Summary
ويبين التقييم في وقت واحد ديناميكا الدم الدماغي وخصائص تشتت الضوء في الجسم الحي الفئران أنسجة المخ يستخدم منتشر متعدد الأطياف نظام الانعكاس التصوير التقليدي.
Introduction
التصوير الانعكاسي المنتشر متعدد الأطياف هو الأسلوب الأكثر شيوعا للحصول على خريطة مكانية للإشارات البصرية الذاتية (يوس) في الأنسجة القشرية. يوس يراقب في الدماغ في الجسم الحي وتعزى أساسا إلى ثلاث ظواهر: الاختلافات في امتصاص الضوء وخصائص تشتت بسبب ديناميكا الدم القشرية، والاختلاف في امتصاص اعتمادا على الحد من أو أكسدة السيتوكرومات في الميتوكوندريا، والاختلافات في خصائص تشتت الضوء الناجمة عن التعديلات المورفولوجية 1 -
يتم امتصاص الضوء في المرئية (فيس) إلى المدى الأشعة تحت الحمراء القريبة (نير) بشكل فعال ومنتشرة من قبل الأنسجة البيولوجية. يتميز الطيف الانعكاسي المنتشر للدماغ في الجسم الحي عن طريق امتصاص وتشتت الأطياف. انخفاض معامل الانتثار μ s ' من أنسجة المخ في نطاق الطول الموجي فيس إلى الجرد الوطني ينتج في معرض رتابة نثر رتابةجي مقادير صغيرة في الموجات الأطول. الطيف μ انخفاض معامل تشتت الصورة "(λ) يمكن أن يقترب ليكون في شكل وظيفة قانون الطاقة 2، 3 كما μ S '(λ) = أ × λ -b. ويرتبط نثر السلطة ب لحجم عدسات البيولوجية في الأنسجة 2، 3 الحية. التعديلات الشكلية من الأنسجة والحد من قابلية الأنسجة الحية القشرية يمكن أن تؤثر على حجم عدسات البيولوجية 4، 5، 6، 7، 8، 9.
نظام بصري لمتعدد الأطياف التصوير منتشر الانعكاس يمكن بناؤها بسهولة من لى وهاجمصدر GHT، المكونات البصرية البسيطة، وأحادية اللون جهاز اتهم جانب (CCD). لذلك، وقد استخدمت العديد من الخوارزميات وأنظمة البصرية لمتعدد الأطياف التصوير منتشر الانعكاس لتقييم ديناميكا الدم القشرية و / أو التشكل الأنسجة 10، 11، 12، 13، 14، 15، 16، 17، 18.
يتم استخدام الأسلوب الموصوفة في هذه المقالة لتصور كل من ديناميكا الدم وخصائص تشتت الضوء من الأنسجة الدماغية الفئران في الجسم الحي باستخدام منتشر متعدد الأطياف نظام الانعكاس التصوير التقليدي. مزايا هذه الطريقة على التقنيات البديلة هي القدرة على تقييم التغيرات الزمانية المكانية في كل ديناميكا الدم الدماغي والأنسجة القشريةالتشكل، وكذلك تطبيقها على مختلف النماذج الحيوانية اختلال وظيفي في المخ. ولذلك، فإن الطريقة يكون مناسبا لتحقيقات من الإصابات في الدماغ، نوبة الصرع والسكتة الدماغية ونقص التروية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على رعاية الحيوانات، وإعداد، والبروتوكولات التجريبية قبل لجنة الأبحاث الحيوان من جامعة طوكيو للزراعة والتكنولوجيا. لهذه المنهجية، وتقع الفئران في بيئة تسيطر عليها (24 ° C، 12 ساعة دورة الضوء / الظلام)، مع الطعام والمياه المتاحة الإرضاع بحسب الرغبة.
1. بناء نظام التقليدية المتعددة الأطياف منتشر الانعكاس التصوير
- جبل تسعة الضيق مرشح التداخل الضوئية ذات الأطوال الموجية مركز 500، 520، 540، 560، 570، 580، 600، 730، و 760 نانومتر إلى الثقوب مرشح للعجلة تصفية الآلية.
