tym miejscu stworzyć okienko komory.</li>
</ol>
3. Gromadzenie danych
<ol>
<li>Użyj oprogramowania kamery do akwizycji obrazów oraz obliczania wartości kontrastu plamek.</li>
<li>Umieść zwierzę w polu widzenia kamery i dostosuj wysokość urządzenia lub ostrość obiektywu, aż do uzyskania wyraźnych obrazów unaczynienia.</li>
<li>Upewnij się, że do kamery dociera wystarczająca ilość światła laserowego, nie powodując jego nasycenia. Korzystając z histogramu obrazu, dostosuj moc lasera tak, aby większość pikseli kamery była pobudzona do około połowy swojej pojemności.</li>
<li>Przed rozpoczęciem eksperymentu wybierz liczbę obrazów do akwizycji oraz stopień uśredniania.</li>
<li>Po rozpoczęciu eksperymentu zmiany przepływu krwi można łatwo monitorować, wybierając obszary zainteresowania lub generując obraz względnego przepływu krwi.</li>
</ol>
4. Reprezentatywne wyniki
Rysunek 1 przedstawia przykład typowego surowego obrazu plamkowego (speckle image) oraz przekonwertowanego obrazu kontrastu plamkowego, które powinny zostać wygenerowane podczas używania oprogramowania do badania przepływu krwi w mózgu. W celu wizualizacji zmian w przepływie krwi łatwiej jest wygenerować za pomocą oprogramowania mapy względnego przepływu krwi. Rysunek 2 przedstawia typową serię obrazów względnego przepływu krwi podczas przejściowego wzrostu przepływu, który przemieszcza się przez pole widzenia. Kolor czerwony reprezentuje wzrost przepływu krwi, natomiast kolor niebieski wskazuje na jego spadek. Kolor zielony oznacza brak zmian w przepływie krwi w stosunku do danej linii bazowej.
 <img src="/files/ftp_upload/2004/2004fig1.jpg" alt="Obrazy surowe i kontrastu plamek; analiza kontrastu plamek laserowych do pomiaru przepływu krwi." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. Przykład surowego obrazu plamek (lewo) oraz obrazu kontrastu plamek (prawo).
 <img src="/files/ftp_upload/2004/2004fig2.jpg" alt="Zmiana względnego przepływu krwi w czasie, obrazy mapy ciepła, skala kolorystyczna, od 15 s do 120 s, badanie naczyniowe." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2. Przykład kilku obrazów względnego przepływu krwi w różnych punktach czasowych podczas przejściowego wzrostu przepływu krwi, po którym następuje jego spadek.

<ol><li>Briers, J. D., Fercher, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retinal+blood-flow+visualization+by+means+of+laser+speckle+photography%5BTitle%5D)+AND+%22Invest.+Ophthalmol.+Vis.+Sci%22%5BJournal%5D)">Retinal blood-flow visualization by means of laser speckle photography.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 22, 255-259 (1982).</li>
<li>Boas, D. A., Dunn, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser+speckle+contrast+imaging+in+biomedical+optics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Laser speckle contrast imaging in biomedical optics.</a> J. Biomed. Opt. 15, 011109-011109 (2010).</li>
<li>Dunn, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+imaging+of+total+cerebral+hemoglobin+concentration%2C+oxygenation%2C+and+blood+flow+during+functional+activation%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Simultaneous imaging of total cerebral hemoglobin concentration, oxygenation, and blood flow during functional activation.</a> Opt Lett. 28, 28-30 (2003).</li>
<li>Devor, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coupling+of+the+cortical+hemodynamic+response+to+cortical+and+thalamic+neuronal+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Coupling of the cortical hemodynamic response to cortical and thalamic neuronal activity.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 102, 3822-3827 (2005).</li>
<li>Ayata, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pronounced+hypoperfusion+during+spreading+depression+in+mouse+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cereb+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Pronounced hypoperfusion during spreading depression in mouse cortex.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 24, 1172-1182 (2004).</li>
<li>Jones, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+multispectral+reflectance+imaging+and+laser+speckle+flowmetry+of+cerebral+blood+flow+and+oxygen+metabolism+in+focal+cerebral+ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Simultaneous multispectral reflectance imaging and laser speckle flowmetry of cerebral blood flow and oxygen metabolism in focal cerebral ischemia.</a> J. Biomed. Opt. 13, (2008).</li>
<li>Dunn, A. K., Bolay, H., Moskowitz, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+imaging+of+cerebral+blood+flow+using+laser+speckle%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cereb+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Dynamic imaging of cerebral blood flow using laser speckle.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 21, 195-201 (2001).</li>
<li>Dunn, A. K., Devor, A., Dale, A. M., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+extent+of+oxygen+metabolism+and+hemodynamic+changes+during+functional+activation+of+the+rat+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Spatial extent of oxygen metabolism and hemodynamic changes during functional activation of the rat somatosensory cortex.</a> Neuroimage. 27, 279-290 (2005).</li>
<li>Farkas, E., Bari, F., Obrenovitch, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-modal+imaging+of+anoxic+depolarization+and+hemodynamic+changes+induced+by+cardiac+arrest+in+the+rat+cerebral+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Multi-modal imaging of anoxic depolarization and hemodynamic changes induced by cardiac arrest in the rat cerebral cortex.</a> Neuroimage. 51, 734-742 (2010).</li>
<li>Sakadzic, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+imaging+of+cerebral+partial+pressure+of+oxygen+and+blood+flow+during+functional+activation+and+cortical+spreading+depression%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Simultaneous imaging of cerebral partial pressure of oxygen and blood flow during functional activation and cortical spreading depression.</a> Appl. Opt. 48, (2009).</li>
<li>Ponticorvo, A., Dunn, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+imaging+of+oxygen+tension+and+blood+flow+in+animals+using+a+digital+micromirror+device%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Simultaneous imaging of oxygen tension and blood flow in animals using a digital micromirror device.</a> Opt Express. 18, 8160-8170 (2010).</li>
</ol>

