Name: Zintegrowana tomografia fotoakustyczna, ultrasonograficzna i angiograficzna (PAUSAT) do nieinwazyjnego obrazowania całego mózgu udaru niedokrwiennego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-02T12:20:00.000+00:00
Duration: 6 min 45 s
Description: Poznaj multimodalną platformę PAUSAT do nieinwazyjnego obrazowania udaru niedokrwiennego mózgu u myszy. Łączy ona fotoakustykę i angiografię akustyczną, umożliwiając ocenę natlenowania tkanek i perfuzji w czasie rzeczywistym.

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 chcieliby podziękować zespołowi inżynierów z SonoVol Inc. za ich wsparcie techniczne. Praca ta była częściowo sponsorowana przez American Heart Association Collaborative Sciences Award (18CSA34080277), dla J. Yao i W. Yanga; Amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH) przyznają R21EB027981, R21 EB027304, RF1 NS115581 (Inicjatywa BRAIN), R01 NS111039, R01 EB028143; Nagroda CAREER przyznawana przez Narodową Fundację Nauki Stanów Zjednoczonych (NSF) 2144788; stypendium Chan Zuckerberg Initiative Grant (2020-226178) dla J. Yao; a NIH przyznaje R21NS127163 i R01NS099590 W. Yangowi.

