Yöntem makalesi

Için inceltilmiş-kafatası Kortikal Pencere Tekniği In Vivo Optik Koherens Tomografi Görüntüleme

DOI:

10.3791/50053

⸱

19 Kasım 2012

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Biomedical Sciences, University of California, Riverside , 2Department of Bioengineering, University of California, Riverside

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biz bir fare modelinde bir inceltilmiş-kafatası kortikal pencere (TSCW) oluşturma bir yöntem mevcut In vivo OCT görüntüleme.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Optik koherens tomografi (OCT) yüksek uzaysal-zamansal çözünürlüğe sahip biyomedikal görüntüleme tekniğidir. Onun minimal invaziv yaklaşım ile Ekim dermatoloji oftalmoloji, ve gastroenteroloji 1-3 yaygın olarak kullanılır olmuştur. Bir inceltilmiş-kafatası kortikal pencere (TSCW) kullanarak, in vivo görüntü korteks için bir araç olarak spectral-domain OCT (SD-OCT) yöntemi kullanır. Daha çok yönlülük sağlar gibi yaygın, açık bir kafatası nöro-görüntüleme için kullanılır olmuştur, ancak, bir TSCW yaklaşım daha az invaziv ve nöropatoloji çalışmalarda uzun süreli görüntüleme için etkili bir araçtır. Burada, serebral korteksin vivo OCT görüntüleme içinde bir fare modelinde bir TSCW yaratma yöntemi sunuyoruz.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Erken 1990 yılında tanıtılmasından bu yana, OKT doku yapısı ve fonksiyonu 2 biyolojik görüntüleme için yaygın olarak kullanılır olmuştur. OCT, fiber-optik Michelson interferometresi 2,4 ile düşük koherens ışık kaynağı uygulayarak geri saçılmış ışık 4 eko gecikme zamanı ölçülerek kesitsel görüntüler oluşturur. Ayrıca Fourier etki OCT (FD-OCT) olarak bilinen SD-OCT, ilk kez 1995 5'ten ve geleneksel zaman alanı OCT (TD-OCT) ile karşılaştırıldığında üstün bir görüntüleme yöntemidir sunmaktadır. SD-OCT, referans kol yüksek hızlı ve ultra yüksek çözünürlüklü görüntü elde etme 6-9 sonuçlanan sabit tutulur.

Halen, TSCW modelleri, geleneksel bir kranyotomi yerine iki-fotonlu mikroskopi beyin in vivo görüntüleme uygulamaları için büyük ölçüde kullanılmaktadır. Bu TSCW ek ima sağlamak için özel bir kafatası plaka veya cam bir kapak kayma 10-13 ile eş zamanlı olarak kullanılmıştıristikrar ging. Bizim çalışmalarımızda, biz TSCW kullanıldığında bu gibi aksesuarlar OCT görüntüleme için gerekli olmadığını gözlemledik. Bunların optik huzme ile karışabilen ve OCT görüntüleri değiştirebilir Bu nedenle, bir kafatası levha ya da cam kapak slipi eksikliği görüntüleme penceresinin boyutu, daha geniş bir hareket alanı sağlar.

A inceltilmiş-kafatası hazırlık iki foton mikroskopi 10-13 kullanarak beyin görüntüleme çalışmalarında avantajlı olduğu kanıtlanmıştır. Deneylerde, biz TSCW yoluyla in vivo görüntü kortekse bir SD-OCT sistemi kullanmaktadır. Bizim özel SD-OCT görüntüleme kurulumu sırasıyla 8 mikron ve 20 mikron bir aksiyel ve lateral çözünürlük sonuçlanan 97 nm bant genişliği ile 1295 nm de iki superluminescent diyotlar (SLD), 14 oluşan bir geniş bant, düşük koherens ışık kaynağı içerir . Bizim optik görüntüleme cihazı ile, bir TSCW aracılığıyla görüntüleme o yapılar ve fonksiyonları tanımlama ve görselleştirme büyük bir potansiyele sahip olduğunu tasavvurptically yoğun beyin dokusu.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Cerrahi Hazırlık

