Introduction
Inceden küçük hayvanların merkezi sinir sisteminde beyin hemodinamiklerinin özelliklerini tanımlamak için Stratejiler sinirbilimin 1-3 alanını ilerlemek için ihtiyaç vardır. sunulan tekniği vasküler biyoloji, düzenleme ve işlevini incelemek amacıyla küçük hayvan beyne noninvaziv akustik ve foto akustik görüntüleme gerçekleştirmek için nasıl gösterir.
Optik görüntüleme teknikleri nöral aktivitenin 2,4-5 ilgili olayların lokalizasyonu izin ve aynı anda hem oksijenli ve olmayan oksijenli devletlerin 6 hemoglobin tarafından üretilen sinyalleri kazanır. Ancak, fotonik emilimi ve saçılma, saf optik görüntüleme kötü uzaysal çözünürlüğü ve sınırlı doku penetrasyon derinliği 7-8 muzdarip. Tersine, akustik yüksek alan uzaysal çözünürlüğü ile derin görüntüleme gerçekleştirmek için fırsat sunuyoruz, ama benek ve sınırlı kontrast 9-11 tarafından engellenmektedir. Fotonik wi özelliklerini birleştirerekultrason inci, foto akustik tekniği görüntüleme ve tek yöntemlerin 12-16 teşhis potansiyellerini hem geliştirir.
Beynin fotoakustik görüntüleme nörobiyolojisinde birden soruları aydınlatmak potansiyeline sahiptir, ancak, doğal dramatik, encephalon korur fotonik ve ultrasonik doku penetrasyonu 17-19 sınırlandıran takke. Ayrıca, kemikler duyarlılık ve görüntü sapmaları 17-18 kaybına neden ışık ve ses hem saçılmasını teşvik. Sonuç olarak, beyin ultrasonik ve foto akustik görüntüleme kolayca önce kemikleşme 20 yenidoğan hayvanlar üzerinde yapılan, ancak yetişkin beynin derin anatomisi ve fizyolojisi, sadece kraniotomi 21,22 sonra açıkça erişilebilir olabilir. Ne yazık ki, kafatası kaldırılması için gerekli cerrahi teknik sert ve etkileri bazı deneysel amaçlar böylece nöral hastalığın ilerlemesini izlemek için zor yapmak için zararlı olabilirzamanla aynı hayvan. Bu nedenle, küçük hayvan modellerinde görüntü derin beyin biyoloji için invazif olmayan bir yöntem arzu edilmektedir. Literatürde foton çöp 17'ye ait metot telefon kaybını azaltmak ve gürültü oranında (SNR) ve hedefin kontrast foto akustik sinyali geliştirmek, sağlam kafatası yoluyla geçirgenliği artırmak için bir yol olarak rapor edilir.
sunulan protokol, herhangi invaziv cerrahi olmadan (özellikle fareler üzerinde) araştırma kullanım kemirgenler üzerinde subkortikal beyin akustik ve foto akustik görüntüleme için güvenilir bir yöntem sağlamaktır. işlem yüksek frekanslı ultrason ve foto akustik görüntüleme için taşınabilir nakleden cihazların kullanımına dayanmaktadır. Buna karşılık görüntüleme teknolojisi 23, taşınabilir ve 24 doğal azaltılmış kalınlıkta özel kafatası bölgelerin seçilmesine olanak tanır yönlü transdüserlerini tomografik, çatlaklar veya scissures olarak adlandırılan. omurgalı a mevcut büyük yarıklar (foramen)Nimal kafatası vücudun diğer bölgelerinde iç encephalon devreleri bağlama sinir demetlerini, gemi veya diğer yapıların bulmak için gereklidir. büyük yarıklar ultrason dalgaları ve lazer için özel geçişleri olarak yararlanılabilir farklı büyüklükte kemik açıklıklar bulunmaktadır. Böyle hedeflenen görüntüleme, kemik arayüzleri neden dalga yansıma etkilerini azaltır ve görüntüleme penetrasyon derinliğini artırarak hassasiyeti arttırır. Bu perspektifte, görüntüleme dönüştürücü bu alanlarda ultrason ve fotonik kirişler maksimum yakınsama amacıyla, zamansal ve kafatası (Şekil 1) oksipital tarafında bulunan yarıkların dik olarak düzenlenebilir. Her iki Bu yönelim sinyal kalitesini artırır ve diğer kranial yönelimlere göre bir ince kemik tabakası ile devam sinyali zorlar. Böylece, iletilen ve yansıyan dalgalar derin kaynaklanan yoğun sinyallerin toplanmasını sağlayan, saçılma düşük derecede maruzdoku tabakaları. Başka ameliyat gerekli ise önceki prosedürleri aksine, bu deneysel ayar, sadece hayvan kafa tıraş gerektirir.
Önerilen protokol ile, görüntüleme, hem özel referans anatomik yapılar ve sanat yöntemlerinin mevcut durumu daha derin kan damarları, hayvan derisi ve kafatası sağlam kalır tüm süre açığa nispeten yüksek uzaysal çözünürlükte yapılır. Benzersiz koronal ve aksiyel görüntüler foto akustik görüntüleme paralel olarak çeşitli ultrasonik görüntüleme yöntemleri edinim (B, Power Doppler, Renkli Doppler, darbeli Dalga Modu) istismar ederek elde edilebilir. Parametrelerin uzun bir repertuarı kan dolaşımı dinamiklerini etkileyen özellikleri bir bütün koleksiyonu yanında parankimal ve vasküler anatomi tasviri sağlayan, bu görüntüleri elde edilebilir. Bu protokol, Yüksek Frekans Ultrasonik B Modu modalitesi, baziler ve internal karotid arter (görüntü temel kortikal parankima özellikleri kullanılabilirWillis Çemberi oluşturan BA ve ICA sırasıyla), Orta Serebral Arter (MCA) ve dolaşım aparatın diğer detaylar. Ayrıca, kan akımı ölçümü, akış hızları, yön hareket açıklamasını ve oksijen doygunluğu verileri ortalama derin beyin bölgelerine kortikal alınabilir.
