Summary
Serebral hemodinamik ve in vivo sıçan beyin dokusunun ışık saçılım özelliklerinin aynı anda değerlendirilmesi, geleneksel bir çok bantlı dağınık yansıtıcılık görüntüleme sistemi kullanılarak araştınlır.
Introduction
Multispektral dağınık yansıtıcılık görüntüleme korteks dokusu içinde içsel ışık sinyalleri (Moss) içindeki bir sinyallere elde etmek için en yaygın tekniktir. Morfolojik değişiklikler ile indüklenen ışık saçılım özellikleri de ışık emiliminin varyasyonlar nedeniyle kortikal hemodinamikler saçılma özellikleri, azaltılması ya da mitokondri içinde sitokrom okside bağlı olarak emme varyasyon ve varyasyonları: Moss, başlıca üç fenomen ilişkilendirilir, in vivo beyin gözlenen 1.
yakın kızılötesi (NIR) spektral aralığa (VIS), görünür ışık etkili bir şekilde emilir ve biyolojik doku ile serpilir. In vivo beyin dağınık yansıtıcılık spektrumu emme ve dağıtma spektrumları ile karakterize edilir. Düşük saçılma katsayıları monoton bir saçılma spektrumu sergi VIS-to-NIR dalga boyu aralığı sonuç olarak beyin dokusu s '^ ıDaha uzun dalga boylarında daha küçük büyüklükler. İndirgenmiş saçılma katsayısı spektrumu μs '(λ) , μs ' (λ) = a × λ- b gibi güç yasası fonksiyonu 2 , 3 formunda olacak şekilde yaklaştırılabilir. Saçılma gücü b , canlı dokuda bulunan biyolojik saçılımcıların boyutu ile ilgilidir 2 , 3 . Dokunun morfolojik değişiklikleri ve canlı korteks dokusunun yaşayabilirliğinin azaltılması biyolojik saçılmaların 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 boyutlarını etkileyebilir.
Çokboyutlu diffüz yansıtma görüntüleme için optik bir sistem, akkor lityumdan kolayca oluşturulabilirGHT kaynağı, basit optik bileşenler ve bir monokromatik yüklü bağlanmış cihaz (CCD). Bu nedenle, çeşitli algoritmalar ve multispektral dağınık yansıtıcılık görüntüleme için optik sistemler kortikal hemodinamikleri ve / veya doku morfolojisi 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 değerlendirmek için kullanılmıştır.
Bu makalede tarif edilen yöntem hemodinamiği ve bilinen bir çok bantlı dağınık yansıtıcılık görüntüleme sistemi kullanılarak in vivo olarak sıçan serebral dokusunun ışık saçılım özelliklerinin her ikisi de göstermek için kullanılır. Alternatif teknikler üzerinden bu yöntemin avantajları serebral hemodinamik ve kortikal doku hem de uzaysal değişiklikleri değerlendirmek için yeteneğidirmorfolojisi, yanı sıra çeşitli beyin fonksiyon bozukluğu hayvan modellerinde uygulaması. Bu nedenle, yöntem, travmatik beyin hasarı, epilepsi nöbet, inme ve iskemi araştırmalar için uygun olacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Hayvan bakımı, hazırlanması, ve deneysel protokolleri Tarım ve Tokyo Teknoloji Üniversitesi Hayvan Araştırmaları Komitesi tarafından onaylanmıştır. Bu metodoloji, sıçan yiyecek ve su ad libitum ile, kontrollü bir ortamda (24 ° C, 12 saat ışık / karanlık döngüsü) içinde yer alır.
Bir Konvansiyonel Çokspektrumlu yaygın reflektans Görüntüleme Sistemi 1. İnşaat
- Montaj merkezi dalga boyları ile dokuz dar optik girişim filtreleri 500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, ve motorlu filtre tekerleğin filtre deliklerine 760 nm.
- geniş bant beyaz ışık kaynağı, dar girişim filtreleri yukarıdaki seti, bir ışık kılavuzu, bir toplama lensi, video yakınlaştırma lensi ve bir tek renkli CCD kamera ile motorlu bir filtre tekerleği kullanarak bir çok bantlı görüntüleme sistemini Construct. Şekil 2'de gösterilen optik bileşenlerin düzeni, th için de ifade edilebilirInşaat prosedürüdür.