  1. 6-8 hafta yaşları arasında Bayan CD 1 farelerde bizim deneylerde kullanıldı.
  2. Bir ketamin ve ksilazin kombinasyonu (80 mg / kg ketamine/10 mg / kg ksilazin) bir intraperitoneal enjeksiyon ile fare anestetize. ~ 37 ° C'de optimum vücut ısısını sağlamak için sıcakkanlı pad üzerinde fare yerleştirin Sürekli hayvanın refleksler (örneğin, künt forseps ile ayak pinching) takarak anestezi seviyesini izlemek ve gerekli olduğunda daha fazla anestezi enjekte.
  3. Yapay gözyaşı merhemi ile iki gözü yağlayın. Bir jilet kullanarak kafa derisi üzerinde tüyleri çıkarın ve% 70 alkol hazırlık yastıkları kullanarak kalan tüyleri. Kafa derisi üzerinde Nair epilasyon kremi ince bir tabaka uygulayın ve etkili olması için 2 dakika bekleyin. Yavaşça salin kullanarak Nair ve kalan saç pamuklu ve alkol hazırlık yastıkları nemlendirilmiş siliyorum. Derisi artık tamamen tüysüz olmalıdır.
  4. Bir betadin çubukla sopa kullanarak derisi Dezenfekte ve 7 ile temizleyin0% etanol hazırlık pedleri.
  5. ~ 37 arasında optimum vücut ısısı sağlamak için cerrahi örtüler içinde dikkatli bir şekilde sarmak hayvan ° C ve kafatası immobilize etmek için bir stereotaksik çerçeve üzerine monte hayvan. Hafif istikrarı sağlamak için kafatası dokunun. Ikinci malzeme listesi Tablo 1 'de verilmiştir.

2. İnceltilmiş-kafatası Kortikal Pencere Hazırlama

  1. Gözler arasındaki orta hat noktada kesi başlayın. Kulakları arasındaki orta hat noktasına kaudal devam edin. Forseps ile Parça deri.
  2. Diseksiyon mikroskop altında inceltilmesi alanı bulun ve hafifçe cımbız kullanarak fasya çıkarın. Inceltilmiş kortikal pencere oluşturmadan önce steril pamuklu çubukla kafatası kurulayın. Deneylerde, biz 4 yarattı × 4 mm kraniyal pencere ~ bregma posterior ve lateral 1 mm inceltilmiş.
  3. Hafif süpürme hareketi onl kullanarak cerrahi el matkap matkap boyutu 0,75 mm yuvarlak karbit frez kullanarak kafatası incelme Başlayany. Kafatası üzerine doğrudan baskı uygulamayın. Steril serum fizyolojik ve pamuklu çubuk kullanılarak kemik tozları ve kafatası aşırı ısınmasını önlemek için her 20-30 sn sondaj durdurun. Salin de kafatası boyunca ısı gondererek yardımcı olacaktır.
  4. Kompakt kemik dış tabakası tamamen çıkarıldıktan sonra orta süngerimsi kemik tabakası şimdi görünür olmalıdır. Kan damarları süngerimsi kemik tabakası daha belirgin olarak bazı hafif kanama olabilir. Yeşil bir taş bur geçin ve süngerimsi tabaka daha hassas olduğu için ekstra dikkatli kullanarak sondaj devam ediyor. Kraniyal pencere boyunca düzgünlüğü oluştururken yeşil taş bur az kemik materyali kaldıracaktır. Kemik tozu ve kafatası soğutmak için arada sondaj durdurun.
  5. Sonunda, kafatası daha şeffaf ve beyin üzerinde damar haline gelmiştir artık görünür bir parlatma frezle kafatası parlatma başlar. Bu sağlayacak kafatası aşağı iken pürüzsüzleştirici incelme daha hassas. Sku inceliği Girişyavaşça forseps ile dokunarak ll. Kafatası biraz esnek olduğunda parlatma durdurun.
  6. Inceltilmiş kranial penceresi şimdi tamamen düz ve yansıtıcı ve görüntüleme (Şekil 1) için hazır olmalıdır. Beynin çok saçılma dokuların doğası nedeniyle, kafatası optimum nüfuz derinliği için en az 55 um ile inceltilerek olmalıdır. Ikinci malzeme listesi Tablo 1 'de verilmiştir.