Bu yeni strateji, çeşitli uygulamalar için büyük bir potansiyele sahiptir ve çeşitli patolojiler çok önemli olan derin beyin özelliklerini tasvir güvenilir prosedürler için acil ihtiyaç karşılar. Ayrıca, çünkü onun minimal invaziv ve sunulan protokol, merkezi sinir sistemi üzerinde sayısız olası görüntüleme çalışmaları, uzun süreli izleme gerektiren veya hassas patolojik hayvan modelleri içeren özellikle de etkinleştirebilirsiniz.
Protocol
Protokolü geliştirmek için gerekli deneyler ulusal kurallara uygun yapılmış ve Turin, Torino, İtalya'nın Üniversitesi kurumu bünyesinde faaliyet, yerel etik bilim komitesi tarafından (Comitato di bioética di Ateneo) onaylanmıştır.
1. Hazırlık
- Anestezi
- Bunu uyutmak için uygun izofluran odasının içine hayvan yerleştirin.
- 2 L'lik bir gaz odası içinde% 2.5 bir konsantrasyonda veteriner kullanımı için karıştırılmış O 2 ve izofluran gaz bölmeyi doldurup sıçan uykuya dalmak için yaklaşık 3 dakika boyunca bekleyin. Bir ayak tutam tarafından anestezi etkisi kontrol edin.
- Anestezi etkisi alır sonra, sıçan kaldırmak ve onu tartmak.
- Onları korumak ve göz fizyolojik hidrasyon korumak için hayvanın gözleri suda çözünür göz jeli ince bir tabaka sürün.
- Bir ultrason ve foto akustik görüntüleme istasyonu tezgah üzerinde fare aşağı yatırın. Benhızlı, anestezi etkisi korumak sabit anestezi akışı (izofluran% 2 oksijen 1 L / dk -2.5%) sağlayan uygun Maskenin içinde burun konumlandırmak için n emri.
- Hayvan Tıraş
- Kulakları ve boynu çevreleyen alanları kapsayacak şekilde dikkat, kafa yüzeyinde saç kremleri tutarlı bir tabaka sürün. Krem birkaç dakika hareket ve bir spatula ile hafifçe dışarı almak için izin verin. Usulca doğru cildi temizlemek için ıslak bir sünger ile tüm krem artıkları çıkarın.
NOT: Hayvan kürk böylece mutlaka mümkün olduğunca kaldırılacak olan, olumsuz ultrason tabanlı görüntüleme edinimi etkileyen hava hapseden.
- Kulakları ve boynu çevreleyen alanları kapsayacak şekilde dikkat, kafa yüzeyinde saç kremleri tutarlı bir tabaka sürün. Krem birkaç dakika hareket ve bir spatula ile hafifçe dışarı almak için izin verin. Usulca doğru cildi temizlemek için ıslak bir sünger ile tüm krem artıkları çıkarın.
- Hayvan yerleştirme
- Bir yayılma-kartal pozisyonda hayvan düzenleyin. (Varsa) tezgah üzerinde uygun hayati parametre sensörleri vasıtasıyla vital bulgularını, Monitör. Profesyonel kullanım için elektrot krem birkaç damla uyguladıktan sonra sensörleri pençeleri yalın.
NOT: aşağıdaki gibi anestezi sırasında, hayati parametreleri değerlerine sahip olun: sıçan vücut ısısı 37.5 ° C ≈, dakika (BPM) başına kalp atım dakikada 40-80 nefes aralığında oluşmaktadır 250 ve 350 ile solunum hızı arasında değişmektedir . - Nihayet hipoalerjenik yapay ipek yama ile bacaklarda sıkın. Gerekirse, hayvanın gözlerini korumak için tekrar suda çözünür göz jeli ince bir tabaka yayıldı.
- Bir yayılma-kartal pozisyonda hayvan düzenleyin. (Varsa) tezgah üzerinde uygun hayati parametre sensörleri vasıtasıyla vital bulgularını, Monitör. Profesyonel kullanım için elektrot krem birkaç damla uyguladıktan sonra sensörleri pençeleri yalın.
2. Görüntü View Zamansal Açısından Toplama
- Hayvan yerleştirme
- Bir pozisyonda hayvan tutulması sagital gövdesi eksenine göre yaklaşık 45 ° 'lik bir eğim açısına sahip yan tarafında hafifçe gövde dönerler. Doğru bertaraf (Şekil 2a) düzenlemek için duruyor gibi küçük pamuklu gazlı bez rulo kullanın.
- Hayvan kafasını kaldırın ve bir tarafta (Şekil 2a) biraz döndürün. Burun kuyu INSER tutarak standı gibi bir pamuk rulo kullanınAnestezi maskesi içine ted.
- Yatay düzleme göre yaklaşık 30 ° 'lik bir açı ile eğim tezgahı.
- Dikey düzleme göre yaklaşık 30 ° 'lik bir açı ile bir görüntüleme dönüştürücüyü getirin.