- بناء نظام التصوير متعدد الأطياف باستخدام مصدر ضوء أبيض واسع النطاق، وهو مرشح الميكانيكية عجلة مع مجموعة أعلاه من المرشحات تدخل الضيق، وهو دليل الضوء، عدسة جمع وعدسة فيديو التكبير، وكاميرا CCD أحادية اللون. تخطيط المكونات البصرية، كما هو موضح في الشكل 2، يمكن الإشارة إلى لعشرهو البناء الداخلي.
ملاحظة: زاوية الإضاءة حوالي 45 درجة فيما يتعلق سطح العينة. - بدوره على مصدر ضوء مصباح الهالوجين لإلقاء الضوء على سطح العينة عن طريق تصفية التدخل، دليل الضوء، وعدسة جمع.
- فتح برنامج تشغيل الكاميرا CCD.
2. إعداد الحيوان
ملاحظة: في هذا البروتوكول، وعدم استخدام الفئران في التجارب المستقبلية والتضحية على الفور بعد قياسات الصور متعددة الأطياف.
- ربط ميناء مدخل غرفة الاستقراء إلى ميناء منفذ من جهاز التخدير مع أنبوب. ربط ميناء منفذ للغرفة تحريض على مدخل الميناء من آلة التخدير مع أنبوب الثاني.
- وضع فأر في غرفة تحريض وتحفيز التخدير مع 5.0٪ الأيزوفلورين. الحفاظ على التخدير على عمق بحيث الفئران لا يستجيب لالقرصات أخمص قدميه. Lower إلى 2.0٪ الأيزوفلورين باستخدام مقبض دوار على الجهاز التخدير.
- إصلاح رأس فأر في إطار التجسيمي. إرفاق بوق للتخدير إلى الإطار التجسيمي.
- ربط ميناء مدخل لسان حال إلى الميناء منفذا للجهاز التخدير مع أنبوب. ربط ميناء منفذ لسان حال إلى مدخل الميناء من آلة التخدير مع أنبوب.
- حلق منطقة الرأس خارج موقع شق المحتملين باستخدام قص الشعر حتى يظهر على سطح الجلد.
- إجراء شق طولي حوالي 20 مم لونغ على طول خط الوسط من الرأس باستخدام مشرط جراحي (الشكل 1 (أ)) وفضح الأنسجة الضامة تحت الجلد (الشكل 1 (ب)).
- إزالة الأنسجة الضامة تحت الجلد باستخدام مجرفة حادة أو الكماشة وتسحبه لكلا الجانبين من الرأس إلى فضح الجمجمة العظمية (الشكل 1 (ج)).
- حفر خندق بيضاوي على عظم الجمجمة داخل الجمجمة suturوفاق (الدرز الإكليلي، الدرز السهمي، والدرز اللامي) باستخدام الحفر عالية السرعة (الشكل 1 (د)).
- ببطء ومتجانس حفر عظم الجمجمة داخل خندق باستخدام الحفر عالية السرعة.
- اضغط برفق على سطح الجمجمة ضعيفة مع غيض من كماشة لتقدير سمك العظام وقوتها بعد ظهور الأوعية الدموية الدماغية. إذا يخفض منطقة الجمجمة ضعيفة بسهولة، إنهاء الحد من عظم الجمجمة مع الحفر عالية السرعة.
- قطع خط الحدود بيضاوي من الجمجمة ضعيفة مجزأة باستخدام غيض من كماشة أو مقص جراحي الصغيرة.
- إزالة الجمجمة ضعيفة من سطح الدماغ ببطء وبلطف باستخدام كماشة.
- يستحم بلطف نافذة الجمجمة مع المياه المالحة الفسيولوجية وتغطية ذلك مع لوحة زجاج شفافة حوالي 0.1 مم.
3. تنظيم جزء من الأوكسجين من وحي
ملاحظة: كوندي التنفسينشوئها يمكن تغيير من خلال تنظيم جزء من الأوكسجين مستوحاة (قوة المراقبة الدولية 2).