Non-Invasive Integrated PAUSAT Whole-Brain Imaging of Ischemic Stroke

<ol><li>Durukan, A., Tatlisumak, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acute+ischemic+stroke%3A+overview+of+major+experimental+rodent+models%2C+pathophysiology%2C+and+therapy+of+focal+cerebral+ischemia%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacology+Biochemistry+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">Acute ischemic stroke: overview of major experimental rodent models, pathophysiology, and therapy of focal cerebral ischemia.</a> Pharmacology Biochemistry and Behavior. 87 (1), 179-197 (2007).</li>
<li>Vander Worp, H. B., van Gijn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+Practice.+Acute+ischemic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22The+New+England+Journal+of+Medicine%22%5BJournal%5D)">Clinical Practice. Acute ischemic stroke.</a> The New England Journal of Medicine. 357 (6), 572-579 (2007).</li>
<li>Tannenbaum, J., Bennett, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Russell+and+Burch%27s+3Rs+then+and+now%3A+the+need+for+clarity+in+definition+and+purpose%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Association+for+Laboratory+Animal+Science%22%5BJournal%5D)">Russell and Burch's 3Rs then and now: the need for clarity in definition and purpose.</a> Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (2), 120-132 (2015).</li>
<li>Hochrainer, K., Yang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stroke+proteomics%3A+from+discovery+to+diagnostic+and+therapeutic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation+Research%22%5BJournal%5D)">Stroke proteomics: from discovery to diagnostic and therapeutic applications.</a> Circulation Research. 130 (8), 1145-1166 (2022).</li>
<li>Wang, L. V., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+guide+to+photoacoustic+tomography+in+the+life+sciences%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">A practical guide to photoacoustic tomography in the life sciences.</a> Nature Methods. 13 (8), 627-638 (2016).</li>
<li>Aldrich, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Basic+physics+of+ultrasound+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Care+Medicine%22%5BJournal%5D)">Basic physics of ultrasound imaging.</a> Critical Care Medicine. 35 (5), S131-S137 (2007).</li>
<li>Jacques, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+properties+of+biological+tissues%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Optical properties of biological tissues: a review.</a> Physics in Medicine and Biology. 58 (11), R37-R61 (2013).</li>
<li>Li, M., Tang, Y., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography+of+blood+oxygenation%3A+a+mini+review%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography of blood oxygenation: a mini review.</a> Photoacoustics. 10, 65-73 (2018).</li>
<li>Menozzi, L., Yang, W., Feng, W., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sound+out+the+impaired+perfusion%3A+Photoacoustic+imaging+in+preclinical+ischemic+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Sound out the impaired perfusion: Photoacoustic imaging in preclinical ischemic stroke.</a> Frontiers in Neuroscience. 16, 1055552(2022).</li>
<li>Gessner, R. C., Frederick, C. B., Foster, F. S., Dayton, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+angiography%3A+a+new+imaging+modality+for+assessing+microvasculature+architecture%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Biomedical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Acoustic angiography: a new imaging modality for assessing microvasculature architecture.</a> International Journal of Biomedical Imaging. 2013, 936593(2013).</li>
<li>Dayton, P. A., Rychak, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+ultrasound+imaging+using+microbubble+contrast+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Bioscience%22%5BJournal%5D)">Molecular ultrasound imaging using microbubble contrast agents.</a> Frontiers in Bioscience. 12, 5124-5142 (2007).</li>
<li>Isayama, K., Pitts, L. H., Nishimura, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+2%2C+3%2C+5-triphenyitetrazolium+chloride+staining+to+delineate+rat+brain+infarcts%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Evaluation of 2, 3, 5-triphenyitetrazolium chloride staining to delineate rat brain infarcts.</a> Stroke. 22 (11), 1394-1398 (1991).</li>
<li>Ruan, J., Yao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+tests+in+rodent+models+of+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Hemorrhages%22%5BJournal%5D)">Behavioral tests in rodent models of stroke.</a> Brain Hemorrhages. 1 (4), 171-184 (2020).</li>
<li>Parthasarathy, A. B., Kazmi, S. M. S., Dunn, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+imaging+of+ischemic+stroke+through+thinned+skull+in+mice+with+Multi+Exposure+Speckle+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Quantitative imaging of ischemic stroke through thinned skull in mice with Multi Exposure Speckle Imaging.</a> Biomedical Optics Express. 1 (1), 246-259 (2010).</li>
<li>Hingot, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+ultrafast+ultrasound+imaging+of+cerebral+perfusion+correlates+with+ischemic+stroke+outcomes+and+responses+to+treatment+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">Early ultrafast ultrasound imaging of cerebral perfusion correlates with ischemic stroke outcomes and responses to treatment in mice.</a> Theranostics. 10 (17), 7480-7491 (2020).</li>