Brak zadeklarowanych konfliktów interesów.

W tym filmie zademonstrowaliśmy, jak łatwo jest zbudować i wykorzystać system obrazowania kontrastu plamek laserowych (LSCI) do badania zmian w przepływie krwi. Metoda LSCI została opracowana w latach 80. jako sposób generowania map przepływu krwi w siatkówce1. Choć nadal jest stosowana do obrazowania siatkówki i perfuzji skóry, stała się niezwykle popularną techniką obrazowania przepływu krwi w mózgu2. Wynika to w dużej mierze z zapewnionej doskonałej rozdzielczości przestrzennej i czasowej oraz pr...

<table><tbody><tr><td>Kamera FireWire</td><td>Basler</td><td>scA640-74f</td><td></td></tr><tr><td>Obiektyw zoom makro</td><td>Edmund Scientific</td><td>NT58-240</td><td></td></tr><tr><td>Dioda laserowa</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>HL6501MG</td><td></td></tr><tr><td>Sterownik diody laserowej</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>LDC201CU</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;p class=&quot;Proszę podać treść do przetłumaczenia. Nie przesłano tekstu źródłowego z etykietą `jove_content`.&quot;&gt;Technika ta jest na tyle wszechstronna, że może być stosowana z szerokim zakresem aparatury. Do przeprowadzenia eksperymentu niezbędna jest jedynie kompatybilna kamera z obiektywem, dioda laserowa dowolnego typu z kontrolerem oraz dostarczone oprogramowanie. Powyżej zamieszczono tabelę ze specyfikacją sprzętu wykorzystanego w materiale wideo.&lt;/p&gt;&lt;p class=&quot;Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.&quot;&gt;Pełna lista dodatkowych części, które można wykorzystać w tym eksperymencie, znajduje się na naszej stronie internetowej, &lt;a href=&quot;http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Sprzęt&quot;&gt;http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Sprzęt&lt;/a&gt;&lt;/p&gt;</td></tr></tbody></table>

jak zbudować system obrazowania kontrastu plamek laserowych (lsci) do monitorowania przepływu krwi

How to Build a Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) System to Monitor Blood Flow

