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).

Hayvan bakımı, hazırlanması, ve deneysel protokolleri Tarım ve Tokyo Teknoloji Üniversitesi Hayvan Araştırmaları Komitesi tarafından onaylanmıştır. Bu metodoloji, sıçan yiyecek ve su ad libitum ile, kontrollü bir ortamda (24 ° C, 12 saat ışık / karanlık döngüsü) içinde yer alır. Bir Konvansiyonel Çokspektrumlu yaygın reflektans Görüntüleme Sistemi 1. İnşaat <ol><li> Montaj merkezi dalga boyları ile dokuz dar optik girişim filtreleri 500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, ve motorlu filtre tekerleğin filtre deliklerine 760 nm. </li><li> geniş bant beyaz ışık kaynağı, dar girişim filtreleri yukarıdaki seti, bir ışık kılavuzu, bir toplama lensi, video yakınlaştırma lensi ve bir tek renkli CCD kamera ile motorlu bir filtre tekerleği kullanarak bir çok bantlı görüntüleme sistemini Construct. Şekil 2&#39;de gösterilen optik bileşenlerin düzeni, th için de ifade edilebilirInşaat prosedürüdür. NOT: Aydınlatma açısı, numune yüzeyine göre yaklaşık 45 ° &#39;dir. </li><li> Bir girişim filtresi, ışık kılavuzu ve toplama merceği yoluyla numunenin yüzeyini aydınlatmak için halojen lamba ışığı kaynağını açın. </li><li> CCD kameranın işletim yazılımını açın. </li></ol> 2. Hayvan Hazırlama NOT: Bu protokolde, sıçan gelecek deneyler için kullanılmamıştır ve multispektral görüntülerin ölçümünden hemen sonra feda edilmiştir. <ol><li> Bir indüksiyon odasının giriş portunu bir tüp ile anestezi makinesinin çıkış portuna bağlayın. İndüksiyon odasının çıkış portunu anestezi makinesinin giriş portuna ikinci bir boruyla bağlayın. </li><li> Sıçanı indüksiyon odasına yerleştirin ve% 5.0 izofluran ile anestezi indükleyin. Anesteziyi, sıçanın ayak parmaklarına cevap vermemesi için derinlikte tutun. LAnestezi makinesinde bir döner düğme kullanarak% 2.0 izofluran&#39;a cevap verin. </li><li> Sıçanın kafasını stereotaksik bir çerçeveye sabitleyin. Anestezik için bir ağızlığı stereotaksik çerçeveye takın. </li><li> Ağızlık parçasını bir tüp ile anestezi makinesinin çıkış portuna bağlayın. Ağızlık parçasını bir tüp ile anestezi makinesinin giriş portuna bağlayın. </li><li> Cilt yüzeyi görünene kadar baş bölgesini prospektif kesi alanının ötesine tıraş edin. </li><li> Başın orta hat boyunca yaklaşık 20 mm uzunluğunda bir kesi yapın ( Şekil 1 (a) ) ve subkutanöz bağ dokularını ( Şekil 1 (b) ) maruz bırakın. </li><li> Deri altı bağ dokularını keskin bir küret veya bir kıskaç kullanarak çıkarın ve kafatası kemiğini ortaya çıkarmak için başın iki yanına çekin ( Şekil 1 (c) ). </li><li> Kafatası dikişindeki kafatası kemiğinde elipsoidal bir hendeğe dikkat edin.bir yüksek devirli es (koronal dikiş, sagital dikiş ve lambdoidea&#39;nın) (Şekil 1 (d)). </li><li> Yavaş ve homojen yüksek devirli hendek içine kafatası kemiği kazıp. </li><li> Hafif bir serebral kan damarı ortaya çıktıktan sonra, kemik kalınlığı ve kuvveti tahmin etmek için kıskaç ucu ile inceltilmiş kafatası yüzeyi üzerinde basın. inceltilmiş kafatası bölgeye kolaylıkla bastırır durumunda, yüksek-hızlı, elektrikli bir kafatası kemik azalma sonlandırabilir. </li><li> parça parça kıskaç veya küçük cerrahi makas ucunu kullanarak inceltilmiş kafatası elips sınır hattını kesin. </li><li> pense yardımıyla yavaş ve nazikçe beyin yüzeyinden inceltilmiş kafatası çıkarın. </li><li> Yavaşça fizyolojik tuzlu su ile kranyal pencere banyo ve yaklaşık olarak 0.1 mm kalınlıkta saydam bir cam plaka ile örtün. </li></ol> 3. alınan oksijenin Kesir düzenlenmesi NOT: Solunum condition, alınan oksijenin kısmını (FiO 2) regüle ederek değiştirilebilir. <ol><li> bir tüp kullanılarak, bir Y-şeklindeki tüp bağlantısı (bağlayıcı 2) birinci bağlantı için bir Y-şeklindeki boru konektörü (bağlayıcı 1) birinci bağlantı noktasına bağlamak. </li><li> tüp bağlantısı 1 