רקמת ריאה, כלי דם וחילוף חומרים בתדר גבוהים לא פולשני אולטראסאונד וphotoacoustic עכברוש Deep Brain Imaging

Summary

The present work describes a new protocol to perform non-invasive high-frequency ultrasound and photoacoustic based imaging on rat brain, to efficiently visualize deep subcortical regions and their vascular patterns by directing signals on skull foramina naturally present on animal cranium.

Abstract

Photoacoustics and high frequency ultrasound stands out as powerful tools for neurobiological applications enabling high-resolution imaging on the central nervous system of small animals. However, transdermal and transcranial neuroimaging is frequently affected by low sensitivity, image aberrations and loss of space resolution, requiring scalp or even skull removal before imaging. To overcome this challenge, a new protocol is presented to gain significant insights in brain hemodynamics by photoacoustic and high-frequency ultrasounds imaging with the animal skin and skull intact. The procedure relies on the passage of ultrasound (US) waves and laser directly through the fissures that are naturally present on the animal cranium. By juxtaposing the imaging transducer device exactly in correspondence to these selected areas where the skull has a reduced thickness or is totally absent, one can acquire high quality deep images and explore internal brain regions that are usually difficult to anatomically or functionally describe without an invasive approach. By applying this experimental procedure, significant data can be collected in both sonic and optoacoustic modalities, enabling to image the parenchymal and the vascular anatomy far below the head surface. Deep brain features such as parenchymal convolutions and fissures separating the lobes were clearly visible. Moreover, the configuration of large and small blood vessels was imaged at several millimeters of depth, and precise information were collected about blood fluxes, vascular stream velocities and the hemoglobin chemical state. This repertoire of data could be crucial in several research contests, ranging from brain vascular disease studies to experimental techniques involving the systemic administration of exogenous chemicals or other objects endowed with imaging contrast enhancement properties. In conclusion, thanks to the presented protocol, the US and PA techniques become an attractive noninvasive performance-competitive means for cortical and internal brain imaging, retaining a significant potential in many neurologic fields.

Introduction

אסטרטגיות לתאר בדקדקנות תכונות של פרמטרים המודינמיים מוח במערכת העצבים המרכזית של בעלי חיים קטנים הנדרשות לקידום תחום מדעי המוח ^1-3. הטכניקה שהוצגה מדגימה כיצד לבצע אקוסטית פולשני והדמיה photoacoustic על המוח של בעלי חיים קטנים על מנת לבחון ביולוגיה של כלי דם, הסדר ותפקוד.

טכניקות הדמיה אופטיות מאפשרות לוקליזציה של אירועים הקשורים לפעילות עצבית ^2,4-5 ובו זמנית לרכוש אותות שנוצרו על ידי המוגלובין הן במדינות מחומצן ו- מחומצן שאינם ^6. עם זאת, עקב ספיגה ופיזור פוטונים, הדמיה אופטית טהורה סובלת מרזולוציה מרחבית ירודה ועומק חדיר לרקמות מוגבלות ^7-8. לעומת זאת, אקוסטיקה מציעה את ההזדמנות כדי לבצע הדמיה עמוקה יותר עם ​​רזולוציה מרחבית גבוהה יותר מרחב, אבל זה הפריע לעומת זאת רבב ומוגבל ^9-11. על ידי שילוב של תכונות של wi פוטוניקסה אולטרסאונד, טכניקת photoacoustic משפרת גם הדמיה ואבחון פוטנציאל של שיטות יחידים ^12-16.

ההדמיה photoacoustic של המוח יש את הפוטנציאל להבהיר שאלות רבות בנוירוביולוגיה, עם זאת, כי באופן טבעי הכיפה מגנה גזע המוח, באופן דרמטי מגבילה שני ^17-19 חדיר לרקמות פוטוניים ואולטרא סאונד. יתר על כן, עצמות לקדם פיזור של שני אור וקול וכתוצאה מכך האובדן של סטיות רגישות ותמונת ^17-18. כתוצאה מכך, על-קולי מוח וההדמיה photoacoustic יכולים להתבצע בקלות על בעלי חיים ילוד לפני התאבנות ^20, אבל את האנטומיה והפיסיולוגיה העמוקה של המוח הבוגר הן בבירור נגישות רק לאחר ^21,22 craniotomy. למרבה הצער, הניתוח הדרוש להסרת גולגולת הוא מבחינה טכנית קשה והשפעותיו יכולות להיות מזיקות לכמה מטרות ניסוי ובכך מקשות לעקוב אחר התקדמות מחלה עצבית בבעלי חיים זהים לאורך זמן. לכן, שיטה לא פולשנית לביולוגיה מוחית עמוקה תמונה במודלים של בעלי חיים קטנים היא רצויה מאוד. בספרות בשיטה של ממחזר פוטון ¹⁷ דווחה כדרך להפחית את אובדן הטלפון ולהגדיל את העברה דרך הגולגולת שלמה, שיפור אות photoacoustic יחס רעש (SNR) והניגודיות של היעד.

