Summary
Dieses Video zeigt, wie ein Laser bauen Speckle Contrast Imaging (LSCI) System, das problemlos eingesetzt werden können, um den Blutfluss zu überwachen.
Abstract
Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) ist eine einfache, aber wirkungsvolle Technik, die für Full-Field-Imaging des Blutflusses verwendet wird. Die Technik analysiert Fluktuationen in einem dynamischen Speckle-Muster, um die Bewegung von Partikeln ähnlich wie Laser-Doppler-Analysen Frequenzverschiebungen zu Partikelgeschwindigkeit bestimmen zu erkennen. Weil es verwendet werden, um die Bewegung der roten Blutkörperchen zu überwachen, hat LSCI sich zu einem beliebten Werkzeug für die Messung des Blutflusses in Geweben wie der Retina, Haut und Gehirn. Es hat sich besonders in den Neurowissenschaften, wo Veränderungen des Blutflusses während der physiologischen Ereignisse wie funktionelle Aktivierung, Schlaganfall und Verbreitung Depolarisation quantifiziert werden können. LSCI ist auch attraktiv, weil sie hervorragende räumliche und zeitliche Auflösung bietet, während Sie preiswerte Instrumente, die leicht mit anderen bildgebenden Verfahren können kombiniert werden. Hier zeigen wir, wie man ein LSCI Setup aufbauen und zeigen seine Fähigkeit, Veränderungen des Blutflusses im Gehirn während eines Tierversuchs zu überwachen.
Protocol
1. Imaging-Setup
- Eine Kamera mit einer Makro-Zoom-Objektiv sollte, um eine vertikale Bühne oder Operationsmikroskop montiert werden (statt eines Makro-Zoom-Objektiv, ein Mikroskop-Objektiv und Linse oder ein einfaches Zwei-Objektiv-System könnte in Abhängigkeit von den gewünschten Vergrößerung werden).
- Laden sie die entsprechende Software von unserer Website, um die Kamera (Kontrolle http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Software ).
- Die Kamera-Software sollte verwendet werden, um zu bestätigen ein Objekt im Fokus liegt auf der gewünschten Höhe werden
- Eine Laserdiode mit einer Kollimation Kit sollte dann so eingestellt werden, so dass divergierende Laserlicht beleuchtet das Objekt.
- Turn down / off all das Umgebungslicht, um zu bestätigen, dass das Laserlicht wird gleichmäßig beleuchtet das gesamte Sichtfeld der Kamera.
- In diesem Beispiel wurde rotes Laserlicht verwendet, weil es einfacher war es zu zeigen, wie das System zu bauen, aber infrarotes Laserlicht könnte genauso gut verwendet werden und würde die zusätzlich zugute dringt tiefer im Gewebe haben. Auch mit geeigneten Filtern vor der Kamera für sichtbares Licht blockieren, könnte Infrarotlicht mit der Raumbeleuchtung auf verwendet werden.
2. OP-Vorbereitung
- Dies ist eine Nicht-Überleben der Operation, obwohl das Experiment könnte chronisch in einen Überlebensvorteil Studie durchgeführt werden, indem eine Kammer Fenster.
- Anesthetize das Tier und legen Sie sie in einen stereotaktischen Rahmen.
- Entfernen Sie die Haut und das Gewebe rund um den Schädel.
- Mit Hilfe eines zahnärztlichen Bohrers, dünne Schädel über der gewünschten Region des Gehirns, um die Transparenz zu achten, die Oberfläche mit Kochsalzlösung spülen häufig, um zu vermeiden das Gehirn schädigen.
- Verwenden Sie Zahnzement ein gut um die gewünschte Region zu erstellen und dann einen Tropfen Mineralöl oder Silikon-Gel in den Brunnen, um die Sichtbarkeit zu verbessern.
- Alternativ könnte der Schädel entfernt und eine Kammer-Fenster könnte hier entstehen.
3. Sammeln von Daten
- Verwenden Sie die Kamera-Software, um Bilder zu erwerben und auch berechnen, Speckle-Kontrast-Werte.
- Legen Sie das Tier in das Blickfeld der Kamera und stellen Sie die Kamera hoch oder das Objektiv scharf, bis klare Bilder des Gefäßsystems zu sehen sind.
- Stellen Sie sicher, dass genügend Laserlicht erreicht die Kamera ohne Sättigung es. Mit dem Histogramm des Bildes, passen Sie die Laserleistung, um sicherzustellen, die Mehrheit der Kamera Pixel auf etwa die Hälfte ihrer Kapazität angeregt werden.
- Wählen Sie die Anzahl der Bilder, die Sie erwerben möchten und wie viel Mittelung, der vor Beginn des Experiments zu tun.
- Nachdem das Experiment beginnt, können Veränderungen des Blutflusses leichter, indem Sie Regionen von Interesse oder durch die Erzeugung eines Bildes des relativen Blutflusses überwacht werden.
4. Repräsentative Ergebnisse
Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für eine typische rohe Speckle-Bild und einem umgebauten Speckle kontrastreiches Bild, das entsteht, wenn die Verwendung der Software, um den Blutfluss im Gehirn untersuchen sollte. Zur Visualisierung Veränderungen im Blutfluss, ist es einfacher, die Software zu generieren relativen Karten des Blutflusses. Abbildung 2 zeigt eine typische Reihe von relativen Blutfluss Bilder, die während einer vorübergehenden Erhöhung der Durchblutung, die über das Sichtfeld bewegt. Die rote Farbe entspricht einer Steigerung des Blutflusses während die blaue Farbe zeigt einen Rückgang. Die grüne Farbe zeigt an, dass es keine Veränderung des Blutflusses in Bezug auf einen bestimmten Ausgangswert.
Abbildung 1. Beispiel für eine rohe Speckle-Bild (links) und Speckle kontrastreiches Bild (rechts).
Abbildung 2. Beispiel für mehrere relative Blutfluss Bilder zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines vorübergehenden Anstieg des Blutflusses durch eine Abnahme des Blutflusses gefolgt.
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Discussion
In diesem Video haben wir gezeigt, wie einfach es ist, zu bauen und mit einem Laser-Speckle-Kontrast-Bildgebung (LSCI)-System auf Veränderungen im Blutfluss aussehen wird. LSCI wurde in den 1980er Jahren als eine Möglichkeit, Karten des Blutflusses in der Netzhaut 1 erzeugen entwickelt. Während noch zur Abbildung der Netzhaut und die Hautdurchblutung, hat es extrem populär geworden als eine Technik zum Bild des Blutflusses im Gehirn 2. Dies ist im Wesentlichen auf die hervorragende räumliche und zeitliche Auflösung zur Verfügung gestellt und die Einfachheit der Instrumente. LSCI wurde verwendet, um Veränderungen des Blutflusses durch funktionelle Aktivierung 3,4, kortikale Spreading Depression 5 und Schlaganfall 6,7 untersuchen. Es hat auch den Vorteil, einfach die Kombination mit anderen Techniken wie Reflexion Bildgebung 8, Spannung empfindliche dyes9 oder Sauerstoffsonden 10,11, so dass mehrere physiologische Parameter können gleichzeitig abgebildet werden.
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Disclosures
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Acknowledgments
Die Autoren danken der American Heart Association (0735136N), Dana Foundation, National Science Foundation (CBET/0737731), und die Coulter-Stiftung.
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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