ikinci bağlantı noktasına ağızlığın giriş portu bağlayın. </li><li> bir tüp kullanılarak, bir oksijen konsantrasyonu izleme cihazına tüp bağlantısı 1 üçüncü bağlantı noktasına bağlamak. </li><li> bir tüp ile, anestezi makinesi çıkış portuna tüp konektör 2&#39;nin ikinci bağlantı noktasına bağlamak. </li><li> bir tüp kullanılarak, bir gaz karışımı cihazının çıkış portuna tüp konektör 2&#39;nin üçüncü bağlantı noktasına bağlamak. </li><li> % 5 bir tüp kullanarak CO2 gaz silindiri - yüksek-basınçlı bir% 95 O2 gaz karışımı, cihazın bir giriş portunu. </li><li> Bir tüp kullanarak% 5 CO2 gaz silindiri - yüksek-basınçlı bir% 95 N2 gaz karışımı, cihazın diğer giriş portunu. </li><li> o gaz akış oranlarını değiştirmeGaz karışımı cihazda döner düğme ile fO 2 ve N2. </li><li> Giriş ve oksijen konsantrasyonu, izleme cihazı kullanılarak FiO 2 düzenler. </li></ol> Çokspektrumlu yaygın reflektans Görüntüler 4. Toplama <ol><li> Referans görüntülere kazanılması NOT: ışık kaynağı, optik fiber gibi bu deneyde kullanılan optik bileşenleri ve dedektörler kendi spektral özellikleri vardır. Bu nedenle, bu bileşenler geçen ışığın yoğunluğu, bir referans resim olarak kaydedilmelidir. referans görüntü ışık kaynağından gelen ışık ile aydınlatılan standart beyaz difüzör ile çekilen bir görüntüdür. <ol><li> yatay sahnede standart beyaz difüzör koyun. </li><li> varil üzerinde yakınlaştırma halkasını çevirerek beyaz difüzör yüzeyinde kamera lensini odaklanın. </li><li> uygun değeri seçerek kamera entegrasyonu zaman ayarlayınaçılan entegrasyon Listesi kez kamera işletim yazılımında ışık büyük miktarda maksimum sayıları yaklaşık% 75 olan bir sinyal üretir, böylece. piksel değerleri histogram izlerken sinyal yoğunluk seviyesi maksimum sayısı yaklaşık% 75 kadar, entegrasyon zaman ayarlayın. </li><li> bir dosyaya bir görüntü kaydetmek için dosya menüsünden &quot;save&quot; komutunu seçin. </li><li> Filtre tekerleği çevirerek filtre konumunu değiştirin. </li><li> Yukarıda tarif edilen yönteme göre, diğer dalga boylarında bir görüntü kaydetme. Dosya adı örneği ve kullanılan dalga boyu (örneğin W500 W520, W540 ... W760) belirlemelidir. </li></ol></li><li> Örnek görüntüler kazanılması Not: Dokuz dalga boylarında maruz sıçan beyninin diffusely-yansıyan ışık yoğunluğu görüntüleri yakalanır ve aynı etme koşulları kullanılarak kişisel bilgisayarın sabit diskinde saklanır. <ol><li> Yavaşça r yerleştirmekKamera sıçan beyninde yüzeyinde odaklanmak böylece sahnede de yavaş yavaş sahne seviyesini ayarlayın. </li><li> bir dosyaya bir görüntü kaydetmek için dosya menüsünden &quot;save&quot; komutunu seçin. </li><li> Filtre tekerleği çevirerek filtre konumunu değiştirin. </li><li> Yukarıda tarif edilen yönteme göre, diğer dalga boylarında bir görüntü kaydetme. Dosya adı örneği ve dalga boyu (örneğin R500, R520, R540 ... R760) belirlemelidir. </li></ol></li><li> Karanlık görüntülerin Edinme NOT: CCD kamera, bir elektrik sinyaline yanıt olarak, bir ışık yoğunluğu üretir. Ancak, ışık detektörü ile girmezse bile dolayı elektrik devreleri ve dedektörler gürültü bazı küçük çıkış vardır; bu karanlık akım gürültüsü denir. doğru ışığın spektral yoğunluğunu ölçmek için, karanlık akım bileşeni karanlık görüntü olarak kaydedilmiş ve daha sonra ölçme sinyalinden çıkarılmalıdır. Karanlık görüntü bir görüntü almaktırn, ışık yolu ile bloke edilmiştir. <ol><li> halojen lamba ışık kaynağı kapatın. </li><li> Bir koruyucu plaka kullanılırsa CCD kamera sistemine ışık yolunu engelleme. </li><li> bir dosyaya bir görüntü kaydetmek için dosya menüsünden &quot;save&quot; komutunu seçin. Dosya adı örneği (örneğin, Koyu) belirlemelidir. </li></ol></li></ol> 5. Hemoglobin İçerik ve Işık Saçılma Parametre görselleştirme NOT: multispektral dağılarak yansıma görüntüleri kümesi kişisel bilgisayarın sabit diskine