- Ultrasonik ve foto akustik anatomik ve vasküler görüntü elde etme
- Üzerinde tarama görüntüleme açın B Modu görüntü elde etme girin ve düzgün deney (Şekil 3a) olası verilen gereksinimleri saygı tüm görüntü elde etme parametrelerini ayarlamak.
Not: transdüktör için mümkün olan maksimum nüfuz etme derinliği için, mümkün olduğu kadar düşük iletim merkez frekansı (16 MHz, Şekil 3b) ayarlayın. - Hayvanın kafası (Şekil 2b) üzerine hipoalerjenik suda çözünür ultrason iletim jel (yaklaşık 1 cm kalınlığında) tutarlı bir tabaka atınız. Aynı jel ince bir tabaka ile dönüştürücü kafa Kapak ve ra tabaka ile temas içine koymakt. Lokalize hipotermi en aza indirmek için sıcak jel kullanın.
- B modunda görüntü elde etme başlayın ve anatomik referanslar belirleyerek ve monitör orta noktaya ilgi bölgeyi merkez tarafından, gerçek zamanlı dönüştürücü konumlandırma ayarlayın. Onlar olumsuz etkileyebilir, çünkü satın alma, jel tabakası içine sıkışmış herhangi bir düzeyde hava kabarcıklarını ortadan kaldırmak için emin olun.
- Optimal ışın odaklılığıyla elde etmek için göz (Şekil 4a) kulak bağlayan sanal eksene hizalamak için dönüştürücüyü yerleştirin. Saat yönünde veya saat yönünün tersine dönme (Şekil 4b ve c) iç beyin hacminin farklı görüşlere, Edinme.
- Sonunda stabil bir ince bir şekilde konumunu ve yönünü ayarlamak için güvenli bir mekanik ayak üzerinde dönüştürücüyü sabitleyin.
- Ilgi beyin bölgesi optimal pH'ın almak için US-LASER dönüştürücü kaynağına göre derinliği 10 mm lokalize olduğundan emin olunotoakustik yanıt sinyali (Şekil 5). Sonra tam analiz alanın merkezinde ABD dalga odaklılığıyla bir göstergesi yerleştirin.
NOT: ilgi alanları araştırma sırasında, konumlandırma prosedürü hızlandırmak amacıyla, solunum kapı seçeneği aktivasyonunu önlemek. - Bir yüksek duyarlı bir şekilde iç beyin kan damarları görselleştirmek için Renkli Doppler Modu giriniz.
- Konumlandırma istediği bölgeleri görselleştirmek için uygun bir şekilde ayarlandıktan sonra, hareketi (Şekil 6a) ile ilgili istenmeyen etkileri önlemek için solunum kapısı seçeneğini etkinleştirin.
- Renkli Doppler Modu (Şekil 6b) 'de istenen kazanım parametre setini seçin ve penetrasyon derinliği birkaç milimetre kadar, kan akışı hızları ve yönleri ayırt etmek, bu yöntemin görüntü elde.
- Darbeli Dalga Doppler Modu girin ve arter kan nabız tespit görüntüleri kazanmak ve arterler a ayırt etmeknd damarlar.
- Akış oranları değerlendirildi farklılıklar nedenle akı hareketinden kaynaklanan olayları saçılma sayısı temelinde bir sinyal ölçümü gerçekleştirmek için Power Doppler Modu ve set satın alma parametrelerini (Şekil 7) girin ve.
- Belirli bir alanda kan total hemoglobin içeriğinin veya oksijenlenme derecesi hakkında veri toplamak için satın alma parametreleri (Şekil 8a) rafine düzgün foto akustik Modu girin ve. Bütün bir dalga boyu spektrumunda laser uyarma üreterek (680 nm ila 970 nm, Şekil 8b), bir doku içinde farklı kimyasal devletlerde toplam hemoglobin mevcut emme belirlenebilir. Tek bir belirli dalga boyu (Şekil 8c), sinyal toplama işleminin yapılması sureti ile, bunun nedeni oksi ve de-oksi saf türleri emilmesine farklı sinyal katılım izole etmek mümkündür.
- Üzerinde tarama görüntüleme açın B Modu görüntü elde etme girin ve düzgün deney (Şekil 3a) olası verilen gereksinimleri saygı tüm görüntü elde etme parametrelerini ayarlamak.
View Oksipital Açısından 3. Görüntüleme
- Hayvan yerleştirme
- Yüzükoyun pozisyonda hayvan tutulması, hayvan kafa düşürmek ve yanal doğru bertaraf düzenlemek için duruyor gibi küçük pamuklu gazlı bez rulo kullanın.
- Hayvan başı enine düzlemde (Şekil 9) Görüntüleme dönüştürücü paralel çevirin.
NOT: Bu şekilde, satın alma kafatasının temelinde oksipital foramenden merkezli olacak. Prob oryantasyon (Şekil 9) eğilme açısını değiştirerek, bu ayar eğimine bağlı olarak farklı görünümlerde iç damar görüntüleri elde etmek mümkün olacaktır.
- Ultrasonik ve foto akustik anatomik ve vasküler görüntü elde etme
- Daha önce (Şekil 3) rapor ve prob ve hayvan ense gerekli ultrason jeli katmanları yaymak gibi B Modu görüntü elde etme girin, tüm görüntü elde etme parametrelerini ayarlamak.
