सेरेब्रल hemodynamics और के प्रकाश बिखराव गुण के एक साथ मूल्यांकन

Neuroscience

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Summary

मस्तिष्क hemodynamics और इन विवो चूहे के मस्तिष्क के ऊतकों के प्रकाश बिखरने गुण का एक साथ मूल्यांकन एक पारंपरिक multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग प्रणाली का उपयोग कर प्रदर्शित किया गया है।

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Nishidate, I., Mustari, A., Kawauchi, S., Sato, S., Sato, M. Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging. J. Vis. Exp. (123), e55399, doi:10.3791/55399 (2017).

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Abstract

Introduction

Multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग cortical ऊतकों में आंतरिक ऑप्टिकल संकेतों (IOSs) की एक स्थानिक नक्शा प्राप्त करने के लिए सबसे आम तकनीक है। IOSs इन विवो ब्रेन में मनाया मुख्य रूप से तीन घटनाएं के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है: रूपात्मक परिवर्तन से प्रेरित प्रकाश बिखरने गुण में प्रकाश अवशोषण में बदलाव और cortical hemodynamics के कारण बिखरने गुण, कमी या माइटोकांड्रिया में cytochromes की oxidization के आधार पर अवशोषण में बदलाव, और बदलाव 1।

निकट अवरक्त (NIR) वर्णक्रम सीमा को दिखाई (तुलना) में लाइट प्रभावी रूप से अवशोषित और जैविक ऊतक द्वारा बिखरे हुए है। इन विवो ब्रेन की फैलाना और परावर्तन स्पेक्ट्रम अवशोषण और बिखरने स्पेक्ट्रा की विशेषता है। कम बिखरने गुणांक एक नीरस बिखरने स्पेक्ट्रम प्रदर्शनी में तुलना करने के लिए NIR तरंगदैर्ध्य रेंज परिणाम में मस्तिष्क के ऊतकों की sअब तरंगदैर्य पर छोटे परिमाण ing। कम बिखरने गुणांक स्पेक्ट्रम μ s '(λ) बिजली कानून समारोह 2, 3 के रूप में हो के रूप में μ एस अनुमान लगाया जा सकता' (λ) = एक × λ बी। बिखरने बिजली ऊतक 2, 3 में रहने वाले जैविक scatterers के आकार से संबंधित है। ऊतक और cortical जीवित ऊतक की व्यवहार्यता की कमी की रूपात्मक परिवर्तन जैविक scatterers 4, 5, 6, 7, 8, 9 के आकार को प्रभावित कर सकते हैं।

multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग के लिए एक ऑप्टिकल प्रणाली आसानी से एक तापदीप्त ली से निर्माण किया जा सकताGHT स्रोत, सरल ऑप्टिकल घटकों, और एक एक रंग का आरोप लगाया युग्मित डिवाइस (सीसीडी)। इसलिए, विभिन्न एल्गोरिदम और multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग के लिए ऑप्टिकल प्रणाली cortical hemodynamics और / या ऊतक आकृति विज्ञान 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 का मूल्यांकन किया गया है।

विधि इस आलेख में वर्णित दोनों hemodynamics और प्रकाश बिखरने एक पारंपरिक multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग प्रणाली का उपयोग कर विवो में चूहे के मस्तिष्क के ऊतकों के गुणों कल्पना करने के लिए प्रयोग किया जाता है। वैकल्पिक तकनीकों पर इस विधि के फायदे दोनों मस्तिष्क hemodynamics और cortical ऊतकों में spatiotemporal परिवर्तन मूल्यांकन करने की क्षमता हैंआकृति विज्ञान, साथ ही विभिन्न मस्तिष्क रोग पशु मॉडल के लिए अपने प्रयोज्यता। इसलिए, विधि अभिघातजन्य मस्तिष्क चोट, मिर्गी का दौरा, स्ट्रोक, और ischemia की जांच के लिए उचित होगा।

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Protocol

पशु की देखभाल, तैयारी, और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल एग्रीकल्चर एंड टेक्नोलॉजी के टोक्यो विश्वविद्यालय के पशु अनुसंधान समिति द्वारा अनुमोदित किया गया। इस पद्धति के लिए, चूहा भोजन और पानी उपलब्ध यथेच्छ के साथ, एक नियंत्रित वातावरण (24 डिग्री सेल्सियस, 12 घंटे प्रकाश / अंधेरे चक्र) में स्थित है।