kaydedilir ve çevrimdışı analiz edilir. Dokuz dalga boyunda (500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730 ve 760 nm) olarak çok bantlı dağınık yansıtıcılık bir görüntü Monte Carlo simülasyonu 19 yardımıyla bir çoklu regresyon analizi, daha sonra, iki boyutlu görselleştirmek için gerçekleştirilir oksijenli hemoglobin konsantrasyonu, oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonu, toplam hemoglobin konsantrasyonu, bölgesel serebral oksijen doygunluğu ve kovanının haritagüç vuruşlarını. Ayrıntılı algoritma Literatüre 17, 18 olarak yayınlanmıştır. <ol><li> referans görüntü ve her dalga boyunda örnek resmi hem de karanlık görüntü çıkarılır. </li><li> Her dalga boyuna X referans görüntü ile örnek bir resim normalize. Dağılarak yansıma görüntü R gibi normalize görüntü davranın. </li><li> Her dalga boyuna X de dağınık yansıtıcılık görüntü R karşıtının logaritmalama absorbansı (ya da optik yoğunluğu) görüntü A hesaplayın: <img alt="Denklem 1" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq1.jpg" /> (1) </li><li> Y düzlemi beyin yüzeyi için elde edilen yapısal bilgi gösterir ve z, -Axis spektral bilgileri gösterir - X dalga boyuna sırasına, absorbans görüntü istifleme ile bir üç-boyutlu matrisi oluşturmak. </li><li> peHer bir xy koordinat absorbans spektrumu A (λ) için çoklu regresyon analizi rform. </li><li> Adım 5.5 bağımsız değişkenler olarak bağımlı değişken ve HBO (λ) ε oksijenli hemoglobin molar tükenme katsayısı spektrumları ve deoksijene hemoglobin ε HBr (λ) olarak absorbans spektrumu A (λ) kullanarak (HBO ε değerleri yayınlanan (λ) ve ε HBr (λ)), Tablo 1 &#39;de verilmiştir. </li><li> Üç çoklu regresyon iki boyutlu haritalar (resimler) kontrol edin, bir HBO, bir HBR ve 0 katsayıları. </li><li> Amacıyla HBO, bir HBr ve bir 0, çoklu regresyon katsayısı görüntü istifleme ile bir üç-boyutlu matrisi oluşturmak burada <em&gt; &#39;x - y düzleminde beyin yüzeyinden z -Axis için elde edilen yapısal bilgileri gösterir çoklu regresyon katsayılarını gösteriyor. </li><li> Oksijenli hemoglobin konsantrasyonu Cı HbO, oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonu Cı HBr ve her xy bir HBO, bir HBr ve 0 katsayıları o P&#39;nın değerleri (aşağıdaki ampirik formüller kullanılarak koordinat çoklu regresyon kümesinden saçılma güç b hesaplayın HbO i, β HBr, i ve β 0, i (i = 0,1,2,3), Tablo 2&#39;de verilmektedir): <img alt="Denklem 2" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq2.jpg" /> (2) <img alt="Denklem 3" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq3.jpg" /> (3) <img alt="Denklem 4" src="/files/ftp_upload/55399/55399eq4.jpg" /> (4) </li><li> Oksijenli hemoglobin konsantrasyonu Cı HbO, oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonunun Cı HBr ve saçılma güç b iki boyutlu haritalar (görüntü) kontrol edin. </li><li> Her x, Cı-hbo ve C HBr toplanmasıyla toplam hemoglobin konsantrasyonu Cı HBT bir iki boyutlu ilk hesaplayın - y koordinatı. </li><li> Y koordinatı - her bir x, toplam hemoglobin konsantrasyonu Cı HBT oksijenlenmesi hemoglobin konsantrasyonu Cı HbO bölünmesi ile bölgesel serebral oksijen doygunluğu Rso 2 bir iki-boyutlu bir harita hesaplayın. </li></ol>

<ol>
	<li>Bonhoeffer, T., Grinvald, A., Toga, A. W., Mazziotta, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Imaging+based+on+intrinsic+signals:+the+methodology.">Optical Imaging based on intrinsic signals: the methodology.</a> Brain mapping; the methods. , 55-97 (1996).</li><li>Mourant, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+light+scattering+from+biological+cells+relevant+to+noninvasive+optical-tissue+diagnostics.">Mechanisms of light scattering from biological cells relevant to noninvasive optical-tissue diagnostics.</a> Appl. Opt. 37 (16), 3586-3593 (1998).