הפרוטוקול שהוצג נועד לספק שיטה אמינה לאקוסטית קורטיקליים מוח והדמיה photoacoustic על מכרסמים מחקר שימוש (במיוחד על חולדות) ללא כל ניתוח פולשני. ההליך מבוסס על השימוש במכשירים ניידים transducing לאולטרסאונד בתדר גבוה וההדמיה photoacoustic. בניגוד לטומוגרפיה טכנולוגיית הדמיה ^23, ניידת ומתמר כיוונית ²⁴ לאפשר בחירה של אזורי גולגולת הספציפיים עם עובי מופחת באופן טבעי, מכונה סדקים או scissures. הבקיעים הגדולים (foramina) קיימים בחוליותnimal הגולגולת נחוצות כדי לאתר את צרורות עצבים, כלי או מבנים אחרים חיבור מעגלי גזע מוח פנימיים לחלקים אחרים של הגוף. הבקיעים הגדולים נמצאים בפתחי עצם בגודל שונה, שניתן לנצל כקטעים ספציפיים לגלי אולטרסאונד ולייזר. הדמיה ממוקדת כגון מפחיתה תופעות השתקפות גל שנגרמו על ידי ממשקי עצם ומגבירה את הרגישות על ידי שיפור עומק חדירת הדמיה. בפרספקטיבה זו, מתמר ההדמיה ניתן לארגן להיות בניצב לבקיעים הממוקמים על הזמן ועל הצד העורפי של הגולגולת (איור 1), על מנת להתכנס אולטרסאונד וקורות פוטוניים באזורים אלה מקסימאלי. נטייה זו גם משפרת את איכות אות ומאלצת את האות כדי להמשיך דרך שכבת עצם דקה יותר ביחס לנטיות גולגולת אחרות. לפיכך, הגלים המשודרים ובאו לידי ביטוי לעבור דרגה נמוכה יותר של פיזור, המאפשרים איסוף של אותות אינטנסיביים שמקורם עמוק יותרשכבות רקמה. בניגוד לנהלים קודמים, הגדרה ניסיונית זו דורשת גילוח ראש רק בבעלי חיים, בזמן שאין ניתוח אחר הוא הכרחי.

עם הפרוטוקול המוצע, הדמיה מתבצעת ברזולוציה מרחבית גבוהה יחסית, חושף שני, מבנים אנטומיים התייחסות ספציפית וכלי דם עמוקים יותר ממצב הנוכחי של שיטות אמנות, כל זאת תוך עורות בעלי החיים והגולגולת נותרו על כנן. ניתן לרכוש תמונות העטרה וציריות ייחודיות על ידי ניצול שיטות שונות קולי רכישת הדמיה (B, דופלר כוח, הצבע דופלר, פעמו גל מצב) במקביל להדמית photoacoustic. רפרטואר מורחב של פרמטרים ניתן לחלץ מהתמונות האלה, המאפשרים תיאור של רקמת ריאה, ואנטומיה של כלי דם בצד את כל אוסף של תכונות המשפיעות על דינמיקת זרימת דם. פרוטוקול זה יכול לשמש כדי תכונות parenchyma תמונה בסיסיות בקליפת המוח בתדר גבוה אפנות Ultrasonic B Mode, עורקי ראש basilar והפנימיים (תואר ראשון וICA בהתאמה) המרכיבים את מעגל ויליס, עורק המוח התיכון (MCA) ופרטים נוספים של מנגנון הדם. יתר על כן, זרימת דם כימות, אומרת מהירויות זרם, תיאור תנועה כיוונית ונתונים ריווי חמצן ניתן לאסוף מקליפת המוח לאזורי מוח עמוקים.

אסטרטגיה חדשה זו מחזיקה פוטנציאל גדול עבור מגוון רחב של יישומים ומספקת את הצורך הדחוף בנהלים אמין לתאר תכונות מוח עמוקות שהם קריטיים בפתולוגיות שונות. כמו כן, בשל הפולשנות המזערית שלה, הפרוטוקול המובא יכול לאפשר לימודים עצום אפשריים הדמיה על מערכת העצבים המרכזית, במיוחד אלה הדורשים מעקב ארוך-טווח או מעורבים מודלים של בעלי חיים פתולוגיים עדינים.

Protocol

ניסויים דרושים כדי לפתח הפרוטוקול בוצעו על פי תקנות לאומיות ואושרו על ידי ועדת המדע אתי המקומית (Comitato di Bioetica di Ateneo), הפועלים במוסד של אוניברסיטת טורינו, טורינו, איטליה.