NOT: Aydınlatma açısı, numune yüzeyine göre yaklaşık 45 ° 'dir. - Bir girişim filtresi, ışık kılavuzu ve toplama merceği yoluyla numunenin yüzeyini aydınlatmak için halojen lamba ışığı kaynağını açın.
- CCD kameranın işletim yazılımını açın.
2. Hayvan Hazırlama
NOT: Bu protokolde, sıçan gelecek deneyler için kullanılmamıştır ve multispektral görüntülerin ölçümünden hemen sonra feda edilmiştir.
- Bir indüksiyon odasının giriş portunu bir tüp ile anestezi makinesinin çıkış portuna bağlayın. İndüksiyon odasının çıkış portunu anestezi makinesinin giriş portuna ikinci bir boruyla bağlayın.
- Sıçanı indüksiyon odasına yerleştirin ve% 5.0 izofluran ile anestezi indükleyin. Anesteziyi, sıçanın ayak parmaklarına cevap vermemesi için derinlikte tutun. LAnestezi makinesinde bir döner düğme kullanarak% 2.0 izofluran'a cevap verin.
- Sıçanın kafasını stereotaksik bir çerçeveye sabitleyin. Anestezik için bir ağızlığı stereotaksik çerçeveye takın.
- Ağızlık parçasını bir tüp ile anestezi makinesinin çıkış portuna bağlayın. Ağızlık parçasını bir tüp ile anestezi makinesinin giriş portuna bağlayın.
- Cilt yüzeyi görünene kadar baş bölgesini prospektif kesi alanının ötesine tıraş edin.
- Başın orta hat boyunca yaklaşık 20 mm uzunluğunda bir kesi yapın ( Şekil 1 (a) ) ve subkutanöz bağ dokularını ( Şekil 1 (b) ) maruz bırakın.
- Deri altı bağ dokularını keskin bir küret veya bir kıskaç kullanarak çıkarın ve kafatası kemiğini ortaya çıkarmak için başın iki yanına çekin ( Şekil 1 (c) ).
- Kafatası dikişindeki kafatası kemiğinde elipsoidal bir hendeğe dikkat edin.bir yüksek devirli es (koronal dikiş, sagital dikiş ve lambdoidea'nın) (Şekil 1 (d)).
- Yavaş ve homojen yüksek devirli hendek içine kafatası kemiği kazıp.
- Hafif bir serebral kan damarı ortaya çıktıktan sonra, kemik kalınlığı ve kuvveti tahmin etmek için kıskaç ucu ile inceltilmiş kafatası yüzeyi üzerinde basın. inceltilmiş kafatası bölgeye kolaylıkla bastırır durumunda, yüksek-hızlı, elektrikli bir kafatası kemik azalma sonlandırabilir.
- parça parça kıskaç veya küçük cerrahi makas ucunu kullanarak inceltilmiş kafatası elips sınır hattını kesin.
- pense yardımıyla yavaş ve nazikçe beyin yüzeyinden inceltilmiş kafatası çıkarın.
- Yavaşça fizyolojik tuzlu su ile kranyal pencere banyo ve yaklaşık olarak 0.1 mm kalınlıkta saydam bir cam plaka ile örtün.
3. alınan oksijenin Kesir düzenlenmesi
NOT: Solunum condition, alınan oksijenin kısmını (FiO 2) regüle ederek değiştirilebilir.
- bir tüp kullanılarak, bir Y-şeklindeki tüp bağlantısı (bağlayıcı 2) birinci bağlantı için bir Y-şeklindeki boru konektörü (bağlayıcı 1) birinci bağlantı noktasına bağlamak.
- tüp bağlantısı 1 ikinci bağlantı noktasına ağızlığın giriş portu bağlayın.
- bir tüp kullanılarak, bir oksijen konsantrasyonu izleme cihazına tüp bağlantısı 1 üçüncü bağlantı noktasına bağlamak.