1. एक परम्परागत multispectral फैलाना reflectance इमेजिंग प्रणाली का निर्माण

  1. माउंट के केंद्र तरंग दैर्ध्य के साथ नौ नैरोबैंड ऑप्टिकल हस्तक्षेप फिल्टर 500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, और मोटरयुक्त फिल्टर पहिया के फिल्टर छेद करने के लिए 760 एनएम।
  2. एक multispectral इमेजिंग प्रणाली एक ब्रॉडबैंड सफेद प्रकाश स्रोत, नैरोबैंड हस्तक्षेप फिल्टर के ऊपर सेट, एक प्रकाश गाइड, एक संग्रह लेंस, एक वीडियो ज़ूम लेंस, और एक एक रंग सीसीडी कैमरे के साथ एक मोटर चालित फिल्टर व्हील का उपयोग कर का निर्माण। ऑप्टिकल घटकों, चित्रा 2 में दिखाया गया के लेआउट, वें के लिए कहा जा सकता हैनिर्माण प्रक्रिया है।
    नोट: रोशनी के कोण लगभग 45 डिग्री नमूना सतह के संबंध में है।
  3. हलोजन दीपक प्रकाश स्रोत चालू एक हस्तक्षेप फिल्टर, प्रकाश गाइड, और इकट्ठा करने लेंस के माध्यम से नमूना की सतह को उजागर करना।
  4. सीसीडी कैमरे के ऑपरेटिंग सॉफ्टवेयर खोलें।

2. पशु तैयारी

नोट: इस प्रोटोकॉल में, चूहे भविष्य प्रयोगों के लिए इस्तेमाल नहीं किया गया था और इसे तुरंत multispectral छवियों की माप के बाद बलिदान किया गया था।

  1. एक ट्यूब के साथ एक संज्ञाहरण मशीन की दुकान पोर्ट के लिए एक प्रेरण चैम्बर के इनलेट पोर्ट से कनेक्ट करें। एक दूसरे ट्यूब के साथ संज्ञाहरण मशीन के इनलेट पोर्ट के लिए प्रेरण चैम्बर के आउटलेट बंदरगाह से कनेक्ट करें।
  2. चूहा प्रेरण कक्ष में रखें और 5.0% isoflurane के साथ संज्ञाहरण प्रेरित। गहराई ऐसी है कि चूहे पैर की अंगुली चुटकी का जवाब नहीं है पर संज्ञाहरण बनाए रखें। एलएनोस्थेसिया मशीन पर रोटरी घुंडी का इस्तेमाल करते हुए 2.0% आइसोफ्लुरेन के लिए।
  3. एक स्टीरियोटेक्सिक फ्रेम में चूहे के सिर को ठीक करें स्टीरियोटेक्सिक फ्रेम के लिए संज्ञाहरण के लिए एक मुखपत्र संलग्न करें
  4. एक ट्यूब के साथ संज्ञाहरण मशीन के आउटलेट बंदर के लिए मुखपत्र के प्रवेश पोर्ट को कनेक्ट करें। एक ट्यूब के साथ संज्ञाहरण मशीन के प्रवेश पोर्ट के लिए मुखपत्र के आउटलेट पोर्ट को कनेक्ट करें।
  5. त्वचा की सतह दिखाई देने तक बाल कतरनी का उपयोग कर संभावित चीरा साइट से परे सिर क्षेत्र दाढ़ी।
  6. सर्जिकल स्केलपेल ( चित्रा 1 (ए) ) का उपयोग करके सिर के मध्य रेखा के साथ एक अनुदैर्ध्य चीरा लगभग 20 मिमी लंबा बनाओ और चमड़े के नीचे संयोजी ऊतकों ( चित्रा 1 (बी) ) का पर्दाफाश करें।
  7. खोपड़ी की हड्डी ( चित्रा 1 (सी) का पर्दाफाश करने के लिए सिर के दोनों ओर खींचकर चमड़े के नीचे के संयोजी ऊतकों को एक तेज तीर या एक पिनर का उपयोग करके हटा दें।
  8. खोपड़ी की हड्डी पर कपाल sutur के अंदर एक दीर्घवृत्त खाई खोदोतों (कोरोनल टांका, सैजिटल टांका, और lambdoid टांका) एक उच्च गति ड्रिल का उपयोग कर (चित्रा 1 (डी))।
  9. धीरे धीरे और homogenously उच्च गति ड्रिल का उपयोग कर खाई अंदर खोपड़ी की हड्डी की खुदाई।
  10. हल्के से pincer की नोक एक मस्तिष्क रक्त वाहिका दिखाई देने के बाद हड्डी मोटाई और शक्ति का अनुमान लगाने के साथ पतला खोपड़ी की सतह पर प्रेस। पतला खोपड़ी क्षेत्र आसानी depresses हैं, उच्च गति ड्रिल के साथ खोपड़ी की हड्डी की कमी को समाप्त।
  11. पतला खोपड़ी टुकड़ों pincer या छोटे शल्य कैंची की नोक का उपयोग करने का ellipsoidal सीमा रेखा काटें।
  12. मस्तिष्क की सतह से पतला खोपड़ी निकालें धीरे धीरे और धीरे pincer का उपयोग कर।
  13. धीरे शारीरिक खारा के साथ कपाल खिड़की स्नान और एक पारदर्शी कांच की प्लेट लगभग 0.1 मिमी मोटी के साथ कवर।