Obrazowanie kontrastu plamek laserowych (LSCI) to prosta, a zarazem potężna technika stosowana do pełno-polowego obrazowania przepływu krwi. Technika ta analizuje fluktuacje w dynamicznym wzorze plamek w celu wykrycia ruchu cząsteczek, podobnie jak laserowy pomiar Dopplera analizuje przesunięcia częstotliwości w celu określenia prędkości cząsteczek. Dzięki możliwości monitorowania ruchu erytrocytów, LSCI stało się popularnym narzędziem do pomiaru przepływu krwi w tkankach takich jak siatkówka, skóra i mózg. Okazało się ono szczególnie użyteczne w neuronauce, gdzie można ilościowo określić zmiany przepływu krwi podczas zdarzeń fizjologicznych, takich jak aktywacja funkcjonalna, udar czy depolaryzacja rozprzestrzeniająca. LSCI jest również atrakcyjne, ponieważ zapewnia doskonałą rozdzielczość przestrzenną i czasową przy użyciu niedrogiej aparatury, którą można łatwo połączyć z innymi modalnościami obrazowania. W niniejszym materiale pokazujemy, jak zbudować układ LSCI i demonstrujemy jego zdolność do monitorowania zmian przepływu krwi w mózgu podczas eksperymentu na zwierzętach.

Niniejszy film demonstruje sposób budowy systemu obrazowania kontrastu plamek laserowych (LSCI), który może być łatwo wykorzystany do monitorowania przepływu krwi.

Jak zbudować system obrazowania kontrastu plamek laserowych (LSCI) do monitorowania przepływu krwi

Obrazowanie kontrastu plamek laserowych (Laser Speckle Contrast Imaging, LSCI) to prosta, a zarazem potężna technika stosowana do pełno-polowego obrazowania przepływu krwi. Technika ta analizuje ...

Niniejszy materiał wideo przedstawia procedurę budowy układu do obrazowania kontrastowego plamek laserowych (LSCI), który umożliwia pełnozakresowe obrazowanie przepływu krwi u małych zwierząt. W tym celu w pierwszej kolejności należy przygotować kamerę z przymocowaną soczewką oraz źródło laserowe, które emituje rozproszone światło laserowe równomiernie w całym polu widzenia kamery. Drugim krokiem procedury jest przygotowanie fantomu przepływu lub zwierzęcia z odpowiednim okienkiem umożliwiającym obrazowanie pożądanej tkanki.Ostatnim krokiem procedury jest wykorzystanie oprogramowania do zbierania obrazów z kamery i przekształcania ich w wartości kontrastu plamek, idealnie w czasie rzeczywistym. W efekcie można uzyskać wyniki prezentujące obrazy względnego przepływu krwi za pomocą obrazowania kontrastu plamek laserowych. Cześć, jestem Adrian Pontecorvo z laboratorium dr. Andrew Dunna na wydziale inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Teksańskim w Austin.W dzisiejszym materiale przedstawimy procedurę budowy własnego układu do obrazowania kontrastu plamek laserowych. System ten wykorzystujemy w naszym laboratorium do badania mózgowego przepływu krwi. Zapraszamy do rozpoczęcia.Obrazo

how-to-build-laser-speckle-contrast-imaging-lsci-system-to-monitor

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Źródło: Menezes Forti, R. et al. Monitorowanie w czasie rzeczywistym pacjentów w stanie neurokrytycznym za pomocą rozproszonych spektroskopii optycznych. J. Vis. Exp. (2020)Ten film demonstruje zastosowanie spektroskopii korelacji rozproszonej (DCS) do pomiaru przepływu krwi w mózgu u ludzi. Przedstawiono w nim etapy przygotowania systemu, kalibracji sondy, umieszczenia jej na czole uczestnika, pozyskiwania danych dotyczących rozproszonego światła i analizowania wahań intensywności w celu...

Spektroskopia korelacji rozproszonej do pomiaru przepływu krwi w mózgu u człowieka

Protokół opisuje szczegółowo eksperymentalną procedurę ilościowego oznaczania agregatów krwinek czerwonych (RBC) pod kontrolowaną i stałą szybkością ścinania, w oparciu o techniki przetwarzania obrazu. Celem tego protokołu jest odniesienie rozmiarów agregatów RBC do odpowiedniej szybkości ścinania w kontrolowanym środowisku mikroprzepływowym.

Kontrolowane środowisko mikroprzepływowe do dynamicznego badania agregacji czerwonych krwinek

Ten protokół opisuje implementację sterowanej obrazem, laserowej degradacji hydrożelu do wytwarzania naczyniowych, biomimetycznych sieci mikroprzepływowych osadzonych w hydrożelach diakrylanowych z poli(glikolu etylenowego) (PEGDA). Te biomimetyczne systemy mikroprzepływowe mogą być przydatne w zastosowaniach inżynierii tkankowej, generowaniu modeli chorób in vitro i wytwarzaniu zaawansowanych urządzeń "na chipie".

