Summary
Cette vidéo montre comment construire un laser speckle imagerie de contraste (LSCI) système qui peut facilement être utilisé pour surveiller la circulation sanguine.
Abstract
Speckle du laser d'imagerie de contraste (LSCI) est une technique simple mais puissant qui est utilisé pour plein Imagerie du flux sanguin. La technique de l'analyse des fluctuations dans une dynamique speckle pour détecter le mouvement des particules similaires à la façon dont les analyses laser Doppler décalages de fréquence pour déterminer la vitesse des particules. Parce qu'il peut être utilisé pour surveiller le mouvement des globules rouges, LSCI est devenu un outil populaire pour mesurer le débit sanguin dans les tissus tels que la rétine, la peau et du cerveau. Il est devenu particulièrement utile dans les neurosciences, où les changements du flux sanguin lors d'événements physiologiques comme l'activation fonctionnelle, d'AVC et la dépolarisation d'épandage peut être quantifiée. LSCI est également intéressante car elle offre une excellente résolution spatiale et temporelle en utilisant l'instrumentation peu coûteuse qui peut facilement être combiné avec d'autres modalités d'imagerie. Ici, nous montrons comment construire une installation LSCI et démontrer sa capacité à surveiller les changements du flux sanguin dans le cerveau au cours d'une expérimentation animale.
Protocol
1. Imagerie Setup
- Un appareil photo avec un zoom macro doit être monté sur une scène verticale ou microscope chirurgical (au lieu d'un zoom macro, un objectif de microscope et de l'objectif ou un simple système à deux lentilles peuvent être utilisés selon l'agrandissement désiré).
- Télécharger un logiciel approprié à partir de notre site Web pour contrôler la caméra ( http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Software ).
- Le logiciel de la caméra doit être utilisée pour confirmer un objet est la mise au point à la hauteur désirée
- Une diode laser avec un kit de collimation doit alors être mis en place afin que la lumière laser divergent éclaire l'objet.
- Baissez / désactiver toutes de la lumière ambiante afin de confirmer que la lumière laser est uniformément éclairant le champ de vision de la caméra.
- Dans cet exemple, le rouge la lumière laser a été utilisé parce qu'il était plus facile de démontrer la façon de construire le système, mais une lumière laser infrarouge pourrait tout aussi bien être utilisée et aurait l'avantage supplémentaire de pénétrer plus profondément dans les tissus. Aussi, avec des filtres appropriés en face de la caméra pour bloquer la lumière visible, l'infrarouge peut être utilisée avec les lumières de la pièce de suite.
2. Préparation chirurgicale
- Il s'agit d'une chirurgie non-survie, bien que l'expérience pourrait être fait de façon chronique dans une étude de survie en utilisant une fenêtre de chambre.
- Anesthésier les animaux et le placer dans un cadre stéréotaxique.
- Retirez la peau et des tissus entourant le crâne.
- L'utilisation d'une fraise dentaire, mince du crâne sur la région du cerveau à la transparence voulue en prenant soin de rincer la surface avec une solution saline fréquemment afin d'éviter d'endommager le cerveau.
- Utiliser du ciment dentaire à créer un puits dans la région souhaitée, puis déposer une goutte d'huile minérale ou de gel de silicone dans le puits pour améliorer la visibilité.
- Alternativement, le crâne pourrait être retirée et une fenêtre de la chambre pourrait être créé ici.
3. Collecte des données
- Utilisez le logiciel de la caméra pour acquérir des images et aussi de calculer des valeurs de contraste de speckle.
- Placez l'animal dans le champ de vision de la caméra et ajuster la hauteur de la caméra ou de se concentrer objectif jusqu'à ce que des images claires de la vascularisation sont vus.
- Assurez-vous que la lumière laser est suffisante pour atteindre l'appareil photo sans le saturer. Utilisation de l'histogramme de l'image, ajuster la puissance du laser pour assurer la majorité des pixels de la caméra sont excités à environ la moitié de leur capacité.
- Sélectionnez le nombre d'images que vous souhaitez acquérir et combien en moyenne à faire avant de commencer l'expérience.
- Une fois que l'expérience commence, les modifications du flux sanguin peut être facilement contrôlé en sélectionnant des régions d'intérêt ou en générant une image du flux sanguin relatif.
4. Les résultats représentatifs
La figure 1 montre un exemple typique d'une crue de speckle image et un contraste de l'image convertie chatoiement qui devraient être générés lors de l'utilisation du logiciel pour examiner le flux sanguin dans le cerveau. Pour visualiser les changements du flux sanguin, il est plus facile d'avoir le logiciel de générer des cartes relatives de la circulation sanguine. La figure 2 montre une série d'images typiques de la circulation sanguine par rapport au cours d'une augmentation transitoire du débit sanguin qui circule à travers le champ de vision. La couleur rouge représente une augmentation du débit sanguin tandis que la couleur bleue montre une diminution. La couleur verte indique qu'il n'y a pas de changement dans le flux sanguin par rapport à une référence donnée.
Figure 1. Exemple d'une image de speckle premières (à gauche) et le chatoiement contraste de l'image (à droite).
Figure 2. Exemple de plusieurs images relatives circulation sanguine à différents moments au cours d'une augmentation transitoire du débit sanguin suivie par une diminution du débit sanguin.
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Discussion
Dans cette vidéo, nous avons démontré combien il est facile à construire et à utiliser un laser speckle imagerie de contraste (LSCI) système pour étudier les changements du flux sanguin. LSCI a été développé dans les années 1980 comme un moyen de générer des cartes de débit sanguin dans la rétine 1. Alors qu'il était encore utilisé pour l'image de la rétine et la perfusion cutanée, il est devenu extrêmement populaire comme une technique à l'image du flux sanguin dans le cerveau 2. Ceci est largement dû à l'excellente résolution spatiale et temporelle fournie et la simplicité de l'instrumentation. LSCI a été utilisée pour étudier les changements du flux sanguin due à l'activation fonctionnelle 3,4, la dépression corticale propagation 5 et 6,7 accident vasculaire cérébral. Il a également l'avantage de facilement combiner avec d'autres techniques comme l'imagerie de réflectance 8, la tension dyes9 sensibles, ou des sondes à oxygène 10,11 sorte que plusieurs paramètres physiologiques peuvent être visualisés simultanément.
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Disclosures
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Acknowledgments
Les auteurs reconnaissent le soutien de l'American Heart Association (0735136N), Dana Foundation, la National Science Foundation (CBET/0737731), et la Fondation Coulter.
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 |
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References
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