Name: Avaliação simultânea de Cerebral Hemodinâmica e de espalhamento de luz Propriedades do In Vivo Cérebro de Rato Utilizando Imagem de Reflexão Difusa Multispectral (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-07T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 6 s
Description: Aprenda a avaliar hemodinâmica cerebral e propriedades de espalhamento de luz em cérebro de rato in vivo usando imagem de reflectância difusa multiespectral. Esta técnica permite monitorar alterações temporais na função cerebral.

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

Parte deste trabalho foi apoiado por um Grant-in-Aid for Scientific Research (C) da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (25350520, 22500401, 15K06105) e do Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento ITC-PAC DO EXÉRCITO DOS EUA (FA5209-15-P-0175).

cuidados com os animais, preparação e protocolos experimentais foram aprovados pelo Comitê de Pesquisa Animal da Universidade de Tóquio de Agricultura e Tecnologia. Por esta metodologia, o rato é alojado num ambiente controlado (24 ° C, 12 h ciclo de luz / escuro), com comida e água disponível ad libitum. 1. Construção de um sistema convencional Multispectral reflectância difusa imagem <ol><li> Montagem nove filtros de interferência de banda estreita ópticos com comprimentos de onda centrais de 500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, e 760 nm para os orifícios de filtro do filtro roda motorizada. </li><li> Construir um sistema de imagem multi-espectral usando uma fonte de luz branca de banda larga, uma roda de filtro motorizado com o conjunto de cima de filtros de interferência de banda estreita, uma guia de luz, uma lente de recolha, uma lente zoom de vídeo, e uma câmara CCD monocromática. A disposição de elementos ópticos, mostrado na Figura 2, pode ser referido para thé um procedimento de construção. NOTA: O ângulo de iluminação é de aproximadamente 45 ° em relação à superfície da amostra. </li><li> Ligar a fonte de luz de lâmpada de halogéneo para iluminar a superfície da amostra através de um filtro de interferência, o guia de luz, e a lente de recolha. </li><li> Abra o software de operação da câmera CCD. </li></ol> 2. Preparação de animais NOTA: Neste protocolo, o rato não foi utilizado para as futuras experiências e foi sacrificado imediatamente após as medidas de imagens multiespectrais. <ol><li> Ligar o orifício de entrada de uma câmara de indução para o orifício de saída de uma máquina de anestesia com um tubo. Conectar o orifício de saída da câmara de indução para o orifício de entrada da máquina de anestesia com um segundo tubo. </li><li> Colocar o rato para a câmara de indução e induzir a anestesia com 5,0% de isoflurano. Manter a anestesia, a uma profundidade tal que o rato não responde a pitadas dedo do pé. euower a 2,0% de isoflurano utilizando um botão rotativo na máquina de anestesia. </li><li> Fixar a cabeça do rato em um quadro estereotáxico. Anexar um bocal para anestesia à armação estereotáxica. </li><li> Ligar o orifício de entrada do bocal para a porta de saída do aparelho de anestesia com um tubo. Conectar o orifício de saída do bocal até o porto de entrada da máquina de anestesia com um tubo. </li><li> Raspar a região da cabeça além do local da incisão prospectivo usando cortadores de cabelo até a superfície da pele aparece. </li><li> Fazer uma incisão longitudinal de aproximadamente 20 mm long ao longo da linha média da cabeça, usando um bisturi cirúrgico (Figura 1 (a)) e expor os tecidos conjuntivos subcuteos (Figura 1 (b)). </li><li> Remover os tecidos conjuntivos subcuteos utilizando uma cureta afiada ou uma pinça e puxá-lo para ambos os lados da cabeça para expor o crânio de osso (Figura 1 (c)). </li><li> Escavar uma vala elipsoidal sobre o osso do crânio no interior do sutur cranianaES (sutura coronal, sagital de sutura e sutura lambdóide) utilizando uma broca de alta velocidade (Figura 1 (d)). </li><li> Lenta e homogeneamente escavar o osso do crânio dentro da vala usando a broca de alta velocidade. </li><li> Pressione levemente na superfície do crânio afinada com a ponta da pinça para estimar a espessura e força óssea depois de um vaso sanguíneo cerebral aparece. Se a região adelgaçada crânio deprime