</li><li>Abookasis, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+cortical+absorption,+scattering,+and+hemodynamic+response+during+ischemic+stroke+using+spatially+modulated+near-infrared+illumination.">Imaging cortical absorption, scattering, and hemodynamic response during ischemic stroke using spatially modulated near-infrared illumination.</a> J. Biomed. Opt. 14 (2), 024033 (2009).</li><li>Lipton, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ischemic+cell+death+in+brain+neuron.">Ischemic cell death in brain neuron.</a> Physiol. Rev. 79 (4), 1432-1568 (1999).</li><li>Jarvis, C. R., Anderson, T. R., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anoxic+depolarization+mediates+acute+damage+independent+of+glutamate+in+neocortical+brain+slices.">Anoxic depolarization mediates acute damage independent of glutamate in neocortical brain slices.</a> Cereb. Cortex. 11 (3), 249-259 (2001).</li><li>Joshi, I., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+anoxic+depolarization+during+ischemia-like+conditions+in+the+mouse+hemi-brain+slice.">Imaging anoxic depolarization during ischemia-like conditions in the mouse hemi-brain slice.</a> J. Neurophysiol. 85 (1), 414-424 (2001).</li><li>Polischuk, T. M., Jarvis, C. R., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+optical+signaling+denoting+neuronal+damage+in+response+to+acute+excitotoxic+insult+in+the+hippocampal+slice.">Intrinsic optical signaling denoting neuronal damage in response to acute excitotoxic insult in the hippocampal slice.</a> Neurobiol. Dis. 4 (6), 423-437 (1998).</li><li>Jarvis, C. R., Lilge, L., Vipond, G. J., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpretation+of+intrinsic+optical+signals+and+calcein+fluorescence+during+acute+excitotoxic+insult+in+the+hippocampal+slice.">Interpretation of intrinsic optical signals and calcein fluorescence during acute excitotoxic insult in the hippocampal slice.</a> NeuroImage. 10 (4), 357-372 (1999).</li><li>Obeidat, A. S., Jarvis, C. R., Andrew, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glutamate+does+not+mediate+acute+neuronal+damage+after+spreading+depression+induced+by+O2/glucose+deprivation+in+the+hippocampal+slice.">Glutamate does not mediate acute neuronal damage after spreading depression induced by O2/glucose deprivation in the hippocampal slice.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 20 (2), 412-422 (2000).</li><li>Dunn, A. K., Devor, A., Dale, A. M., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+extent+of+oxygen+metabolism+and+hemodynamic+changes+during+functional+activation+of+the+rat+somatosensory+cortex.">Spatial extent of oxygen metabolism and hemodynamic changes during functional activation of the rat somatosensory cortex.</a> Neuroimage. 27 (2), 279-290 (2005).</li><li>Jones, M., Berwick, J., Johnston, D., Mayhew, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concurrent+optical+imaging+spectroscopy+and+laser-Doppler+flowmetry:+the+relationship+between+blood+flow,+oxygenation,+and+volume+in+rodent+barrel+cortex.">Concurrent optical imaging spectroscopy and laser-Doppler flowmetry: the relationship between blood flow, oxygenation, and volume in rodent barrel cortex.</a> Neuroimage. 13 (6), 1002-1015 (2001).</li><li>Jones, M., Berwick, J., Mayhew, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+blood+flow,+oxygenation,+and+volume+following+extended+stimulation+of+rodent+barrel+cortex.">Changes in blood flow, oxygenation, and volume following extended stimulation of rodent barrel cortex.</a> Neuroimage. 15 (3), 474-487 (2002).</li><li>Zhou, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffuse+optical+correlation+tomography+of+cerebral+blood+flow+during+cortical+spreading+depression+in+rat+brain.">Diffuse optical correlation tomography of cerebral blood flow during cortical spreading depression in rat brain.