- Ord içinde, neredeyse yatay kalmak için dönüştürücüyü düzenleyinvücudun üst anatomik posterior kadar ön ekseni boyunca yönlendirilir. Burnu ön tarafına doğru yönlendirin ve hafifçe öne doğru eğin.
- B Modu ve Renkli Doppler modunda görüntü elde etme başlayın (Şekil 3 ve 6). Doğru dönüştürücü konumunu ayarlamak ve daha önce açıklandığı gibi jel kaplama hava kabarcıklarını çıkarmak. Mümkünse, ince bir şekilde yönünü kontrol etmek ve istenen anatomik bölgelerin görüntülerini elde etmek için en iyi devirme açısı seçmek için bir firma stand dönüştürücüyü sabitleyin.
- Düzgün kazanım parametrelerinin (Şekil 7) ayarlayarak Power Doppler Modu, iç beyin kan damarları gözünüzde canlandırın.
- Darbeli Dalga Doppler Modu tarafından yoğun titreşen arterler yerelleştirilmesine. Tersine kan akımı nabız düşük seviyeleri ile karakterize olan damarlar, onları ayırt.
- Yeterince ACQ uyarlayarak Renkli Doppler modunda, kan akışı hızları verilerini ve yön toplayınuisition parametreleri (Şekil 6).
- Foto akustik satın alma yoluyla elde edilen kimyasal kan bilgisini (Şekil 8) ekleyerek Komple derin beyin hemodinamik karakterizasyonu veri seti. Bu, genel olarak, 750 ve 850 nm'de (Şekil 8c), lazer dalgaboyu ayarlayarak ölçülür O2 doyma oranı ve toplam hemoglobin içeriği (HBT) gibi, özellikle kan gibi parametrelerin miktarın değerlendirilmesi ile bu gerçekleştirin.
Edinim ve Hayvan çıkarılması 4. Sonu
NOT: Düzgün hayvana uygulanan anestezik dozu ile ilgili temel kısıtlamalara tabi görüntü elde etme süreci (adım 1 den 3. adıma), adanmış bütün zaman düşünün.
- Tüm edinilen verileri kaydetmek fotoakustik satın alma modundan çıkmadan lazer kapalı darbe açmak ve transdüser mesafe.
- Ani korurkenanestezi etkisi altında mal, hafifçe ıslak pamuklu bir bez ile gözleri koruyucu jel kaldırarak temizlemek başlar. Daha sonra ıslak bir sünger ile temizleyin, tamamen kafa ve burun ultrason jeli kaldırmak için bir spatula ve birkaç kağıt havlu kullanın. Hassas tıraş cildi zarar vermemek için dikkatli olun.
- Uzuvları tutturmak ve fizyolojik parametreleri izlemek sensörlerden onları kesmek için kullanılan yapışkan yama çıkarın. Hızla farklı bir kafese satın alma tezgah gelen hayvan aktarın.
- Anestezi kurtarma için küçük bir kafeste hayvan barındırın. Hayvanlar çatışmaları önlemek amacıyla, bu faz esnasında kafes paylaşmamalıyım emin olun
- Hayvan sıcak tutmak için bir kızılötesi ışık altında kurtarma kafesini yerleştirin. Sternal yatma korumak için yeterli bilinci yerine kadar bekleyin. Hayvancılık odasına geçmeden önce, hayvanların genel sağlık koşullarını kontrol edin.
Representative Results
Bu yöntem görüntünün hem hayvan deri ve kafatası sağlam mevcut tekniğe göre daha derin nispeten yüksek uzaysal çözünürlüğü, anatomik referans yapıları ve kan damarları belirli izin verir. Bizim deneysel koşullarda PA sinyalinin derinliği 4.5 mm ve eksenel çözünürlük FOV 23 x 15.5 cm 75 mm. Foto akustik Tomografi yöntemi 19 Deneyler çözünürlüğü <1 mm değeri gösterdi. SNR değerleri aralığı 21.6 dB den (rastgele beyin dokusu ve arka planda seçilen 5 farklı puan elde) 23.8 dB olduğunu. Kafatası zamansal tarafta dönüştürücüyü yanyana koyarak beyin görüntüleri bir görüş ortaya çıkan yanal görüntüleme noktası (Şekil 4) ile transdüser seçilen konumlandırma açısı temelinde enine ya da koronal kesitler olarak elde edilebilir. Bunlar büyük ölçüde ac açısından farklılık gibi Epidermis, kafatası kemikleri ve parankimal malzeme iyi, ultrasonik B-Mode temsil edilmektediroustic impendence (Şekil 10). Kendi yapılandırma bakış seçilen noktasına bağlıdır bile, parankiminde bazı anatomik referans siteler gibi beyin korteks iç kısmını ve karakteristik şeklinde optik yolu (Şekil 10) ayıran çatlaklar gibi, tanınabilir. Ayrıca, gemilerin çok sayıda ultrasonik ve foto akustik görüntüleme yöntemleri hem görebilir. Hayvanın beyin dış yan yüzeyi boyunca çalışan diğer ana büyük gemiler ile İç Karotis Arter (ICA) Karakteristik kavşaklar kolaylıkla tanınabilir. Böyle ICA gibi büyük damar yolları, enerji ve oksijen tutarlı nöronal ihtiyacını karşılamak için büyük bir kan dolaşımı sağlar. ICA, Ortak Karotis Arter (CCA), derinlik birkaç milimetre başın yan tarafında çalışan kaynaklı, tüm çatallanma siteleri ötesine gider ve nihayet frontal baş kısmını ulaşır. Bu ana kan akışı intermedi arasında yayılıryedi-boyutlu gemiler, nihayet nöronlar besleyen her zaman küçük arteriyollerde kanalize önce. Bakış zamansal açıdan, ön ve yan beyin tarafına yönelik gemilerin üzere iki kola ayrılır İç Serebral Arter desen, izlemek mümkündür. Koronal ve enine görüntüsü, sanal eksen göz ve hayvanın kulak kepçesi birleştirme (Şekil 4) yönüne göre dönüştürücünün farklı eğim ile elde edilebilir. Şekil 4'te açıklanan projeksiyonlarına göre transdüser eğerek, o ICA ve iki veya daha fazla şube içine daha fazla böler kaynaklanmaktadır Orta Serebral Arter (MCA) çözülmesi görüntüleri elde etmek mümkün olduğunu nihayet Surround kortikal lob (11 Şekil ve 12). En iyi görsel Şekil 4b'de gösterdi İKA Şekil 4c ve için gösterdi sistemi eğerek MCA için elde edilmiştir.