- bir tüp ile, anestezi makinesi çıkış portuna tüp konektör 2'nin ikinci bağlantı noktasına bağlamak.
- bir tüp kullanılarak, bir gaz karışımı cihazının çıkış portuna tüp konektör 2'nin üçüncü bağlantı noktasına bağlamak.
- % 5 bir tüp kullanarak CO2 gaz silindiri - yüksek-basınçlı bir% 95 O2 gaz karışımı, cihazın bir giriş portunu.
- Bir tüp kullanarak% 5 CO2 gaz silindiri - yüksek-basınçlı bir% 95 N2 gaz karışımı, cihazın diğer giriş portunu.
- o gaz akış oranlarını değiştirmeGaz karışımı cihazda döner düğme ile fO 2 ve N2.
- Giriş ve oksijen konsantrasyonu, izleme cihazı kullanılarak FiO 2 düzenler.
Çokspektrumlu yaygın reflektans Görüntüler 4. Toplama
- Referans görüntülere kazanılması
NOT: ışık kaynağı, optik fiber gibi bu deneyde kullanılan optik bileşenleri ve dedektörler kendi spektral özellikleri vardır. Bu nedenle, bu bileşenler geçen ışığın yoğunluğu, bir referans resim olarak kaydedilmelidir. referans görüntü ışık kaynağından gelen ışık ile aydınlatılan standart beyaz difüzör ile çekilen bir görüntüdür.- yatay sahnede standart beyaz difüzör koyun.
- varil üzerinde yakınlaştırma halkasını çevirerek beyaz difüzör yüzeyinde kamera lensini odaklanın.
- uygun değeri seçerek kamera entegrasyonu zaman ayarlayınaçılan entegrasyon Listesi kez kamera işletim yazılımında ışık büyük miktarda maksimum sayıları yaklaşık% 75 olan bir sinyal üretir, böylece. piksel değerleri histogram izlerken sinyal yoğunluk seviyesi maksimum sayısı yaklaşık% 75 kadar, entegrasyon zaman ayarlayın.
- bir dosyaya bir görüntü kaydetmek için dosya menüsünden "save" komutunu seçin.
- Filtre tekerleği çevirerek filtre konumunu değiştirin.
- Yukarıda tarif edilen yönteme göre, diğer dalga boylarında bir görüntü kaydetme. Dosya adı örneği ve kullanılan dalga boyu (örneğin W500 W520, W540 ... W760) belirlemelidir.
- Örnek görüntüler kazanılması
Not: Dokuz dalga boylarında maruz sıçan beyninin diffusely-yansıyan ışık yoğunluğu görüntüleri yakalanır ve aynı etme koşulları kullanılarak kişisel bilgisayarın sabit diskinde saklanır.- Yavaşça r yerleştirmekKamera sıçan beyninde yüzeyinde odaklanmak böylece sahnede de yavaş yavaş sahne seviyesini ayarlayın.
- bir dosyaya bir görüntü kaydetmek için dosya menüsünden "save" komutunu seçin.
- Filtre tekerleği çevirerek filtre konumunu değiştirin.
- Yukarıda tarif edilen yönteme göre, diğer dalga boylarında bir görüntü kaydetme. Dosya adı örneği ve dalga boyu (örneğin R500, R520, R540 ... R760) belirlemelidir.
- Karanlık görüntülerin Edinme
NOT: CCD kamera, bir elektrik sinyaline yanıt olarak, bir ışık yoğunluğu üretir. Ancak, ışık detektörü ile girmezse bile dolayı elektrik devreleri ve dedektörler gürültü bazı küçük çıkış vardır; bu karanlık akım gürültüsü denir. doğru ışığın spektral yoğunluğunu ölçmek için, karanlık akım bileşeni karanlık görüntü olarak kaydedilmiş ve daha sonra ölçme sinyalinden çıkarılmalıdır. Karanlık görüntü bir görüntü almaktırn, ışık yolu ile bloke edilmiştir.- halojen lamba ışık kaynağı kapatın.