- عن طريق أنبوب، ربط ميناء الأول من موصل أنبوب على شكل Y (موصل 1) إلى أول ميناء للموصل أنبوب على شكل Y-آخر (موصل 2).
- ربط ميناء مدخل لسان حال إلى المنفذ الثاني من أنبوب موصل 1.
- عن طريق أنبوب، ربط ميناء الثالث من أنبوب موصل 1 إلى جهاز الاوكسجين تركيز الشاشة.
- مع أنبوب، ربط ميناء الثاني من أنبوب موصل 2 إلى ميناء منفذ من جهاز التخدير.
- عن طريق أنبوب، ربط ميناء الثالث من أنبوب موصل 2 إلى ميناء منفذ من جهاز خليط الغاز.
- ربط ميناء مدخل واحد للجهاز خليط الغاز إلى الضغط العالي 95٪ O 2-5٪ CO 2 اسطوانة الغاز باستخدام أنبوب.
- ربط ميناء مدخل آخر من الجهاز خليط الغاز إلى الضغط العالي 95٪ N 2-5٪ اسطوانة غاز CO 2 باستخدام أنبوب.
- تغيير معدلات تدفق الغاز سو O 2 و N 2 استخدام المقابض الدوارة على الجهاز خليط الغاز.
- فحص وتنظيم قوة المراقبة الدولية 2 باستخدام جهاز الاوكسجين تركيز الشاشة.
4. الاستحواذ على الانعكاس الصور المتعددة الأطياف منتشر
- الحصول على صور المرجعية
ملاحظة: المكونات البصرية المستخدمة في هذه التجربة، مثل مصدر الضوء، الألياف البصرية، وأجهزة الكشف عن لديها الخصائص الطيفية الخاصة بهم. لذلك، يجب أن تسجل شدة الضوء مرت هذه المكونات كصورة مرجعية. صورة المرجعية هي صورة التي اتخذت مع الناشر الأبيض القياسية مضيئة بنور من مصدر الضوء.- وضع الناشر الأبيض القياسية على الساحة أفقيا.
- تركيز عدسة الكاميرا على سطح الناشر الأبيض عن طريق تدوير حلقة الزوم على برميل.
- ضبط الوقت التكامل الكاميرا عن طريق تحديد القيمة المناسبة منالقائمة المنسدلة مرات التكامل في برنامج تشغيل الكاميرا حتى أن أكبر كمية من الضوء تنتج إشارة إلى أن ما يقرب من 75٪ من الحد الأقصى للالتهم الموجهة إليه. أثناء مشاهدة الرسم البياني القيم بكسل، ضبط الوقت التكامل حتى مستوى إشارة شدة ما يقرب من 75٪ من الحد الأقصى للالتهم الموجهة إليه.
- حدد "حفظ" الأوامر من القائمة ملف لحفظ الصورة إلى ملف.
- تغيير موقع المرشح عن طريق تدوير عجلة التصفية.
- حفظ صورة في موجات أخرى وفقا لعملية المذكورة أعلاه. وينبغي أن تحدد اسم الملف العينة وطول الموجة المستخدمة (على سبيل المثال، W500، W520، W540 W760 ...).
- الحصول على عينة من الصور
ملاحظة: يتم التقاط الصور من شدة الضوء ينعكس منتشرة من الدماغ الفئران المعرضة في تسع موجات وحفظها على القرص الصلب لجهاز كمبيوتر شخصي باستخدام شروط اكتساب نفسها.- وضع بلطف صفي على المسرح وببطء ضبط مستوى المرحلة بحيث يمكن للكاميرا تركز على سطح الدماغ الفئران.
- حدد "حفظ" الأوامر من القائمة ملف لحفظ الصورة إلى ملف.
- تغيير موقع المرشح عن طريق تدوير عجلة التصفية.
- حفظ صورة في موجات أخرى وفقا لعملية المذكورة أعلاه. وينبغي أن تحدد اسم الملف العينة والطول الموجي (على سبيل المثال، R500، R520، R540 ... R760).