facilmente, terminar a redução do osso do crânio com a broca de alta velocidade. </li><li> Cortar a linha de fronteira elipsoidal do crânio diluído fragmentada utilizando a ponta da pinça ou pequenas tesouras cirúrgicas. </li><li> Remover o crânio diluído a partir da superfície do cérebro lenta e suavemente usando a pinça. </li><li> Suavemente banhar a janela craniana com solução salina fisiológica e cobri-lo com uma placa de vidro transparente, aproximadamente, 0,1 mm de espessura. </li></ol> 3. Regulamentação da fração inspirada de oxigênio NOTA: O condi respiratóriação pode ser alterada através do controlo da fracção de oxigénio inspirada (FiO 2). <ol><li> Usando um tubo, ligar o primeiro porto de um conector de tubo em forma de Y (conector 1) para a primeira porta de outro conector de tubo em forma de Y (conector 2). </li><li> Ligar o orifício de entrada do bocal para a segunda porta de conector do tubo 1. </li><li> Usando um tubo, ligar a terceira porta de conector do tubo 1 para um dispositivo de oxigénio monitor de concentração. </li><li> Com um tubo, ligar a segunda porta de ligação de tubo 2 para a porta de saída de um aparelho de anestesia. </li><li> Usando um tubo, ligar a terceira porta de ligação de tubo 2 para a porta de saída de um dispositivo de mistura de gás. </li><li> Conectar um orifício de entrada do dispositivo de mistura de gás a uma alta pressão de 95% de O2 - 5% de CO 2 do cilindro de gás, utilizando um tubo. </li><li> Ligue a outra porta de entrada do dispositivo de mistura de gás a uma alta pressão de 95% de N 2 - 5% cilindro de gás de CO 2 usando um tubo. </li><li> Alterar as taxas de fluxo de gás Sf O 2 e N 2, utilizando os botões rotativos no dispositivo de mistura de gás. </li><li> Verificar e regular a FiO 2, utilizando o dispositivo de oxigénio monitor de concentração. </li></ol> 4. Aquisição das Multispectral de reflectância difusa Imagens <ol><li> Aquisição de imagens de referência NOTA: Os componentes ópticos utilizados nesta experiência, tais como a fonte luminosa, de fibra óptica, e os detectores têm as suas próprias características espectrais. Portanto, a intensidade da luz que passou através destes componentes deve ser gravado como uma imagem de referência. A imagem de referência é uma imagem tirada com um difusor branco padrão iluminado com a luz da fonte de luz. <ol><li> Coloque o difusor branco padrão no palco horizontalmente. </li><li> O foco da lente da câmara sobre a superfície do difusor branco, rodando o anel de zoom no barril. </li><li> Ajustar o tempo de integração da câmera selecionando o valor apropriado nadrop-down lista de tempos de integração no software de operação da câmara para que a maior quantidade de luz produz um sinal que é aproximadamente 75% das contagens máximas. Enquanto observa o histograma de valores de pixel, ajustar o tempo de integração até que o nível de intensidade de sinal é de aproximadamente 75% das contagens máximas. </li><li> Selecione o comando &quot;salvar&quot; no menu arquivo para salvar uma imagem em um arquivo. </li><li> Alterar a localização do filtro, rodando a roda de filtro. </li><li> Guardar uma imagem aos outros comprimentos de onda de acordo com o processo descrito acima. O nome do arquivo deve identificar a amostra e o comprimento de onda utilizado (por exemplo, W500, W520, W540 ... W760). </li></ol></li><li> Aquisição de imagens de exemplo Nota: Imagens da intensidade da luz difusa refletida de cérebro de rato expostos em nove comprimentos de onda são capturados e salvos no disco rígido de um computador pessoal utilizando as mesmas condições de aquisição. <ol><li> Delicadamente, coloque o rna no palco e, lentamente, ajustar o nível do palco para que a câmara pode focar na superfície do cérebro de rato. </li><li> Selecione o comando &quot;salvar&quot; no menu arquivo para salvar uma imagem em um arquivo. </li><li> Alterar a localização do filtro, rodando a roda de filtro. </li><li> Guardar uma imagem aos outros comprimentos de onda de acordo com o processo descrito acima. O nome do arquivo deve identificar a amostra e o comprimento de onda (por exemplo, R500, R520, R540 ... R760). </li></ol></li><li> Aquisição de imagens escuras NOTA: A câmara CCD pode gerar uma intensidade de luz em resposta a um sinal