- Bir koruyucu plaka kullanılırsa CCD kamera sistemine ışık yolunu engelleme.
- bir dosyaya bir görüntü kaydetmek için dosya menüsünden "save" komutunu seçin. Dosya adı örneği (örneğin, Koyu) belirlemelidir.
5. Hemoglobin İçerik ve Işık Saçılma Parametre görselleştirme
NOT: multispektral dağılarak yansıma görüntüleri kümesi kişisel bilgisayarın sabit diskine kaydedilir ve çevrimdışı analiz edilir. Dokuz dalga boyunda (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730 ve 760 nm) olarak çok bantlı dağınık yansıtıcılık bir görüntü Monte Carlo simülasyonu 19 yardımıyla bir çoklu regresyon analizi, daha sonra, iki boyutlu görselleştirmek için gerçekleştirilir oksijenli hemoglobin konsantrasyonu, oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonu, toplam hemoglobin konsantrasyonu, bölgesel serebral oksijen doygunluğu ve kovanının haritagüç vuruşlarını. Ayrıntılı algoritma Literatüre 17, 18 olarak yayınlanmıştır.
- referans görüntü ve her dalga boyunda örnek resmi hem de karanlık görüntü çıkarılır.
- Her dalga boyuna X referans görüntü ile örnek bir resim normalize. Dağılarak yansıma görüntü R gibi normalize görüntü davranın.
- Her dalga boyuna X de dağınık yansıtıcılık görüntü R karşıtının logaritmalama absorbansı (ya da optik yoğunluğu) görüntü A hesaplayın:
(1) - Y düzlemi beyin yüzeyi için elde edilen yapısal bilgi gösterir ve z, -Axis spektral bilgileri gösterir - X dalga boyuna sırasına, absorbans görüntü istifleme ile bir üç-boyutlu matrisi oluşturmak.
- peHer bir xy koordinat absorbans spektrumu A (λ) için çoklu regresyon analizi rform.
- Adım 5.5 bağımsız değişkenler olarak bağımlı değişken ve HBO (λ) ε oksijenli hemoglobin molar tükenme katsayısı spektrumları ve deoksijene hemoglobin ε HBr (λ) olarak absorbans spektrumu A (λ) kullanarak (HBO ε değerleri yayınlanan (λ) ve ε HBr (λ)), Tablo 1 'de verilmiştir.
- Üç çoklu regresyon iki boyutlu haritalar (resimler) kontrol edin, bir HBO, bir HBR ve 0 katsayıları.
- Amacıyla HBO, bir HBr ve bir 0, çoklu regresyon katsayısı görüntü istifleme ile bir üç-boyutlu matrisi oluşturmak burada
- Oksijenli hemoglobin konsantrasyonu Cı HbO, oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonu Cı HBr ve her xy bir HBO, bir HBr ve 0 katsayıları o P'nın değerleri (aşağıdaki ampirik formüller kullanılarak koordinat çoklu regresyon kümesinden saçılma güç b hesaplayın HbO i, β HBr, i ve β 0, i (i = 0,1,2,3), Tablo 2'de verilmektedir):
(2) 
(3)
(4) - Oksijenli hemoglobin konsantrasyonu Cı HbO, oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonunun Cı HBr ve saçılma güç b iki boyutlu haritalar (görüntü) kontrol edin.
- Her x, Cı-hbo ve C HBr toplanmasıyla toplam hemoglobin konsantrasyonu Cı HBT bir iki boyutlu ilk hesaplayın - y koordinatı.
- Y koordinatı - her bir x, toplam hemoglobin konsantrasyonu Cı HBT oksijenlenmesi hemoglobin konsantrasyonu Cı HbO bölünmesi ile bölgesel serebral oksijen doygunluğu Rso 2 bir iki-boyutlu bir harita hesaplayın.
(1) 
(2) 
(3)
(4) Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
In vivo sıçan beyinlerinden alınan diffüz reflektans temsili spektral görüntüleri 500, 520, 540, 560, 570, şekil 3 ve görüntüler gösterilir ve 580 net bir şekilde serebral korteks kan damarlarının yoğun bir ağ görselleştirmek nm. kan damarlarının ve 600, 730 de resimlerde görülen çevreleyen doku ve 760 nm arasında kontrast bozulması daha uzun ve NIR dalga boyları hemoglobin tarafından ışığın daha düşük emilmesini yansıtır.