- اقتناء الصور المظلمة
ملاحظة: يمكن للكاميرا CCD تولد شدة الضوء ردا على إشارة كهربائية. ومع ذلك، هناك بعض الانتاج طفيفة بسبب الضوضاء في الدوائر الكهربائية وأجهزة الكشف، حتى لو كان الضوء لا يدخل إلى كاشف. وهذا ما يسمى الظلام الضجيج الحالي. إلى قياس دقيق لكثافة الطيفية للضوء، يجب تسجيل المكون الحالي الظلام باعتباره الصورة القاتمة ثم تطرح من الإشارة المقاسة. الصورة المظلمة هو أخذ صورةن مع مسار الضوء المحظورة.- إيقاف مصدر ضوء مصابيح الهالوجين.
- منع مسار الضوء إلى نظام الكاميرا CCD باستخدام لوحة التدريع.
- حدد "حفظ" الأوامر من القائمة ملف لحفظ الصورة إلى ملف. وينبغي أن تحدد اسم الملف العينة (على سبيل المثال، الظلام).
5. تصور المحتوى الهيموجلوبين وتشتت الضوء معلمة
يتم حفظ مجموعة من الصور متعددة الأطياف منتشر الانعكاس على القرص الصلب لجهاز كمبيوتر شخصي وتحليلها حاليا: ملاحظة. تحليل الانحدار المتعدد وساعد على ذلك محاكاة مونت كارلو 19 من متعددة الأطياف الصور الانعكاس منتشر في تسع موجات (500، 520، 540، 560، 570، 580، 600، 730، و 760 نانومتر) ثم يتم تنفيذ لتصور ثنائي الأبعاد خرائط تركيز الهيموغلوبين المؤكسج، وتركيز الهيموغلوبين غير المؤكسج، ومجموع تركيز الهيموجلوبين والإقليمي تشبع الأكسجين الدماغي، وسكتtering السلطة. وقد تم نشر خوارزمية مفصلة في الآداب 17 و 18.
- طرح صورة مظلمة من كل صورة المرجعية وصورة العينة في كل طول موجي.
- تطبيع صورة عينة من صورة مرجعية في كل λ الطول الموجي. علاج صورة طبيعية مثل منتشر صورة الانعكاس R.
- حساب الامتصاصية (أو الكثافة الضوئية) صورة A بأخذ لوغاريتم مقلوب منتشر R صورة الانعكاس في كل λ الطول الموجي:
(1) - توليد مصفوفة ثلاثية الأبعاد من التراص الصور الامتصاصية في الترتيب من الأطوال الموجية، وحيث س - معارض طائرة ذ المعلومات الهيكلية التي تم الحصول عليها لسطح الدماغ و-axis ض تظهر المعلومات الطيفية.
- المؤسسة العامةتشكيل تحليل الانحدار المتعدد للطيف الامتصاصية A ( λ ) في كل زي تنسيق.
- استخدام الطيف الامتصاصي A ( λ ) كمتغير تابع وأطياف معامل الانقراض المولي للهيموجلوبين المؤكسج α هبو ( λ ) وهيموجلوبين ديوكسيجيناتد ε هبر ( λ ) كمتغيرات مستقلة للخطوة 5.5 (القيم المنشورة ل H هبو ( λ ) و ε هبر ( λ ) في الجدول 1 ).
- تحقق من خرائط ثنائية الأبعاد (صور) من ثلاثة معاملات الانحدار متعددة هبو ، هبر ، و 0 .
- إنشاء مصفوفة ثلاثية الأبعاد عن طريق التراص الصور من معاملات الانحدار متعددة في ترتيب هبو ، هبر ، و 0 ، حيث
- حساب تركيز الاوكسيجين الهيموجلوبين C HBO، وخضاب الدم غير المؤكسج تركيز C دورية هارفارد، وقوة نثر ب من مجموعة من الانحدار المتعدد معاملات على HBO، وهي دورية هارفارد، و0 في كل س ص تنسيق باستخدام الصيغ التجريبية التالية (إنه يقدر من β HBO، ط، بيتا دورية هارفارد، ط، وβ 0، ط (ط = 0،1،2،3) وترد في الجدول 2):
(2) 
(3)
(4) - مراجعة خرائط ثنائية الأبعاد (صور) للتركيز الهيموجلوبين المؤكسج C HBO، وتركيز الهيموغلوبين غير المؤكسج C دورية هارفارد، وقوة نثر ب.