eléctrico. No entanto, existe alguma saída menor devido ao ruído nos circuitos elétricos e detectores, mesmo se a luz não entra no detector; isso é chamado de ruído atual escuro. Para medir com precisão a intensidade espectral da luz, a componente de corrente escura deve ser gravado como uma imagem escura e então subtraído a partir do sinal medido. A imagem escura é uma tomada de imagemn com o percurso da luz bloqueada. <ol><li> Desligue a fonte de luz lâmpada de halogéneo. </li><li> Bloquear o caminho da luz ao sistema de câmera CCD usando uma placa de blindagem. </li><li> Selecione o comando &quot;salvar&quot; no menu arquivo para salvar uma imagem em um arquivo. O nome do arquivo deve identificar a amostra (por exemplo, Escuro). </li></ol></li></ol> 5. Visualizando o conteúdo de hemoglobina eo espalhamento de luz Parâmetro NOTA: Um conjunto de imagens por reflexão multiespectrais é salva no disco rígido de um computador pessoal e analisados ​​offline. Uma análise de regressão múltipla auxiliado por uma simulação de Monte Carlo 19 das imagens de reflectância difusa multi-espectrais em nove comprimentos de onda (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, e 760 nm) é então realizada para visualizar o bidimensional mapas de concentração de hemoglobina oxigenada, a concentração de hemoglobina desoxigenada, a concentração total de hemoglobina, saturação de oxigénio cerebral regional, e fezestering poder. O algoritmo detalhada foi publicada nas literaturas 17, 18. <ol><li> Subtrair a imagem escura de ambas a imagem de referência e a imagem da amostra em cada comprimento de onda. </li><li> Normalizar a imagem da amostra pela imagem de referência em cada comprimento de onda λ. Tratar a imagem normalizada, tal como a imagem de reflectância difusa R. </li><li> Calcular a absorvância (ou densidade óptica) uma imagem, tendo o logaritmo do recíproco da imagem reflectância difusa R em cada comprimento de onda λ: <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq1.jpg" /> (1) </li><li> Gerar uma matriz tridimensional por empilhamento das imagens de absorvância na ordem dos seus comprimentos de onda, onde o x - plano y mostra a informação estrutural obtida para a superfície do cérebro e o z -axis mostra a informação espectral. </li><li> PERuma análise de regressão múltipla para o espectro de absorvância A ( λ ) em cada coordenada xy. </li><li> Utilize o espectro de absorvância A ( λ ) como variável dependente e os espectros de coeficiente de extinção molar da hemoglobina oxigenada ε HbO ( λ ) e da hemoglobina desoxigenada ε HbR ( λ ) como variáveis ​​independentes para o passo 5.5 (valores publicados para ε HbO ( λ ) E ε HbR ( λ ) são fornecidos na Tabela 1 ). </li><li> Verifique os mapas bidimensionais (imagens) dos três coeficientes de regressão múltipla a HbO , a HbR e a 0 . </li><li> Gere uma matriz tridimensional empilhando as imagens dos coeficientes de regressão múltipla na ordem de um HbO , um HbR , e um 0 , onde o <em&gt; x - y plano mostra a informação estrutural obtida para a superfície do cérebro e o z -axis mostra os vários coeficientes de regressão. </li><li> Calcule a concentração de hemoglobina oxigenada C HbO, a hemoglobina desoxigenada concentração C HBr, e o poder de dispersão b a partir do conjunto de regressão múltipla coeficientes a HbO, um HBr, e um 0 em cada coordenada xy usando as seguintes fórmulas empíricas (ele valores de β HbO, i, β HBr, i, e β 0, i (i = 0,1,2,3) são fornecidos na Tabela 2): <img alt="equação 2" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq2.jpg" /> (2) <img alt="equação 3" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq3.jpg" /> (3) <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq4.jpg" /> (4) </li><li> Verificar os mapas bidimensionais (imagens) da concentração de hemoglobina oxigenada C HbO, a concentração de hemoglobina desoxigenada C HBr, e o poder de dispersão b. </li><li> Calcular um mapa bidimensional do C HBT concentração total de hemoglobina pela soma C e HbO C HBr em cada x - y de coordenadas. </li><li> Calcular um mapa bidimensional da saturação de oxigénio cerebral regional RSO 2 dividindo a concentração de hemoglobina oxigenada C HbO pelo C HBT concentração total de hemoglobina em cada x - y de coordenadas. </li></ol>