Şekil 4, oksijenli hemoglobin konsantrasyonu, oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonu, toplam hemoglobin konsantrasyonu, bölgesel serebral oksijen doyumu ve saçılma güç için açık bir sıçan beyin temsili tahmini görüntüleri gösterir. Şekil 3, kan ves toplam hemoglobin konsantrasyonunda daha kısa dalga boyunda dağınık yansıtıcılık görüntülerden beklendiği gibisel bölgeyi çevreleyen doku bölgedekinden daha yüksektir. Diğer yandan, küçük arterlerin oksijenlenmedeki hemoglobin arteryel kan hemoglobin daha oksijenli venöz kan daha olması nedeniyle venüllerde daha yüksektir. Bu nedenle, küçük arterlerin ve venüllerin dağılımı açıkça bölgesel oksijen doygunluğu tahmini görüntüde ayırt edilebilir.
500 nm r (500), oksijen hemoglobin Cı HBO, oksijenden arındırılmış hemoglobin Cı HBr, toplam hemoglobin Cı HBT konsantrasyonu, bölgesel serebral oksijen doyma konsantrasyonunun konsantrasyonda dağınık yansıtıcılık için FiO2 değişimler sırasında açıkta kalan sıçan beyninin Örnek tahmini görüntüler RSO 2 ve saçılma güç b, Şekil 5 'de gösterilmiştir. Rso 2'nin değeri hiperoksik koşullarında artarve oksijensiz koşullarda indüksiyonundan sonra belirgin bir azalma görüldü. Sürekli anoksi başlangıcından sonra, 30 dakika için 5 dakika ile dönemde gerilemiştir b'nin değeri hafifçe solunum durması kadar anoksi başlangıcından itibaren süre boyunca arttı. B değerindeki bu değişiklikler beyinde doku yaşam kaybı ile indüklenen bu tür bir şişmeye ve hücreli ve alt hücreli yapıların çekme gibi morfolojik değişiklikler, göstergesi edildi.
Şekil 1: Sıçan serebral korteks cerrahi Maruz bırakma adımları. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 2: Deney Yönetme Anestezi için cihaz ve alınan oksijenin Kesir değiştirme şematik diyagramı. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 3: en Örnek Multispektral yaygın reflektans Fotoğraflar 500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, ve 760 nm, bir in vivo sıçan beyninde elde edilir. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 4: Bir Maruz Sıçan Beyin Temsilcisi Tahmini Görüntüleri. <oksijenli hemoglobin Cı HBO güçlü> (a) konsantrasyonu, oksijenden arındırılmış hemoglobin Cı HBr (b) yoğunluğu, toplam hemoglobin Cı HBT (c) konsantrasyonu, (d), bölgesel serebral oksijen doygunluğu Rso 2, ve (e) saçılma güç b. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
Şekil 5: FiO2 Değişim sırasında bir Maruz Sıçan Beyin Temsilcisi sonuçları. 500 nm r (500), oksijen hemoglobin Cı HBO konsantrasyonu, konsantrasyonu, en yaygın yansıtma için FiO2 değişimler sırasında, in vivo sıçan kortikal doku görüntülerioksijeni giderilmiş hemoglobin Cı HBr, toplam hemoglobin Cı HBT, bölgesel serebral oksijen satürasyonu Rso 2 konsantrasyonu, ve saçılma güç b. Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.
| Dalga boyu λ mil | ε HbO (λ) | ε HBr (λ) |
| 500 | 113,03712 | 112.6548 |
| 520 | 130,69296 | 170,58384 |
| 540 | 287.4744 | 251.5968 |
| 560 | 176,11128 | 290.4552 |
| 570 | 240.2784 | 243.3888 |
| 580 | 270.5616 | 199,908 | 600 | 17.28 | 79,25688 |
| 730 | 2,106 | 5,95188 |
| 760 | 3,1644 | 8,36201 |
Tablo 1: ε HBO değerleri ve ε HbO çoklu regresyon analizi kullanılmıştır. Her dalga boyuna X oksijenlenmiş hemoglobin ε HBO ve deoksijene hemoglobin ε HBr molar sönüm katsayısı.