Kan akımının yönlü bilgiler Renkli Doppler edinme (Şekil 13) kullanılabilir sayesinde ise Doppler-akustik tabanlı görüntüleme, küçük dalları ortaya koymaktadır. MCA arter özelliği Darbeli Dalga ultrasonik tekniği (Şekil 14 ve 15) ile teyit edilir. Kırmızı kan hücreleri dolaşımdaki içine alan hemoglobinin fotoakustik sinyal tespit ve moleküler oksidatif durumu hakkında veri toplamak ve kan oksijen doygunluğu hesaplamak için analiz (16 ve 17 Şekil) olabilir. Hematik oksijen içeriği venöz kandan arteriyel kan ayrımcılığı teyit etmek için sonik verilere korelasyon olabilir.
Oksipital foramen doğru dönüştürücüyü işaret ederek, vizyon kafası eksenel düzlemde (Şekil 9) üzerine yansıtılır ve bu görüntüleme düzlemi değişken eğim açılarına yerleşmiş olabilir. Bu durumda, görünüm beyin görüntüleme arka noktası ile akla olabilir Çünkü büyük oksipital giriş yüksek penetrasyon derinliği,. Willis Circle, derin beyin karakteristik damar yapılandırma, lokalize ve tüm yukarıda belirtilen teknikler uygulanarak incelenebilir. Baziler arter (BA), beyincik ventral tarafında çalışan, sonunda ensafalona açar ve simetrik iki şube üzere iki kola ayrılır. Ventral beynin bu iki dal yaymak ve daha sonra bu nedenle bir halka yapısı (Willis Circle) oluşturarak, tekrar bir araya katılın. Bu bazal derin daire tüm orta ölçekli kan damarları, beyin için büyük bir kan temini esas efektörler olan Posterior, Orta ve Ön Serebral Arter (PCA, MCA ve ACA sırasıyla), gibi, ortaya hangi vasküler bodrum . Renkli Doppler modunda, orta ölçekli şube kimlik mümkündür ve Willis (Şekil 18) Circle giren (örneğin PCA gibi) kavisli damar segmentlerinin açıkça görüntülenmesini sağlar.
Bu spektrum arteriyel ve venöz damarlarda elde edilen sinyal ayırt mümkün olan nt "> serebral parankimal doku da. spektral arsa (Şekil 20) vasküler karakterizasyonu göstermek için oksipital projeksiyon PA yöntemi (Şekil 19) ile kaydedildi.
Şekil 1: kafatası foramenlerin ve görüntü alımı için bakış ilgili noktası Konumu profili (a) ve görüntüleme dönüştürücü cihaz geçici forameni (mor ok) yan yana olmak üzere yerleştirilebilir sitelerinde sıçan kafası ve oksipital foramen üzerinde. profil (b) 'de (sarı ok).
Şekil 2: Temporal görüntü acquisitio Hayvan bertarafn. (A) görüntü elde etmek için tezgah üzerindeki hayvanın düzenleme: Kafa Tıraştan sonra, hayvan kafa zamansal tarafını ortaya çıkarmak için biraz bir tarafta eğik gövdeli bir yüzükoyun pozisyonda yerleştirilir. Tezgah muhtemelen satın alma sırasında hayvanın vücut sıcak tutmak için bir ısıtıcı cihazı ile donatılmış olabilir. Yapışkan yamalar hayati işareti izlenmesi için sensörler pençeleri tutturmak Bazı pamuk rulo, bu pozisyon elde etmek için kullanılabilir. (B) ultrason jeli tutarlı bir tabaka dönüştürücü görüntüleme sırasında yerleştirilmiş edileceği başın alanı kaplamaktadır.
Şekil 3: B-Mod görüntüleme için Toplama parametreleri. (A) Bir örnek ekran görüntüsü B beyin görüntüleme için kullanılan önemli kazanım parametrelerini raporlama paneli gösterenBiçem. (B) Daha da önemlisi, iletim frekansı düşük değerler (16 MHz) kuruldu ABD doku penetrasyonu artırmak için.
Şekil 4: Temporal foramenden Enine görüntü elde etme (a) göz ve dönüştürücü eğim ve görüntü elde etme uçağı değiştirmek için eğim hareketi (kırmızı ok) kulak kepçesi katılmadan ekseni sanal referans; göre hareket yönünün tersine (b). Referans kulak-göz ekseni ve dönüştürücü pozisyon değişken eğim, saygı c) Saat yönünde hareket kulak-göz ekseni ve dönüştürücü pozisyon değişken eğim başvurmak için.