<ol><li>Bonhoeffer, T., Grinvald, A. Optical Imaging based on intrinsic signals: the methodology. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBonhoeffer%2C+T+%22Brain+mapping%3B+the+methods%22">Brain mapping; the methods</a>. Toga, A. W., Mazziotta, J. C. , Academic Press. San Diego. 55-97 (1996).</li>
<li>Mourant, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+light+scattering+from+biological+cells+relevant+to+noninvasive+optical-tissue+diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of light scattering from biological cells relevant to noninvasive optical-tissue diagnostics.</a> Appl. Opt. 37 (16), 3586-3593 (1998).</li>
<li>Abookasis, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+cortical+absorption%2C+scattering%2C+and+hemodynamic+response+during+ischemic+stroke+using+spatially+modulated+near-infrared+illumination%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Imaging cortical absorption, scattering, and hemodynamic response during ischemic stroke using spatially modulated near-infrared illumination.</a> J. Biomed. Opt. 14 (2), 024033(2009).</li>
<li>Lipton, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ischemic+cell+death+in+brain+neuron%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol.+Rev%22%5BJournal%5D)">Ischemic cell death in brain neuron.</a> Physiol. Rev. 79 (4), 1432-1568 (1999).</li>
<li>Jarvis, C. R., Anderson, T. R., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anoxic+depolarization+mediates+acute+damage+independent+of+glutamate+in+neocortical+brain+slices%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb.+Cortex%22%5BJournal%5D)">Anoxic depolarization mediates acute damage independent of glutamate in neocortical brain slices.</a> Cereb. Cortex. 11 (3), 249-259 (2001).</li>
<li>Joshi, I., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+anoxic+depolarization+during+ischemia-like+conditions+in+the+mouse+hemi-brain+slice%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Imaging anoxic depolarization during ischemia-like conditions in the mouse hemi-brain slice.</a> J. Neurophysiol. 85 (1), 414-424 (2001).</li>
<li>Polischuk, T. M., Jarvis, C. R., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+optical+signaling+denoting+neuronal+damage+in+response+to+acute+excitotoxic+insult+in+the+hippocampal+slice%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Dis%22%5BJournal%5D)">Intrinsic optical signaling denoting neuronal damage in response to acute excitotoxic insult in the hippocampal slice.</a> Neurobiol. Dis. 4 (6), 423-437 (1998).</li>
<li>Jarvis, C. R., Lilge, L., Vipond, G. J., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpretation+of+intrinsic+optical+signals+and+calcein+fluorescence+during+acute+excitotoxic+insult+in+the+hippocampal+slice%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Interpretation of intrinsic optical signals and calcein fluorescence during acute excitotoxic insult in the hippocampal slice.</a> NeuroImage. 10 (4), 357-372 (1999).</li>
<li>Obeidat, A. S., Jarvis, C. R., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10698080">Glutamate does not mediate acute neuronal damage after spreading depression induced by O2/glucose deprivation in the hippocampal slice.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 20 (2), 412-422 (2000).</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 (2), 279-290 (2005).</li>
<li>Jones, M., Berwick, J., Johnston, D., Mayhew, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concurrent+optical+imaging+spectroscopy+and+laser-Doppler+flowmetry%3A+the+relationship+between+blood+flow%2C+oxygenation%2C+and+volume+in+rodent+barrel+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Concurrent optical imaging spectroscopy and laser-Doppler flowmetry: the relationship between blood flow, oxygenation, and volume in rodent barrel cortex.</a> Neuroimage. 13 (6), 1002-1015 (2001).</li>
<li>Jones, M., Berwick, J., Mayhew, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+blood+flow%2C+oxygenation%2C+and+volume+following+extended+stimulation+of+rodent+barrel+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Changes in blood flow, oxygenation, and volume following extended stimulation of rodent barrel cortex.</a> Neuroimage. 15 (3), 474-487 (2002).</li>
<li>Zhou, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffuse+optical+correlation+tomography+of+cerebral+blood+flow+during+cortical+spreading+depression+in+rat+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Diffuse optical correlation tomography of cerebral blood flow during cortical spreading depression in rat brain.</a> Opt. Express. 14 (3), 1125-1144 (2006).</li>
<li>Bouchard, M. B., Chen, B. R., Burgess, S. A., Hillman, E. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-fast+multispectral+optical+imaging+of+cortical+oxygenation%2C+blood+flow%2C+and+intracellular+calcium+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Ultra-fast multispectral optical imaging of cortical oxygenation, blood flow, and intracellular calcium dynamics.</a> Opt. Express. 17 (18), 15670-15678 (2009).</li>
<li>Jones, P. B., et al. <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 (4), 044007(2008).</li>
<li>Kawauchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffuse+light+reflectance+signals+as+potential+indicators+of+loss+of+viability+in+brain+tissue+due+to+hypoxia%3A+charge-coupled-device-based+imaging+and+fiber-based+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Diffuse light reflectance signals as potential indicators of loss of viability in brain tissue due to hypoxia: charge-coupled-device-based imaging and fiber-based measurement.</a> J. Biomed. Opt. 18 (1), 015003(2013).</li>
<li>Yoshida, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+imaging+of+absorption+and+scattering+properties+of+in+vivo+exposed+rat+brain+using+a+digital+red-green-blue+camera%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Multispectral imaging of absorption and scattering properties of in vivo exposed rat brain using a digital red-green-blue camera.</a> J. Biomed. Opt. 20 (5), 051026(2015).</li>
<li>Nishidate, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+Cerebral+Hemodynamics+and+Tissue+Morphology+of+In+Vivo+Rat+Brain+Using+Spectral+Diffuse+Reflectance+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Spectrosc%22%5BJournal%5D)">Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Tissue Morphology of In Vivo Rat Brain Using Spectral Diffuse Reflectance Imaging.</a> Appl. Spectrosc. , (2016).</li>
<li>Wang, L. -H., Jacques, S. L., Zheng, L. -Q. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7587160">MCML-Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues.</a> Comput. Methods Programs Biomed. 47 (2), 131-146 (1995).</li>
<li>Tsytsarev, V., Premachandra, K., Takeshita, D., Bahar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+cortical+electrical+stimulation+in+vivo%3A+Fast+intrinsic+optical+signal+versus+voltage-sensitive+dyes%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Imaging cortical electrical stimulation in vivo: Fast intrinsic optical signal versus voltage-sensitive dyes.</a> Opt. Lett. 33 (9), 1032-1034 (2008).</li>
<li>Arnold, T., Biasio, M. D., Leitner, R. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=ECBO-2011-808711">Hyper-spectral video endoscope for intra-surgery tissue classification using auto-fluorescence and reflectance spectroscopy.</a> Proc. SPIE. 8087, 808711(2011).</li>
<li>Basiri, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+a+multi-spectral+camera+in+the+characterization+of+skin+wounds%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Use of a multi-spectral camera in the characterization of skin wounds.</a> Opt. Express. 18 (4), 3244-3257 (2010).</li>
<li>Nishidate, I., Maeda, T., Niizeki, K., Aizu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+melanin+and+hemoglobin+using+spectral+reflectance+images+reconstructed+from+a+digital+RGB+image+by+the+Wiener+estimation+method%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Estimation of melanin and hemoglobin using spectral reflectance images reconstructed from a digital RGB image by the Wiener estimation method.</a> Sensors. 13 (6), 7902-7915 (2013).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