3. प्रेरित ऑक्सीजन का अंश विनियमन

नोट: श्वसन कब्जाtion प्रेरित ऑक्सीजन के अंश (FIO 2) को नियंत्रित करके बदला जा सकता है।

  1. एक ट्यूब का उपयोग करना, एक और वाई के आकार का ट्यूब कनेक्टर (कनेक्टर 2) के पहले बंदरगाह के लिए एक वाई के आकार का ट्यूब कनेक्टर (कनेक्टर 1) पहला पड़ाव कनेक्ट।
  2. ट्यूब कनेक्टर 1 के दूसरे बंदरगाह के मुखपत्र के इनलेट पोर्ट से कनेक्ट करें।
  3. एक ट्यूब का उपयोग करना, एक ऑक्सीजन एकाग्रता की निगरानी उपकरण के लिए ट्यूब कनेक्टर 1 के तीसरे बंदरगाह कनेक्ट।
  4. एक ट्यूब के साथ, एक संज्ञाहरण मशीन के आउटलेट बंदरगाह के लिए ट्यूब कनेक्टर 2 के दूसरे बंदरगाह कनेक्ट।
  5. एक ट्यूब का उपयोग करना, एक गैस मिश्रण डिवाइस के आउटलेट बंदरगाह के लिए ट्यूब कनेक्टर 2 के तीसरे बंदरगाह कनेक्ट।
  6. 5% सीओ 2 गैस सिलेंडर एक ट्यूब का उपयोग कर - एक उच्च दबाव 95% हे 2 करने के लिए गैस मिश्रण डिवाइस में से एक इनलेट पोर्ट से कनेक्ट करें।
  7. एक ट्यूब का उपयोग कर 5% सीओ 2 गैस सिलेंडर - एक उच्च दबाव 95% एन 2 के लिए गैस मिश्रण डिवाइस के अन्य इनलेट पोर्ट से कनेक्ट करें।
  8. गैस प्रवाह दरों ओ बदलेंच हे 2 और एन 2 गैस मिश्रण डिवाइस पर रोटरी घुंडी का उपयोग कर।
  9. चेक करें और ऑक्सीजन एकाग्रता की निगरानी उपकरण का उपयोग कर FIO 2 को विनियमित।