</a> Opt. Express. 14 (3), 1125-1144 (2006).</li><li>Bouchard, M. B., Chen, B. R., Burgess, S. A., Hillman, E. M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-fast+multispectral+optical+imaging+of+cortical+oxygenation,+blood+flow,+and+intracellular+calcium+dynamics.">Ultra-fast multispectral optical imaging of cortical oxygenation, blood flow, and intracellular calcium dynamics.</a> Opt. Express. 17 (18), 15670-15678 (2009).</li><li>Jones, P. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+multispectral+reflectance+imaging+and+laser+speckle+flowmetry+of+cerebral+blood+flow+and+oxygen+metabolism+in+focal+cerebral+ischemia.">Simultaneous multispectral reflectance imaging and laser speckle flowmetry of cerebral blood flow and oxygen metabolism in focal cerebral ischemia.</a> J. Biomed. Opt. 13 (4), 044007 (2008).</li><li>Kawauchi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffuse+light+reflectance+signals+as+potential+indicators+of+loss+of+viability+in+brain+tissue+due+to+hypoxia:+charge-coupled-device-based+imaging+and+fiber-based+measurement.">Diffuse light reflectance signals as potential indicators of loss of viability in brain tissue due to hypoxia: charge-coupled-device-based imaging and fiber-based measurement.</a> J. Biomed. Opt. 18 (1), 015003 (2013).</li><li>Yoshida, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multispectral+imaging+of+absorption+and+scattering+properties+of+in+vivo+exposed+rat+brain+using+a+digital+red-green-blue+camera.">Multispectral imaging of absorption and scattering properties of in vivo exposed rat brain using a digital red-green-blue camera.</a> J. Biomed. Opt. 20 (5), 051026 (2015).</li><li>Nishidate, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+Cerebral+Hemodynamics+and+Tissue+Morphology+of+In+Vivo+Rat+Brain+Using+Spectral+Diffuse+Reflectance+Imaging.">Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Tissue Morphology of In Vivo Rat Brain Using Spectral Diffuse Reflectance Imaging.</a> Appl. Spectrosc. , (2016).</li><li>Wang, L. -. H., Jacques, S. L., Zheng, L. -. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MCML-Monte+Carlo+modeling+of+photon+transport+in+multi-layered+tissues.">MCML-Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues.</a> Comput. Methods Programs Biomed. 47 (2), 131-146 (1995).</li><li>Tsytsarev, V., Premachandra, K., Takeshita, D., Bahar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+cortical+electrical+stimulation+in+vivo:+Fast+intrinsic+optical+signal+versus+voltage-sensitive+dyes.">Imaging cortical electrical stimulation in vivo: Fast intrinsic optical signal versus voltage-sensitive dyes.</a> Opt. Lett. 33 (9), 1032-1034 (2008).</li><li>Arnold, T., Biasio, M. D., Leitner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyper-spectral+video+endoscope+for+intra-surgery+tissue+classification+using+auto-fluorescence+and+reflectance+spectroscopy.">Hyper-spectral video endoscope for intra-surgery tissue classification using auto-fluorescence and reflectance spectroscopy.</a> Proc. SPIE. 8087, 808711 (2011).</li><li>Basiri, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+a+multi-spectral+camera+in+the+characterization+of+skin+wounds.">Use of a multi-spectral camera in the characterization of skin wounds.</a> Opt. Express. 18 (4), 3244-3257 (2010).</li><li>Nishidate, I., Maeda, T., Niizeki, K., Aizu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+melanin+and+hemoglobin+using+spectral+reflectance+images+reconstructed+from+a+digital+RGB+image+by+the+Wiener+estimation+method.">Estimation of melanin and hemoglobin using spectral reflectance images reconstructed from a digital RGB image by the Wiener estimation method.</a> Sensors. 