O passo mais importante neste protocolo é a remoção da região do crânio diluído para fazer a janela craniana; esta deve ser realizada com cuidado para evitar hemorragias inesperadas. Este passo é importante para a obtenção de alta qualidade multiespectrais difundir imagens de reflectância com alta precisão. O uso de um microscópio estereoscópico é recomendado para o procedimento cirúrgico, se possível. Pequenos pedaços de esponja de gelatina são úteis para hemostasia. O sistema óptico descri...

A técnica de reflexão difusa multicêntrica é a técnica mais comum para obtenção de um mapa espacial de sinais ópticos intrínsecos (IOSs) no tecido cortical. Os IOS observados no cérebro in vivo são atribuídos principalmente a três fenômenos: variações na absorção de luz e propriedades de dispersão devido à hemodinâmica cortical, variação na absorção dependendo da redução ou oxidação de citocromos nas mitocôndrias e variações nas propriedades de dispersão da luz induzidas por alterações morfológicas 1 . A luz na gama espectral visível (VIS) para infravermelho próximo (NIR) é efetivamente absorvida e dispersa pelo tecido biológico. O espectro de reflectância difusa do cérebro in vivo é caracterizado por espectros de absorção e dispersão. Os coeficientes de dispersão reduzidos μ s &#39; do tecido cerebral na faixa de comprimento de onda VIS-para-NIR resultam numa exposição de espectro de dispersão monótonaMagnitudes menores em comprimentos de onda mais longos. O espectro do coeficiente de dispersão reduzido μ s &#39;(λ) pode ser aproximado para estar na forma da função de lei de potência 2 , 3 como μ s &#39; (λ) = a × λ -b . O poder de dispersão b está relacionado com o tamanho dos dispersores biológicos no tecido vivo 2 , 3 . Alterações morfológicas do tecido e redução da viabilidade do tecido cortical vivo podem afetar o tamanho dos dispersores biológicos 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 . Um sistema ótico para a imagem de reflexão difusa multiespectral pode ser facilmente construído a partir de uma lâmpada incandescenteFonte óptica, componentes ópticos simples e um dispositivo monocromático carregado acoplado (CCD). Portanto, vários algoritmos e sistemas óticos para a imagem de reflexão difusa multiespectral foram utilizados para avaliar a hemodinâmica cortical e / ou a morfologia do tecido 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 . O método descrito neste artigo é utilizado para visualizar tanto a hemodinâmica como as propriedades de dispersão da luz do tecido cerebral de rato in vivo utilizando um sistema de imagem de reflexão difusa multiespectral convencional. As vantagens deste método em relação às técnicas alternativas são a capacidade de avaliar alterações espaciotemporais tanto na hemodinâmica cerebral como no tecido corticalmorfologia, assim como a sua aplicabilidade para vários modelos animais para a disfunção cerebral. Portanto, o método será adequado para investigações de lesão traumática cerebral, ataque epiléptico, acidente vascular cerebral e isquemia.