<li>Menozzi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+non-invasive+brain+imaging+of+ischemic+stroke+by+integrated+photoacoustic%2C+ultrasound+and+angiographic+tomography+%28PAUSAT%29%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional non-invasive brain imaging of ischemic stroke by integrated photoacoustic, ultrasound and angiographic tomography (PAUSAT).</a> Photoacoustics. 29, 100444(2022).</li>
<li>Llovera, G., Roth, S., Plesnila, N., Veltkamp, R., Liesz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+stroke+in+mice%3A+permanent+coagulation+of+the+distal+middle+cerebral+artery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Modeling stroke in mice: permanent coagulation of the distal middle cerebral artery.</a> Journal of Visualized Experiments. (89), e51729(2014).</li>
<li>Trotman-Lucas, M., Kelly, M. E., Janus, J., Fern, R., Gibson, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+alternative+surgical+approach+reduces+variability+following+filament+induction+of+experimental+stroke+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Disease+Models+%26+Mechanisms%22%5BJournal%5D)">An alternative surgical approach reduces variability following filament induction of experimental stroke in mice.</a> Disease Models & Mechanisms. 10 (7), 931-938 (2017).</li>
<li>Labat-Gest, V., Tomasi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photothrombotic+ischemia%3A+a+minimally+invasive+and+reproducible+photochemical+cortical+lesion+model+for+mouse+stroke+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Photothrombotic ischemia: a minimally invasive and reproducible photochemical cortical lesion model for mouse stroke studies.</a> Journal of Visualized Experiments. (76), e50370(2013).</li>
<li>Matsumoto, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualising+peripheral+arterioles+and+venules+through+high-resolution+and+large-area+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Visualising peripheral arterioles and venules through high-resolution and large-area photoacoustic imaging.</a> Scientific Reports. 8 (1), 14930(2018).</li>
<li>Xu, Y., Wang, L. V., Ambartsoumian, G., Kuchment, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reconstructions+in+limited-view+thermoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">Reconstructions in limited-view thermoacoustic tomography.</a> Medical Physics. 31 (4), 724-733 (2004).</li>
<li>Yal Tang,, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-fidelity+deep+functional+photoacoustic+tomography+enhanced+by+virtual+point+sources%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">High-fidelity deep functional photoacoustic tomography enhanced by virtual point sources.</a> Photoacoustics. 29, 100450(2023).</li>
<li>Zheng, W., Huang, C., Zhang, H., Xia, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slit-based+photoacoustic+tomography+with+co-planar+light+illumination+and+acoustic+detection+for+high-resolution+vascular+imaging+in+human+using+a+linear+transducer+array%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Engineering+Letters%22%5BJournal%5D)">Slit-based photoacoustic tomography with co-planar light illumination and acoustic detection for high-resolution vascular imaging in human using a linear transducer array.</a> Biomedical Engineering Letters. 12 (2), 125-133 (2022).</li>
<li>Wang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slit-enabled+linear-array+photoacoustic+tomography+with+near+isotropic+spatial+resolution+in+three+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Slit-enabled linear-array photoacoustic tomography with near isotropic spatial resolution in three dimensions.</a> Optics Letters. 41 (1), 127-130 (2016).</li>
<li>Vu, T., Li, M., Humayun, H., Zhou, Y., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+generative+adversarial+network+for+artifact+removal+in+photoacoustic+computed+tomography+with+a+linear-array+transducer%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">A generative adversarial network for artifact removal in photoacoustic computed tomography with a linear-array transducer.</a> Experimental Biology and Medicine. 245 (7), 597-605 (2020).</li>
<li>Zhang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep-E%3A+A+fully-dense+neural+network+for+improving+the+elevation+resolution+in+linear-array-based+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Deep-E: A fully-dense neural network for improving the elevation resolution in linear-array-based photoacoustic tomography.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 41 (5), 1279-1288 (2022).</li>
<li>Hauptmann, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Model-based+learning+for+accelerated%2C+limited-view+3-D+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Model-based learning for accelerated, limited-view 3-D photoacoustic tomography.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 37 (6), 1382-1393 (2018).</li>
<li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+deep-tissue+functional+and+molecular+imaging+by+integrated+photoacoustic%2C+ultrasound%2C+and+angiographic+tomography+%28PAUSAT%29%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional deep-tissue functional and molecular imaging by integrated photoacoustic, ultrasound, and angiographic tomography (PAUSAT).</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 41 (10), 2704-2714 (2022).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów w tej pracy.