13 (6), 7902-7915 (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Bu protokol olarak en kritik kademenin kafa pencere yapmak inceltilmiş kafatası bölgenin çıkarılmasıdır; Bu beklenmeyen bir kanama önlemek için dikkatli bir şekilde yapılmalıdır. Bu adım, yüksek doğrulukta yansıma görüntüleri dağınık multispektral yüksek kaliteli elde etmek için önemlidir. Stereomikroskopta kullanılması cerrahi prosedür mümkünse için tavsiye edilir. jelatin sünger Küçük parçalar hemostaz için yararlıdır. Bu makalede açıklanan optik sistemi ışık kaynağının önünde yer alan bir girişim filtresi ile tek renkli ışık geçer. Bu video kamera lensi veya CCD kamera önünde filtre tekerleği yerleştirerek değiştirilebilir. Bu durumda, ancak, farklı kalınlıklarda yapılan müdahalenin filtrelerinin kullanılması durumunda odak düzlemi değişken olabilir ve bu görüntü kalitesinde bozulmaya neden olur. bir kayıt elektrotu yerleştirildi olup olmadığı kafatası pencere cam plaka kaldırmak için gerekli olanBu tür elektrik yerel alan potansiyelinin ölçümü gibi elektrofizyolojik ölçümler için kortikal doku içine. Bu durumda, görüntüleme sistemi kortikal yüzeyden istenmeyen speküler yansımayı algılayabilir. Bu sorun, bir çapraz Nicols hizalama polarizasyon bir levha seti kullanarak önlenebilir. tekerlek filtre konumları, mekanik olarak değiştirilir çünkü bu makale gösterilen geleneksel çok bantlı görüntüleme aparatı, biraz zaman alıcı kullanmaktır. Bu görüntüleme sistemi, farklı bir dalga boyu noktasında her dağınık yansıtıcılık görüntü ardışık yakalar anlamına gelir. Bu sınırlama nedeniyle, bu sistem sayesinde, nöronal faaliyetleri 20 yansıma tayfının değişikliklere hızlı Moss, yakalamak için yetersizdir. oksijenli hemoglobin deoksijene hemoglobin gibi sitokrom c oksidazı, flavinin olarak yaşayan beyin dokusunda ana kromoforlar, diğer kromoforlar, olmasına rağmenadenin dinükleotid ve nikotinamid adenin dinükleotid, aynı zamanda görünür dalga boyu bölgesinde soğurma katsayısı katkıda bulunur. Bu nedenle, C HBO, Cı HBr, Cı HBT, Rso 2 ve b tahmin edilen değerlerin küçük kromoforlar etkilenebilir. o dağınık yansıma bağlı olduğundan Üstelik bu yaklaşım derinlik yönü boyunca tüm bilgileri bütünleştirir. Bu nedenle, görüntüleme sistemi derinliği çözümlü ölçümleri gerçekleştirmez. Bu sistem için kullanılan algoritmalar, örneğin bir akustik-optik ayarlanabilir filtre 21 olarak diğer hızlı spektral görüntüleme teknikleri ile çekilen çok bantlı dağınık yansıtıcılık görüntü için uygulanabilir olduğu avantajlıdır, girişimli bir çok açıklık lenslet dizisi 22 süzer ve RGB görüntü 17, 2 spektral yeniden görüntüleri3. Önerilen algoritma ve hızlı spektral teknikleri kullanarak birbirine yanı sıra klinik durumlarda kullanılmak üzere, hızlı IOS görüntüleme değerlendirmek için umut verici bir yaklaşımdır. Bugüne kadar en çok bantlı beyin görüntüleme teknikleri esas olarak serebral kan hacmi, bölgesel serebral oksijen doygunluğu ve oksijen 10, 11, 12, 13, 14, serebral metabolik oranı gibi kortikal hemodinamik ve doku metabolizması, üzerinde odaklanmıştır. Çeşitli mevcut yaklaşım saçılım gücü, 16 sabit 15&#39;dir varsayımı altında saçılma genliği değerlendirir. Ancak, patofizyolojik değişiklikler ve kortikal canlı doku içinde canlılığı bir azalmaya dokuların morfolojik değişiklikler biyolojik saçıcıların 4 boyutunu etkileyebilir, 5, 6, 7, 8, 9. Nedenle, beyin dokusu morfolojileri değerlendirmek için kantitatif b saçılma parametre tahmin etmek önemlidir. Mevcut yöntemlere göre, bu tekniğin anlamı aynı zamanda serebral hemodinamik ve kortikal doku morfolojisi uzaysal değişiklikleri ölçmek için yeteneğidir. gelecek uygulamaları açısından, bu algoritma, örneğin, travmatik beyin hasarı, epilepsi nöbet, felç ve iskemi gibi çeşitli beyin bozukluğu, hayvan modellerinde, kortikal doku beyin fonksiyonu, vitals ve canlılığını izlenmesi için de kullanılabilir.