3. Optik Koherens Tomografi Görüntüleme

  1. Ameliyat tamamlandıktan sonra anestezi uygun düzeyde sağlamak ve gerekirse ek anestezi yönetmek için hayvanın solunum hızı ve refleksler kontrol edin. Stereotaksik çerçeveden hayvan çıkarın, hayvan görüntüleme istasyonuna cerrahi örtüler sarılmış ve ulaşım hayvan tutun.
  2. Görüntüleme reflekslerin işaretleri kontrol edin ve gerekirse ek yapay gözyaşı uygulamadan önce. Kafatası sabitlemek için stereotaksik çerçeve için hayvan monte edin.
  3. Altında yer hayvanEkim kamera ve optik ışın (Şekil 2) 'de pozisyon TSCW. Kafatası ve beyin bir kesit görünümü artık (Şekil 3) görüntülenebilir.
  4. Ilgi alanı yer almaktadır kez Veri toplama başlayabilirsiniz. Görüntüleme amaçları için, 4.0 mm kadar bir genişliğe sahip bir görüntüleme penceresi sağlamak için galvo aynalar kullanılır. 2 mm'lik bir görüntü derinliği 6 olay mW güç ve bir odak noktası inceltilmiş kafatası altında 1 mm ile elde edilmiştir. Her kesit alanı görüntü başına 0.14 sn bir kazanım oranı ile 2.048 eksenel taramaları oluşuyordu.
  5. Beynin hacimsel taramaları de xy sagital yönde ışın tarama birinci galvo ayna ve koronal tarama ikinci galvo ayna ile tarama için galvo ayna iki kümesi kullanılarak 2D kesitsel görüntü dizisi toplanması ile elde edilebilir yönü.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Serebral korteks üzerinde inceltilmiş pencere oluşturduktan sonra damar artık görsel olarak daha belirgin olmalıdır (Şekil 1) ve (1 mm'ye) daha derin bir görüntüleme derinliği için izin verecektir. 140 mikron (Şekil 1) ölçülen ve daha büyük optik netlik sağlar Normal bir kafatası ile karşılaştırıldığında sağ korteks yaklaşık 55 mikron kadar inceltilir. Daha 10-15 um ile inceltme 11 ancak cam kapak slipi ve kafatası levhaların kullanılması gerekli (Şekil 1 ve 2),

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

OCT ve bir inceltilmiş-kafatası ile Görüntüleme ancak son 15, 16 araştırılmıştır yeni nöro-görüntüleme tekniğidir. Deneylerde, in vivo olarak fare modelinde bir TSCW aracılığıyla SD-OCT görüntüleme fizibilitesi. Sonuçlardan, kafatası yaklaşık 55 um ile inceltilir ve nüfuz derinliği, sırasıyla eksenel ve yanal yönde 8 mikron ve 20 mikron arasında resim çözünürlüğü ile yaklaşık olarak 1 mm elde edilir. Normal bir kafatası (Şekil 4) ile karşılaştırıldığında sinyal yoğunluk profili, bir ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Çıkar çatışması ilan etti.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma Konsept hibe UC Discovery Proof tarafından ve NIH (R00 EB007241) tarafından desteklenmiştir. Yazarlar ayrıca bu deneyde ona yardım için Jacqueline Hubbard teşekkür etmek istiyorum.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Malzemeler Şirket Katalog numarası Yorumlar
Ketamin Phoenix Pharmaceuticals 57319-542-02
Ksilazin Akorn, Inc 139-236
Yapay Tears merhem Rugby 0536-6550-91
Nair Church & Dwight A.Ş. 4010130
Steril Alkol Hazırlık Pad Kendall Sağlık 6818
Pamuk Aplikatörler Yatırılan Fisherbrand 23-400-115
Betadine Çözüm Swabstick Purdue Ürünler 67618-153-01
Tuzlu Çözüm, .9% Phoenix Pharmaceuticals 57319-555-08
Stereotaktik Çerçeve Stoelting
Yüksek Hızlı Cerrahi El Matkap Foredom 38,000 rpm
Carbide Yuvarlak Bur Stoelting 0,75 mm
Dura-Yeşil Taşlar Shofu Sap: HP
Şekil: BA1
CompoMaster Kaba & CompoMaster Cilalayıcı Shofu Şekil: Mini-Pt.
SpaceDrapes Braintree Scientific, Inc