Istnieje kilka istotnych aspektów tej metody, które, jeśli zostaną wykonane nieprawidłowo, mogą prowadzić do znacznego obniżenia jakości obrazu i analizy ilościowej. Najczęstszym skutkiem błędu użytkownika na obrazach PAUSAT jest albo brak sygnału, albo bardzo niska siła sygnału, które mogą wystąpić z różnych powodów. Jednym z takich powodów jest problem ze sprzężeniem akustycznym. Duże pęcherzyki powietrza w wodzie otaczającej głowę myszy podczas obrazowania mogą często blokować przemieszczanie się ultradźwięków do lub ...

Krew transportuje tlen (poprzez białko hemoglobiny) oraz inne ważne składniki odżywcze do tkanek w naszym organizmie. Gdy przepływ krwi przez tkanki zostanie przerwany (niedokrwienie), może dojść do poważnego uszkodzenia tkanek, z których najpilniejsze skutki wynikają z niedoboru tlenu (hipoksja). Udar niedokrwienny jest wynikiem przerwania przepływu krwi do określonego obszaru mózgu. Uszkodzenie mózgu w następstwie udaru niedokrwiennego może wystąpić w ciągu kilku minut od zablokowania naczynia i często może przynieść wyniszczające i trwałe skutki1,2. Niezwykle wartościową strategią oceny fizjopatologii po udarze niedokrwiennym oraz identyfikacji i testowania nowych metod leczenia jest wykorzystanie w laboratorium modeli małych zwierząt. Terapie odkryte w laboratorium mają na celu wdrożenie do praktyki klinicznej i poprawę życia pacjentów. Jednakże wykorzystanie zwierząt w badaniach biomedycznych musi być starannie oceniane zgodnie z zasadami 3R Russella i Burcha: zastąpienie (replacement), ograniczenie (reduction) i udoskonalenie (refinement)3. Celem komponentu ograniczenia jest zmniejszenie liczby zwierząt bez kompromitowania procesu gromadzenia danych. Mając to na uwadze, możliwość podłużnej oceny ewolucji zmiany za pomocą obrazowania nieinwazyjnego daje ogromną przewagę w ograniczaniu liczby wymaganych zwierząt, a także maksymalizuje ilość informacji uzyskanych z każdego osobnika4.
Tomografia fotoakustyczna (PAT) jest hybrydową metodą obrazowania, która łączy kontrast oparty na absorpcji optycznej z rozdzielczością przestrzenną obrazowania ultradźwiękowego5. Mechanizm obrazowania PAT przebiega w następujący sposób. Na obrazowany obiekt kierowany jest impuls lasera wzbudzającego. Zakładając, że obiekt absorbuje światło o długości fali lasera wzbudzającego, jego temperatura wzrośnie. Ten gwałtowny wzrost temperatury powoduje termoelastyczną rozszerzalność obiektu. Rozszerzanie to wywołuje propagację fali ultradźwiękowej z obiektu na zewnątrz. Dzięki wykrywaniu fali ultradźwiękowej w wielu pozycjach, czas potrzebny na propagację fali od obiektu do detektorów może zostać wykorzystany do stworzenia obrazu za pomocą algorytmu rekonstrukcji. Zdolność PAT do wykrywania absorpcji optycznej w głębokich regionach tkanek odróżnia PAT od obrazowania ultradźwiękowego, które wykrywa granice tkanek o różnych impedancjach akustycznych5. W widmach światła widzialnego i bliskiej podczerwieni głównymi silnie absorbującymi biomolekułami, które występują obficie w organizmach, są hemoglobina, lipidy, melanina i woda7. W badaniach nad udarem szczególnym zainteresowaniem cieszy się hemoglobina. Ponieważ oksyhemoglobina i deoksyhemoglobina mają różne widma absorpcji optycznej, PAT może być stosowane z wieloma długościami fal lasera wzbudzającego w celu określenia względnego stężenia obu stanów tego białka. Pozwala to na ilościowe określenie nasycenia hemoglobiny tlenem (sO2), czyli utlenowania krwi, wewnątrz i na zewnątrz obszaru zawału8,9. Jest to istotny parametr w udarze niedokrwiennym, ponieważ może on wskazywać poziom tlenu w uszkodzonej tkance mózgowej po niedokrwieniu.