| ben | β HbO i | β HBr, i | β b ı |
| 0 | -8,3302 | -5,85271 | -0,76587 |
| 1 | 4405.877 | -143,23 | 53,34134 |
| 2 | 2740.622 | 3798.067 | 124.4656 |
| 3 | -4,40454 | -2,81699 | -1,36919 |
Tablo 2: β HBO değerleri, I, β HBr, i ve 0 p, ı (ı = 0,1,2,3) Cı HBO, Cı HBr, ve b için ampirik Formüllerde kullanılan. Bu ampirik formüller türetilmiş Cı-hbo ve C HBr birim% 44 'lik bir hematokrit okuması ile tam kan hemoglobin konsantrasyonu hemoglobin% 100 hacim konsantrasyonu olarak alınır edildiği hacim konsantrasyonu, olduğuna dikkat edin. Hemoglobin concentr ampirik formüllerations hafif nakliye 19 Monte Carlo yöntemleri ile hesaplanan dağınık yansıtıcılık spektrumları elde edilebilir. Ampirik formüller türetilmesi için ayrıntılı işlem literatürde 17, 18 tarif edilmiştir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu protokol olarak en kritik kademenin kafa pencere yapmak inceltilmiş kafatası bölgenin çıkarılmasıdır; Bu beklenmeyen bir kanama önlemek için dikkatli bir şekilde yapılmalıdır. Bu adım, yüksek doğrulukta yansıma görüntüleri dağınık multispektral yüksek kaliteli elde etmek için önemlidir. Stereomikroskopta kullanılması cerrahi prosedür mümkünse için tavsiye edilir. jelatin sünger Küçük parçalar hemostaz için yararlıdır.
Bu makalede açıklanan optik sistemi ışık kaynağının önünde yer alan bir girişim filtresi ile tek renkli ışık geçer. Bu video kamera lensi veya CCD kamera önünde filtre tekerleği yerleştirerek değiştirilebilir. Bu durumda, ancak, farklı kalınlıklarda yapılan müdahalenin filtrelerinin kullanılması durumunda odak düzlemi değişken olabilir ve bu görüntü kalitesinde bozulmaya neden olur. bir kayıt elektrotu yerleştirildi olup olmadığı kafatası pencere cam plaka kaldırmak için gerekli olanBu tür elektrik yerel alan potansiyelinin ölçümü gibi elektrofizyolojik ölçümler için kortikal doku içine. Bu durumda, görüntüleme sistemi kortikal yüzeyden istenmeyen speküler yansımayı algılayabilir. Bu sorun, bir çapraz Nicols hizalama polarizasyon bir levha seti kullanarak önlenebilir.
tekerlek filtre konumları, mekanik olarak değiştirilir çünkü bu makale gösterilen geleneksel çok bantlı görüntüleme aparatı, biraz zaman alıcı kullanmaktır. Bu görüntüleme sistemi, farklı bir dalga boyu noktasında her dağınık yansıtıcılık görüntü ardışık yakalar anlamına gelir. Bu sınırlama nedeniyle, bu sistem sayesinde, nöronal faaliyetleri 20 yansıma tayfının değişikliklere hızlı Moss, yakalamak için yetersizdir. oksijenli hemoglobin deoksijene hemoglobin gibi sitokrom c oksidazı, flavinin olarak yaşayan beyin dokusunda ana kromoforlar, diğer kromoforlar, olmasına rağmenadenin dinükleotid ve nikotinamid adenin dinükleotid, aynı zamanda görünür dalga boyu bölgesinde soğurma katsayısı katkıda bulunur. Bu nedenle, C HBO, Cı HBr, Cı HBT, Rso 2 ve b tahmin edilen değerlerin küçük kromoforlar etkilenebilir. o dağınık yansıma bağlı olduğundan Üstelik bu yaklaşım derinlik yönü boyunca tüm bilgileri bütünleştirir. Bu nedenle, görüntüleme sistemi derinliği çözümlü ölçümleri gerçekleştirmez.
