Biology
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フロー強化超音波による眼の深部血管イメージング
Chapters
Summary October 4th, 2021
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我々は、造影剤を使用せずに眼内に3次元血管造影を生成するための非侵襲的超音波技術を提示する。
Transcript
フローエンハンスド超音波技術により、造影剤を使用せずに、目の血管系を3次元で画像化することができます。この技術の主な利点は、色素沈着した網膜の後ろにある前庭を画像化する安定性であり、これはいくつかの光学画像化技術では困難である。この手法は金魚で実証されていますが、有核赤血球を持つすべての種に適用できるため、研究者は目の機能進化についての洞察を得ることができます。
この技術は、超音波画像および動物の取り扱いに関する基本的な訓練を受けた研究者によって適用することができる。最適なレベルの麻酔を確認した後、上から目に直接アクセスできる姿勢で動物を置きます。動物の目に適切な超音波媒体を置きます。
鱗片状のまぶたが目を覆っている場合は、綿棒でこれらを静かに置き換えます。水生動物の場合、水は超音波媒体としてうまく機能し、次に、超音波トランスデューサを、所望の画像方向に応じて、背側腹側または吻側尾側方位のいずれかで、眼の内側に配置する。Bモードでは、被写界深度が最大で、目の内側と最も深い部分を画像化し、目的のすべての構造が画像フィールドに表示されていることを確認します。
探触子をゆっくりと両側に移動し、リアルタイム画像を検査します。関心のあるすべての構造が画像フィールドに表示されていることを確認します。そうでない場合は、周波数が低く被写界深度の大きい探触子に切り替えます。
画像深度、深度オフセット、画像幅、および焦点ゾーンの位置の数を調整して、3つの空間次元すべてで目的の関心領域をカバーします。次に、フレームレートを毎秒50〜120フレームの範囲に設定します。次に、解剖学的構造がBモード集録でしか見えないように2Dゲインをレベルに調整し、その後のフロー強化再構成で信号対雑音比を増加させます。
1つのスライス位置で2Dの流量強調画像を取得するには、トランスデューサをこの位置に平行移動し、流れ強調画像再構成に進みます。関心領域全体の3D記録を取得するには、探触子を関心領域の1つの極端に変換します。極端の正確な位置を決定するには、2D ゲインを短く増やします。
探触子を正しく配置したら、記録前に2Dゲインを下げて、その後の流量増強再構成で信号対雑音比を最大にしてください。3D 記録のステップまたはスライスごとに、100 フレームを超えるフレームを取得します。次に、マイクロマニピュレータまたは内蔵トランスデューサモータを使用して、関心領域全体にわたってトランスデューサを25マイクロメートルまたは50マイクロメートルのステップで平行移動し、各ステップに対して100フレーム以上の取得を繰り返します。
フローを強化した画像を作成するには、録画を DICOM ファイル形式にエクスポートします。100 フレームを超えるシーン記録に基づいて 1 つのフロー強調画像を生成するには、この式を使用してピクセル レベルで標準偏差を計算し、3D 記録のスライスごとに計算を繰り返します。3D記録における複数スライスの標準偏差計算や画像再構成処理を自動化するには、テキスト原稿に用意されているImageJとマクロスクリプトを用いてバッチモードでこの操作を行います。
ImageJ の [スタックするイメージ] コマンドを使用して、再構築されたすべてのイメージを 1 つのイメージ スタックに結合します。次に、「プロパティ」(Properties) コマンドを使用して、集録時に使用したステップサイズからスライスの厚さを指定し、イメージスタックを 3D TIFF ファイルとして保存します。非広告成体哺乳類脊椎動物における有核赤血球の存在は、シーン記録における静的組織と比較して、流れる血液の正のコントラストを提供する。
しかし、フレームごとに分析すると、血液と周囲の組織との明確な区別はそれほど明確ではありません。この血流増強手順は、本質的に、2D空間でのマルチタイムポイント記録を単一の画像にコンパイルし、流れる血液中に配置されたピクセル単位の固有の信号値変動において、周囲の静的組織よりも高い標準偏差をスコア付けし、正のコントラストを生成する。3D集録では、既知の間隔を持つ複数の平行スライスを3D画像データに結合できます。
3次元ボリュームレンダリングや解剖学的モデリングに使用できます。ドップラーベースの超音波イメージングは、血流を具体的に画像化するオプションも提供しますが、この方法よりも感度が低くなります。この流れ増強超音波手順は、有核赤血球を有する種の範囲における血流イメージングを可能にする。
いくつかの魚類における脈絡膜レテミラビレのような深い眼血管床は、種中に存在すれば画像化することができる。この方法は、哺乳動物における有核赤血球の不在によって制限され、そこでは、流れ増強手順は、ある程度の血流コントラストを生成するが、有核赤血球を有する種ほど明確ではない。流量増強超音波は、運動ノイズに敏感です。
呼吸の動きは、画像のぼやけや、組織の境界強調などのアーチファクトを引き起こす可能性があります。プロスペクティブゲーティングまたはレトロスペクティブゲーティングを使用して、モーションノイズを調整することができます。2Dおよび3D取得では、不安定な探触子のセットアップで麻酔が不十分なため、動物が動くことによって引き起こされるモーションアーチファクトを制限することが重要です。
この技術の開発は、有核赤血球を有する脊椎動物の大多数の眼における深部血管網の非侵襲的なin vivo検査への道を開いた。
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