Summary
Deze video laat zien hoe een laser te bouwen Speckle Contrast Imaging (LSCI) systeem dat gemakkelijk kan worden gebruikt om de bloedstroom te controleren.
Abstract
Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) is een eenvoudige maar krachtige techniek die wordt gebruikt voor full-field imaging van de bloedstroom. De techniek analyseert fluctuaties in een dynamische spikkelpatroon het detecteren van de beweging van deeltjes vergelijkbaar met hoe laser Doppler analyses frequentie verschuivingen te bepalen deeltje snelheid. Omdat het kan worden gebruikt om de beweging van de rode bloedcellen te controleren, is LSCI uitgegroeid tot een populaire tool voor het meten van de doorbloeding in de weefsels, zoals het netvlies, de huid en hersenen. Het is inmiddels vooral nuttig in de neurowetenschappen, waar de bloedstroom fysiologische veranderingen tijdens evenementen als de functionele activering, beroerte, en het verspreiden van depolarisatie kan worden gekwantificeerd. LSCI is ook aantrekkelijk omdat het zorgt voor een uitstekende ruimtelijke en temporele resolutie tijdens het gebruik van goedkope instrumenten die gemakkelijk kan worden gecombineerd met andere beeldvormende modaliteiten. Hier laten we zien hoe een LSCI setup op te bouwen en aan te tonen zijn vermogen om de bloedstroom veranderingen in de hersenen te controleren tijdens een dierproef.
Protocol
1. Imaging Setup
- Een camera met een macro-zoom lens moet worden gemonteerd op een verticaal podium of een chirurgische microscoop (in plaats van een macro-zoom lens, een microscoop objectief en de lens of een eenvoudige twee lens-systeem kan worden gebruikt afhankelijk van de gewenste vergroting).
- Download de juiste software van onze website naar de camera (controle http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Software ).
- De camera software moet worden gebruikt om te bevestigen een object in focus is op de gewenste hoogte
- Een laser diode met een collimatie kit moet dan zo worden ingesteld dat uiteenlopende laserlicht verlicht het object.
- Zet / korting op alle omgevingslicht om te bevestigen dat de laser licht gelijkmatig wordt het hele gezichtsveld van de camera verhelderend.
- In dit voorbeeld is rood laserlicht gebruikt omdat het gemakkelijker was om aan te tonen hoe het systeem te bouwen, maar infrarood laserlicht kan net zo goed worden gebruikt en zou de extra voordeel binnen te dringen dieper in het weefsel. Ook, met de juiste filters voor de camera om zichtbaar licht blokkeren, kan infrarood licht gebruikt worden met verlichting in de kamer op.
2. Chirurgische Voorbereiding
- Dit is een niet-survival operatie, hoewel het experiment kan chronisch worden gedaan in een survival onderzoek met behulp van een kamer raam.
- Verdoven van het dier en plaats deze in een stereotactische frame.
- Verwijder de huid en weefsel rond de schedel.
- Met behulp van een tandartsboor, dun de schedel over het gewenste gebied van de hersenen om de transparantie te voorzichtig om het oppervlak regelmatig spoelen met een zoutoplossing om te voorkomen dat schade aan de hersenen.
- Gebruik tandheelkundig cement om een goed rond het gewenste gebied te maken en een daling van minerale olie of siliconen gel plaats in de put om de zichtbaarheid te verbeteren.
- Als alternatief zou de schedel worden verwijderd en een kamer raam kan hier worden gecreëerd.
3. Gegevens verzamelen
- Gebruik de camera software om beelden te verkrijgen en ook berekenen speckle contrast waarden.
- Plaats het dier in het gezichtsveld van de camera en stel de camera hoogte of de lens richten tot de duidelijke beelden van de bloedvaten worden gezien.
- Zorg ervoor dat er voldoende laserlicht is de camera te bereiken zonder het verzadigen. Met behulp van het histogram van het beeld, aan te passen het laservermogen om ervoor te zorgen de meerderheid van de camera pixels zijn verheugd om ongeveer de helft van hun capaciteit.
- Selecteer het aantal beelden dat u wenst te verwerven en hoeveel gemiddeld te doen voor het begin van het experiment.
- Zodra het experiment begint, kan de bloedstroom wijzigingen eenvoudig worden gecontroleerd door het selecteren van regio's van belang of door het genereren van een beeld van de relatieve doorbloeding.
