Summary

Разреженных черепа кортикальной Техника окна для<em> В Vivo</em> Оптической когерентной томографии изображений

Published: November 19, 2012
doi:

Summary

Мы представляем способ создания разреженных черепа корковых окна (TSCW) в мышиной модели<em> В естественных условиях</em> Октябрь визуализации головного мозга.

Abstract

Оптический когерентной томографии (ОКТ) является биомедицинская техника визуализации с высоким пространственно-временным разрешением. С его минимально инвазивных подход октября широко используется в офтальмологии, дерматологии, гастроэнтерологии и 1-3. Использование разреженных черепа корковых окна (TSCW), мы используем спектральной области OCT (SD-OCT) модальность в качестве инструмента для изображения коры в естественных условиях. Как правило, открыты, череп был использован для нейро-визуализации, поскольку он обеспечивает большую гибкость, однако, подход TSCW является менее инвазивной и является эффективным средством для долгосрочного видения в невропатологии исследований. Здесь мы представляем метод создания TSCW в мышиной модели в естественных октября визуализации головного мозга.

Introduction

С момента своего появления в начале 1990-х годов, OCT широко используется для визуализации биологических структур тканей и функции 2. Октябрь генерирует изображения поперечного сечения путем измерения времени задержки эхо-сигнала обратного рассеяния 4 световых путем осуществления источник света низкого согласования с волоконно-оптическим интерферометра Майкельсона 2,4. SD-OCT, также известный как фурье домена октября (FD-октябрь), был впервые представлен в 1995 5 и предлагает превосходный механизм визуализации по сравнению с традиционной временной области OCT (TD-октябрь). В SD-OCT, ссылка рукой держится стационарных приводит к высокой скоростью и сверхвысоким разрешением изображения приобретении 6-9.

В настоящее время TSCW модели были использованы в значительной степени в естественных изображений мозга применения двухфотонной микроскопии в места традиционного трепанации черепа. Эти TSCW были использованы одновременно с пользовательской пластины черепа или скольжения стеклянной крышкой 10-13 предоставить дополнительные IMAненности ВИЧ варьируется стабильности. В наших исследованиях мы обнаружили, что такие аксессуары, как они не являются необходимыми для визуализации октября, когда TSCW используется. Таким образом, отсутствие пластины черепа или скользит стеклянная крышка позволяет широкий диапазон изображений размер окна, как они могут влиять на оптический луч и изменять октября изображений.

Разреженных черепа подготовка оказалась выгодной в визуализации исследования мозга с помощью двух-фотонной микроскопии 10-13. В наших экспериментах мы используем SD-OCT системы изображение коры в естественных условиях через TSCW. Наши пользовательские SD-OCT изображений установки содержит широкополосной связи, низкокогерентной источник света, состоящий из двух суперлюминесцентных диодов (СЛД) с центром в 1295 нм с полосой пропускания 97 нм в результате осевой и боковой резолюцией 8 мкм и 20 мкм, соответственно 14 . С нашей оптических устройств обработки изображений, мы предполагаем, что изображение через TSCW имеет большой потенциал в выявлении и визуализации структуры и функции в оptically плотные ткани головного мозга.

Protocol

1. Хирургическая подготовка Женский CD 1 мышей в возрасте от 6-8 недель были использованы в наших экспериментах. Anesthetize мыши с внутрибрюшинного введения кетамина и ксилазина комбинации (80 мг / кг ketamine/10 мг / кг ксилазина). Наведите на теплокровного площадку, чтобы обеспечить оптим…

Representative Results

После создания разбавленной окна по коре головного мозга сосудистой теперь должен быть визуально более видное (рис. 1) и позволит более глубокие глубины визуализации (до 1 мм). Право коры сокращается до примерно 55 мкм по сравнению с нормальным черепом оцениваются по 140 мкм (р…

Discussion

Формирование изображений с октября и в разреженных черепа роман нейро-визуализации техника, которая только недавно исследовали 15, 16. В наших экспериментах мы показали возможность SD-OCT изображений через TSCW в мышиной модели в естественных условиях. Из наших результатов, череп …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Доказательство UC Discovery Концепции грантов и NIH (R00 EB007241). Авторы также хотели бы поблагодарить Жаклин Хаббарду за ее помощь в этом эксперименте.

Materials

Materials Company Catalogue number Comments
Ketamine Phoenix Pharmaceuticals 57319-542-02  
Xylazine Akorn, Inc. 139-236  
Artificial Tears Ointment Rugby 0536-6550-91  
Nair Church & Dwight Co., Inc. 4010130  
Sterile Alcohol Prep Pad Kendall Healthcare 6818  
Cotton Tipped Applicators Fisherbrand 23-400-115  
Betadine Solution Swabstick Purdue Products 67618-153-01  
Saline Solution, .9% Phoenix Pharmaceuticals 57319-555-08  
Stereotactic Frame Stoelting    
High Speed Surgical Hand Drill Foredom   38,000 rpm
Carbide Round Bur Stoelting   0.75 mm
Dura-Green Stones Shofu   Shank: HP
Shape: BA1
CompoMaster Coarse & CompoMaster Polisher Shofu   Shape: Mini-Pt.
SpaceDrapes Braintree Scientific, Inc.    