1. הכנה

1. הרדמה
   1. מניחים את החיה בתוך חדר isoflurane המתאים כדי להרדים אותו.
   2. למלא את התא עם מעורב O ₂ וגז isoflurane לשימוש וטרינרים בריכוז של 2.5% בתא גזי 2 L ולחכות דקות על 3 לחולדה להירדם. בדקו את ההשפעה של הרדמה על ידי קמצוץ הבוהן.
   3. ברגע שההרדמה תיכנס לתוקף, להסיר את החולדה ולשקול אותו.
   4. מורחים שכבה דקה של ג'ל עיניים המסיס במים בעיניו של בעל החיים כדי להגן עליהם ולשמור על הידרציה הפיזיולוגית של העין.
   5. הנח את העכבר על משטח עבודה אולטרסאונד ותחנת ההדמיה photoacoustic. אניכדי n כדי לשמור על השפעת ההרדמה, במהירות למקם את האף בתוך המסכה המתאימה מתן זרם בלתי פוסק הרדמה (isoflurane 2% -2.5% בL 1 / min חמצן).
2. גילוח בעלי החיים
   1. מורחים שכבה של הסרת שיער קרם עקבית על פני השטח הראש, עם תשומת לב לכיסוי אזורים הסובבים את האוזניים וצוואר. לאפשר לקרם לפעול במשך כמה דקות ומוציא בעדינות את זה עם מרית. ברכות להסיר את כל שאריות הקרם עם ספוג רטוב כדי לנקות את העור באופן מדויק.
      הערה: הפרווה בעלי החיים לוכדת אוויר שמשפיע לרעה על רכישת הדמיה מבוססת אולטרא-סאונד, ובכך שיש לו יוסר בהכרח ככל האפשר.
3. מיצוב בעלי החיים
   1. מסדרים את החיה במצב התפשטות-נשר. לפקח על הסימנים החיוניים, באמצעות חיישני פרמטר חיוניים מתאימים על משטח העבודה (אם הם קיימים). להישען על כפות החיישנים לאחר החלת כמה טיפות של האלקטרודה קרם לשימוש מקצועי.
      הערה: במהלך הרדמה, להבטיח לי שהפרמטרים חיוניים ערכים כדלקמן: ≈ טמפרטורת גוף חולדה 37.5 ° C, פעימות לב לדקה (BPM) נעות בין 250 ו -350 וקצב הנשימה מורכבת בטווח של 40-80 נשימות לדקה .
   2. לבסוף להדק את הגפיים עם תיקון משי מלאכותי היפואלרגנית. במידת צורך, פזר שכבה דקה של ג'ל עיניים המסיס במים כדי להגן על עיניו של בעל חיים.

2. תמונת רכישה מTemporal Point of View

1. מיצוב בעלי החיים
   1. שמירה על בעלי החיים במצב שכיבה, לסובב את גופו מעט בצד, עם זווית הטיה של כ -45 מעלות ביחס לגוף ציר sagittal. השתמש לחמניות גזה כותנה קטנות כעומד להסדיר את הרשות (איור 2 א) בצורה נכונה.
   2. הרם את הראש לבעלי החיים ולסובב אותו מעט בצד אחד (איור 2 א). השתמש ברול כותנה כעמדת שמירת inser גם חוטםטד למסכת ההרדמה.
   3. להטות את משטח העבודה בזווית של כ -30 מעלות ביחס למישור האופקי.
   4. הפעל את מתמר ההדמיה בזווית של כ -30 מעלות ביחס למישור האנכי.
2. Ultrasonic ורכישת תמונה אנטומית וכלי דם photoacoustic
   1. הפעל ההדמיה לסרוק ב, להיכנס לרכישת תמונת מצב B ולהגדיר כראוי את כל הפרמטרים רכישת התמונה לכבד דרישות אפשריות נתונה של הניסוי (איור 3 א).
      הערה: הגדר את תדירות שידור המרכז הנמוכה ככל האפשר (16 MHz, 3 ב איור), על מנת שיהיה עומק החדירה המקסימאלי אפשרי למתמר.
   2. השלך שכבה אחידה (כ 1 סנטימטר עובי) של ג'ל שידור אולטרסאונד המסיס במים היפואלרגנית על ראשו של בעל החיים (איור 2b). לכסות את הראש מתמר בשכבה דקה של ג'ל ולשים אותו במגע עם השכבה על rat. השתמש בג'ל חם כדי למזער היפותרמיה מקומית.
   3. התחל רכישת תמונה במצב B ולהתאים את המיקום מתמר בזמן אמת, על ידי זיהוי אזכור אנטומיים ועל ידי מרכוז האזור של עניין לאמצע נקודת הצג. ודא לחסל בועות אוויר בכל רמה וממולכד לתוך שכבת ג ', כי הם משפיעים לרעה על הרכישה.
   4. מניחים את המתמר ליישר אותו לציר הווירטואלי המחבר את האוזן לעין (איור 4 א) כדי להשיג מיקוד אלומה אופטימלי. לרכוש תצוגות שונות של את פנימי נפח המוח, על ידי סיבוב בכיוון השעון או נגד כיוון השעון (איור 4 ב ו-ג).
   5. סופו של דבר להדק את המתמר על דוכן מכאני כדי לאבטח את העמדה ולכוון את הכיוון בצורה עדינה ביציבות.
   6. ודא שהאזור במוח של עניין localizes ב -10 מ"מ של עומק ביחס למקור מתמר ארה"ב הלייזר על מנת לקבל ph אופטימליאות otoacoustic תגובה (איור 5). לאחר מכן למקם את המחוון של מיקוד גל ארה"ב בדיוק במרכזו של האזור מנותח.
      הערה: במהלך המחקר של תחומי העניין, להימנע מהפעלה של אופצית שער הנשימה, על מנת להאיץ את הליך המיצוב.
   7. הזן צבע דופלר מצב לדמיין כלי דם במוח פנימיים באופן רגיש גבוה.
   8. ברגע שהמיקום נקבע בצורה מתאימה כדי להמחיש את האזורים רצה, להפעיל את אפשרות שער נשימה כדי למנוע תופעות לא רצויות הקשורים לתנועה (איור 6 א).
   9. בחר את ערכת פרמטר רכישה המבוקש בצבע דופלר מצב (6 ב איור) ולרכוש תמונות בשיטה זו כדי להבחין מהירויות זרם דם וכיוונים, עד כמה מילימטרים של עומק חדירה.
   10. להיכנס למצב פעמו גל דופלר ולרכוש תמונות כדי לזהות פעימת דם בעורק ולהבחין בין עורקיםורידי nd.
   11. הזן כוח דופלר מצב ופרמטרי רכישה שנקבעו (איור 7) לבצע כימות אות על בסיס מספר פיזור אירועים שנגרמו על ידי תנועת השטף, ולכן הבדלים מוערכים בספיקות.
   12. הזן photoacoustic מצב וצריך לחדד את הפרמטרים רכישה (8 א 'איור) כדי לאסוף נתונים על תוכן דם הכולל של המוגלובין או תואר חמצון באזור נתון. על ידי ייצור עירור לייזר באורכי גל בספקטרום שלם (מ -680 ננומטר 970 ננומטר, איור 8b), הקליטה של הווה המוגלובין כולל במדינות כימיות שונות בתוך רקמה ניתן לכמת. על ידי ביצוע אוסף אות באורכי גל ספציפי אחת (איור 8 ג), ניתן לבודד את תרומת האות מובהקת בשל הספיגה של אצטילן ומינים טהורים דה-אצטילן.

