Come costruire un Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) di sistema per monitorare il flusso di sangue

Riepilogo

Questo video mostra come costruire un laser Speckle Contrast Imaging (LSCI), sistema che può facilmente essere utilizzato per monitorare il flusso di sangue.

Abstract

Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) è una tecnica semplice ma potente che viene utilizzato per tutto campo l'imaging del flusso sanguigno. La tecnica di analisi fluttuazioni di un modello dinamico speckle per rilevare il movimento delle particelle simile a come laser Doppler analisi spostamenti di frequenza per determinare la velocità delle particelle. Perché può essere utilizzato per monitorare il movimento dei globuli rossi, LSCI è diventato un popolare strumento per misurare il flusso sanguigno in tessuti come la retina, la pelle e cervello. E 'diventato particolarmente utile nel campo delle neuroscienze in cui i cambiamenti del flusso sanguigno in occasione di eventi fisiologici, come l'attivazione funzionale, ictus, e depolarizzazione diffusione può essere quantificato. LSCI è interessante anche perché offre un'ottima risoluzione spaziale e temporale durante l'utilizzo di strumenti poco costosi che possono essere facilmente combinati con altre modalità di imaging. Qui vi mostriamo come costruire un setup LSCI e dimostrare la sua capacità di monitorare i cambiamenti del flusso sanguigno nel cervello durante un esperimento animale.

Protocollo

1. Imaging installazione

1. Una fotocamera con un obiettivo zoom macro deve essere montato su un palcoscenico verticale o microscopio operatorio (invece di un obiettivo zoom macro, un obiettivo microscopio e lente o di un semplice sistema a due lenti potrebbero essere utilizzati a seconda delle ingrandimento desiderato).
2. Scaricare il software appropriato dal nostro sito web per controllare la telecamera ( http://bach.bme.utexas.edu/mediawiki/index.php/Software ).
3. Il software della fotocamera dovrebbe essere usato per confermare un oggetto è a fuoco all'altezza desiderata
4. Un diodo laser con un kit di collimazione dovrebbe quindi essere impostato in modo che la luce laser divergente illumina l'oggetto.
5. Abbassare / spegnere tutte le luci ambiente per confermare che la luce laser viene illuminando in modo uniforme l'intero campo visivo della telecamera.
6. In questo esempio, il rosso la luce laser è stata usata perché era più facile dimostrare come costruire il sistema, ma la luce laser a infrarossi potrebbe facilmente essere usato e inoltre avrebbe il vantaggio di penetrare nei tessuti più profondi. Inoltre, con filtri appropriati di fronte alla telecamera di bloccare la luce visibile, luce infrarossa potrebbe essere utilizzato con le luci della stanza su.

2. Preparazione chirurgica

1. Si tratta di un intervento chirurgico non-sopravvivenza, anche se l'esperimento potrebbe essere fatto cronicamente in uno studio di sopravvivenza, utilizzando una finestra di camera.
2. Anestetizzare l'animale e metterlo in una cornice stereotassica.
3. Togliere la pelle ei tessuti che circondano il cranio.
4. Utilizzando un trapano dentistico, sottile il cranio sopra la regione del cervello alla trasparenza desiderata facendo attenzione a lavare la superficie con soluzione salina di frequente in modo da evitare di danneggiare il cervello.
5. Usa cemento dentale per creare un pozzo nella regione desiderata e poi una goccia di olio minerale o gel di silicone nel pozzo per migliorare la visibilità.
6. In alternativa, il teschio potrebbe essere rimosso e una finestra della camera potrebbe essere creato qui.

3. Raccolta dei dati

1. Utilizzare il software della fotocamera per acquisire le immagini e anche di calcolare speckle valori di contrasto.
2. Mettere l'animale nel campo visivo della telecamera e regolare l'altezza della fotocamera o messa a fuoco dell'obiettivo fino immagini chiare del sistema vascolare sono visti.
3. Assicurarsi che la luce laser è sufficiente raggiungere la telecamera senza saturare esso. Utilizzando l'istogramma dell'immagine, regolare la potenza del laser per garantire la maggior parte dei pixel della fotocamera sono entusiasti di circa metà della loro capacità.
4. Selezionare il numero di immagini che si desidera acquisire e quanto in media da fare prima di iniziare l'esperimento.
5. Una volta che l'esperimento ha inizio, i cambiamenti del flusso sanguigno può essere facilmente monitorato selezionando le regioni di interesse o di generare un'immagine del flusso sanguigno relativa.

4. Rappresentante Risultati

La Figura 1 mostra un esempio di un tipico prime speckle immagine e un contrasto immagine convertita speckle che dovrebbe essere generato quando si utilizza il software per esaminare il flusso di sangue nel cervello. Per visualizzare i cambiamenti del flusso sanguigno, è più facile avere il software generare mappe relativo del flusso sanguigno. La Figura 2 mostra una tipica serie di immagini relative flusso di sangue nel corso di un aumento transitorio del flusso sanguigno che attraversa il campo visivo. Il colore rosso rappresenta un aumento del flusso sanguigno, mentre il colore blu indica una diminuzione. Il colore verde indica che non vi è alcun cambiamento nel flusso di sangue rispetto a un dato di base.

Figura 1. Esempio di speckle prima immagine (a sinistra) e immagine speckle contrasto (a destra).

Figura 2. Esempio di immagini diverse relativo flusso di sangue in diversi momenti nel corso di un aumento transitorio del flusso sanguigno seguito da una diminuzione del flusso sanguigno.

Discussione

In questo video che abbiamo dimostrato come sia facile costruire e utilizzare un laser speckle immagini contrasto (LSCI) sistema per guardare i cambiamenti del flusso sanguigno. LSCI è stato sviluppato nel 1980 come un modo per generare mappe di flusso di sangue nella retina ^1. Mentre è ancora usato per l'immagine della perfusione retina e la pelle, è diventato estremamente popolare come una tecnica per il flusso di sangue nel cervello l'immagine ^2. Ciò è dovuto alla risoluzione eccell...

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