<table><tbody><tr><td>Fonte de luz de lâmpada halógena de 150 W</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tóquio, Japão</td><td>LA-150SAE</td><td></td></tr><tr><td>Guia de luz</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tóquio, Japão</td><td>LGC1-5L1000</td><td></td></tr><tr><td>Lente coletora</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tóquio, Japão</td><td>SH-F16</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de interferência l@ 500 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>#65088</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de interferência l@ 520 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>#65093</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de interferência l@ 540 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>#65096</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de interferência l@ 560 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>#67766</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de interferência l@ 570 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>#67767</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de interferência l@ 580 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>#65646</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de interferência l@ 600 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>#65102</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de interferência l@ 730 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>#65115</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de interferência l@ 760 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>#67777</td><td></td></tr><tr><td>Roda de filtro motorizada&nbsp;</td><td>Andover Corporation, NH, EUA</td><td>FW-MOT-12.5</td><td></td></tr><tr><td>Câmera CCD monocromática de 8 bits</td><td>THE IMAGINGSOURCE, Alemanha</td><td>DMK21BU618. H</td><td></td></tr><tr><td>Lente de zoom de vídeo</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tóquio, Japão</td><td>VZMTM300i</td><td></td></tr><tr><td>Padrão branco espectral com refletância difusa de 99%</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>SRS-99-020</td><td></td></tr></tbody></table>

avaliação simultânea de cerebral hemodinâmica e de espalhamento de luz propriedades do<em&gt; in vivo</em&gt; cérebro de rato utilizando imagem de reflexão difusa multispectral

Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging

A avaliação simultânea da hemodinâmica cerebral e das propriedades de dispersão de luz do tecido cerebral de rato in vivo é demonstrada usando um sistema convencional de imagem de refletância difusa multiespectral. Este sistema é construído a partir de uma fonte de luz branca de banda larga, uma roda de filtro motorizada com um conjunto de filtros de interferência de banda estreita, um guia de luz, uma lente coletora, uma lente de zoom de vídeo e uma câmera monocromática de dispositivo acoplado carregado (CCD). Uma janela craniana elipsoidal é feita no osso do crânio de um rato sob anestesia com isoflurano para capturar imagens de refletância difusa multiespectral in vivo da superfície cortical. A regulação da fração inspirada de oxigênio usando um dispositivo de mistura de gases permite a indução de diferentes estados respiratórios, como normóxia, hiperóxia e anóxia. Uma análise de regressão múltipla baseada em simulação de Monte Carlo para as imagens de refletância difusa multiespectral medidas em nove comprimentos de onda (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730 e 760 nm) é então realizada para visualizar os mapas bidimensionais de hemodinâmica e as propriedades de espalhamento de luz do cérebro de rato in vivo.

Imagens espectrais representativas de reflectância difusa adquirido a partir de cérebros de rato in vivo são apresentados na Figura 3. As imagens em 500, 520, 540, 560, 570, e 580 nm visualizar claramente uma rede densa de vasos sanguíneos no córtex cerebral. A deterioração do contraste entre os vasos sanguíneos e o tecido circundante observadas nas imagens em 600, 730, e 760 nm reflecte a diminuição da absorção de luz pela hemoglobina no mais longo e compriment...

A avaliação simultânea da hemodinâmica cerebral e das propriedades de dispersão da luz do tecido in vivo do cérebro de rato é demonstrada utilizando um sistema de imagem de reflexão difusa multiespectral convencional.

Avaliação simultânea de Cerebral Hemodinâmica e de espalhamento de luz Propriedades do<em&gt; In Vivo</em&gt; Cérebro de Rato Utilizando Imagem de Reflexão Difusa Multispectral

The simultaneous evaluation of cerebral hemodynamics and the light scattering properties of in vivo rat brain tissue is demonstrated using a conventional ...