3. הדמיה מהנקודה העורפית של צפה

1. מיצוב בעלי החיים
   1. שמירה על בעלי החיים במצב שכיבה, להוריד את הראש לבעלי החיים ולהשתמש לחמניות גזה כותנה קטנות כרוחב עומד להסדיר את הרשות בצורה נכונה.
   2. הפעל מקביל מתמר הדמיה למטוס הרוחבי של ראש החיה (איור 9).
      הערה: בדרך זו, הרכישה תהיה מרוכזת דרך הנקב העורפי בבסיס הגולגולת. על ידי שינוי זווית ההטיה של הנטייה הבדיקה (איור 9), ניתן יהיה לרכוש תמונות כלי פנימיות בתצוגות שונות בהתאם לנטיית ההגדרה.
2. Ultrasonic ורכישת תמונה אנטומית וכלי דם photoacoustic
   1. הזן את רכישת תמונת מצב B, להגדיר את כל הפרמטרים רכישת תמונה כפי שדווח בעבר (איור 3) ולהפיץ את שכבות ג'ל אולטרסאונד צורך בבדיקה ועל העורף של בעלי החיים.
   2. מסדרים את המתמר להישאר כמעט אופקי, בORDאה להיות מכוון לאורך הציר אחורי לקדמי האנטומי של הגוף. לכוון אותו לכיוון הצד הקדמי של החוטם ולהטות אותו מעט קדימה.
   3. התחל רכישת תמונה בB מצב ומצב הצבע דופלר (איורים 3 ו -6). במדויק להתאים את המיקום מתמר ולהסיר בועות אוויר ממעייל ג'ל כפי שתואר לעיל. במידת האפשר, להדק את המתמר על עמידה איתנה לשלוט ההתמצאות בדרך עדינה ולבחור את זווית ההטיה הטובה ביותר לרכוש תמונות של האזורים אנטומיים הרצויים.
   4. דמיינו כלי דם במוח פנימיים בכוח דופלר המצב, על ידי ההגדרה כראוי פרמטרים רכישה (איור 7).
   5. למקם עורקים פעמו בעוצמה על ידי פעמו גל דופלר מצב. להבדיל ביניהם לבין ורידים, שמנגד מתאפיינים ברמות נמוכות של זרימת דם פעימה.
   6. לאסוף נתונים דם זרם מהירויות וכיוונים בצבע דופלר מצב, על ידי כראוי התאמת ACQהפרמטרים uisition (איור 6).
   7. סט שלם עמוק hemodynamic מוח נתונים אפיון, על ידי הוספת מידע דם הכימי שהושג באמצעות רכישת photoacoustic (איור 8). לבצע זאת על ידי הערכה בפרט את כמות הפרמטרים דָמִי כגון אחוז O ₂ הרוויה ותוכן המוגלובין הכולל (HBT), שהם בדרך כלל נמדדים על ידי קביעת גל עירור הלייזר ב 750 ו 850 ננומטר (איור 8 ג).

4. סוף הרכישה והסרת בעלי החיים

הערה: ובכן לשקול את כל הזמן שהוקדש לתהליך רכישת תמונה (משלב 1 לשלב 3), אשר כפוף להגבלות עיקריות הקשורים למינון הרדמה פנה לבעלי החיים.

