Verdund-schedel Corticale Venster Techniek voor<em> In Vivo</em> Optical Coherence Tomography Imaging
Summary
Presenteren we een methode om een uitgedunde schedel corticale venster (TSCW) in een muizenmodel voor<em> In vivo</em> Oktober beeldvorming van de cerebrale cortex.
Abstract
Optical Coherence Tomography (OCT) is een biomedisch beeldvormende techniek met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie. Met zijn minimaal invasieve benadering oktober wordt veelvuldig gebruikt in de oogheelkunde, dermatologie, gastro-enterologie en 1-3. Met behulp van een verdund-schedel corticale venster (TSCW), maken we gebruik spectrale-domein OCT (SD-OCT) modaliteit als een instrument om het imago van de cortex in vivo. Gewoonlijk een open-schedel is gebruikt voor neuro-imaging omdat het meer veelzijdigheid echter een TSCW benadering is minder invasief en is een effectief middel voor langdurige imaging in neuropathologie studies. Hier geven we een methode om een TSCW in een muismodel voor in vivo beeldvorming oktober van de cerebrale cortex.
Introduction
Sinds de introductie in het begin van 1990, is oktober op grote schaal gebruikt voor biologische beeldvorming van weefsel structuur en functie 2. Oktober genereert cross-sectionele beelden door het meten van echo vertragingstijd van teruggekaatste licht 4 door het implementeren van lage samenhang lichtbron met een glasvezel-Michelson interferometer 2,4. SD-OCT, ook wel bekend als Fourier-domein OCT (FD-OCT), werd voor het eerst geïntroduceerd in 1995 5 en biedt een superieure beeldvormende modaliteit ten opzichte van traditionele tijdsdomein OCT (TD-OCT). In SD-OCT, wordt de verwijzing arm stationair gehouden wat resulteert in een hoge snelheid en hoge resolutie beeldacquisitie 6-9.
Momenteel hebben TSCW modellen grotendeels gebruikt in vivo brain imaging toepassingen van twee-foton microscopie in plaats van een traditionele craniotomie. Deze TSCW zijn gelijktijdig wordt gebruikt met een aangepaste schedel plaat of een glazen dekglaasje 10 tot 13 extra ima gevenGing stabiliteit. In onze studies hebben we waargenomen dat accessoires zoals deze niet noodzakelijk zijn voor oktober imaging wanneer TSCW gebruikt. Daarom is het ontbreken van een schedel plaat of glazen dekglaasjes zorgt voor een breder scala van beeldvormende venstergrootte omdat hierdoor interferentie met de optische bundel en veranderen oktober afbeeldingen.
Een verdund-schedel voorbereiding heeft bewezen voordelig te zijn in de beeldvorming studies van de hersenen met behulp van twee-foton microscopie 10-13. In onze experimenten hebben we gebruik maken van een SD-OCT systeem om het imago van de cortex in vivo door middel van een TSCW. Onze eigen SD-OCT imaging setup bevat een breedband, low-coherentie lichtbron bestaande uit twee superluminescent diodes (SLD) gecentreerd op 1295 nm met een bandbreedte van 97 nm resulteert in een axiale en laterale resolutie van 8 urn en 20 urn, respectievelijk 14 . Met onze optische imaging-apparaat, zien wij dat beeldvorming door middel van een TSCW groot potentieel heeft bij het identificeren en visualiseren van structuren en functies in de optically dichte hersenweefsel.
Protocol
Representative Results
Discussion
Imaging met OCT en een uitgedunde schedel is een nieuwe neuro-imaging techniek die pas onlangs onderzocht 15, 16. In onze experimenten hebben we aangetoond dat het mogelijk SD-OCT beeldvorming door middel van een TSCW in een muismodel in vivo. Van onze resultaten wordt de schedel verdund tot ongeveer 55 pm en de penetratiediepte wordt verkregen bij ongeveer 1 mm in resolutie van 8 urn en 20 um in de axiale en laterale richting, respectievelijk. In de signaalsterkte profiel, OCT imaging door een TSCW …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de UC Discovery Proof of Concept subsidie en door de NIH (R00 EB007241). De auteurs willen ook graag Jacqueline Hubbard bedanken voor haar hulp bij dit experiment.
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
- 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).
- Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography for ultrahigh resolution in vivo imaging. Nature Biotechnology. 21, 1361-1367 (2003).
- 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).
- 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).
- Mitsui, T. Dynamic range of optical reflectometry with spectral interferometry. Japanese Journal of Applied Physics. 38, 6133-6137 (1999).
- 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).
- de Boer, J. F. Ch. 5. Optical Coherence Tomography: Technology and Applications. , (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