O objetivo geral deste procedimento é visualizar a hemodinâmica e a propriedade de espalhamento da luz em tecido cerebral in vivo. Este método pode ajudar a responder questões fundamentais na área da óptica biomédica por meio da obtenção de imagens de sinais ópticos intrínsecos em tecidos cerebrais de ratos. A principal vantagem desta técnica é que alterações temporais específicas na hemodinâmica cerebral pós-acidente e na morfologia do tecido cortical podem ser avaliadas.As implicações desta técnica estendem-se por todo o monitoramento das funções cerebrais e da viabilidade em diversos modelos de distúrbios cerebrais, pois experimentos com esses modelos animais são frequentemente realizados por meio da janela craniana. Assim, este método pode fornecer informações sobre os sinais ópticos intrínsecos. Também pode ser aplicado a outras técnicas de imageamento espectral.Beginha fixando a cabeça da rata em um quadro estereotáxico. Após a anestesia, rape a região da cabeça além do local previsto para a incisão usando uma máquina de cortar cabelo até que a superfície da pele apareça. Em seguida, faça uma incisão longitudinal com aproximadamente 20 milímetros de comprimento ao longo da linha média da cabeça usando um bisturi cirúrgico.E exponha os tecidos conjuntivos subcutâneos. Remova os tecidos conjuntivos subcutâneos usando uma cureta afiada e puxe-os para ambos os lados da cabeça para expor o osso do crânio. Em seguida, use uma broca de alta velocidade para escavar um sulco elipsoidal no osso do crânio, dentro das suturas cranianas.Em seguida, remova lentamente e de forma homogênea o osso do crânio dentro do sulco. Depois, pressione levemente a superfície do crânio afinado com a ponta da pinça para estimar a espessura e a resistência óssea após a visualização de um vaso sanguíneo cerebral. Em seguida, utilize a ponta da pinça para cortar a linha de contorno elipsoidal do fragmento de crânio afinado, parte por parte.E remova lentamente o crânio afinado da superfície do cérebro. Por fim, lave suavemente a janela craniana com solução salina fisiológica e cubra-a com uma placa de vidro transparente com aproximadamente 0,1 milímetros de espessura. Comece usando um tubo para conectar a primeira porta de um tubo em formato de Y chamado conector um à primeira porta de outro tubo em formato de Y chamado conector dois.Em seguida, conecte a porta de entrada do bocal à segunda porta do conector de tubo um. Depois, use um tubo para conectar a terceira porta do conector de tubo um a um dispositivo monitor de concentração de oxigênio. De forma semelhante, use um tubo para conectar a segunda porta do conector de tubo dois à porta de saída de uma máquina de anestesia e use outro tubo para conectar a terceira porta do conector de tubo dois à porta de saída de um dispositivo de mistura de gases.Em seguida, use um tubo para conectar uma porta de entrada do dispositivo de mistura de gases a um cilindro de gás de alta pressão contendo 95%O₂ 5%CO₂. Da mesma forma, conecte a outra porta de entrada do dispositivo de mistura de gases a um cilindro de gás de alta pressão contendo 95%N₂ 5%CO₂ usando um tubo. Em seguida, use os botões rotativos do dispositivo de mistura de gases para alterar as taxas de fluxo de O₂ e N₂.Finalmente, verifique e regule a fração de oxigênio inspirado ou fio2 utilizando o dispositivo monitor de concentração de oxigênio. Comece colocando suavemente a rata na plataforma e ajuste lentamente o nível da PLAtaforma para que a câmera possa focar a superfície do cérebro do rato. No software de aquisição de imagens, selecione o comando salvar no menu arquivo para salvar uma imagem em um arquivo, nomeando-a de acordo com a amostra e o comprimento de onda.Em seguida, altere a posição do filtro girando a roda de filtros. Repita a aquisição de imagens em cada um dos nove comprimentos de onda. Em seguida, desligue a fonte de luz da lâmpada de halogênio.Bloqueie o caminho da luz no sistema de câmera CCD monocromática usando uma placa de proteção. Por fim, selecione o comando salvar no menu de arquivo e escolha um nome de arquivo que identifique a amostra. As imagens estimadas da concentração de hemoglobina, estado de oxigenação e potência de espalhamento para o cérebro de rato exposto in vivo são mostradas aqui.A concentração de hemoglobina oxigenada e a saturação de oxigênio regional em arteríolas são maiores do que em vênulas. Aqui são apresentadas imagens de um cérebro de rato exposto durante alterações na fio2 para a potência de espalhamento de luz B. O valor de B aumentou ligeiramente durante o período desde o início da anóxia até a parada respiratória, enquanto continuamente diminuiu durante o período de cinco a 30 minutos após o início da anóxia.Uma vez dominada, esta técnica pode ser concluída em três horas se for realizada corretamente. Ao medir as imagens espectrais, é importante lembrar-se de manter a disposição dos componentes ópticos. Após este procedimento, outros métodos, como a imagem multiespectral rápida, podem ser realizados para responder a questões adicionais sobre sinais intrínsecos pós-ópticos.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como visualizar a hemodinâmica e as propriedades de espalhamento da luz em cérebros de ratos expostos in vivo. Não se esqueça de que o trabalho com isoflurano pode ser perigoso e as taxas de gás anestésico devem ser controladas com um sistema de retenção de gás anestésico.

simultaneous-evaluation-cerebral-hemodynamics-light-scattering

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociência

Este vídeo demonstra como construir um Laser Speckle Contrast Imaging System (LSCI) que pode facilmente ser usado para monitorar o fluxo sanguíneo.

Como construir um Laser Speckle Contrast Imaging System (LSCI) para monitorar o fluxo de sangue

Bioimaging métodos utilizados para avaliar biodistribuição das células de nanopartículas são aplicáveis ​​para monitorização terapêutica e de diagnóstico de compostos nanoformulated. Os métodos descritos neste documento são sensíveis e específicos, quando avaliada por coregistration histológica. As metodologias de fornecer um caminho de translação de roedores para aplicação em seres humanos.

BioImaging registradas de Nanomateriais para Monitoramento de Diagnóstico e Terapêutica

Nós combinamos domínio da freqüência medidas espectroscopia no infravermelho próximo de oxigenação cerebral hemoglobina com medidas de correlação difusas espectroscopia de índice de fluxo sangüíneo cerebral para estimar um índice de metabolismo do oxigênio. Nós testamos a utilidade desta medida como uma ferramenta de triagem de cabeceira para avaliar a saúde e desenvolvimento do cérebro do recém nascido.