References

  1. Bizheva, K., Unterhuber, A., Hermann, B., Povazay, B., Sattmann, H., Drexler, W. Imaging ex vivo and in vitro brain morphology in animal models with ultrahigh resolution optical coherence tomography. Journal of Biomedical Optics. 9, 719-724 (2004).
  2. Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography for ultrahigh resolution in vivo imaging. Nature Biotechnology. 21, 1361-1367 (2003).
  3. Wantanabe, H., Rajagopalan, U. M., Nakamichi, Y., Igarashi, K. M., Kadono, H., Tanifuji, M. Swept source optical coherence tomography as a tool for real time visualization and localization of electrodes used in electrophysiological studies of brain in vivo. Biomedical Optics Express. 2, 3129-3134 (2011).
  4. Huang, D., Swanson, E. A., Lin, C. P., Schuman, J. S., Stinson, W. G., Chang, W., Hee, M. R., Flottee, T., Gregory, K., Puliafito, C. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography. Science. 254, 1178-1181 (1991).
  5. Mitsui, T. Dynamic range of optical reflectometry with spectral interferometry. Japanese Journal of Applied Physics. 38, 6133-6137 (1999).
  6. de Boer, J. F., Cense, B., Park, B. H., Pierce, M. C., Tearney, G. J., Bouma, B. Improved signal-to-noise ratio in spectral-domain compared with time-domain optical coherence tomograhy. Optics Letters. 28, 2067-2069 (2003).
  7. de Boer, J. F. Ch. 5. Optical Coherence Tomography: Technology and Applications. , (2008).
  8. Choma, M. A., Sarunic, M. V., Yang, C., Izatt, J. A. Sensitivity advantage of swept source and fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 11, 2183-2189 (2003).
  9. Leitgeb, R. A., Drexler, W., Unterhuber, A., Hermann, B., Bajraszewski, T., Le, T., Stingl, A., Fercher, A. F. Ultrahigh resolution fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 12, 2156-2165 (2004).
  10. Drew, P. J., Shih, A. Y., Driscoll, J. D., Knutsen, P. M., Blinder, P., Davalos, D., Akassoglou, K., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. Chronic optical access through a polished and reinforced thinned skull. Nature Methods. 7, 981-984 (2010).
  11. Shih, A. Y., Mateo, C., Drew, P. J., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse. J. Vis. Exp. 61, e3742 (2012).
  12. Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice. Nature Protocols. 5, (2010).
  13. Lu, M., Majewska, S., K, A., Gelbard, H. A. A Thin-skull Window Technique for Chronic Two-photon In vivo Imaging of Murine Microglia in Models of Neuroinflammation. J. Vis. Exp. (43), e2059 (2010).
  14. Wang, Y., Oh, C. M., Oliveira, M. C., Islam, M. S., Ortega, A., Park, B. H. GPU accelerated real-time multi-functional spectral-domain optical coherence tomography system at 1300nm. Optics Express. 20, 14797-14813 (2012).
  15. Aguirre, A. D., Chen, Y., Fujimoto, J. F. Depth-resolved imaging of functional activation in the rat cerebral cortex using optical coherence tomography. Opt. Lett. 31, 3459-3461 (2006).
  16. Chen, Y., Aguirre, A. D., Ruvinskaya, L., Devor, A., Boas, D. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography (OCT) reveals depth-resolved dynamics during functional brain activation. Journal of Neuroscience Methods. 178, 162-173 (2009).
  17. Liang, C., Wierwille, J., Moreira, T., Schwartzbauer, G., Jafri, M. S., Tang, C., Chen, Y. A forward-imaging needle-type OCT probe for image guided stereotactic procedures. Opt Express. 19, 26283-26294 (2011).
  18. Srinivasan, V. J., Sakadzic, S., Gorczynska, I., Ruvinskaya, S., Wu, W., Fugimoto, J. G., Boas, D. A. Quantitative cerebral blood flow with optical coherence tomography. Optics Express. 18, 2477-2494 (2010).
  19. Galetta, K. M., Calabresi, P. A., Frohman, E. M., Balcer, L. J. Optical Coherence Tomography (OCT): imaging the visual pathway as a model for neurodegeneration. The Journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics. 8, 117-132 (2011).
  20. Seigo, M. A., Sotirchos, E. S., Newsome, S., Babiarz, A., Eckstein, C., Ford, E., Oakley, J. D., Syc, S. B., Frohman, T. C., Ratchford, J. N., Balcer, L. J., Frohman, E. M., Calabresi, P. A., Saidha, S. In vivo assessment of retinal neuronal layers in multiple sclerosis with maual and automated optical coherence tomography segementation techniques. J. Neurol. , (2012).
  21. Frohman, E. M., Fujimoto, J. G., Frohman, T. C., Calabresi, P. A., Cutter, G., Balcer, L. J. Optical coherence tomography: a window into the mechanisms of multiple sclerosis. Nature Clinical Practice. 4, 664-675 (2008).
  22. Gill, A. S., Rajneesh, K. F., Owen, C. M., Yeh, J., Hsu, M., Binder, D. K. Early optical detection of cerebral edema in vivo. J. Neurosurg. 114, 470-477 (2011).

Play Video

Cite This Article
Szu, J. I., Eberle, M. M., Reynolds, C. L., Hsu, M. S., Wang, Y., Oh, C. M., Islam, M. S., Park, B. H., Binder, D. K. Thinned-skull Cortical Window Technique for In Vivo Optical Coherence Tomography Imaging. J. Vis. Exp. (69), e50053, doi:10.3791/50053 (2012).

View Video