1. לשמור את כל הנתונים שנרכשו, להפוך את הלייזר פועם מידי יציאה ממצב רכישת photoacoustic ולהרחיק את המתמר.
2. תוך שמירה על animal תחת השפעת ההרדמה, להתחיל לנקות אותו בעדינות על ידי הסרת הג'ל המגן מהעיניים עם מקלון צמר גפן רטוב. השתמש במרית וכמה מגבות נייר כדי להסיר לחלוטין את ג'ל אולטרסאונד מהראש והחוטם, ולאחר מכן לנקות אותם עם ספוג רטוב. היזהר שלא לגרום נזק לעור העדין המגולח.
3. להוציא את תיקון הדבק משמש כדי להדק את הגפיים ולנתק אותם מהחיישנים העוקבים אחר הפרמטרים הפיזיולוגיים. במהירות להעביר את בעלי החיים ממשטח העבודה לרכישת כלוב שונה.
4. לארח את בעל החיים בכלוב קטן להתאוששות מן ההרדמה. ודא שבעלי החיים לא צריכים לשתף את הכלוב בשלב זה על מנת למנוע תוקפנות
5. מניחים את כלוב ההתאוששות תחת אור אינפרא אדום כדי לשמור על חמים לבעלי החיים. חכה עד שהוא שב להכרתו מספיק כדי לשמור על כיבה sternal. בדקו מצבים הבריאותיים הכלליים של בעלי החיים, לפני שעברת אותו לחדר מהגידול בעלי חיים.

תוצאות

שיטה זו מאפשרת לתמונה שני מבנים ספציפיים התייחסות אנטומיים וכלי דם ברזולוציה מרחבית גבוהה יחסית, עמוקה יותר מהטכניקה הנוכחית עם העור של החיה וגולגולת שלמה. בתנאי הניסוי שלנו את העומק של אות הרשות הפלסטינית הוא 4.5 מ"מ והרזולוציה הצירית היא 75 מיקרומטר עם סנטימטר FOV 23 x 15.5. ניסויים עם שיטת photoacoustic טומוגרפיה ¹⁹ הראו ערך של מ"מ רזולוציה <1. טווח ערכי SNR הוא מ21.6 dB 23.8 dB (מתקבל על ידי 5 נקודות שונות נבחרו באופן אקראי על רקמת המוח ורקע). הפוצע את המתמר בצד הזמני הגולגולת, ניתן לרכוש תמונות במוח כחלקים רוחביים או אפילו העטרה על בסיס זווית המיקום הנבחר של המתמר עם נקודה וכתוצאה מכך לרוחב הדמיה של נוף (איור 4). האפידרמיס, עצמות גולגולת וחומר parenchymal מיוצגות היטב בB-Mode קולי, כפי שהם שונים מאוד במונחים של acimpendence oustic (איור 10). גם אם התצורה שלהם תלוי בנקודת המבט שנבחרה, כמה אתרי התייחסות אנטומיים על parenchyma הם מוכרים, כגון סדקים הפרדת חלק המוח פנימי מקליפה והדרכים אופטיות בצורה האופיינית (איור 10). בנוסף, מספר גדול של כלי גלויים הן בשיטות הדמיה על-קוליות וphotoacoustic. צמתים אופייניים לעורקי תרדמה הפנימית (רשפ"ת) עם כלי גדול עיקרי אחר הפועל על פני השטח לרוחב החיצוניים של המוח הגדול של בעלי החיים ניתן לזהות בקלות. מסלולים של כלי דם גדולים, כגון ICA, לספק אספקת דם מסיבית כדי לספק את הצורך העצבי העקבי של אנרגיה וחמצן. ICA, מקורו מעורקי תרדמה המשותפת (CCA), פועל בצד הלטרלי של הראש בכמה מילימטרים של עומק, הולך מעבר לכל אתרי הסתעפות שלה ולבסוף מגיע לחלק הראש הקדמי. זרם דם עיקרי זה מתפשט בקרב intermediאכלתי בגודל כלי, לפני מתועל בarterioles תמיד קטנה יותר לסופו של דבר מזין את תאי עצב. מנקודת המבט של הזמן, זה אפשרי לאתר את הדפוס הפנימי מוחין עורקים, שמתפצל לכולים מופנים לצד קדמי ומוח לרוחב. ניתן לרכוש תמונות העטרה ורוחביות עם נטייה שונה של המתמר ביחס לכיוון של הציר הווירטואלי הצטרפות העין והאפרכסת של בעלי החיים (איור 4). על ידי הטיית מתמר פי התחזיות שמתוארות באיור 4, ניתן לקבל תמונות נפתרו של עורק המוח התיכון (MCA), הנובע מICA ופערים נוספים לשניים או יותר סניפים, שבסופו להקיף אונות בקליפת המוח (איורים 11 ו 12). הפריטים החזותיים הטובים ביותר התקבלו עבור MCA עם ההטיה הבדיקה כהראתה באיור 4C ולICA כהראה באיור 4.

הדמיה אקוסטית מבוסס דופלר מגלה סניפים קטנים, ואילו מידע כיוונית של דם נוכחי הוא בזכות זמין לרכישה בצבע דופלר (איור 13). תכונת עורק MCA אושר על ידי טכניקה קולית פעמו גל (איורים 14 ו -15). אות photoacoustic של המוגלובין הכיל לתוך תאי דם אדומים יכולה לקלוט ולנתח כדי לאסוף נתונים על מצב חמצוני המולקולרי שלו ולחשב ריווי חמצן בדם (איורים 16 ו -17). תכולת חמצן דָמִי יכולה להיות מתואמת לנתונים קוליים כדי לאשר את האפליה של דם עורקים מהדם ורידים.