Şekil 5: ABD Optimal odak derinliğiilgi alanı ararken ve PA görüntü alma. (sarı bir üçgen ile temsil edilen) görüntüleme odak derinliği optimal görüntüleme performansı elde etmek için, ABD / lazer kaynağından derinliği yaklaşık 10 mm ayarlanmalıdır.
Şekil 6: Renkli Doppler Modu görüntüleme için Toplama parametreleri. (A) Renkli Doppler modunda görüntü elde etme başlamadan önce, solunum kapı seçeneği fizyolojik solunum hareketleri tarafından oluşturulan artefakt önlemek için, açılabilir. (B) Renkli Doppler beyin görüntüleme için kullanılan önemli kazanım parametrelerini gösteren bir örnek teşkil ekran Mod.
Şekil 7: Toplama Power Doppler görüntüleme modu parametreleri. Power Doppler Modu beyin görüntüleme için kullanılan önemli kazanım parametrelerini gösteren bir örnek ekran görüntüsü.
Şekil 8: foto akustik Modu görüntüleme için Toplama parametreleri. (A), panel foto akustik Modunda beyin görüntüleme için kullanılan önemli bir tedarik parametreleri e. Bir fotoakustik spektrumu (b) satın alınması, 5 nm'lik bir dalga boyu aralığı ile 680 nm ila 970 nm arasında değişen bir lazer uyarma, göre (aşama olarak adlandırılır boyut). sırasıyla-de oksijenli ve oksijenli hemoglobin sinyallerinin ayrımcılık için, 750 nm ve 850 nm dalga tek foto akustik Modu için kullanılan (c) Toplama parametreleri.
fig9highres.jpg "/>
Şekil 9:. Oksipital foramenden Enine görüntü elde etme hayvanın boynuna (sarı ok) (a) Dönüştürücü konumlandırma ve ortaya çıkan enine görüntüleme uçağı neredeyse bölümler caudo-rostral yönde kafa, dönüştürücü konumlandırma (b) arka görünümü ve görüntü elde etme düzlemi.
Şekil 10:. Anatomik referansların bireyleşme için zamansal foramen B-Mod edinimi Epidermis (a), kafatası (b) ve parankim (c) (örneğin fissür gibi, kolaylıkla ayırt, aynı zamanda diğer anatomik referanslar tespit edilebilir olabilir d) ventral derin beyin kısmı ve optik sistem (e) 'nin karakteristik bir şekle çevreleyen.
Şekil 11: vasküler referansların bireyleşme için zamansal foramenden Power Doppler Modu edinimi MCA zamansal beyin tarafında ICA yükselterek.. Bu görünümü elde etmek için, enine görüntü zamansal foramen üzerine dönüştürücüyü işaret ederek ve saat yönünün tersine çevirerek satın alınmıştır.
Şekil 12: vasküler referansların bireyleşme için zamansal foramenden Power Doppler Modu edinimi MCA zamansal beyin tarafında ICA yükselterek.. Bu görünümü elde etmek için, enine görüntü zamansal foramen üzerine dönüştürücüyü işaret ederek ve saat yönünde çevirerek satın alınmıştır.
Şekil 13: vasküler referansların bireyleşme için zamansal foramenden Renkli Doppler Modu edinimi MCA zamansal beyin tarafında ICA yükselterek.. Kan akımının Yönlü bilgi dönüştürücü cihazına yönlendirilen ve ondan akı hareketler arasında ayrım, bir renk skalası çubuğu vasıtasıyla ifade edilir.
Şekil 14: vasküler referansların bireyleşme için zamansal foramenden Darbeli Dalga Modu edinimi varsayımsal arterler olarak belirlendi damar içinde dolaşan kanın arter özelliklerinin doğrulanması:. Darbeli Dalga Modu ilişkili olabilir akışı hızlarının değişimi hakkında bilgi sağlar kardiyak nabız etkisi (daha intearterlerde NSE damarlarında daha).
Şekil 15:. Akışı hızları kardiyak nabız etkisi ihmal edilebilir damarlar, kan damarlarının Darbeli Dalga Modu vasküler referanslar Belirlenmesi bireyleşme için zamansal foramenden Darbeli Dalga Modu edinimi.
Şekil 16: vasküler referansların bireyleşme için zamansal foramenden foto akustik Modu edinimi. B-Mode (solda) ve Tek-dalga foto akustik Modu (sağda) tarafından görüntülenmiştir zamansal beyin tarafında parankimal iç gemiler. Ölçek çubuğu renkleri bir seçili dalga boyunda yapılan bir lazer uyarma tarafından uyarılan foto akustik sinyal farklı yoğunluk değerlerini yansıtmaktadır. O dadamarları ve arterler bireyselleşmek için order, uyarma dalga boyları sırasıyla oksijeni alınmış ve oksijenli hemoglobin için foto akustik emisyon zirveleri elde etmek değerleri temsil, 750 ve 850 nm ayarlanabilir.
Şekil 17: oksijenli ve de-oksijenli hemoglobin ayrımcılık için zamansal foramenden foto akustik Modu edinimi. B-Mode (solda) ve Oxy-Hemo foto akustik Modu (sağda) tarafından görüntülenmiştir zamansal beyin tarafında İç gemiler. Ölçek çubuğu renkleri kan hemoglobin oksijen doygunluğu farklı yüzde değerlerini yansıtır.