- حساب خريطة ثنائية الأبعاد من مجموع تركيز الهيموجلوبين C المتباينة عن طريق جمع C HBO وC دورية هارفارد في كل س - ص تنسيق.
- حساب خريطة ثنائية الأبعاد من تشبع الأكسجين الدماغي الإقليمي RSO 2 بقسمة تركيز الهيموجلوبين المؤكسج C HBO على مجموع تركيز الهيموجلوبين C المتباينة في كل س - ص تنسيق.
(1) 
(2) 
(3)
(4) Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وتظهر الصور الطيفية تمثيلية من الانعكاس منتشر تم الحصول عليها من الجسم الحي في أدمغة الفئران في الشكل 3. الصور في 500، 520، 540، 560، 570، و 580 نانومتر تصور واضح شبكة كثيفة من الأوعية الدموية في القشرة الدماغية. تدهور التباين بين الأوعية الدموية والأنسجة المحيطة التي لوحظت في الصور في 600، 730، و 760 نانومتر يعكس امتصاص أقل من الضوء من قبل الهيموغلوبين في أطول وموجات الجرد الوطني.
ويبين الشكل 4 صور المقدرة التمثيلية للدماغ الفئران المعرضة للتركيز الهيموغلوبين المؤكسج، وتركيز الهيموغلوبين غير المؤكسج، ومجموع تركيز الهيموجلوبين والإقليمي تشبع الأكسجين الدماغي، ونثر السلطة. كما هو متوقع من الصور الانعكاس منتشر في موجات أقصر في الشكل (3)، فإن مجموع تركيز الهيموغلوبين في الدم فيسالمنطقة SEL أعلى من ذلك في منطقة الأنسجة المحيطة بها. من ناحية أخرى، فإن تركيز الهيموجلوبين بالأكسجين في الشرايين هي أعلى من تلك الموجودة في الأوردة بسبب الهيموغلوبين في الدم في الشرايين يجري أكثر بكثير من المؤكسد في الدم الوريدي. ولذلك، فإن توزيع الشرايين والأوردة يمكن تمييزها بوضوح في الصورة التقديرية للتشبع الأكسجين في المنطقة.
صور يقدر التمثيلية للدماغ الفئران المعرضة خلال التغييرات في قوة المراقبة الدولية 2 لالانعكاس منتشر في 500 نانومتر ص (500)، وتركيز الهيموغلوبين المؤكسج C HBO، وتركيز الهيموغلوبين غير المؤكسج C دورية هارفارد، وتركيز من إجمالي الهيموجلوبين C المتباينة والإقليمي الدماغي تشبع الأكسجين RSO 2، ونثر السلطة ب في الشكل 5. ارتفعت قيمة RSO 2 في ظل ظروف مفرط التأكسجوانخفضت بشكل ملحوظ بعد تحريض من الظروف الأكسجين. وزادت قيمة ب قليلا خلال الفترة من بداية نقص الأكسجين حتى توقف التنفس، في حين أنها انخفضت بشكل مستمر خلال الفترة من 5 دقائق إلى 30 دقيقة بعد ظهور نقص الأكسجين. وكانت هذه التغيرات في قيمة ب يدل على تغيرات شكلية، مثل التورم وانكماش الهياكل الخلوية والتحت خلوية، الناجم عن فقدان الجدوى الأنسجة في الدماغ.