על ידי הצבעה מתמר לכיוון הנקב העורפי, החזון מוקרן על המטוס הצירי הראש (איור 9) ומטוס הדמיה זו ניתן ליישב על זוויות נטייה משתנים. במקרה זה, הנקודה של הדמיה מוחית מבט האחורי יכולה להיות העלתה על דעת על ידי עומק חדירה גבוה, בגלל הכניסה העורפית הגדולה יותר. מעגל ויליס, תצורת כלי אופיינית במוח העמוק, יכול להיות מקומית ונבחן על-ידי החלת כל הטכניקות הנ"ל. עורק בסיס (BA), הפועל בצד הגחוני של המוח הקטן, סופו של דבר מוביל לגזע המוח וסימטרי מתפצל לשני ענפים. שני ענפים אלה במוח הגחון פרושים ולאחר מכן להצטרף שוב ביחד, ולכן יצירת מבנה טבעת (מעגל ויליס). המעגל העמוק בסיסי זה הוא המרתף של כלי הדם שממנה כל כלי הדם בגודל הבינוני מתעוררים, כגון עורקים אחוריים, קדמיים והתיכונים מוחין (PCA, MCA וACA בהתאמה), כי הם effectors העיקרית של אספקת דם למוח מסיבית . בצבע דופלר מצב, זיהוי של סניפים בגודל בינוניים הוא אפשרי ומאפשר הדמיה ברורה של מגזרי כלי דם מעוגלים (כגון PCA) שנכנס למעגל ויליס (איור 18).

nt "> הרקמה המוחית parenchymal גם נרשם בערוץ הפלסטיני בהקרנה עורפית (איור 19) כדי להראות אפיון של כלי דם בעלילת רפאים (איור 20). עם ספקטרום זה אפשרי להבחין האות נגזרת מעורקים וכלי ורידים.

איור 1: מיקום של foramina גולגולת ונקודת המבט לרכישת תמונה בהתאמה ראש העכברוש בפרופיל (א) והאתרים שבם המכשיר מתמר הדמיה יכול להיות ממוקם זה לצד זה להיות על נקב זמני (חץ סגול) ועל הנקב העורפי. (חץ צהוב) בפרופיל (ב).

איור 2: רשות בעלי חיים לacquisitio תמונה זמניתn. (א) ההסדר של בעלי החיים על משטח העבודה לרכישת תמונה: לאחר גילוח הראש, החיה ממוקמת במצב שכיבה עם הגוף מוטה מעט בצד אחד כדי לחשוף את הצד הזמני של הראש. משטח העבודה עשויה להיות ניחן אולי עם מכשיר חימום כדי לשמור על חום גופו של בעל החיים במהלך רכישה. לחמניות כותנה מסוימות יכולות לשמש כדי לקבל עמדה זו, תוך תיקוני דבק להדק את כפות על החיישנים לניטור סימן חיוני. שכבה של ג'ל אולטרסאונד עקבי (ב) מכסה את השטח של הראש שבו מתמר יוצב במהלך הדמיה.

איור 3: פרמטרים רכישה להדמית B-Mode. (א) צילום מסך להמחשה מראה את פנל דיווח פרמטרים רכישה חשובים מועסקים להדמיה מוחית בB-Mode. (ב) חשוב לציין, תדר השידור הוקם על ערכים נמוכים (16 MHz) כדי לשפר את ארה"ב החדירה לרקמות.

איור 4: רכישת תמונה רוחבית מנקב זמני (א) ההתייחסות הווירטואלית ציר הצטרפות האפרכסת לעין ותנועת ההטיה (חץ אדום) לשנות את הנטייה מתמר ומטוס רכישת תמונה; (ב) נגד כיוון שעון התנועה ביחס ל. התייחסות ציר אוזן בעין ונטייה משתנה מהמצב רגשי; ג) תנועה בכיוון השעון ביחס להתייחסות ציר ונטייה משתנה מהמצב רגשי מאוזן לעין.

איור 5: עומק מיקוד אופטימלי לארה"בורכישת תמונת הרשות הפלסטינית. בעוד מחפש השטח של עניין, עומק מוקד הדמיה (מיוצג על ידי משולש צהוב) צריך להיות מוגדרת בכ -10 מ"מ של עומק מהמקור / לייזר ארה"ב, על מנת לקבל ביצועים אופטימלי הדמיה.

איור 6: פרמטרים רכישה להדמית הצבע דופלר מצב. (א) לפני שמתחיל רכישת תמונה בצבע דופלר מצב, אפשרות שער נשימה יכולה להיות מופעלת, על מנת למנוע את החפץ שנוצר על ידי תנועות נשימה פיזיולוגיות. (ב) צילום מסך המדגים מראה פרמטרים רכישה חשובים מועסקים להדמיה מוחית בצבע דופלר מצב.

איור 7: רכישה פרמטרים להדמית כוח דופלר מצב. צילום מסך להמחשה מראה פרמטרים רכישה חשובים מועסקים להדמיה מוחית בכוח דופלר המצב.