Angiografia akustyczna (AA) to metoda obrazowania ultradźwiękowego z wzmocnieniem kontrastowym, która jest szczególnie użyteczna w obrazowaniu morfologii naczyń krwionośnych. in vivo10Metoda ta opiera się na zastosowaniu dwuelementowego przetwornika typu wobbler (elementu niskoczęstotliwościowego i elementu wysokoczęstotliwościowego) w połączeniu z mikropęcherzykami wstrzykniętymi do układu krwionośnego badanego obiektu. Element niskoczęstotliwościowy przetwornika służy do transmisji na częstotliwości rezonansowej mikropęcherzyków (np. 2 MHz), podczas gdy element wysokoczęstotliwościowy jest wykorzystywany do odbioru sygnałów superharmonicznych generowanych przez mikropęcherzyki (np. 26 MHz). Po wzbudzeniu na częstotliwości rezonansowej mikropęcherzyki wykazują silną odpowiedź nieliniową, co prowadzi do powstania sygnałów superharmonicznych, których nie generują otaczające tkanki ciała.11Odbiór sygnału za pomocą elementu wysokiej częstotliwości zapewnia wykrycie wyłącznie sygnałów pochodzących z mikropęcherzyków. Ponieważ mikropęcherzyki są ograniczone do naczyń krwionośnych, wynikiem jest obraz angiograficzny morfologii naczyń krwionośnych. AA jest potężną metodą obrazowania udaru niedokrwiennego, ponieważ mikropęcherzyki przepływające przez układ krążenia nie są w stanie przedostać się przez zablokowane naczynia. Pozwala to AA na wykrycie obszarów mózgu, które nie są perfundowane w wyniku udaru niedokrwiennego, co wskazuje obszar zawału.
Przedkliniczne badania nad udarem niedokrwiennym opierają się zazwyczaj na zastosowaniu histologii oraz testów behawioralnych w celu oceny lokalizacji i ciężkości udaru. Barwienie chlorkiem trifenylotetrazoliu (TTC) to powszechnie stosowana analiza histologiczna służąca do wyznaczania objętości obszaru zawału. Metoda ta może być jednak zastosowana jedynie w punkcie końcowym, ponieważ wymaga ona eutanazji zwierzęcia12. Testy behawioralne mogą być wykorzystywane do oceny upośledzenia funkcji motorycznych w wielu punktach czasowych, lecz nie dostarczają one ilościowych wartości anatomicznych ani fizjologicznych13. Obrazowanie biomedyczne zapewnia bardziej ilościowe podejście do nieinwazyjnego i podłużnego badania skutków udaru niedokrwiennego9,14,15. Jednak istniejące technologie obrazowania (takie jak obrazowanie rezonansem magnetycznym [MRI] dla małych zwierząt) mogą wiązać się z wysokimi kosztami, nie zapewniać jednoczesnych informacji strukturalnych i funkcjonalnych lub mieć ograniczoną głębokość penetracji (podobnie jak większość technik obrazowania optycznego).
W niniejszej pracy łączymy tomografię fotoakustyczną, ultradźwiękową i angiograficzną (PAUSAT; patrz schemat systemu na Rysunku 1), co pozwala na uzyskanie komplementarnych informacji strukturalnych i funkcjonalnych dotyczących perfuzji krwi i natlenienia po udarze niedokrwiennym16. Są to dwa istotne aspekty w ocenie stopnia ciężkości urazu oraz monitorowaniu rekonwalescencji lub odpowiedzi na leczenie. Wykorzystanie tych zintegrowanych metod obrazowania może zwiększyć ilość informacji pozyskiwanych z każdego zwierzęcia, co redukuje liczbę wymaganych osobników i dostarcza więcej danych w badaniach nad potencjalnymi metodami leczenia udaru niedokrwiennego.
<img alt="Schemat systemu fotonicznego, wzbudzenie optyczne, układ spektroskopowy, lasery impulsowe 532/756/798 nm, obrazowanie." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65319/65319fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Schemat PAUSAT. (A) Pełny schemat systemu PAUSAT, obejmujący laser i OPO wykorzystywane do PAT. (B) Widok wnętrza systemu PAUSAT, zawierający dwa przetworniki ultradźwiękowe. Dwuelementowy przetwornik typu wobbler jest wykorzystywany zarówno do USG w trybie B, jak i do AA, natomiast przetwornik liniowy jest używany do PAT. Oba przetworniki są zamontowane na tej samej zmotoryzowanej platformie 2D, co umożliwia skanowanie w celu generowania danych wolumetrycznych. Rycina została zmodyfikowana na podstawie źródła16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65319/65319fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<table><tbody><tr><td>Cewnik 20 GA</td><td>BD Insyte Autoguard Winged</td><td>381534</td><td>Do intubacji myszy</td></tr><tr><td>Chlorek 2,3,5-trifenylotetrazolu</td><td>Sigma</td><td>T8877</td><td>Niezbędny do barwienia mózgu TTC do walidacji</td></tr><tr><td>Laser 532nm</td><td>Quantel</td><td>Q-smart 850</td><td>Laser używany do pompowania OPO do</td></tr><tr><td>automatycznego respiratora PAT Rovent Jr.