Интегрированная фотоакустическая, ультразвуковая и ангиографическая томография (PAUSAT) для неинвазивной визуализации всего мозга при ишемическом инсульте

Summary

Эта работа демонстрирует использование мультимодальной платформы визуализации на основе ультразвука для неинвазивной визуализации ишемического инсульта. Эта система позволяет количественно определять оксигенацию крови с помощью фотоакустической визуализации и нарушение перфузии в головном мозге с помощью акустической ангиографии.

Abstract

Здесь представлено экспериментальное исследование ишемического инсульта с использованием нашей недавно разработанной неинвазивной системы визуализации, которая объединяет три акустические технологии визуализации: фотоакустическую, ультразвуковую и ангиографическую томографию (PAUSAT). Сочетание этих трех методов помогает получить мультиспектральную фотоакустическую томографию (ПАТ) оксигенации крови головного мозга, высокочастотную ультразвуковую визуализацию тканей головного мозга и акустическую ангиографию перфузии церебральной крови. Мультимодальная платформа визуализации позволяет изучать изменения церебральной перфузии и оксигенации во всем мозге мыши после инсульта. Были оценены две широко используемые модели ишемического инсульта: модель постоянной окклюзии средней мозговой артерии (pMCAO) и модель фототромботической (PT). PAUSAT использовался для визуализации одного и того же мозга мыши до и после инсульта и количественного анализа обеих моделей инсульта. Эта система визуализации смогла четко показать сосудистые изменения головного мозга после ишемического инсульта, включая значительное снижение перфузии крови и оксигенации в области инсульта инфаркта (ипсилатерально) по сравнению с неповрежденной тканью (контралатерально). Результаты были подтверждены как лазерной спекл-контрастной визуализацией, так и окрашиванием хлоридом трифенилтетразолия (ТТС). Кроме того, объем инсульта инфаркта в обеих моделях инсульта был измерен и подтвержден окрашиванием TTC в качестве основной истины. Благодаря этому исследованию мы продемонстрировали, что PAUSAT может быть мощным инструментом в неинвазивных и продольных доклинических исследованиях ишемического инсульта.

Introduction

Кровь транспортирует кислород (через белок гемоглобин) и другие важные питательные вещества к тканям нашего организма. Когда поток крови через ткани прерывается (ишемия), может произойти серьезное повреждение тканей, самые непосредственные последствия которого обусловлены недостатком кислорода (гипоксия). Ишемический инсульт является результатом прерванного притока крови к определенной области мозга. Повреждение головного мозга в результате ишемического инсульта может произойти в течение нескольких минут после закупорки сосуда и часто может иметь изнурительные и длительные последствия ^1,2. Очень ценно....

Protocol

Все процедуры на животных были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию Медицинского центра Университета Дьюка и проводились в соответствии с Политикой Службы общественного здравоохранения США по гуманному уходу и использованию лабораторных животных. Для этих исс.......

Discussion

Есть несколько жизненно важных аспектов этого метода, которые, если все сделано неправильно, могут привести к значительному снижению качества изображения и количественного анализа. Наиболее часто встречающимся результатом ошибки пользователя в изображениях PAUSAT является либо отсутс?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
20 GA catheter	BD Insyte Autoguard Winged	381534	For mouse intubation
2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride	Sigma	T8877	Necessary for TTC-staining brain for validation
532nm Laser	Quantel	Q-smart 850	Laser used to pump the OPO for PAT
Automatic Ventilator Rovent Jr.	Kent Scientific	RV-JR	To keep mice under anesthesia during surgical procedure
Black braided silk 4-0 USP	Surgical Specialties	SP116	Used for sutures on the neck for pMCAO surgery
Bupivacaine	Hospira	0409-1159-18	Used prior to closing wounds during surgical procedure
C57BL/6 Mice	Jackson Lab	#000664	Mice used for studying ischemic stroke (2-6 month old male/female)
Clear suture	Ethicon	8606	Used for closing wound (PT stroke and pMCAO). A clear suture won't interfere with PAT
Cold Light LED	Schott	KL 1600	Needed to create PT stroke
Disposable Razor Blade	Accutec Blades	74-0002	For sectioning mouse brain
Electric drill	JSDA	JD-700	Used to expose MCA during pMCAO procedure
Electrocauterization tool	Wet-Field	Wet-Field Bipolar-RG	Stops blood flow after drilling during pMCAO procedure
Hair removal gel	Veet	8282651	Used to remove hair from mouse prior to imaging
High Temperature Cautery Loop Tip	BOVIE Medical Corporation	REF AA03	Used to avoid bleeding when separating the temporal muscle from the skull
IR Detector Card	Thorlabs	VRC5	Used to ensure light path is aligned
Laser Power Meter	Ophir	StarBright, P/N 7Z01580	Can be used to calibrate the laser energy prior to imaging
Laser Speckle Imaging System	RWD Life Science Co.	RFLSI-III	Can be used to validate stroke surgery success
Lubricant Eye Ointment	Soothe	AB31336	Can be used to avoid drying of the eyes
Manually adjustable stage	Thorlabs	L490	Used with custom ramp for multiple focal depth AA imaging
Modified Vega Imaging System	Perkin Elmer	LLA00061	System containing both B-mode/AA and PAT transducers
Optical Parametric Oscillator	Quantel	versaScan-L532	Allows for tuning of excitation wavelength in a large range
Programmable Ultrasound System	Verasonics	Vantage 256	Used for PAT part of system
Rose Bengal	Sigma	330000	Necessary to induce PT stroke
Suture	LOOK	SP116	Used for permanent ligation of CCA
Temperature Contoller	Physitemp	TCAT-2	Used to maintain stable body temperature of mice during procedures
VesselVue Microbubbles	Perkin Elmer	P-4007001	Used for acoustic angiography (2.43 × 10^9 microbubbles/mL)