Bu sistem için kullanılan algoritmalar, örneğin bir akustik-optik ayarlanabilir filtre 21 olarak diğer hızlı spektral görüntüleme teknikleri ile çekilen çok bantlı dağınık yansıtıcılık görüntü için uygulanabilir olduğu avantajlıdır, girişimli bir çok açıklık lenslet dizisi 22 süzer ve RGB görüntü 17, 2 spektral yeniden görüntüleri3. Önerilen algoritma ve hızlı spektral teknikleri kullanarak birbirine yanı sıra klinik durumlarda kullanılmak üzere, hızlı IOS görüntüleme değerlendirmek için umut verici bir yaklaşımdır.
Bugüne kadar en çok bantlı beyin görüntüleme teknikleri esas olarak serebral kan hacmi, bölgesel serebral oksijen doygunluğu ve oksijen 10, 11, 12, 13, 14, serebral metabolik oranı gibi kortikal hemodinamik ve doku metabolizması, üzerinde odaklanmıştır. Çeşitli mevcut yaklaşım saçılım gücü, 16 sabit 15'dir varsayımı altında saçılma genliği değerlendirir. Ancak, patofizyolojik değişiklikler ve kortikal canlı doku içinde canlılığı bir azalmaya dokuların morfolojik değişiklikler biyolojik saçıcıların 4 boyutunu etkileyebilir, 5, 6, 7, 8, 9. Nedenle, beyin dokusu morfolojileri değerlendirmek için kantitatif b saçılma parametre tahmin etmek önemlidir. Mevcut yöntemlere göre, bu tekniğin anlamı aynı zamanda serebral hemodinamik ve kortikal doku morfolojisi uzaysal değişiklikleri ölçmek için yeteneğidir.
gelecek uygulamaları açısından, bu algoritma, örneğin, travmatik beyin hasarı, epilepsi nöbet, felç ve iskemi gibi çeşitli beyin bozukluğu, hayvan modellerinde, kortikal doku beyin fonksiyonu, vitals ve canlılığını izlenmesi için de kullanılabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 150-W halogen-lamp light source | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan | LA-150SAE | |
| Light guide | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan | LGC1-5L1000 | |
| Collecting lens | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan | SH-F16 | |
| Interference filters l@ 500 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65088 | |
| Interference filters l@ 520 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65093 | |
| Interference filters l@ 540 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65096 | |
| Interference filters l@ 560 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #67766 | |
| Interference filters l@ 570 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #67767 | |
| Interference filters l@ 580 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65646 | |
| Interference filters l@ 600 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65102 | |
| Interference filters l@ 730 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65115 | |
| Interference filters l@ 760 nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #67777 | |
| Motorized filter wheel | Andover Corporation, NH, USA | FW-MOT-12.5 | |
| 8-bit monochromatic CCD camera | THE IMAGINGSOURCE, Germany | DMK21BU618.H | |
| Video zoom lens | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | VZMTM300i | |
| Spectralon white standard with 99% diffuse reflectance | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | SRS-99-020 |
References
- Bonhoeffer, T., Grinvald, A. Optical Imaging based on intrinsic signals: the methodology. Brain mapping; the methods. Toga, A. W., Mazziotta, J. C. , Academic Press. San Diego. 55-97 (1996).
- Mourant, J. R., et al. Mechanisms of light scattering from biological cells relevant to noninvasive optical-tissue diagnostics. Appl. Opt. 37 (16), 3586-3593 (1998).
- Abookasis, D., et al. Imaging cortical absorption, scattering, and hemodynamic response during ischemic stroke using spatially modulated near-infrared illumination. J. Biomed. Opt. 14 (2), 024033 (2009).
- Lipton, P. Ischemic cell death in brain neuron. Physiol. Rev. 79 (4), 1432-1568 (1999).
