대뇌 혈류와의 광 산란 특성을 동시에 평가<em> 생체</em> 다중 스펙트럼 확산 반사 이미징을 이용한 쥐 뇌
Summary
뇌 혈류 역학 및 생체 내 쥐의 뇌 조직의 산란 특성의 동시 평가는 종래의 멀티 스펙트럼 확산 반사율 촬상 시스템을 이용하여 설명된다.
Abstract
The simultaneous evaluation of cerebral hemodynamics and the light scattering properties of in vivo rat brain tissue is demonstrated using a conventional multispectral diffuse reflectance imaging system. This system is constructed from a broadband white light source, a motorized filter wheel with a set of narrowband interference filters, a light guide, a collecting lens, a video zoom lens, and a monochromatic charged-coupled device (CCD) camera. An ellipsoidal cranial window is made in the skull bone of a rat under isoflurane anesthesia to capture in vivo multispectral diffuse reflectance images of the cortical surface. Regulation of the fraction of inspired oxygen using a gas mixture device enables the induction of different respiratory states such as normoxia, hyperoxia, and anoxia. A Monte Carlo simulation-based multiple regression analysis for the measured multispectral diffuse reflectance images at nine wavelengths (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, and 760 nm) is then performed to visualize the two-dimensional maps of hemodynamics and the light scattering properties of the in vivo rat brain.
Introduction
멀티 스펙트럼 확산 반사율 영상은 피질 조직에서 고유의 광 신호 (손실이 최소화)의 공간지도를 획득하기위한 가장 일반적인 방법이다. 형태 학적 변화에 의해 유발 된 광 산란 특성의 광 흡수 변화 의한 피질 혈류 역학에 대한 산란 성질, 감소 또는 미토콘드리아 내의 사이토 크롬의 산화에 따라 흡수 편차 및 변형 : 손실이 최소화 주로 세 현상에 기인하는 생체의 뇌에서 관찰 1.
근적외선 (NIR) 분광 범위 (VIS)에 보이는 빛을 효과적으로 흡수 및 생체 조직에 의해 산란된다. 생체의 뇌의 확산 반사율 스펙트럼은 흡수 및 산란 스펙트럼을 특징으로한다. 감소 된 스 캐터링 계수는 단조로운 산란 스펙트럼 전시에 VIS 투 NIR 파장 범위의 결과 뇌 조직들 'μ긴 파장에서 더 작은 크기를 보내고. 감소 된 산란 스펙트럼 계수 μ는 S '(λ)는 s의 μ로서 멱 함수 (2), (3)의 형태로 근사 할 수있는'(λ)는 λ × -b =. 산란 파워는 조직 B (2, 3) 살아있는 생물에서 산란의 크기에 관련된다. 조직 및 대뇌 피질의 생체 조직의 생존을 감소 형태 학적 변화는 생물학적 산란 4, 5, 6, 7, 8, 9의 크기에 영향을 미칠 수있다.
멀티 스펙트럼 확산 반사율 촬상 용 광학 시스템을 용이 백열 리로 구성 될 수있다GHT 원본, 간단한 광학 구성 요소 및 단색 충전 결합 소자 (CCD). 따라서, 다양한 알고리즘과 멀티 스펙트럼 확산 반사율 촬상 광학 시스템은 피질 혈류 역학 및 / 또는 티슈 형태 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18을 평가하기 위해 사용되었다.
본 문서에 기재된 방법은 혈류 역학과 종래의 멀티 스펙트럼 확산 반사율 이미징 시스템을 사용하여 생체 내에서 래트 뇌 조직의 산란 특성 모두를 시각화하는데 사용된다. 대안 기술을 통해이 방법의 장점은 대뇌 혈류 역학과 대뇌 피질의 조직 모두의 시공간적 변화를 평가 할 수있는 기능입니다형태뿐만 아니라 다양한 뇌 기능 장애의 동물 모델에의 적용. 따라서, 방법은 외상성 뇌 손상, 간질 발작, 뇌졸중, 허혈의 조사에 적합합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜에서 가장 중요한 단계는 두개골 창을 만들 수있는 얇아 두개골 지역의 제거이다; 이 예기치 않은 출혈을 방지하기 위해주의 깊게 수행해야합니다. 이 단계는 높은 정밀도로 반사 이미지를 확산 다중 분광 높은 품질을 얻는 것이 중요하다. 실체 현미경의 사용은 수술 가능한 경우에 권장됩니다. 젤라틴 스폰지의 작은 조각 지혈하는 데 유용합니다.
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Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Part of this work was supported by a Grant-in-Aid for Scientific Research (C) from the Japanese Society for the Promotion of Science (25350520, 22500401, 15K06105) and the US-ARMY ITC-PAC Research and Development Project (FA5209-15-P-0175).
Materials
| 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@500nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65088 | |
| Interference filters l@520nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65093 | |
| Interference filters l@540nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65096 | |
| Interference filters l@560nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #67766 | |
| Interference filters l@570nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #67767 | |
| Interference filters l@580nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65646 | |
| Interference filters l@600nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65102 | |
| Interference filters l@730nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #65115 | |
| Interference filters l@760nm | Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan | #67777 | |
| Motorized filter wheel | Andover Corporation, NH, USA | FW-MOT-12.5 | |
| 16-bit cooled CCD camera | Bitran, Japan | BS-40 | |
| 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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