Şekil 18: vasküler referansların bireyleşme için oksipital foramen yoluyla Renkli Doppler Modu edinimi.Ventral beyin tarafında bulunan Willis poligonu, bodrum yapısı oluşturma kavisli vasküler segmentler.
Şekil 19: vasküler referansların bireyleşme için oksipital foramen yoluyla foto akustik ve B-Mod edinimi. B-modda Nell'immagine si Possono evidenziare le strutture anatomiche individuabili con la proiezione occipitale'in e nella corrispondente acquisizione con modalità fotoacustica con rilevamento spettrale tra 670 nm 980 nm (con adım di 5 nm).
Şekil 20: vasküler referansların bireyleşme için oksipital foramen yoluyla foto akustik ve B-Mod edinimi. Questa hayal viene rappresentato lo Spettro corrispondeNTE alle tre ROI tracciate bir livello del parenşim cerebellare; in particolare sono tracciate bir livello di tre strutture vascolari la cui Tipologia si differenzia bir livello dell'andamento spettrale (ROI fuxia e celeste corrispondono bir strutture vascolari venose; ROI gialla corrisponde reklam una struttura vascolare arteriosa).
Discussion
Sunulan protokol küçük hayvanlarda yüksek oranda etkili beyin görüntüleme performans sağlamak için optimize edilmiştir. Görüntüler tam satın alma parametreleri ve kafatası foraminaya üzerindeki dönüştürücü konumlandırma hakkında göstergeler takip ederek farklı modaliteleri de elde edilebilir. ABD ve lazer doğru oksipital bir daha küçük foramen nüfuz mümkün olduğunca açık merkezli sahip olduğundan, özellikle, zamansal tarafında konumlandırılması, en çok önemlidir. Yine, bu deneysel ortamda sayesinde, fizyolojik ya da patolojik yarışmalar ile ilgili hemodinamik özellikleri erişilebilir ve hatta genellikle karakterize etmek zor derin beyin bölgelerinde, değerlendirilebilir.
Başarılı görüntü elde etme dönüştürücü konumlandırma doğruluğuna bağlıdır beri, bu bağımlılık da görüntüleme performansını etkileyebilir, çünkü dikkatli dikkate alınmalıdır. Örneğin,ilgi bazı anatomik yapılar tamamen satın alma görüntüleme düzlemi ve optimal neden olabilir sadece kısmi bir vizyon sunan görüntüleri kendi kimlik dahil değildir olabilir. Bu, önceden belirlenmiş bir otomatize edilmiş bir yol boyunca hareket ettirmek için azaltıcı gerektirir Dahası, üç boyutlu bir yöntemi (3D Mod) gerçekleştirilen bir ABD ve PA görüntüleme elde edilmesi, daha önce tarif edilen deneysel ortamda uyumlu değildir olacaktır. Son olarak, bağlı doğal anatomik değişkenlik, kafatası açıklıklarının boyutu önemli ölçüde, hayvanlar arasında değişebilir ve böylece satın alma sürecinde öngörülemeyen yansımaları olan. Bu durum, her bireyin özelliklerine görüntü kalitesi bağımlı hale getirir. Sonuç olarak, imkansızlık deneysel protokol tasarlarken dikkat edilmesi gereken bazı hayvanlara bu stratejiyi uygulamak için.
Özellikle, dikkate değer bir ilgi nedeniyle belirlenmesinde onun temel rolü, hemodinami yöneliktirSistemik uygulama, 28-29 sonra ilaçlar veya diğer dış kaynaklı moleküllerin biyolojik dağılım. Moleküler Görüntüleme alanında uygulamalı etkileri ultrason indüklemeli BBB açıklığı 30 gerektiren görüntü izlenen ilaç verme çalışmalara kan havuzu görüntüleme kontrast ajanları doğrulama kadar çoktur. Bu araştırma amaçlı Bütün kesinlikle herhangi bir ek ameliyat olmadan, ölüm veya istenmeyen yan etkilerin riski önemli ölçüde azalır ve aynı hayvan modellerinde uzun süreli izleme mümkün olduğunu, düşünüyor protokol, minimal invaziv yararlanacaktır.
Özetle, sunulan protokol verimli görüntü ve doğru anatomik topografya ve araştırma kullanımı, hayvan modellerinde normal veya patolojik beyin dokularının vasküler desen yorumlamak uygulayıcısı sağlayacaktır. Mevcut yöntemler özellikle kortikal görüntüleme 25-27 tomografi ile sınırlı iken, bu ayar fırsatı t veriro hem ABD ve PA görüntüleme tarafından sağlanan avantajlar birleştirerek, derin beyin fizyolojisi etkileyen çeşitli işlemleri açıklamaktadır.
Disclosures
Bu yazı için yayın ücretleri Görsel Sonics tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| High frequency ultrasound and photoacoustic imaging station (VEVO LAZR 2100 system) | FUJIFILM VisualSonics Inc. | ||
| Vevo Compact Dual Anesthesia System (Tabletop Version) | FUJIFILM VisualSonics Inc. | http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODt Sht.dpuf |
|
| Ultrasound Transmission Gel (Aquasonic 100) | Parker Laboratories Inc. | 01-08 | http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp |
| Sprague-Dawley rats | Charles River Laboratories | Three healthy 6-week old Sprague-Dawley rats were purchased from Charles River Laboratories and kept in standard housing (12 hr light-dark cycles) with a standard rodent chow and water available ad libitum. Provided by: http://www.criver.com/ |
References
- Bestmann, S., Feredoes, E. Combined neurostimulation and neuroimaging in cognitive neuroscience: past, present, and future. Ann N Y Acad Sci. 1296, 11-30 (1111).