- Jarvis, C. R., Anderson, T. R., Andrew, R. D. Anoxic depolarization mediates acute damage independent of glutamate in neocortical brain slices. Cereb. Cortex. 11 (3), 249-259 (2001).
- Joshi, I., Andrew, R. D. Imaging anoxic depolarization during ischemia-like conditions in the mouse hemi-brain slice. J. Neurophysiol. 85 (1), 414-424 (2001).
- Polischuk, T. M., Jarvis, C. R., Andrew, R. D. Intrinsic optical signaling denoting neuronal damage in response to acute excitotoxic insult in the hippocampal slice. Neurobiol. Dis. 4 (6), 423-437 (1998).
- Jarvis, C. R., Lilge, L., Vipond, G. J., Andrew, R. D. Interpretation of intrinsic optical signals and calcein fluorescence during acute excitotoxic insult in the hippocampal slice. NeuroImage. 10 (4), 357-372 (1999).
- Obeidat, A. S., Jarvis, C. R., Andrew, R. D. Glutamate does not mediate acute neuronal damage after spreading depression induced by O2/glucose deprivation in the hippocampal slice. J. Cereb. Blood Flow Metab. 20 (2), 412-422 (2000).
- 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 (2), 279-290 (2005).
- Jones, M., Berwick, J., Johnston, D., Mayhew, J. Concurrent optical imaging spectroscopy and laser-Doppler flowmetry: the relationship between blood flow, oxygenation, and volume in rodent barrel cortex. Neuroimage. 13 (6), 1002-1015 (2001).
- Jones, M., Berwick, J., Mayhew, J. Changes in blood flow, oxygenation, and volume following extended stimulation of rodent barrel cortex. Neuroimage. 15 (3), 474-487 (2002).
- Zhou, C., et al. Diffuse optical correlation tomography of cerebral blood flow during cortical spreading depression in rat brain. Opt. Express. 14 (3), 1125-1144 (2006).
- Bouchard, M. B., Chen, B. R., Burgess, S. A., Hillman, E. M. C. Ultra-fast multispectral optical imaging of cortical oxygenation, blood flow, and intracellular calcium dynamics. Opt. Express. 17 (18), 15670-15678 (2009).
- Jones, P. B., et al. Simultaneous multispectral reflectance imaging and laser speckle flowmetry of cerebral blood flow and oxygen metabolism in focal cerebral ischemia. J. Biomed. Opt. 13 (4), 044007 (2008).
- Kawauchi, S., et al. Diffuse light reflectance signals as potential indicators of loss of viability in brain tissue due to hypoxia: charge-coupled-device-based imaging and fiber-based measurement. J. Biomed. Opt. 18 (1), 015003 (2013).
- Yoshida, K., et al. Multispectral imaging of absorption and scattering properties of in vivo exposed rat brain using a digital red-green-blue camera. J. Biomed. Opt. 20 (5), 051026 (2015).
- Nishidate, I., et al. Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Tissue Morphology of In Vivo Rat Brain Using Spectral Diffuse Reflectance Imaging. Appl. Spectrosc. , (2016).
- Wang, L. -H., Jacques, S. L., Zheng, L. -Q. MCML-Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues. Comput. Methods Programs Biomed. 47 (2), 131-146 (1995).
- Tsytsarev, V., Premachandra, K., Takeshita, D., Bahar, S. Imaging cortical electrical stimulation in vivo: Fast intrinsic optical signal versus voltage-sensitive dyes. Opt. Lett. 33 (9), 1032-1034 (2008).
- Arnold, T., Biasio, M. D., Leitner, R. Hyper-spectral video endoscope for intra-surgery tissue classification using auto-fluorescence and reflectance spectroscopy. Proc. SPIE. 8087, 808711 (2011).
- Basiri, A., et al. Use of a multi-spectral camera in the characterization of skin wounds. Opt. Express. 18 (4), 3244-3257 (2010).
- Nishidate, I., Maeda, T., Niizeki, K., Aizu, Y. Estimation of melanin and hemoglobin using spectral reflectance images reconstructed from a digital RGB image by the Wiener estimation method. Sensors. 13 (6), 7902-7915 (2013).