الشكل 1: خطوات في التعرض الجراحي للالجرذ الشلل اللحاء. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: رسم تخطيطي لجهاز تجريبي لبالادارة التخدير وتغيير جزء من الأوكسجين من وحي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل (3): صور الممثل المتعدد الأطياف منتشر الانعكاس في 500، 520، 540، 560، 570، 580، 600، 730، و 760 نانومتر، والتي يتم الحصول عليها من في فيفو الجرذ الدماغ. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: صور المقدرة التمثيلية من دماغ الفئران مكشوف. <قوي> (أ) تركيز الهيموجلوبين المؤكسج C HBO، (ب) تركيز الهيموغلوبين غير المؤكسج C دورية هارفارد، (ج) تركيز من إجمالي الهيموجلوبين C المتباينة، (د) الإقليمي الدماغي تشبع الأكسجين RSO 2، و (ه) ونثر السلطة ب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: ممثل النتائج من دماغ الفئران المعرضة خلال التغييرات في قوة المراقبة الدولية 2. صور في الجسم الحي الفئران الأنسجة القشرية خلال التغييرات في قوة المراقبة الدولية 2 لالانعكاس منتشر في 500 نانومتر ص (500)، وتركيز الهيموغلوبين المؤكسج C HBO، وتركيزمن الهيموجلوبين غير المؤكسج C دورية هارفارد، وتركيز الهيموغلوبين الكلي C المتباينة والإقليمية الأكسجين الدماغي التشبع RSO 2، ونثر السلطة ب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
| الطول الموجي λ نانومتر | ε HBO (λ) | ε دورية هارفارد (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 |
الجدول 1: قيم ε HBO وε HBO المستخدمة في تحليل الانحدار المتعدد. معاملات الانقراض المولي من الهيموغلوبين المؤكسج ε HBO وغير المؤكسج دورية هارفارد الهيموجلوبين ε في كل λ الطول الموجي.
| أنا | β HBO، ط | β دورية هارفارد، ط | β ب، ط |
| 0 | -8.3302 | -5،85271 | -،76587 |
| 1 | 4405.877 | -143.23 | 53.34134 |
| 2 | 2740.622 | 3798.067 | 124.4656 |
| 3 | -4،40454 | -2،81699 | -1،36919 |
الجدول 2: قيم بيتا HBO، ط، بيتا دورية هارفارد، ط، وبيتا 0، ط (ط = 0،1،2،3) المستخدمة في صيغ تطبيقية لC HBO، C دورية هارفارد، وب. لاحظ أن وحدات C HBO وC دورية هارفارد المستمدة من هذه الصيغ التجريبية هي تركيز الحجم، والتي تتخذ من تركيز الهيموجلوبين في الدم كله مع قراءة الهيماتوكريت 44٪ أن يكون تركيز حجم 100٪ من الهيموجلوبين. الصيغ التجريبية للconcentr الهيموغلوبينبالجمع يمكن استخلاصها من الأطياف الانعكاس منتشر وتحسب على أساس محاكاة مونت كارلو النقل الخفيف 19. وقد وصفت عملية مفصلة لاشتقاق الصيغ التجريبية في الأدب 17 و 18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
الخطوة الأكثر أهمية في هذا البروتوكول هو إزالة منطقة الجمجمة ضعيفة لجعل نافذة في الجمجمة. هذا يجب أن يتم تنفيذ بعناية لتجنب نزيف غير متوقع. هذه الخطوة مهمة للحصول على جودة عالية متعددة الأطياف نشر صور الانعكاس بدقة عالية. من المستحسن استخدام مجهر تشريحي لإجراء العمليات الجراحية إن أمكن. قطع صغيرة من الإسفنج الجيلاتين مفيدة لالارقاء.
النظام البصري الموضحة في هذه المقالة يمر ضوء أحادي اللون من خلال مرشح تدخل تقع أمام مصدر الضوء. هذا يمكن تعديلها عن طريق وضع عجلة تصفية أمام عدسة كاميرا فيديو أو كاميرا CCD. في هذه الحالة، ومع ذلك، فإن البؤري يمكن أن يكون المتغير في حالة استخدام مرشح التداخل مع سمك مختلفة، وهذا يؤدي إلى تدهور جودة الصورة. فمن الضروري إزالة لوحة من زجاج نافذة في الجمجمة إذا تم إدخال القطب تسجيلفي الأنسجة القشرية للقياسات الكهربية، مثل قياس القدرة الكهربائية الميدانية المحلية. في هذه الحالة، يمكن للنظام التصوير كشف انعكاس براق غير مرغوب فيه من سطح القشرة. ويمكن تجنب هذه المشكلة عن طريق استخدام مجموعة من لوحات الاستقطاب مع محاذاة نيكولاس عبرت.