4. multispectral फैलाना reflectance छवियाँ का अधिग्रहण

  1. संदर्भ छवियों का अधिग्रहण
    नोट: इस तरह के प्रकाश स्रोत, ऑप्टिकल फाइबर के रूप में इस प्रयोग में इस्तेमाल किया ऑप्टिकल घटकों, और डिटेक्टरों अपने स्वयं के वर्णक्रमीय विशेषताएं हैं। इसलिए, प्रकाश की तीव्रता इन घटकों के माध्यम से पारित एक संदर्भ छवि के रूप में दर्ज किया जाना चाहिए। संदर्भ छवि एक छवि प्रकाश स्रोत से प्रकाश के द्वारा प्रकाशित एक मानक सफेद विसारक के साथ लिया है।
    1. क्षैतिज मंच पर मानक सफेद विसारक रखो।
    2. बैरल पर ज़ूम अंगूठी घूर्णन द्वारा सफेद विसारक की सतह पर कैमरे के लेंस ध्यान दें।
    3. से उचित मान का चयन करके कैमरा के एकीकरण समय समायोजित करेंड्रॉप-डाउन एकीकरण समयों की सूची कैमरे के ऑपरेटिंग सॉफ्टवेयर में इतना है कि प्रकाश की सबसे बड़ी राशि एक संकेत है कि अधिक से अधिक मायने रखता है का लगभग 75% उत्पादन करता है। पिक्सेल मूल्यों का हिस्टोग्राम देखते समय, एकीकरण समय समायोजित जब तक संकेत तीव्रता स्तर अधिकतम मायने रखता है का लगभग 75% है।
    4. एक फाइल करने के लिए एक छवि को बचाने के लिए फ़ाइल मेनू से "सहेजें" आदेश का चयन करें।
    5. फिल्टर पहिया घूर्णन द्वारा फिल्टर स्थान बदलें।
    6. ऊपर वर्णित प्रक्रिया के अनुसार अन्य तरंगदैर्य पर एक छवि की बचत करें। फ़ाइल नाम नमूना और तरंग दैर्ध्य इस्तेमाल किया (जैसे, W500, W520, W540 ... W760) की पहचान करनी चाहिए।
  2. नमूना छवियों का अधिग्रहण
    नोट: नौ तरंगदैर्य पर उजागर चूहे के मस्तिष्क की विस्तारपूर्वक-परिलक्षित प्रकाश की तीव्रता की छवियों पर कब्जा कर लिया है और एक ही अधिग्रहण की स्थिति का उपयोग कर एक पर्सनल कंप्यूटर की हार्ड ड्राइव पर सहेजा जाता है।
    1. धीरे आर जगहताकि कैमरा चूहे के मस्तिष्क की सतह पर ध्यान केंद्रित कर सकते मंच पर पर है और धीरे धीरे चरण स्तर समायोजित करें।
    2. एक फाइल करने के लिए एक छवि को बचाने के लिए फ़ाइल मेनू से "सहेजें" आदेश का चयन करें।
    3. फिल्टर पहिया घूर्णन द्वारा फिल्टर स्थान बदलें।
    4. ऊपर वर्णित प्रक्रिया के अनुसार अन्य तरंगदैर्य पर एक छवि की बचत करें। फ़ाइल नाम नमूना और तरंग दैर्ध्य (जैसे, R500, R520, R540 ... R760) की पहचान करनी चाहिए।
  3. अंधेरे छवियों का अधिग्रहण
    ध्यान दें: सीसीडी कैमरा एक विद्युत संकेत के जवाब में एक प्रकाश की तीव्रता उत्पन्न कर सकते हैं। हालांकि, वहाँ, बिजली सर्किट और डिटेक्टरों में शोर के कारण कुछ मामूली उत्पादन होता है, भले ही प्रकाश डिटेक्टर को प्रवेश नहीं करता है; इस अंधेरे वर्तमान शोर कहा जाता है। सही ढंग से प्रकाश के वर्णक्रम तीव्रता को मापने के लिए, अंधेरे वर्तमान घटक एक अंधेरे छवि के रूप में दर्ज किया जाना चाहिए और उसके बाद मापा संकेत से घटाया। अंधेरे छवि एक छवि ले हैn प्रकाश पथ के साथ अवरुद्ध कर दिया।
    1. हलोजन दीपक प्रकाश स्रोत बंद कर दें।
    2. एक परिरक्षण प्लेट का उपयोग कर सीसीडी कैमरा प्रणाली के लिए प्रकाश पथ को अवरुद्ध करें।
    3. एक फाइल करने के लिए एक छवि को बचाने के लिए फ़ाइल मेनू से "सहेजें" आदेश का चयन करें। फ़ाइल नाम नमूना (जैसे, डार्क) की पहचान करनी चाहिए।

5. हीमोग्लोबिन सामग्री और प्रकाश बिखराव पैरामीटर विज्युअलाइजिंग

नोट: multispectral फैलाना और परावर्तन छवियों का एक सेट एक पर्सनल कंप्यूटर की हार्ड ड्राइव में सहेजी और ऑफ़लाइन विश्लेषण किया जाता है। एक बहु प्रतिगमन विश्लेषण एक मोंटे कार्लो नौ तरंग दैर्ध्य (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, और 760 एनएम) पर multispectral फैलाना और परावर्तन छवियों का अनुकरण 19 द्वारा सहायता प्राप्त तो दो आयामी कल्पना करने के लिए किया जाता है ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन एकाग्रता, ऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन एकाग्रता, कुल हीमोग्लोबिन एकाग्रता, क्षेत्रीय मस्तिष्क ऑक्सीजन संतृप्ति, और गोबर के नक्शेटियरिंग पावर विस्तृत एल्गोरिथ्म 17 , 18 के साहित्यिकों में प्रकाशित किया गया है।