</td><td>Kent Scientific</td><td>RV-JR</td><td>Do trzymania myszy pod narkozą podczas zabiegu chirurgicznego</td></tr><tr><td>pleciony jedwab 4-0 USP</td><td>Surgical Specialties</td><td>SP116</td><td>Używany do szwów na szyi do operacji pMCAO</td></tr><tr><td>Bupivacaine</td><td>Hospira</td><td>0409-1159-18</td><td>Używany przed zamykaniem ran podczas zabiegu chirurgicznego</td></tr><tr><td>C57BL/6 Myszy</td><td>Jackson Lab</td><td>#000664</td><td>Myszy używane do badania udaru niedokrwiennego (2-6 miesięczny samiec / samica)</td></tr> <tr><td>Przezroczysty szew</td><td>Ethicon</td><td>8606</td><td>Używany do zamykania rany (udar PT i pMCAO). Przezroczysty szew nie będzie kolidował z PAT</td></tr><tr><td>Cold Light LED</td><td>Schott</td><td>KL 1600</td><td>Potrzebne do stworzenia skoku PT</td></tr><tr><td>Jednorazowa żyletka</td><td>Accutec Blades</td><td>74-0002</td><td>Do cięcia mózgu myszy</td></tr><tr><td>Wiertarka elektryczna</td><td>JSDA</td><td>JD-700</td><td>Służy do odsłaniania MCA podczas procedury pMCAO</td></tr><tr><td>Narzędzie do elektrokoagulacji</td><td>Wet-Field Wet-Field</td><td>Bipolar-RG</td><td>Zatrzymuje przepływ krwi po wierceniu podczas zabiegu pMCAO</td></tr><tr><td>Żel do depilacji</td><td>Veet</td><td>8282651</td><td>Służy do usuwania włosów z myszy przed obrazowaniem</td></tr><tr><td>Końcówka pętli kauterycznej wysokotemperaturowej</td><td>BOVIE Medical Corporation</td><td>REF AA03</td><td>Służy do unikania krwawienia podczas oddzielania mięśnia skroniowego od czaszki</td></tr><tr><td>Karta detektora podczerwieni</td><td>Thorlabs</td><td>VRC5</td><td>Służy do zapewnienia wyrównania</td></tr> <tr><td>ścieżki światłaMiernik mocy lasera</td><td>Ophir</td><td>StarBright, P/N 7Z01580</td><td>Może być używany do kalibracji energii lasera przed obrazowaniem</td></tr><tr><td>Laserowy system obrazowania plamek</td><td>RWD Life Science Co.</td><td>RFLSI-III</td><td>Może być stosowany do walidacji powodzenia operacji udaru</td></tr><tr><td>mózgu Lubrykant Maść do oczu</td><td>Kojący</td><td>AB31336</td><td>Może być stosowany w celu uniknięcia wysuszenia oczu</td></tr><tr><td>Ręcznie regulowany stolik</td><td>Thorlabs</td><td>L490</td><td>Używany z niestandardową rampą do obrazowania AA o wielu ogniskowych</td></tr><tr><td>Zmodyfikowany system obrazowania Vega</td><td>System Perkin Elmer</td><td>LLA00061</td><td>zawierający przetworniki zarówno B-mode/AA, jak i PAT</td></tr><tr><td>Optyczny oscylator parametryczny</td><td>Quantel</td><td>versaScan-L532</td><td>Pozwala na dostrojenie długości fali wzbudzenia w szerokim zakresie</td></tr><tr><td>Programowalny system ultrasonograficzny</td><td>Verasonics</td><td>Vantage 256</td><td>Używany do części PAT systemu</td></tr><tr><td>Rose Bengal</td><td>Sigma</td><td>330000</td><td>Niezbędny do wywołania udaru PT</td></tr><tr><td>Szew</td><td>LOOK</td><td>SP116</td><td>Używany do trwałego podwiązania temperatury CCA</td></tr><tr><td> Contoller</td><td>Physitemp</td><td>TCAT-2</td><td>Służy do utrzymywania stabilnej temperatury ciała myszy podczas zabiegów</td></tr><tr><td>VesselVue Microbubbles</td><td>Perkin Elmer</td><td>P-4007001</td><td>Służy do angiografii akustycznej (2,43 & razy; 10^9 mikropęcherzyków / ml)</td></tr></tbody></table>

