Summary
이 동영상은 쉽게 혈액 흐름을 모니터링하는 데 사용할 수있는 대비 이미징 (LSCI) 시스템을 스페클 레이저를 빌드하는 방법을 보여줍니다.
Abstract
레이저 대비 이미징 (LSCI)은 혈액 흐름의 전체 분야 이미징에 사용되는 심플하면서도 강력한 기법입니다 스페클. 이 기술은 레이저 도플러는 입자 속도를 결정하는 주파수 변화를 분석하는 방법과 유사 입자의 움직임을 감지하는 동적인 작은 반점 패턴의 변화를 분석합니다. 그것이 적혈구의 움직임을 모니터하는 데 사용될 수 있기 때문에, LSCI에는 망막, 피부, 뇌 등 조직의 혈액 흐름을 측정하기위한 인기있는 도구가되었습니다. 이 기능 활성화, 뇌졸중, 및 확산 탈분극 같은 생리 이벤트 기간 동안 혈액 흐름 변경 계량 수있는 신경 과학에 특히 유용되고있다. 쉽게 다른 이미징 modalities와 결합 수있는 저렴한 장비를 사용하는 동안은 정말 좋은 공간과 시간적 해상도를 제공하기 때문에 LSCI도 매력적입니다. 여기 LSCI 설정을 구축하고 동물 실험을하는 동안 두뇌에 혈액 흐름의 변화를 모니터하기 위해 능력을 입증하는 방법을 보여줍니다.
Protocol
1. 이미징 설정
- 매크로 줌 렌즈와 카메라가 (대신 매크로 줌 렌즈, 현미경의 객관적이고 렌즈 또는 간단한 두 렌즈 시스템은 원하는 배율에 따라 사용할 수의) 수직 단계 또는 수술 현미경을 장착해야합니다.
- 카메라 (제어하는 웹 사이트에서 해당 소프트웨어를 다운로드 http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Software을 ).
- 카메라 소프트웨어는 객체가 원하는 높이에 초점에 확인하는 데 사용해야합니다
- 분기하는 레이저 빛이 물체를 조명 있도록 콜리 메이션 키트와 레이저 다이오드는 다음 설정해야합니다.
- 레이저 빛이 균일하게 카메라의보기의 전체 분야를 조명 있는지 확인합니다 모든 주변 조명을 켜고 아래 / OFF.
- 이 예제에서는 빨간색 레이저 빛이 그것은 시스템을 구축하는 방법을 보여줍니다 쉽게했기 때문에 사용했지만, 적외선 레이저 광은 쉽게 사용할 수 있으며 조직의 깊이를 관통의 추가 이익을 얻을 수 있습니다. 또한, 가시 광선을 차단하기 위해 카메라 앞에 적절한 필터와 적외선은의 객실 조명과 함께 사용할 수 있습니다.
2. 수술 준비
- 실험 챔버 윈도우를 사용하여 생존 연구에서 만성 할 수 있지만 이것은 아닌 생존 수술입니다.
- 동물을 마취하고 stereotactic 프레임에 넣습니다.
- 두개골을 둘러싼 피부와 조직을 제거합니다.
- 치과 드릴을 사용하여 얇은 뇌 손상을 방지하기 위해 자주 식염수에 표면을 내리려고주의하고 투명성을 원하는 뇌 영역에 걸쳐 두개골.
- 원하는 지역의 주위에 우물을 만든 다음 가시성을 향상시킬 수있는 우물에 미네랄 오일이나 실리콘 젤 한 방울을 배치 치과 시멘트를 사용합니다.
- 또는, 그 두개골이 제거 될 수 있으며 챔버 창이 여기 만들 수 있습니다.
3. 데이터 수집
- 이미지를 획득하며 계산하는 카메라 소프트웨어를 사용 명암 값을 작은 반점을 찍다.
- 카메라의보기의 입력란에 동물을 배치하고 vasculature의 맑은 이미지를 볼 때까지 카메라의 높이 또는 렌즈 초점을 조정할 수 있습니다.
- 충분한 레이저 빛이 포화없이 카메라에 도달되어 있는지 확인합니다. 이미지의 히스토그램을 사용하여 카메라의 픽셀의 대부분이 약 절반 자신의 용량에 기쁘게하기 위해 레이저 파워를 조정합니다.
- 당신이 취득하고자하는 얼마나 많은 실험을 시작하기 전에 할 평균 이미지의 번호를 선택합니다.
- 실험이 시작되면, 혈액 흐름의 변화에 쉽게 관심의 영역을 선택하거나 상대적 혈류의 이미지를 생성하여 모니터링할 수 있습니다.
4. 대표 결과
그림 1은 전형적인 원시 작은 반점 이미지의 예제와 두뇌에 혈액 흐름을 검사하는 소프트웨어를 사용할 때 생성되어야 작은 반점 변환 콘트라스트 이미지를 보여줍니다. 혈액 흐름의 변화를 시각화를위한, 그것은 소프트웨어가 혈류의 상대적인지도를 생성해야하는 것이 더 쉽습니다. 그림 2는보기의 들판을 가로질러 여행 혈액 흐름 과도 증가하는 동안 상대적으로 혈액 흐름을 이미지의 전형적인 시리즈를 보여줍니다. 파란색이 감소를 보여줍니다 반면 붉은 색 혈류 증가를 나타냅니다. 녹색 컬러는 주어진 기준에 비해 혈액 흐름에 변화가 없다는 것을 나타냅니다.
그림 1. 원시의 예 이미지 (왼쪽) 작은 반점 및 대비 이미지 (오른쪽) 작은 반점을 찍다.
그림 2. 혈액 흐름이 감소 다음에 혈액 흐름 과도 증가하는 동안 다른 시간 시점에서 여러 관련 혈류 이미지의 예.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
이 비디오에서는 그것이 혈액 흐름의 변화를 보면서 대비 이미징 (LSCI) 시스템을 작은 반점 레이저를 구축하고 사용하는 것이 얼마나 쉬운지 보여주있다. LSCI은 망막 1 혈류의지도를 생성하는 방법으로 1980 년대에 개발되었습니다. 정지 영상 망막과 피부 재관류를 사용하지만, 그것은 두뇌 2 이미지 혈액 흐름에 대한 기술로서 매우 인기를 끌고있다. 이 제공하는 탁월한 공간과 시간적 해상도 및 계측의 단순에 크게 때문입니다. LSCI 인해 기능 활성화 3,4, 대뇌 피질의 확산 우울증 5, 뇌졸중 6,7 혈액 흐름의 변화를 조사하기 위해 사용되고 있습니다. 그것은 또한 쉽게 반사율 이미징 8, 전압에 민감한 dyes9, 또는 산소 프로브 10,11 있도록 여러 생리적 매개 변수가 동시에 몇 군데 수와 같은 다른 기술과 결합의 장점이 있습니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
Acknowledgments
저자는 미국 심장 협회 (0735136N), 다나 재단, 국립 과학 재단 (CBET/0737731) 및 쿨터 재단에서 지원을 인정합니다.
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).