  1. दोनों तरंग दैर्ध्य पर संदर्भ छवि और नमूना छवि दोनों से अंधेरे छवि घटाएं।
  2. प्रत्येक तरंगदैर्ध्य λ पर संदर्भ छवि द्वारा नमूना छवि को सामान्य करें। फैलाने वाली प्रतिबिंबित छवि आर के रूप में सामान्यीकृत छवि का इलाज करें
  3. अवशोषण (या ऑप्टिकल घनत्व) की गणना करें छवि को प्रत्येक तरंगदैर्ध्य पर फैलाना प्रतिबिंबित छवि आर के पारस्परिक के लघुगणक को ले कर λ :
    समीकरण 1 (1)
  4. एक्स - वाई विमान मस्तिष्क की सतह के लिए प्राप्त संरचनात्मक जानकारी को दर्शाता है और z -axis वर्णक्रमीय जानकारी को दर्शाता है, जहां उनके तरंग दैर्ध्य के क्रम में अवशोषण छवियों को ढेर करके त्रि-आयामी मैट्रिक्स उत्पन्न करता है।
  5. पीईप्रत्येक xy समन्वय पर अवशोषण स्पेक्ट्रम (λ) के लिए एक बहु प्रतिगमन विश्लेषण rform।
  6. (के लिए प्रकाशित मूल्यों निर्भर चर और एचबीओ (λ) ε ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन की दाढ़ विलुप्त होने गुणांक स्पेक्ट्रा और कदम 5.5 के लिए स्वतंत्र चर के रूप में ऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन ε HBR (λ) के रूप में अवशोषण स्पेक्ट्रम (λ) का उपयोग करें एचबीओ ε (λ) और ε HBR (λ) तालिका 1 में प्रदान की जाती हैं)।
  7. तीन एकाधिक प्रतिगमन की दो आयामी नक्शे (चित्र) की जाँच एक एचबीओ, एक HBR, और एक 0 गुणांक।
  8. एक एचबीओ, एक HBR, और एक 0, क्रम में कई प्रतिगमन गुणांक की छवियों stacking द्वारा एक तीन आयामी मैट्रिक्स उत्पन्न जहां वाई विमान मस्तिष्क की सतह के लिए प्राप्त संरचनात्मक जानकारी को दर्शाता है और ज़-एक्सिस कई प्रतिगमन गुणांक दिखाता है।
  9. ऑक्सीजन युक्त हीमोग्लोबिन एकाग्रता सी एचबीओ , डीओक्साइनेटेड हेमोग्लोबिन एकाग्रता सी एचबीआर , और कई प्रतिगमन के सेट से बिखरने वाली बिजली बी को एचबीओ , एक एचबीआर गुणांक, और प्रत्येक एक्ससी निर्देशांक पर 0 निम्नलिखित अनुभवजन्य सूत्रों का उपयोग करके गणना करें (वह β का मूल्य एचबीओ , आई , बीओ एचबीआर , आई और बी 0, आई ( आई = 0,1,2,3) तालिका 2 में प्रदान की जाती हैं):
    समीकरण 2 (2)
    समीकरण 3 (3)
    समीकरण 4 (4)
  10. ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन एकाग्रता सी एचबीओ, ऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन एकाग्रता सी HBR, और बिखरने बिजली की दो आयामी नक्शे (चित्र) की जाँच करें।
  11. प्रत्येक x पर सी एचबीओ और सी HBR संक्षेप द्वारा कुल हीमोग्लोबिन एकाग्रता सी HBT की एक दो आयामी नक्शे की गणना - y समन्वय।
  12. Y समन्वय - कम से प्रत्येक x कुल हीमोग्लोबिन एकाग्रता सी HBT द्वारा ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन एकाग्रता सी एचबीओ विभाजित करके क्षेत्रीय मस्तिष्क ऑक्सीजन संतृप्ति RSO 2 के एक दो आयामी नक्शे की गणना।

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Representative Results

विवो चूहे के दिमाग में से प्राप्त फैलाना प्रतिबिंब की प्रतिनिधि वर्णक्रमीय छवियों को चित्रा 3 में दिखाया गया है 500, 520, 540, 560, 570, और 580 एनएम पर छवियां स्पष्ट रूप से मस्तिष्क प्रांतस्था में रक्त वाहिकाओं के घने नेटवर्क की कल्पना करती हैं। 600, 730 और 760 एनएम पर छवियों में मनाया गया रक्त वाहिकाओं और आसपास के ऊतकों के बीच अंतर की गिरावट लंबे समय तक हीमोग्लोबिन द्वारा प्रकाश की कम अवशोषण और एनआईआर तरंग दैर्ध्य दर्शाती है।