Não-invasivo de medição óptica do metabolismo cerebral e Hemodinâmica em Lactentes

Neste vídeo, demonstramos a técnica de espectroscopia de correlação difusa para medir o fluxo sanguíneo cerebral em um modelo de camundongo com lesão cerebral traumática leve.

Espectroscopia de correlação difusa para avaliar o fluxo sanguíneo cerebral em um modelo de camundongo

Fonte: Nishidate, I., et al. Avaliação simultânea da hemodinâmica cerebral e das propriedades de espalhamento de luz do cérebro de rato in vivo usando imagens de refletância difusa multiespectral. J. Vis. Exp. (2017)Este vídeo demonstra o uso de imagens de refletância difusa multiespectral para analisar o fluxo sanguíneo cerebral, os níveis de oxigênio e as alterações na estrutura do tecido em um rato anestesiado, fornecendo informações sobre a hemodinâmica e morfologia do cérebro sob condições...

Imagem de refletância difusa multiespectral do fluxo sanguíneo cerebral de ratos e estrutura tecidual

Fonte: Menezes Forti, R. et al. Monitoramento em tempo real de pacientes neurocríticos com espectroscopias ópticas difusas. J. Vis. Exp. (2020)Este vídeo demonstra o uso da Espectroscopia de Correlação Difusa (DCS) para medir o fluxo sanguíneo cerebral em humanos. Ele descreve as etapas para preparar o sistema, calibrar a sonda, posicioná-la na testa do participante, adquirir dados de luz dispersa e analisar as flutuações de intensidade para interpretar a dinâmica do fluxo sanguíneo no cérebro.

Espectroscopia de correlação difusa para medir o fluxo sanguíneo cerebral em um sujeito humano

O método aqui apresentado utiliza a tomografia por emissão de pósitrons simultânea e ressonância magnética. No modelo de hipoxia-isquemia cerebral, alterações dinâmicas no metabolismo de glicose e de difusão ocorrem durante e após a lesão. O dano em evolução e irreproduzível neste modelo exige aquisição simultânea, se dados de imagens multi-modais significativas devem ser adquiridos.

Simultânea de imagem PET / MRI Durante Rato isquemia-hipoxia cerebral

Este protocolo demonstra como medir a conectividade funcional do estado de repouso no córtex pré-frontal humano usando um instrumento de espectroscopia de correlação difusa feito sob medida. O relatório também discute aspectos práticos do experimento, bem como etapas detalhadas para análise dos dados.

Conectividade funcional do estado de repouso do cérebro humano por meio de espectroscopia de correlação difusa óptica

Este protocolo apresenta métodos para caracterizar a resposta neuroinflammatória e hemodinâmica à lesão cerebral traumática leve e integrar esses dados como parte de uma análise de sistemas multivariados utilizando regressão parcial de quadrados.

Análise de Sistemas da Resposta Neuroinflammatória e Hemodinâmica à Lesão Cerebral Traumática

Apresenta-se um protocolo de monitorização não invasiva da hemodinâmica cerebral de pacientes neurocríticos em tempo real e à beira do leito utilizando óptica difusa. Especificamente, o protocolo proposto utiliza um sistema óptico híbrido difuso para detectar e exibir informações em tempo real sobre oxigenação cerebral, fluxo sanguíneo cerebral e metabolismo cerebral.

Monitoramento em Tempo Real de Pacientes Neurocríticos com Espectroscopias Ópticas Difusas

A microscopia de dispersão raman estimulada (SRS) é uma técnica de imagem poderosa, não destrutiva e livre de rótulos. Uma aplicação emergente é a histologia raman estimulada, onde imagens de SRS de duas cores nas transições de proteína e lipídio de Raman são usadas para gerar imagens pseudo-hematoxilina e eosina. Aqui, demonstramos um protocolo para imagens de SRS em tempo real e duas cores para diagnóstico de tecido.

Raman estimulado em tempo real, duas cores, espalhando imagens do cérebro do rato para diagnóstico de tecido

Aprenda a avaliar hemodinâmica cerebral e propriedades de espalhamento de luz em cérebro de rato in vivo usando imagem de reflectância difusa multiespectral. Esta técnica permite monitorar alterações temporais na função cerebral.

Avaliação simultânea de Cerebral Hemodinâmica e de espalhamento de luz Propriedades do In Vivo Cérebro de Rato Utilizando Imagem de Reflexão Difusa Multispectral (Vídeo) | JoVE Journal

Avaliação simultânea de Cerebral Hemodinâmica e de espalhamento de luz Propriedades do

Explorar mais vídeos