Multispektral dağınık yansıtıcılık görüntüleme korteks dokusu içinde içsel ışık sinyalleri (Moss) içindeki bir sinyallere elde etmek için en yaygın tekniktir. Morfolojik değişiklikler ile indüklenen ışık saçılım özellikleri de ışık emiliminin varyasyonlar nedeniyle kortikal hemodinamikler saçılma özellikleri, azaltılması ya da mitokondri içinde sitokrom okside bağlı olarak emme varyasyon ve varyasyonları: Moss, başlıca üç fenomen ilişkilendirilir, in vivo beyin gözlenen 1. yakın kızılötesi (NIR) spektral aralığa (VIS), görünür ışık etkili bir şekilde emilir ve biyolojik doku ile serpilir. In vivo beyin dağınık yansıtıcılık spektrumu emme ve dağıtma spektrumları ile karakterize edilir. Düşük saçılma katsayıları monoton bir saçılma spektrumu sergi VIS-to-NIR dalga boyu aralığı sonuç olarak beyin dokusu s &#39;^ ıDaha uzun dalga boylarında daha küçük büyüklükler. İndirgenmiş saçılma katsayısı spektrumu μs &#39;(λ) , μs &#39; (λ) = a × λ- b gibi güç yasası fonksiyonu 2 , 3 formunda olacak şekilde yaklaştırılabilir. Saçılma gücü b , canlı dokuda bulunan biyolojik saçılımcıların boyutu ile ilgilidir 2 , 3 . Dokunun morfolojik değişiklikleri ve canlı korteks dokusunun yaşayabilirliğinin azaltılması biyolojik saçılmaların 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 boyutlarını etkileyebilir. Çokboyutlu diffüz yansıtma görüntüleme için optik bir sistem, akkor lityumdan kolayca oluşturulabilirGHT kaynağı, basit optik bileşenler ve bir monokromatik yüklü bağlanmış cihaz (CCD). Bu nedenle, çeşitli algoritmalar ve multispektral dağınık yansıtıcılık görüntüleme için optik sistemler kortikal hemodinamikleri ve / veya doku morfolojisi 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 değerlendirmek için kullanılmıştır. Bu makalede tarif edilen yöntem hemodinamiği ve bilinen bir çok bantlı dağınık yansıtıcılık görüntüleme sistemi kullanılarak in vivo olarak sıçan serebral dokusunun ışık saçılım özelliklerinin her ikisi de göstermek için kullanılır. Alternatif teknikler üzerinden bu yöntemin avantajları serebral hemodinamik ve kortikal doku hem de uzaysal değişiklikleri değerlendirmek için yeteneğidirmorfolojisi, yanı sıra çeşitli beyin fonksiyon bozukluğu hayvan modellerinde uygulaması. Bu nedenle, yöntem, travmatik beyin hasarı, epilepsi nöbet, inme ve iskemi araştırmalar için uygun olacaktır.

<table><tbody><tr><td>150-W halogen-lamp light source</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan</td><td>LA-150SAE</td><td></td></tr><tr><td>Light guide</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan</td><td>LGC1-5L1000</td><td></td></tr><tr><td>Collecting lens</td><td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan</td><td>SH-F16</td><td></td></tr><tr><td>Interference filters l@ 500 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65088</td><td></td></tr><tr><td>Interference filters l@ 520 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65093</td><td></td></tr><tr><td>Interference filters l@ 540 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65096</td><td></td></tr><tr><td>Interference filters l@ 560 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#67766</td><td></td></tr><tr><td>Interference filters l@ 570 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#67767</td><td></td></tr><tr><td>Interference filters l@ 580 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65646</td><td></td></tr><tr><td>Interference filters l@ 600 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65102</td><td></td></tr><tr><td>Interference filters l@ 730 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#65115</td><td></td></tr><tr><td>Interference filters l@ 760 nm</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>#67777</td><td></td></tr><tr><td>Motorized filter wheel&amp;nbsp;</td><td>Andover Corporation, NH, USA</td><td>FW-MOT-12.5</td><td></td></tr><tr><td>8-bit monochromatic CCD camera</td><td>THE IMAGINGSOURCE, Germany</td><td>DMK21BU618.H</td><td></td></tr><tr><td>Video zoom lens</td><td>Edmund Optics Japan Ltd, Tokyo, Japan</td><td>VZM&lt;sup&gt;TM&lt;/sup&gt;300i</td><td></td></tr><tr><td>Spectralon white standard with 99% diffuse reflectance</td><td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td><td>SRS-99-020</td><td></td></tr></tbody></table>

simultaneous evaluation of cerebral hemodynamics and light scattering properties of the in vivo rat brain using multispectral diffuse reflectance imaging

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.