चित्रा 4 , ऑक्सीजन युक्त हीमोग्लोबिन एकाग्रता, डीओक्साइनेटेड हेमोग्लोबीन एकाग्रता, कुल हीमोग्लोबिन एकाग्रता, क्षेत्रीय मस्तिष्क ऑक्सीजन संतृप्ति और बिखरने की शक्ति के लिए एक उजागर चूहे के मस्तिष्क के प्रतिनिधि की अनुमानित छवियां दिखाती है। जैसा कि चित्रा 3 में कम तरंग दैर्ध्यों पर प्रसारित प्रतिबिंबित छवियों से अपेक्षित है, रक्त में कुल हीमोग्लोबिन एकाग्रतासेले क्षेत्र आसपास के ऊतक क्षेत्र से अधिक है। दूसरी ओर, धमनी रक्त में ऑक्सीजन युक्त हीमोग्लोबिन सांद्रता शिरापरक रक्त की तुलना में अधिक ऑक्सीजन युक्त धमनी रक्त में हीमोग्लोबिन के कारण venules में उन लोगों की तुलना में अधिक है। इसलिए, क्षेत्रीय ऑक्सीजन संतृप्ति की अनुमानित छवि में धमनी और वियुनों का वितरण स्पष्ट रूप से अलग किया जा सकता है।

500 एनएम आर (500) में फैलाना पलटेंशन के लिए एफओओ 2 में परिवर्तन के दौरान एक उजागर हुआ चूहे के मस्तिष्क की अनुमानित छवियों, ऑक्सीजन युक्त हीमोग्लोबिन सी एचबीओ की एकाग्रता , डीओक्साइनेटेड हेमोग्लाबिन सी एचबीआर की एकाग्रता , कुल हीमोग्लोबिन सी एचबीटी , क्षेत्रीय मस्तिष्क ऑक्सीजन संतृप्ति आरएसओ की एकाग्रता 2 , और बिखराव शक्ति बी चित्रा 5 में दिखाया गया है। हाइपरॉक्सिक स्थितियों के तहत आरएसओ 2 का मूल्य बढ़ गया हैऔर ऑक्सीजन में कमी की स्थिति के शामिल होने के बाद उल्लेखनीय कमी आई है। का मूल्य थोड़ा, सांस की गिरफ्तारी तक अनॉक्सिता की शुरुआत से इस अवधि के दौरान वृद्धि की गई थी, जबकि यह लगातार अवधि के दौरान 5 मिनट से 30 मिनट के लिए अनॉक्सिता की शुरुआत के बाद की कमी हुई। के मूल्य में इन परिवर्तनों को इस तरह के सूजन और सेलुलर और subcellular संरचनाओं की कमी के रूप में रूपात्मक परिवर्तन, मस्तिष्क में ऊतक व्यवहार्यता के नुकसान से प्रेरित का संकेत थे।

आकृति 1
चित्र 1: चूहा सेरेब्रल कॉर्टेक्स के सर्जिकल एक्सपोजर में कदम। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्र 2: व्यवस्थित कर रहा है संज्ञाहरण के लिए प्रायोगिक उपकरण और प्रेरित ऑक्सीजन का अंश बदलने के योजनाबद्ध आरेख। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्र 3: पर प्रतिनिधि multispectral फैलाना reflectance छवियाँ 500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, और 760 एनएम, एक में विवो चूहा मस्तिष्क से प्राप्त। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्र 4: एक उजागर चूहा मस्तिष्क के प्रतिनिधि अनुमानित छवियाँ। <strong> (क) ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन सी एचबीओ की एकाग्रता, (ख) ऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन सी HBR की एकाग्रता, (ग) कुल हीमोग्लोबिन सी HBT की एकाग्रता, (घ) क्षेत्रीय मस्तिष्क ऑक्सीजन संतृप्ति RSO 2, और (ई) बिजली बिखरने। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्र 5: FIO 2 में परिवर्तन के दौरान एक उजागर चूहा मस्तिष्क के प्रतिनिधि परिणाम। पर 500 एनएम आर (500), ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन सी एचबीओ की एकाग्रता, एकाग्रता फैलाना और परावर्तन के लिए FIO 2 में परिवर्तन के दौरान इन विवो चूहा cortical ऊतक के चित्रऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन सी HBR, कुल हीमोग्लोबिन सी HBT, क्षेत्रीय मस्तिष्क ऑक्सीजन संतृप्ति RSO 2 की एकाग्रता, और बिखरने बिजली की। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