Sterowane obrazem, laserowe wytwarzanie sieci mikroprzepływowych pochodzenia naczyniowego

Tutaj prezentujemy kombinację laserowego obrazowania perfuzji dopplerowskiej (LDPI) i laserowego monitorowania perfuzji dopplerowskiej (LDPM) do pomiaru lokalnych przepływów krwi w rdzeniu kręgowym i nasycenia tlenem (SO2), a także ustandaryzowaną procedurę wprowadzania urazu rdzenia kręgowego u szczura.

Wykorzystanie laserowego obrazowania dopplerowskiego i monitorowania do analizy mikrokrążenia rdzenia kręgowego u szczurów

To badanie wprowadza nowatorską technikę pomiaru i analizy zmiennych prędkości mikrokrążenia krwi w jednym eksperymencie przy użyciu laserowego obrazowania kontrastowego plamek.

Nowatorskie podejście do przezwyciężania artefaktów ruchowych przy użyciu laserowego systemu obrazowania z kontrastem plamkowym do zmiany prędkości mikrokrążenia krwi

To badanie wprowadza protokół pomiaru mikrokrążenia w błonie śluzowej jamy ustnej człowieka za pomocą laserowego obrazowania z kontrastem. Monitorowanie gojenia się ran po przedsionkowoplastyce w połączeniu z ksenogennym przeszczepem kolagenu przedstawiono na przykładzie klinicznym.

Nowatorskie podejście do monitorowania neowaskularyzacji przeszczepu w ludzkim dziąśle

Aby badać regulację przepływu krwi w mózgu in vivo, tradycyjne metody farmakologiczne są inwazyjne, często uszkadzając czaszkę, oponę twardą i opony mózgowo-rdzeniowe. W ramach tej pracy opracowaliśmy minimalnie inwazyjną technikę, która łączy wstrzykiwanie intracisternal magna (ICM) pod kontrolą nanoiniektora z laserowym obrazowaniem kontrastowym, zachowując integralność czaszki i opon mózgowo-rdzeniowych.

Sparowany test obrazowania Cisterna Magna Nanoinjection i laserowego obrazowania z kontrastem plamkowym w celu zbadania regulacji przepływu krwi w mózgu in vivo

Do monitorowania zmian przepływu krwi mikronaczyniowej nerki podczas jednostronnej niedokrwienności nerki po resekcji prawej nerki u myszy zastosowano laserowy system obrazowania z kontrastem plamkowym (plamkowatym).

Perfuzja mikronaczyniowa monitorowana za pomocą laserowego obrazowania z kontrastem plamkowym podczas uszkodzenia niedokrwienia nerek i reperfuzji u myszy

Przedstawiamy procedurę eksperymentalną pomiaru ciśnienia parcjalnego tlenu (pO2) w naczyniach krwionośnych mózgu, opartą na zależnym od tlenu wygaszaniu fosforescencji. Opisano procedury przygotowania zwierząt oraz obrazowania zarówno dla obrazowania pO2 w szerokim polu widzenia z wykorzystaniem detektora CCD u szczurów, jak i obrazowania pO2 opartego na dwufotonowym wzbudzeniu u myszy.

Pomiar utlenowania krwi mózgowej oparty na zależnym od tlenu wygaszaniu fosforescencji

Rywalizacja binokularna występuje, gdy do obu oczu prezentowane są różne obrazy w tym samym miejscu: jeden obraz dominuje, podczas gdy drugi jest tłumiony, a dominacja ta zmienia się okresowo. Rywalizacja ta jest przydatna w badaniu selekcji percepcyjnej i świadomości wzrokowej. W niniejszej pracy opisujemy kilka prostych metod tworzenia i wykorzystywania bodźców do wywoływania rywalizacji binokularnej.

Jak tworzyć i wykorzystywać rywalizację binokularną

Poznaj metodę budowy systemu laserowego obrazowania kontrastowego (LSCI) do monitorowania przepływu krwi u małych zwierząt w czasie rzeczywistym. Technika ta umożliwia wizualizację dynamiki naczyniowej w badaniach neurobiologicznych.

Jak zbudować system obrazowania kontrastu plamek laserowych (LSCI) do monitorowania przepływu krwi

Przeglądaj więcej filmów