- Kim, S. A., Jun, S. B. In-vivo Optical Measurement of Neural Activity in the Brain. Exp Neurobio. 22 (3), 158-166 (2013).
- Silva, G. A. Nanotechnology approaches to crossing the blood-brain barrier and drug delivery to. the CNS.BMC Neurosci. 9, Suppl 3. S4 (2008).
- Stemmer, N., Mehnert, J., Steinbrink, J., Wunder, A. Noninvasive fluorescence imaging in animal models of stroke. Curr Med Chem. 19 (28), 4786-4793 (2012).
- Frohman, E. M., Fujimoto, J. G., Frohman, T. C., Calabresi, P. A., Cutter, G., Balcer, L. J. Optical coherence tomography: a window into the mechanisms of multiple sclerosis. Nat Clin Pract Neurol. 4 (12), 664-675 (2008).
- Liao, L. D., et al. Neurovascular coupling: in vivo optical techniques for functional brain imaging. Biomed Eng Online. , 12-38 (2013).
- Youn, H., Hong, K. J. In vivo Noninvasive Small Animal Molecular Imaging. Osong Public Health Res Perspect. 3 (1), 48-59 (2012).
- Miyawaki, A.Fluorescence imaging in the last two decades. Microscopy (Oxf). 62 (1), 63-68 (1093).
- Feldman, M. K., Katyal, S., Radiographics Blackwood, M. S. U. S. artifacts 29 (4), 1179-1189 (1148).
- Postema, M., Gilja, O. H. Contrast-enhanced and targeted ultrasound. World J Gastroenterol. 17 (1), 28-41 (2011).
- Zacharatos, H., Hassan, A. E., Qureshi, A. I. Intravascular ultrasound: principles and cerebrovascular applications. AJNR Am J Neuroradiol. 31 (4), 586-597 (2010).
- Li, C., Wang, L. V. Photoacoustic tomography and sensing in biomedicine. Phys Med Biol. 54 (19), R59-R97 (2009).
- Kim, C., Favazza, C., Wang, L. V. In vivo photoacoustic tomography of chemicals: high-resolution functional and molecular optical imaging at new depths. Chem Rev. 110 (5), 2756-2782 (2010).
- Hu, S., Wang, L. V. Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature. J Biomed Opt. 15 (1), (2010).
- Mallidi, S., Luke, G. P., Emelianov, S. Photoacoustic imaging in cancer detection, diagnosis, and treatment guidance. Trends Biotechnol. 29 (5), 213-221 (2011).
- Pysz, M. A., Gambhir, S. S., Willmann, J. K. Molecular imaging: current status and emerging strategies. Clin Radiol. 65 (7), 500-517 (2010).
- Nie, L., Cai, X., Maslov, K., Garcia-Uribe, A., Anastasio, M. A., Wang, L. V. Photoacoustic tomography through a whole adult human skull with a photon recycler. J Biomed Opt. 17 (11), (2012).
- Huang, C., et al. Aberration correction for transcranial photoacoustic tomography of primates employing adjunct image data. J Biomed Opt. 17 (6), (2012).
- Nie, L., Guo, Z., Wang, L. V. Photoacoustic tomography of monkey brain using virtual point ultrasonic transducers. J Biomed Opt. 16 (7), (2011).
- Guevara, E., et al. Imaging of an inflammatory injury in the newborn rat brain with photoacoustic tomography. PLoS On. 8 (12), (2013).
- Yao, J., Wang, L. V. Photoacoustic Microscopy. Laser Photon Rev. 7 (5), (2013).
- Liu, Y., et al. Assessing the effects of norepinephrine on single cerebral microvessels using optical-resolution photoacoustic microscope. J Biomed Opt. 18 (7), (2013).
- Xia, J., et al. Whole-body ring-shaped confocal photoacoustic computed tomography of small animals in vivo. J Biomed Opt. 17 (5), 050506 (2012).
- Sun, J., Lindvere, L., Van Raaij, M. E., Dorr, A., Stefanovic, B., Foster, F. S. In vivo imaging of cerebral hemodynamics using high-frequency micro-ultrasound. Cold Spring Harb Protoc. (9), (2010).
- Nasiriavanaki, M., Xia, J., Wan, H., Bauer, A. Q., Culver, J. P., Wang, L. V. High-resolution photoacoustic tomography of resting-state functional connectivity in the mouse brain. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (1), 21-26 (2014).
- Jao, J., et al. Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo. Neuroimage. 64, 257-266 (2013).
- Deng, Z., Wang, Z., Yang, X., Luo, Q., Gong, H. In vivo imaging of hemodynamics and oxygen metabolism in acute focal cerebral ischemic rats with laser speckle imaging and functional photoacoustic microscopy. J Biomed Op. 17 (8), 081415-081414 (2012).
- Huang, R. B., Mocherla, S., Heslinga, M. J., Charoenphol, P., Eniola-Adefeso, O. Dynamic and cellular interactions of nanoparticles in vascular-targeted drug delivery. Mol Membr Biol. 27 (7), 312-327 (2010).
- Saxer, T., Zumbuehl, A., Müller, B. The use of shear stress for targeted drug delivery. Cardiovasc Res. 99, 328-3233 (2013).
- Zhao, Y. Z., Lu, C. T., Li, X. K., Cai, J. Ultrasound-mediated strategies in opening brain barriers for drug brain delivery. Expert Opin Drug Deliv. 10, 987-1001 (2013).