<tr>
वेवलेंथ λ एनएम ε एचबीओ (λ) ε HBR (λ)
500 ११३.०३,७१२ 112.6548
520 १३०.६९,२९६ १७०.५८,३८४
540 287.4744 251.5968
560 १७६.११,१२८ 290.4552
570 240.2784 243.3888
580 270.5616 199.908
600 17.28 ७९.२५,६८८
730 2.106 ५.९५,१८८
760 3.1644 ८.३६,२०१

तालिका 1: ε एचबीओ के मान और ε एचबीओ एकाधिक प्रतिगमन विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया। प्रत्येक तरंग दैर्ध्य λ पर ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन ε एचबीओ और ऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन ε HBR की दाढ़ विलुप्त होने गुणांक।

मैं β एचबीओ, मैं β HBR, मैं β ख, मैं
0 -८.३,३०२ -५.८५,२७१ -0.७६,५८७
1 4405.877 -143.23 ५३.३४,१३४
2 2740.622 3798.067 124.4656
3 -४.४०,४५४ -२.८१,६९९ -१.३६,९१९

तालिका 2: β एचबीओ के मान, मैं, β HBR, मैं, और बीटा 0, मैं (मैं = 0,1,2,3) सी एचबीओ, सी HBR, और के लिए अनुभवजन्य सूत्र में इस्तेमाल किया। ध्यान दें कि सी एचबीओ और सी HBR की इकाइयों इन अनुभवजन्य सूत्रों से प्राप्त मात्रा एकाग्रता, जिसमें 44% की एक hematocrit पढ़ने के साथ पूरे रक्त का हीमोग्लोबिन एकाग्रता हीमोग्लोबिन की मात्रा 100% एकाग्रता होने के लिए लिया जाता है कर रहे हैं। हीमोग्लोबिन concentr के लिए अनुभवजन्य सूत्रोंations फैलाना और परावर्तन स्पेक्ट्रा प्रकाश परिवहन 19 की मोंटे कार्लो सिमुलेशन द्वारा गणना से प्राप्त किया जा सकता है। अनुभवजन्य सूत्रों की व्युत्पत्ति के लिए विस्तृत प्रक्रिया साहित्य 17, 18 में वर्णित किया गया है।

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Discussion

इस प्रोटोकॉल में सबसे महत्वपूर्ण कदम कपाल खिड़की बनाने के लिए thinned खोपड़ी क्षेत्र को हटाने है; यह अनपेक्षित खून बह रहा से बचने के लिए ध्यान से किया जाना चाहिए। उच्च सटीकता के साथ उच्च गुणवत्ता वाले बहुपद्वति फैलाना प्रतिबिंबित चित्र प्राप्त करने के लिए यह कदम महत्वपूर्ण है। यदि संभव हो तो सर्जरी प्रक्रिया के लिए एक स्टिरिओमिकोरोस्कोप का उपयोग करने की सलाह दी जाती है। जिलेटिन स्पंज के छोटे टुकड़े हेमोस्टेसिस के लिए उपयोगी होते हैं।

इस लेख में वर्णित ऑप्टिकल प्रणाली प्रकाश स्रोत के सामने स्थित एक हस्तक्षेप फ़िल्टर के माध्यम से एक मोनोक्रैटिक प्रकाश को पारित करता है। यह वीडियो कैमरा लेंस या सीसीडी कैमरे के सामने फिल्टर व्हील डालकर संशोधित किया जा सकता है। हालांकि, इस मामले में, फोकल प्लेन वैरिएबल हो सकता है अगर विभिन्न मोटाई के साथ हस्तक्षेप फिल्टर का उपयोग किया जाता है, और यह छवि की गुणवत्ता में गिरावट का कारण होगा। यदि एक रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड डाला जाता है तो क्रेनियल विंडो से गिलास प्लेट को निकालना आवश्यक हैइस तरह के बिजली के स्थानीय क्षेत्र की क्षमता का माप के रूप में इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी माप, के लिए cortical ऊतक में। इस मामले में, इमेजिंग सिस्टम cortical सतह से अवांछनीय specular प्रतिबिंब पता लगा सकते हैं। यह समस्या एक पार Nicols संरेखण के साथ ध्रुवीकरण प्लेटों का एक सेट का उपयोग करके बचा जा सकता है।