جهاز التصوير متعدد الأطياف التقليدية موضح في هذه المقالة هو إلى حد ما استخدام تستغرق وقتا طويلا، منذ يتم تغيير مواقف مرشح في عجلة ميكانيكيا. وهذا يعني أن نظام التصوير يلتقط كل منتشر بشكل متتالي صورة الانعكاس في مختلف الطول الموجي نقطة. وبسبب هذا القيد، وهذا النظام غير كافية لالتقاط سريع الفقد، مثل التغيرات في الطيف الانعكاس بسبب الأنشطة العصبية 20. وعلى الرغم من الهيموجلوبين المؤكسج وغير المؤكسج الهيموغلوبين هي حاملات الرئيسية في أنسجة الدماغ الحية، وحاملات أخرى، مثل السيتوكروم ج أوكسيديز، فلافينثنائي النوكليوتيد الأدينين ثنائي النوكليوتيد الأدينين ونيكوتيناميد، تسهم أيضا في معامل الامتصاص في المنطقة الطول الموجي مرئية. ولذلك، فإن القيم المقدرة C HBO، C دورية هارفارد، C المتباينة، RSO 2، وب يمكن أن تتأثر حاملات طفيفة. وعلاوة على ذلك، فإن هذا النهج يدمج جميع المعلومات على طول اتجاه العمق لأنها تعتمد على التفكير منتشر. ولذلك، فإن نظام التصوير لا يتم تنفيذ القياسات حل العمق.
ومن المفيد أن الخوارزمية المستخدمة في النظام الحالي يمكن أن تطبق أيضا إلى متعددة الأطياف الصور منتشر الانعكاس التي استولت عليها التقنيات الطيفية السريعة الأخرى التصوير، مثل صوتية البصرية الانضباطي فلتر 21، وهي متعددة الفتحة lenslet مجموعة مع تدخل بتصفية 22، و الصور الطيفية إعادة الإعمار من صورة RGB 17، 23. باستخدام الخوارزمية المقترحة والتقنيات الطيفية السريعة معا هو نهج واعدة لتقييم التصوير IOS سريع، فضلا عن استخدامها في الحالات السريرية.
وقد ركزت معظم تقنيات التصوير متعدد الأطياف الدماغ حتى الآن بشكل رئيسي على ديناميكا الدم القشرية والأيض الأنسجة، مثل حجم المخ الدم والإقليمي تشبع الأكسجين الدماغي، ومعدل الأيض الدماغي الأكسجين 10 و 11 و 12 و 13 و 14. عدة النهج القائمة على تقييم السعة نثر ظل الافتراض بأن قوة نثر هو ثابت 15 و 16. ومع ذلك، يمكن التعديلات الشكلية الأنسجة بسبب التغيرات الفيزيولوجية المرضية والحد من قابلية في الأنسجة الحية القشرية يؤثر على حجم عدسات البيولوجية 4، 5، 6، 7، 8، 9. لذلك، من المهم لتقدير معلمة تناثر ب كميا لتقييم الأشكال التضاريسية أنسجة الدماغ. وتكمن أهمية هذه التقنية الحالية فيما يتعلق بأساليب القائمة هو قدرته على قياس وقت واحد التغييرات الزمانية المكانية في ديناميكا الدم الدماغي والتشكل الأنسجة القشرية.
من حيث التطبيقات المستقبلية، هذه الخوارزمية يمكن استخدامها لمراقبة وظائف المخ، الأعضاء الحيوية، وقدرتها على البقاء في الأنسجة القشرية من مختلف النماذج الحيوانية اضطراب في الدماغ، مثل الإصابات الدماغية، نوبة الصرع والسكتة الدماغية ونقص التروية.
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.
- 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).