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bizheva, K., Unterhuber, A., Hermann, B., Povazay, B., Sattmann, H., Drexler, W. Imaging ex vivo and in vitro brain morphology in animal models with ultrahigh resolution optical coherence tomography. Journal of Biomedical Optics. 9, 719-724 (2004).
  2. Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography for ultrahigh resolution in vivo imaging. Nature Biotechnology. 21, 1361-1367 (2003).
  3. Wantanabe, H., Rajagopalan, U. M., Nakamichi, Y., Igarashi, K. M., Kadono, H., Tanifuji, M. Swept source optical coherence tomography as a tool for real time visualization and localization of electrodes used in electrophysiological studies of brain in vivo. Biomedical Optics Express. 2, 3129-3134 (2011).
  4. Huang, D., Swanson, E. A., Lin, C. P., Schuman, J. S., Stinson, W. G., Chang, W., Hee, M. R., Flottee, T., Gregory, K., Puliafito, C. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography. Science. 254, 1178-1181 (1991).
  5. Mitsui, T. Dynamic range of optical reflectometry with spectral interferometry. Japanese Journal of Applied Physics. 38, 6133-6137 (1999).
  6. de Boer, J. F., Cense, B., Park, B. H., Pierce, M. C., Tearney, G. J., Bouma, B. Improved signal-to-noise ratio in spectral-domain compared with time-domain optical coherence tomograhy. Optics Letters. 28, 2067-2069 (2003).
  7. de Boer, J. F. Ch. 5. Optical Coherence Tomography: Technology and Applications. , Springer. (2008).
  8. Choma, M. A., Sarunic, M. V., Yang, C., Izatt, J. A. Sensitivity advantage of swept source and fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 11, 2183-2189 (2003).
  9. Leitgeb, R. A., Drexler, W., Unterhuber, A., Hermann, B., Bajraszewski, T., Le, T., Stingl, A., Fercher, A. F. Ultrahigh resolution fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 12, 2156-2165 (2004).
  10. Drew, P. J., Shih, A. Y., Driscoll, J. D., Knutsen, P. M., Blinder, P., Davalos, D., Akassoglou, K., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. Chronic optical access through a polished and reinforced thinned skull. Nature Methods. 7, 981-984 (2010).
  11. Shih, A. Y., Mateo, C., Drew, P. J., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse. J. Vis. Exp. 61, e3742(2012).
  12. Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice. Nature Protocols. 5, (2010).
  13. Lu, M., Majewska, S., K, A., Gelbard, H. A. A Thin-skull Window Technique for Chronic Two-photon In vivo Imaging of Murine Microglia in Models of Neuroinflammation. J. Vis. Exp. (43), e2059(2010).
  14. Wang, Y., Oh, C. M., Oliveira, M. C., Islam, M. S., Ortega, A., Park, B. H. GPU accelerated real-time multi-functional spectral-domain optical coherence tomography system at 1300nm. Optics Express. 20, 14797-14813 (2012).
  15. Aguirre, A. D., Chen, Y., Fujimoto, J. F. Depth-resolved imaging of functional activation in the rat cerebral cortex using optical coherence tomography. Opt. Lett. 31, 3459-3461 (2006).
  16. Chen, Y., Aguirre, A. D., Ruvinskaya, L., Devor, A., Boas, D. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography (OCT) reveals depth-resolved dynamics during functional brain activation. Journal of Neuroscience Methods. 178, 162-173 (2009).
  17. Liang, C., Wierwille, J., Moreira, T., Schwartzbauer, G., Jafri, M. S., Tang, C., Chen, Y. A forward-imaging needle-type OCT probe for image guided stereotactic procedures. Opt Express. 19, 26283-26294 (2011).
  18. Srinivasan, V. J., Sakadzic, S., Gorczynska, I., Ruvinskaya, S., Wu, W., Fugimoto, J. G., Boas, D. A. Quantitative cerebral blood flow with optical coherence tomography. Optics Express. 18, 2477-2494 (2010).
  19. Galetta, K. M., Calabresi, P. A., Frohman, E. M., Balcer, L. J. Optical Coherence Tomography (OCT): imaging the visual pathway as a model for neurodegeneration. The Journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics. 8, 117-132 (2011).
  20. Seigo, M. A., Sotirchos, E. S., Newsome, S., Babiarz, A., Eckstein, C., Ford, E., Oakley, J. D., Syc, S. B., Frohman, T. C., Ratchford, J. N., Balcer, L. J., Frohman, E. M., Calabresi, P. A., Saidha, S. In vivo assessment of retinal neuronal layers in multiple sclerosis with maual and automated optical coherence tomography segementation techniques. J. Neurol. , (2012).
  21. 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. Nature Clinical Practice. 4, 664-675 (2008).
  22. Gill, A. S., Rajneesh, K. F., Owen, C. M., Yeh, J., Hsu, M., Binder, D. K. Early optical detection of cerebral edema in vivo. J. Neurosurg. 114, 470-477 (2011).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

In Vivo OCT G r nt lemeSpektral Alan OCTFare Modeli Beyin G r nt lemeKafatas nceltme Tekni iDental Frez UygulamasKesit G r nt lemeVolumetrik Beyin TaramasN rolojik Hastal k Tan s

İlgili makaleler