के बाद से पहिया में फिल्टर पदों यंत्रवत् बदल रहे हैं पारंपरिक multispectral इमेजिंग उपकरण इस लेख में प्रदर्शन किया, कुछ हद तक समय लेने वाली उपयोग करने के लिए है। इसका मतलब है कि इमेजिंग प्रणाली एक अलग तरंग दैर्ध्य-बिंदु पर एक फैलाना और परावर्तन छवि क्रमिक रूप से कैप्चर करता है। इस सीमा के कारण, इस प्रणाली में इस तरह के neuronal गतिविधियों की वजह से 20 परावर्तन स्पेक्ट्रम में परिवर्तन के रूप में तेजी से IOSs, कब्जा करने के लिए अपर्याप्त है। हालांकि ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन और ऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन ऐसे साइटोक्रोम ग oxidase, पीला रंग के रूप में रहने वाले मस्तिष्क के ऊतकों में मुख्य chromophores, अन्य chromophores, कर रहे हैंएडीनाइन डाईन्यूक्लियोटाइड और निकोटिनामाइड एडेनाइन डाईन्यूक्लियोटाइड, भी दिखाई दे तरंग दैर्ध्य क्षेत्र में अवशोषण गुणांक के लिए योगदान करते हैं। इसलिए, सी एचबीओ, सी HBR, सी HBT, RSO 2, और ख की अनुमानित मूल्यों नाबालिग chromophores से प्रभावित हो सकते हैं। क्योंकि यह फैलाना प्रतिबिंब पर निर्भर करता है इसके अलावा, इस दृष्टिकोण गहराई दिशा के साथ सभी जानकारी एकीकृत करता है। इसलिए, इमेजिंग सिस्टम गहराई समाधान किया गया मापन का प्रदर्शन नहीं करता है।

यह फायदेमंद है कि वर्तमान व्यवस्था के लिए इस्तेमाल किया एल्गोरिथ्म भी अन्य तेजी से वर्णक्रमीय इमेजिंग तकनीक, इस तरह के एक acousto ऑप्टिकल ट्यूनेबल फिल्टर 21 के रूप में द्वारा कब्जा कर लिया multispectral फैलाना और परावर्तन छवियों पर लागू किया जा सकता है, हस्तक्षेप के साथ एक बहु एपर्चर lenslet सरणी 22 फिल्टर, और एक आरजीबी छवि 17, 2 से वर्णक्रमीय पुनर्निर्माण छवियों3। प्रस्तावित एल्गोरिथ्म और तेजी से वर्णक्रमीय तकनीकों का प्रयोग एक साथ तेजी से आईओएस इमेजिंग का मूल्यांकन है, साथ ही नैदानिक ​​स्थितियों में इस्तेमाल के लिए के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण है।

आज तक का सबसे multispectral ब्रेन इमेजिंग तकनीक मुख्य रूप से मस्तिष्क रक्त की मात्रा, क्षेत्रीय मस्तिष्क ऑक्सीजन संतृप्ति, और ऑक्सीजन 10, 11, 12, 13, 14 के मस्तिष्क चयापचय दर के रूप में cortical hemodynamics और ऊतक चयापचय, पर ध्यान केंद्रित किया। कई मौजूदा दृष्टिकोण धारणा लगातार 15 है कि बिखरने बिजली, 16 के तहत बिखरने आयाम का मूल्यांकन। हालांकि, pathophysiological परिवर्तन और cortical जीवित ऊतक में व्यवहार्यता की कमी की वजह से ऊतकों की रूपात्मक परिवर्तन जैविक scatterers 4 के आकार को प्रभावित कर सकते, 5, 6, 7, 8, 9। इसलिए, यह मात्रात्मक के प्रकीर्णन पैरामीटर अनुमान लगाने के लिए मस्तिष्क के ऊतकों morphologies का मूल्यांकन करने के लिए महत्वपूर्ण है। मौजूदा तरीकों के संबंध में वर्तमान तकनीक के महत्व को एक साथ मस्तिष्क hemodynamics और cortical ऊतक आकृति विज्ञान में spatiotemporal परिवर्तन को मापने करने की क्षमता है।

भविष्य के अनुप्रयोगों के संदर्भ में, इस एल्गोरिथ्म इस तरह के दर्दनाक मस्तिष्क चोट, मिर्गी का दौरा, स्ट्रोक, और ischemia के रूप में विभिन्न मस्तिष्क विकार पशु मॉडल, की cortical ऊतकों में मस्तिष्क समारोह, नब्ज, और व्यवहार्यता की निगरानी के लिए इस्तेमाल किया जा सकता।

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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

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References

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