Неинвазивная высокочастотная ультразвуковая и допплеровская визуализация гемодинамики мозга крыс

Аннотация

Источник: Giustetto, P., et. al., Неинвазивная паренхиматозная, сосудистая и метаболическая высокочастотная ультразвуковая и фотоакустическая визуализация мозга крыс. J. Vis. Exp. (2015)

В этом видео мы демонстрируем использование высокочастотного ультразвука и фотоакустической визуализации для изучения сосудистой сети и содержания гемоглобина в мозге крысы. Этот метод дает подробное представление о перфузии мозга и оксигенации крови, что позволяет проводить неинвазивный анализ сосудистых структур мозга и распределения кислорода.

Протокол

Все процедуры, связанные с животными моделями, были рассмотрены местным институциональным комитетом по уходу за животными и ветеринарным советом JoVE.

1. Подготовка

1. Анестезия
   1. Поместите животное в соответствующую камеру с изофлураном для обезболивания.
   2. Заполните камеру смесью O₂ и изофлураном для ветеринарного применения в концентрации 2,5% в газовой камере объемом 2 л и подождите около 3 минут, пока крыса заснет. Проверьте на действие анестезии по щипку пальца ноги.
   3. Как только анестезия подействует, извлеките крысу и взвесьте ее.
   4. Нанесите тонкий слой водорастворимого офтальмологического геля на глаза животного, чтобы защитить их и поддерживать физиологическую гидратацию глаза.
   5. Уложите крысу на столешницу станции ультразвуковой и фотоакустической визуализации. Для поддержания эффекта анестезии необходимо быстро расположить нос внутри соответствующей маски, обеспечив постоянный поток анестезии (изофлуран 2%-2,5% в кислороде 1 л/мин).
2. Бритье животного
   1. Нанесите равномерный слой крема для удаления волос на поверхность головы, уделяя особое внимание покровным областям вокруг ушей и шеи. Дайте крему подействовать в течение нескольких минут и аккуратно выньте его с помощью шпателя. Аккуратно удалите все остатки крема влажным спонжем, чтобы аккуратно очистить кожу.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Мех животного задерживает воздух, который негативно влияет на получение ультразвуковой визуализации, поэтому его необходимо удалять как можно больше.
3. Позиционирование животного
   1. Расположите животное в распростертом положении. Контролируйте жизненно важные показатели с помощью соответствующих датчиков жизненно важных параметров на столешнице (если они присутствуют). Положите лапы на датчики после нанесения нескольких капель электродного крема для профессионального использования.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Во время анестезии убедитесь, что жизненно важные параметры имеют следующие значения: температура тела крысы ≈ 37,5 °C, сердечные удары в минуту (BPM) варьируются от 250 до 350, а частота дыхания составляет в диапазоне 40-80 вдохов в минуту.
   2. Окончательно закрепите конечности гипоаллергенным искусственным шелковым пластырем. При необходимости снова нанесите тонкий слой водорастворимого офтальмологического геля для защиты глаз животного.

2. Получение изображения с временной точки зрения

1. Позиционирование животного
   1. Удерживая животное в положении лежа, слегка поверните его тело в сторону, с углом наклона около 45° по отношению к сагиттальной оси тела. Используйте маленькие ватные марлевые рулоны в качестве подставок, чтобы правильно организовать утилизацию (Рисунок 1a).
   2. Поднимите голову животного и слегка поверните ее в одну сторону (Рисунок 1a). Используйте ватный валик в качестве подставки, чтобы рыло было хорошо вставлено в маску для анестезии.
   3. Наклоните столешницу под углом около 30° по отношению к горизонтальной плоскости.
   4. Поверните преобразователь изображения под углом около 30° по отношению к вертикальной плоскости.
2. Получение ультразвуковых и фотоакустических анатомических и сосудистых изображений
   1. Включите сканирование, войдите в режим получения изображений B и правильно установите все параметры получения изображений в соответствии с возможными заданными требованиями эксперимента (Рисунок 2a).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Установите центральную частоту передачи как можно ниже (16 МГц, Рисунок 2b), чтобы обеспечить максимально возможную глубину проникновения для преобразователя.
   2. Нанесите на голову животного равномерный слой (толщиной около 1 см) гипоаллергенного водорастворимого пропускающего геля для ультразвука (Рисунок 1b). Накройте головку датчика тонким слоем того же геля и приложите его к соприкосновению со слоем на крысе. Используйте теплый гель, чтобы свести к минимуму локализованное переохлаждение.
   3. Запустите получение изображения в режиме B и отрегулируйте положение преобразователя в режиме реального времени, определив анатомические референсы и центрировав интересующую область по средней точке монитора. Обязательно устраните пузырьки воздуха на любом уровне, попавшие в слой геля, поскольку они негативно влияют на приобретение.
   4. Поместите датчик так, чтобы он был выровнен по виртуальной оси, соединяющей ухо с глазом (Рисунок 3a) для получения оптимальной фокусировки луча. Получите различные представления внутреннего объема мозга путем вращения по часовой стрелке или против часовой стрелки (Рисунок 3b и c).
   5. В конце концов закрепите датчик на механической подставке, чтобы надежно зафиксировать положение и точно настроить ориентацию.
   6. Убедитесь, что исследуемая область головного мозга локализуется на глубине 10 мм по отношению к источнику преобразователя US-LASER, чтобы получить оптимальный сигнал фотоакустического отклика (Рисунок 4). Затем расположим индикатор волновой фокации США точно в центре анализируемой области.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Во время исследования интересующих областей избегайте активации опции дыхательных ворот, чтобы ускорить процедуру позиционирования.
   7. Войдите в режим цветного допплера, чтобы визуализировать внутренние кровеносные сосуды мозга высокочувствительным способом.
   8. После того, как положение было установлено подходящим образом для визуализации нужных областей, активируйте опцию дыхательных ворот, чтобы избежать нежелательных эффектов, связанных с движением (Рисунок 5a).
   9. Выберите нужный параметр сбора данных, установленный в режиме цветного допплера (Рисунок 5b) и получите изображения в этом режиме, чтобы различать скорости и направления кровотока с точностью до нескольких миллиметров глубины проникновения.

Результаты

Рисунок 1: Утилизация животных для получения временного изображения. (a) Расположение животного на столешнице для получения изображения: после бритья головы животное помещается в положение лежа на животе, слегка наклонив тело на одну сторону, чтобы...

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
Станция высокочастотной ультразвуковой и фотоакустической визуализации (система VEVO LAZR 2100)	FUJIFILM VisualSonics Inc.
Компактная двойная наркозная система Vevo (настольная версия)	FUJIFILM VisualSonics Inc.		http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODtSht.dpuf
Гель для пропускания ультразвука (Aquasonic 100)	PARKER LABORATORIES INC.	01-08	http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp
Крысы Sprague-Dawley	Charles River Laboratories		Три здоровые 6-недельные крысы Sprague-Dawley были куплены Charles River Laboratories и содержались в стандартных условиях (12-часовые циклы свет-темнота) со стандартным кормом для грызунов и водой, доступной в неограниченном количестве. Предоставлено: http://www.criver.com/