सेरेब्रल hemodynamics और के प्रकाश बिखराव गुण के एक साथ मूल्यांकन<em> में विवो</em> चूहा मस्तिष्क multispectral फैलाना reflectance इमेजिंग का उपयोग करना
Summary
मस्तिष्क hemodynamics और इन विवो चूहे के मस्तिष्क के ऊतकों के प्रकाश बिखरने गुण का एक साथ मूल्यांकन एक पारंपरिक multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग प्रणाली का उपयोग कर प्रदर्शित किया गया है।
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
Multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग cortical ऊतकों में आंतरिक ऑप्टिकल संकेतों (IOSs) की एक स्थानिक नक्शा प्राप्त करने के लिए सबसे आम तकनीक है। IOSs इन विवो ब्रेन में मनाया मुख्य रूप से तीन घटनाएं के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है: रूपात्मक परिवर्तन से प्रेरित प्रकाश बिखरने गुण में प्रकाश अवशोषण में बदलाव और cortical hemodynamics के कारण बिखरने गुण, कमी या माइटोकांड्रिया में cytochromes की oxidization के आधार पर अवशोषण में बदलाव, और बदलाव 1।
निकट अवरक्त (NIR) वर्णक्रम सीमा को दिखाई (तुलना) में लाइट प्रभावी रूप से अवशोषित और जैविक ऊतक द्वारा बिखरे हुए है। इन विवो ब्रेन की फैलाना और परावर्तन स्पेक्ट्रम अवशोषण और बिखरने स्पेक्ट्रा की विशेषता है। कम बिखरने गुणांक एक नीरस बिखरने स्पेक्ट्रम प्रदर्शनी में तुलना करने के लिए NIR तरंगदैर्ध्य रेंज परिणाम में मस्तिष्क के ऊतकों की s 'μअब तरंगदैर्य पर छोटे परिमाण ing। कम बिखरने गुणांक स्पेक्ट्रम μ s '(λ) बिजली कानून समारोह 2, 3 के रूप में हो के रूप में μ एस अनुमान लगाया जा सकता' (λ) = एक × λ बी। बिखरने बिजली ख ऊतक 2, 3 में रहने वाले जैविक scatterers के आकार से संबंधित है। ऊतक और cortical जीवित ऊतक की व्यवहार्यता की कमी की रूपात्मक परिवर्तन जैविक scatterers 4, 5, 6, 7, 8, 9 के आकार को प्रभावित कर सकते हैं।
multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग के लिए एक ऑप्टिकल प्रणाली आसानी से एक तापदीप्त ली से निर्माण किया जा सकताGHT स्रोत, सरल ऑप्टिकल घटकों, और एक एक रंग का आरोप लगाया युग्मित डिवाइस (सीसीडी)। इसलिए, विभिन्न एल्गोरिदम और multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग के लिए ऑप्टिकल प्रणाली cortical hemodynamics और / या ऊतक आकृति विज्ञान 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 का मूल्यांकन किया गया है।
विधि इस आलेख में वर्णित दोनों hemodynamics और प्रकाश बिखरने एक पारंपरिक multispectral फैलाना और परावर्तन इमेजिंग प्रणाली का उपयोग कर विवो में चूहे के मस्तिष्क के ऊतकों के गुणों कल्पना करने के लिए प्रयोग किया जाता है। वैकल्पिक तकनीकों पर इस विधि के फायदे दोनों मस्तिष्क hemodynamics और cortical ऊतकों में spatiotemporal परिवर्तन मूल्यांकन करने की क्षमता हैंआकृति विज्ञान, साथ ही विभिन्न मस्तिष्क रोग पशु मॉडल के लिए अपने प्रयोज्यता। इसलिए, विधि अभिघातजन्य मस्तिष्क चोट, मिर्गी का दौरा, स्ट्रोक, और ischemia की जांच के लिए उचित होगा।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल में सबसे महत्वपूर्ण कदम कपाल खिड़की बनाने के लिए thinned खोपड़ी क्षेत्र को हटाने है; यह अनपेक्षित खून बह रहा से बचने के लिए ध्यान से किया जाना चाहिए। उच्च सटीकता के साथ उच्च गुणवत्ता वाले बहुप?…
Disclosures
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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