zintegrowana tomografia fotoakustyczna, ultrasonograficzna i angiograficzna (pausat) do nieinwazyjnego obrazowania całego mózgu udaru niedokrwiennego

Integrated Photoacoustic, Ultrasound, and Angiographic Tomography (PAUSAT) for NonInvasive Whole-Brain Imaging of Ischemic Stroke

Przedstawione tutaj jest eksperymentalne badanie udaru niedokrwiennego przy użyciu naszego nowo opracowanego nieinwazyjnego systemu obrazowania, który integruje trzy technologie obrazowania akustycznego: fotoakustyczną, ultrasonograficzną i angiograficzną tomografię (PAUSAT). Połączenie tych trzech modalności pomaga uzyskać wielospektralną tomografię fotoakustyczną (PAT) natlenienia krwi mózgu, obrazowanie ultrasonograficzne tkanki mózgowej o wysokiej częstotliwości oraz angiografię akustyczną perfuzji krwi mózgowej. Multimodalna platforma obrazowania umożliwia badanie zmian perfuzji i natlenienia mózgu w całym mózgu myszy po udarze. Oceniono dwa powszechnie stosowane modele udaru niedokrwiennego: model stałego zamknięcia tętnicy środkowej mózgu (pMCAO) oraz model fotozakrzepowy (PT). PAUSAT wykorzystano do zobrazowania tych samych mózgów myszy przed i po udarze oraz do ilościowej analizy obu modeli udaru. Ten system obrazowania był w stanie wyraźnie pokazać zmiany naczyniowe w mózgu po udarze niedokrwiennym, w tym znacznie zmniejszoną perfuzję krwi i natlenienie w okolicy zawału udaru (ipsilateralnie) w porównaniu z nieuszkodzoną tkanką (kontralateralnie). Wyniki zostały potwierdzone zarówno przez laserowe obrazowanie z kontrastem plamkowym, jak i barwienie chlorkiem trifenylotetrazolu (TTC). Co więcej, objętość zawału mózgu w obu modelach udaru została zmierzona i zwalidowana za pomocą barwienia TTC jako prawdy podstawowej. Dzięki temu badaniu wykazaliśmy, że PAUSAT może być potężnym narzędziem w nieinwazyjnych i podłużnych badaniach przedklinicznych udaru niedokrwiennego.

Obrazowanie morfologii naczyń krwionośnych w mózgu 
AA generuje obrazy morfologii naczyń krwionośnych poprzez pobudzanie mikropęcherzyków w układzie krwionośnym ich częstotliwością rezonansową i odbiór odpowiedzi superharmonicznej tych mikropęcherzyków. Dzięki zastosowaniu dostosowanej rampy (Ryc. 2C) przymocowanej do regulowanego ręcznie stolika, możemy obrazować mózg myszy w trybie AA na dwóch różnych głębokościach ogniskowania. Podczas celowania w głębsze obszary, regi...

Ta praca demonstruje wykorzystanie multimodalnej platformy obrazowania opartej na ultradźwiękach do nieinwazyjnego obrazowania udaru niedokrwiennego. System ten pozwala na ilościowe określenie natlenienia krwi za pomocą obrazowania fotoakustycznego i upośledzonej perfuzji w mózgu za pomocą angiografii akustycznej.

Zintegrowana tomografia fotoakustyczna, ultrasonograficzna i angiograficzna (PAUSAT) do nieinwazyjnego obrazowania całego mózgu udaru niedokrwiennego

Presented here is an experimental ischemic stroke study using our newly developed noninvasive imaging system that integrates three acoustic-based imaging ...

Jest kilka wyzwań eksperymentalnych. Na przykład obecność włosów na skórze głowy może powodować artefakty na uzyskanych obrazach. Wiek zwierzęcia również odgrywa kluczową rolę, ponieważ grubość czaszki jest obecnie ograniczeniem w wykrywaniu głębszych sygnałów.Wiele czysto optycznych technik obrazowania wymaga inwazyjnej procedury i może obrazować tylko około jednego milimetra głębokości. Dzięki PAUSAT łączymy zalety zarówno ultrasonografii, jak i obrazowania optycznego. Możemy uzyskać zarówno strukturalne, jak i funkcjonalne informacje dotyczące udaru niedokrwiennego w całkowicie bezpieczny i nieinwazyjny sposób.Możliwość oceny ewolucji urazu z leczeniem lub bez leczenia przez to samo zwierzę w różnych punktach czasowych pozwala nam zebrać bardzo cenne informacje, a także zmniejszyć liczbę zwierząt potrzebnych do różnych badań. Nieustannie pracujemy nad sposobami poprawy szybkości, głębi, rozdzielczości i kontrastu obrazowania zarówno w obrazowaniu fotoakustycznym, jak i ultradźwiękowym. Dzięki lepszym systemom obrazowania możemy odpowiedzieć na bardziej fundamentalne pytania biologiczne i ocenić nowe eksperymentalne metody leczenia.Aby skonfigurować system obrazowania, zacznij od

integrated-photoacoustic-ultrasound-angiographic-tomography-pausat

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

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...