איור 8: פרמטרים רכישה להדמית photoacoustic מצב. (א) לוח דיווח הפרמטרים רכישה חשובים מועסקים להדמיה מוחית בphotoacoustic מצב. (ב) רכישת ספקטרום photoacoustic, המבוסס על עירור לייזר נע בין 680 ננומטר ל -970 ננומטר, עם מרווח אורך גל של 5 ננומטר (המכונה כצעד גודל). (פרמטרים רכישת ג) מועסק לגל אחד photoacoustic מצב ב 750 ננומטר ו 850 ננומטר, לאפליה של אותות המוגלובין מחומצן-דה וחומצן בהתאמה.

fig9highres.jpg "/>
איור 9:. רכישת תמונה רוחבית מנקב עורפי (א) מיקום מתמר על צווארו של בעל חיים (חץ צהוב) ומטוס ההדמיה הרוחבי וכתוצאה מכך שכמעט חלקי הראש בכיוון caudo-מקורי; (ב) יכול לצפות אחורי של המיצוב מתמר ו מטוס רכישת תמונה.

איור 10:. רכישת B-Mode מנקב זמני לאינדיבידואציה של אזכור אנטומיים אפידרמיס (א), גולגולת (ב) וparenchyma (ג) ניתן להבחין בקלות, אבל גם יכול להיות מזוהה על אזכור אנטומיים אחר, כגון הסדק ( ד) המקיף את החלק הגחוני עמוק במוח וצורה האופיינית של דרכי אופטית (ה).

ve_content "fo: לשמור-together.within-page =" תמיד ">
איור 11: רכישת מצב צריכת החשמל דופלר דרך נקב זמני לאינדיבידואציה של אזכור כלי דם MCA העלאה מICA בצד המוח הזמני.. כדי לקבל השקפה זו, תמונה רוחבית נרכשה על ידי הצבעה מתמר אל הנקב הזמני ועל ידי סיבובו בכיוון השעון.

איור 12: רכישת מצב צריכת החשמל דופלר דרך נקב זמני לאינדיבידואציה של אזכור כלי דם MCA העלאה מICA בצד המוח הזמני.. כדי לקבל השקפה זו, תמונה רוחבית נרכשה על ידי הצבעה מתמר אל הנקב הזמני ועל ידי סיבובו בכיוון השעון.

גיל = "תמיד">
איור 13: רכישת מצב הצבע דופלר דרך נקב זמני לאינדיבידואציה של אזכור כלי דם MCA העלאה מICA בצד המוח הזמני.. מידע כיוונית של זרם דם מתבטא באמצעות סרגל קנה מידה צבע, הבחנה בין תנועות שטף מכוונים את המכשיר מתמר וממנו.

איור 14: רכישה פעמו גל מצב דרך נקב זמני לאינדיבידואציה של אזכור כלי דם אישור של נכסי עורקים של דם במחזור בתוך כלי שזוהו באופן היפותטי כעורקים:. פעמו גל מצב מספק מידע על הווריאציה של מהירויות זרם, אשר יכול להיות מתואמת לאפקט פעימת לב (inte יותרNSE בעורקים מאשר בורידים).

איור 15: רכישת המצב פעמו גל דרך נקב זמני לאינדיבידואציה של אזכור של כלי דם על ידי זיהוי פעמו גל מצב של כלי דם כורידים, שבו השפעת פעימת לב במהירויות זרם היא זניחה..

איור 16: רכישת photoacoustic מצב דרך נקב זמני לאינדיבידואציה של אזכור של כלי דם. כלי פנימיים של רקמת ריאה בצד המוח הזמני דמיינו ידי B-Mode (משמאל) וSingle-גל photoacoustic מצב (מימין). צבעי הסרגל משקפים את הערכים שונים עוצמת אות photoacoustic, הנגרמים על ידי עירור לייזר מבוצע באורך גל שנבחר אחד. בoבצו לאינדיבידואציה ורידים ועורקים, ניתן להגדיר אורכי גל עירור ב 750 ו 850 ננומטר, המייצג את הערכים כדי לקבל את פסגות פליטת photoacoustic להמוגלובין deoxygenated וחומצן בהתאמה.

איור 17: רכישת photoacoustic מצב דרך נקב זמני לאפליית המוגלובין מחומצן ו- מחומצן דה. כלי פנימיים בצד המוח הזמני דמיינו ידי B-Mode (משמאל) וOxy-חמו photoacoustic מצב (מימין). צבעי הסרגל משקפים את ערכי אחוז שונים של רוויון חמצן של המוגלובין בדם.

איור 18: רכישת צבע דופלר מצב דרך נקב עורפי לאינדיבידואציה של אזכור של כלי דם.מגזרי כלי דם מפותלים יצירת מבנה המרתף של מעגל ויליס, הממוקם בצד מוח הגחון.

רכישת photoacoustic ו- B-Mode דרך נקב עורפי לאינדיבידואציה של אזכור של כלי דם: איור 19. Nell'immagine בB-מצב si possono evidenziare le strutture anatomiche individuabili con la proiezione occipitale דואר נלה corrispondente acquisizione con modalità fotoacustica con rilevamento spettrale tra 670 nm 980 ננומטר (ננומטר 5 di צעד con).