4. Representatieve resultaten
Figuur 1 toont een voorbeeld van een typische rauwe speckle beeld en een geconverteerde speckle contrastrijk beeld dat moet worden gegenereerd bij het gebruik van de software om de bloedstroom in de hersenen te onderzoeken. Voor het visualiseren van veranderingen in de doorbloeding, is het makkelijker om de software te genereren ten opzichte van kaarten van de bloedstroom. Figuur 2 toont een typische reeks van relatieve doorbloeding beelden tijdens een tijdelijke toename van de bloedstroom die reist over het gezichtsveld. De rode kleur staat voor een toename van de bloedstroom, terwijl de blauwe kleur vertoont een daling. De groene kleur geeft aan dat er geen verandering in de bloedstroom ten opzichte van een bepaalde baseline.
Figuur 1. Voorbeeld van een raw spikkel beeld (links) en speckle contrastrijk beeld (rechts).
Figuur 2. Voorbeeld van een aantal ten opzichte van de bloedstroom beelden op verschillende tijdstippen gedurende een tijdelijke toename van de bloedstroom, gevolgd door een afname van de doorbloeding.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
In deze video hebben we laten zien hoe gemakkelijk het is om te bouwen en gebruik van een laser speckle contrast imaging (LSCI) systeem om te kijken naar veranderingen in de bloedstroom. LSCI is ontwikkeld in de jaren 1980 als een manier om kaarten van de bloedstroom in de retina een te genereren. Terwijl het nog steeds gebruikt om het imago van de retina en de huid doorbloeding, is het zeer populair geworden als een techniek om de afbeelding bloedstroom in de hersenen 2. Dit is grotendeels te danken aan de uitstekende verstrekte ruimtelijke en temporele resolutie en de eenvoud van de instrumenten. LSCI is gebruikt om veranderingen in de bloedstroom te wijten aan de functionele activering van 3,4, corticale spreading depression 5, 6,7 en beroerte te onderzoeken. Het heeft ook het voordeel van gemakkelijk te combineren met andere technieken zoals reflectie beeldvorming 8, spanning gevoelige dyes9, of zuurstof sondes 10,11, zodat meerdere fysiologische parameters kunnen gelijktijdig worden afgebeeld.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Acknowledgments
De auteurs erkennen de steun van de American Heart Association (0735136N), Dana Foundation, National Science Foundation (CBET/0737731) en de Coulter Foundation.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Firewire camera | Basler | scA640-74f | |
| Macro zoom lens | Edmund Scientific | NT58-240 | |
| Laser diode | Thorlabs Inc. | HL6501MG | |
| Laser diode controller | Thorlabs Inc. | LDC201CU | |
The technique is versatile enough to be used with a wide range of equipment. The only things necessary to perform the experiment are a compatible camera with a lens, a laser diode of any type with a controller, and the provided software. A table of the specific equipment used in the video is included above. A complete list of additional parts that can be used in this experiment is found on our website, http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Hardware |
|||
References
- Briers, J. D., Fercher, A. F. Retinal blood-flow visualization by means of laser speckle photography. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 22, 255-259 (1982).
- Boas, D. A., Dunn, A. K. Laser speckle contrast imaging in biomedical optics. J. Biomed. Opt. 15, 011109-011109 (2010).
- Dunn, A. K. Simultaneous imaging of total cerebral hemoglobin concentration, oxygenation, and blood flow during functional activation. Opt Lett. 28, 28-30 (2003).
- Devor, A. Coupling of the cortical hemodynamic response to cortical and thalamic neuronal activity. Proc Natl Acad Sci U S A. 102, 3822-3827 (2005).
- Ayata, C. Pronounced hypoperfusion during spreading depression in mouse cortex. J Cereb Blood Flow Metab. 24, 1172-1182 (2004).
- Jones, P. Simultaneous multispectral reflectance imaging and laser speckle flowmetry of cerebral blood flow and oxygen metabolism in focal cerebral ischemia. J. Biomed. Opt. 13, (2008).
- Dunn, A. K., Bolay, H., Moskowitz, M. A., Boas, D. A. Dynamic imaging of cerebral blood flow using laser speckle. J Cereb Blood Flow Metab. 21, 195-201 (2001).
- Dunn, A. K., Devor, A., Dale, A. M., Boas, D. A. Spatial extent of oxygen metabolism and hemodynamic changes during functional activation of the rat somatosensory cortex. Neuroimage. 27, 279-290 (2005).
- Farkas, E., Bari, F., Obrenovitch, T. P. Multi-modal imaging of anoxic depolarization and hemodynamic changes induced by cardiac arrest in the rat cerebral cortex. Neuroimage. 51, 734-742 (2010).
- Sakadzic, S. Simultaneous imaging of cerebral partial pressure of oxygen and blood flow during functional activation and cortical spreading depression. Appl. Opt. 48, (2009).
- Ponticorvo, A., Dunn, A. K. Simultaneous imaging of oxygen tension and blood flow in animals using a digital micromirror device. Opt Express. 18, 8160-8170 (2010).