Nieinwazyjne ultrasonografie wysokiej częstotliwości i obrazowanie dopplerowskie hemodynamiki mózgu szczura

Źródło: Upputuri, P. K., et al. Wysokowydajny, kompaktowy system tomografii fotoakustycznej do obrazowania mózgu In Vivo. J. Vis. Exp. (2017)Ten film przedstawia protokół nieinwazyjnego obrazowania mózgu szczura in vivo za pomocą tomografii fotoakustycznej, prezentując przygotowanie, konfigurację systemu obrazowania i pozyskiwanie danych w celu rekonstrukcji obrazów mózgu 2D w celu wizualizacji struktur naczyniowych i zdrowia nerwowo-naczyniowego.

Obrazowanie in vivo mózgu szczura za pomocą tomografii fotoakustycznej

Obecna praca opisuje nowy protokół do wykonywania nieinwazyjnych ultradźwięków o wysokiej częstotliwości i obrazowania fotoakustycznego na mózgu szczura, aby efektywnie wizualizować głębokie obszary podkorowe i ich wzorce naczyniowe poprzez kierowanie sygnałów na otwór czaszki naturalnie występujący na zwierzęcej czaszce.

Nieinwazyjne miąższowe, naczyniowe i metaboliczne ultrasonografie wysokiej częstotliwości i fotoakustyczne obrazowanie głębokiego mózgu szczura

Pokazano kompaktowy system tomografii fotoakustycznej oparty na diodach impulsowych (PLD-PAT) do szybkiego obrazowania mózgu in vivo u małych zwierząt.

Wysokowydajny, kompaktowy system tomografii fotoakustycznej do obrazowania in vivo mózgu małych zwierząt

W niniejszym artykule omawiamy metodologię oraz kwestie istotne dla łączenia TMS i fMRI w celu zbadania wpływu stymulacji mózgu na sieć stanu spoczynkowego.

Połączenie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i fMRI w celu zbadania sieci aktywności spoczynkowej (Default Mode Network)

W niniejszym artykule badamy wpływ stymulacji TMS w trybie Theta-Burst na plastyczność kory mózgowej u osób cierpiących na zespół kruchego chromosomu X oraz u osób w spektrum autyzmu.

TMS: Wykorzystanie protokołu Theta-Burst do badania mechanizmów plastyczności u osób z zespołem kruchego chromosomu X i autyzmem

W niniejszym artykule badamy wpływ zależność stanu od bodźców wzrokowych na wywołane przez TMS motywacyjne fosfeny.

Wpływ zależności od stanu na TMS: analiza zachowania fosfenów motywacyjnych

W niniejszym artykule omawiamy metodologię oraz kwestie istotne dla zatwierdzonego przez FDA protokołu leczenia depresji z wykorzystaniem urządzenia Neuronetics NeuroStar TMS.

Urządzenie NeuroStar TMS: Przeprowadzanie zatwierdzonego przez FDA protokołu leczenia depresji

Wynik leczenia pacjentów z ostrym udarem niedokrwiennym zależy od szybkiego przywrócenia przepływu krwi w mózgu. Protokół ten ma na celu optymalizację postępowania z takimi pacjentami poprzez zminimalizowanie czasu okołozabiegowego i skrócenie czasu od przyjęcia do szpitala do reperfuzji.

Zoptymalizowane zarządzanie leczeniem wewnątrznaczyniowym ostrego udaru niedokrwiennego mózgu

Ogólnym celem tej procedury jest dostarczenie wysoce powtarzalnej techniki oceny in vivo naruszenia bariery krew-mózg w szczurzych modelach udaru niedokrwiennego.

Ocena in vivo przerwania bariery krew-mózg w szczurzym modelu udaru niedokrwiennego

Poznaj multimodalną platformę PAUSAT do nieinwazyjnego obrazowania udaru niedokrwiennego mózgu u myszy. Łączy ona fotoakustykę i angiografię akustyczną, umożliwiając ocenę natlenowania tkanek i perfuzji w czasie rzeczywistym.

Zintegrowana tomografia fotoakustyczna, ultrasonograficzna i angiograficzna (PAUSAT) do nieinwazyjnego obrazowania całego mózgu udaru niedokrwiennego (Wideo) | JoVE Journal

Zintegrowana tomografia fotoakustyczna, ultrasonograficzna i angiograficzna (PAUSAT) do nieinwazyjnego obrazowania całego mózgu udaru niedokrwiennego

Przeglądaj więcej filmów