רכישת photoacoustic ו- B-Mode דרך נקב עורפי לאינדיבידואציה של אזכור של כלי דם: איור 20. בQuesta לדמיין Viene rappresentato lo spettro corrispondente alle tre ROIs tracciate livello del parenchima cerebellare; בparticolare סונו tracciate livello di tre strutture vascolari, tipologia si differenzia livello dell'andamento spettrale la קואי (סלסט דואר Fuxia ROIs corrispondono strutture vascolari venose; ROI Gialla corrisponde מודעת una struttura vascolare arteriosa).

Discussion

הפרוטוקול שהוצג היה מותאם כדי לספק ביצועי הדמיה מוחית יעילים מאוד בבעלי חיים קטנים. ניתן לרכוש תמונות באופנים שונים על ידי דווקא בעקבות הסימנים על הפרמטרים הרכישה והמיצוב מתמר על foramina גולגולת. בפרט, המיקום בצד הזמני הוא הקריטי ביותר, שכן בארה"ב ובליזר צריך להיות מרוכזות באופן מדויק ככל האפשר לחדור בצורה נכונה נקב, שהוא קטן יותר מעורפי אחד. עם זאת, הודות להגדרת ניסוי זה, תכונות hemodynamic הקשורים לתחרויות פיזיולוגיות או פתולוגי אפילו נגישות וניתן להעריך אפילו באזורי מוח עמוקים, אשר בדרך כלל קשות לאפיון.

מאז רכישת תמונה מוצלחת תלויה במידת הדיוק של המיקום מתמר, תלות זו צריכה להילקח בחשבון בזהירות כי זה עלול להשפיע על ביצועי ההדמיה. לדוגמא,כמה מבנים אנטומיים של עניין יכולים להיות שלא נכללו לגמרי במטוס ההדמיה רכישה וזיהוי שלהם מתמונות שמציעות רק חזון חלקי עלולים לגרום לא טוב. יתר על כן, רכישת הדמיה בארה"ב והרשות הפלסטינית מתבצעת בשיטה תלת-ממדית (3D Mode) תהיה לא תואמת את ההגדרה הניסיונית שתוארה קודם לכן, שכן הוא דורש מתמר לנוע לאורך נתיב automatized מוגדר מראש. לבסוף, בשל השונות האנטומית טבעיות, הממד של פתחי גולגולת עשוי להשתנות באופן משמעותי בקרב בעלי חיים, ובכך יש השלכות בלתי צפויות על תהליך הרכישה. עובדה זו הופכת את איכות התמונה תלויה במאפיינים של כל אדם. כתוצאה מכך, חוסר האפשרות ליישם אסטרטגיה זו לחלק מבעלי החיים שיש לשקול בעת תכנון פרוטוקול הניסוי.

באופן ספציפי, עניין יוצא דופן מופנה לפרמטרים המודינמיים, בשל תפקידה העיקרי לקביעתbiodistribution סמים או מולקולות אקסוגניים אחרות לאחר מתן מערכתי ^28-29. ההשלכות אפליקטיביים בתחום ההדמיה המולקולרית הן רבות, החל האימות של סוכנים בניגוד ההדמיה בריכת דם ללימודי משלוח סמים בפיקוח תמונה הדורשים מושרה אולטרסאונד BBB פתיחת ^30. כל מטרות מחקר אלה בהחלט ייהנו מהפולשנות המזערית של הפרוטוקול, בהתחשב בכך ש, ללא כל ניתוח נוסף, את הסיכון למוות או תופעות לוואי בלתי רצויים מופחת באופן משמעותי וניטור ארוך טווח באותו מודלים של בעלי החיים הוא אפשרי.

לסיכום, הפרוטוקול המובא יאפשר למטפל ביעילות ובצורה נכונה תמונה לפרש את הטופוגרפיה אנטומיים ודפוס כלי הדם של רקמות מוח נורמליות או פתולוגי במודלים של בעלי החיים מחקר שימוש. בעוד שיטות הנוכחיות הן בעיקר מוגבלות לטומוגרפיה הדמיה קליפת המוח ^25-27, הגדרה זו נותנת ההזדמנות to להמחיש כמה תהליכים המשפיעים על פיזיולוגיה של מוח עמוק, על ידי מיזוג יתרונות הניתנים על ידי שתי ההדמיה בארה"ב והרשות הפלסטינית.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
High frequency ultrasound and photoacoustic imaging station (VEVO LAZR 2100 system)	FUJIFILM VisualSonics Inc.
Vevo Compact Dual Anesthesia System (Tabletop Version)	FUJIFILM VisualSonics Inc.		http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODt Sht.dpuf
Ultrasound Transmission Gel (Aquasonic 100)	Parker Laboratories Inc.	01-08	http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp
Sprague-Dawley rats	Charles River Laboratories		Three healthy 6-week old Sprague-Dawley rats were purchased from Charles River Laboratories and kept in standard housing (12 hr light-dark cycles) with a standard rodent chow and water available ad libitum. Provided by: http://www.criver.com/