In vivo sıçan beyinlerinden alınan diffüz reflektans temsili spektral görüntüleri 500, 520, 540, 560, 570, şekil 3 ve görüntüler gösterilir ve 580 net bir şekilde serebral korteks kan damarlarının yoğun bir ağ görselleştirmek nm. kan damarlarının ve 600, 730 de resimlerde görülen çevreleyen doku ve 760 nm arasında kontrast bozulması daha uzun ve NIR dalga boyları hemoglobin tarafından ışığın daha düşük emilmesini yansıtır. Şekil 4, oksijenli hemoglobin konsantrasyonu, oksijenden arındırılmış hemoglobin konsantrasyonu, toplam hemoglobin konsantrasyonu, bölgesel serebral oksijen doyumu ve saçılma güç için açık bir sıçan beyin temsili tahmini görüntüleri gösterir. Şekil 3, kan ves toplam hemoglobin konsantrasyonunda daha kısa dalga boyunda dağınık yansıtıcılık görüntülerden beklendiği gibisel bölgeyi çevreleyen doku bölgedekinden daha yüksektir. Diğer yandan, küçük arterlerin oksijenlenmedeki hemoglobin arteryel kan hemoglobin daha oksijenli venöz kan daha olması nedeniyle venüllerde daha yüksektir. Bu nedenle, küçük arterlerin ve venüllerin dağılımı açıkça bölgesel oksijen doygunluğu tahmini görüntüde ayırt edilebilir. 500 nm r (500), oksijen hemoglobin Cı HBO, oksijenden arındırılmış hemoglobin Cı HBr, toplam hemoglobin Cı HBT konsantrasyonu, bölgesel serebral oksijen doyma konsantrasyonunun konsantrasyonda dağınık yansıtıcılık için FiO2 değişimler sırasında açıkta kalan sıçan beyninin Örnek tahmini görüntüler RSO 2 ve saçılma güç b, Şekil 5 &#39;de gösterilmiştir. Rso 2&#39;nin değeri hiperoksik koşullarında artarve oksijensiz koşullarda indüksiyonundan sonra belirgin bir azalma görüldü. Sürekli anoksi başlangıcından sonra, 30 dakika için 5 dakika ile dönemde gerilemiştir b&#39;nin değeri hafifçe solunum durması kadar anoksi başlangıcından itibaren süre boyunca arttı. B değerindeki bu değişiklikler beyinde doku yaşam kaybı ile indüklenen bu tür bir şişmeye ve hücreli ve alt hücreli yapıların çekme gibi morfolojik değişiklikler, göstergesi edildi. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/55399/55399fig1.jpg" /> Şekil 1: Sıçan serebral korteks cerrahi Maruz bırakma adımları. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55399/55399fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/55399/55399fig2.jpg" /> Şekil 2: Deney Yönetme Anestezi için cihaz ve alınan oksijenin Kesir değiştirme şematik diyagramı. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55399/55399fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/55399/55399fig3.jpg" /> Şekil 3: en Örnek Multispektral yaygın reflektans Fotoğraflar 500, 520, 540, 560, 570, 580, 600, 730, ve 760 nm, bir in vivo sıçan beyninde elde edilir. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55399/55399fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/55399/55399fig4.jpg" /> Şekil 4: Bir Maruz Sıçan Beyin Temsilcisi Tahmini Görüntüleri. &lt;oksijenli hemoglobin Cı HBO güçlü&gt; (a) konsantrasyonu, oksijenden arındırılmış hemoglobin Cı HBr (b) yoğunluğu, toplam hemoglobin Cı HBT (c) konsantrasyonu, (d), bölgesel serebral oksijen doygunluğu Rso 2, ve (e) saçılma güç b. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55399/55399fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/55399/55399fig5.jpg" /> Şekil 5: FiO2 Değişim sırasında bir Maruz Sıçan Beyin Temsilcisi sonuçları. 500 nm r (500), oksijen hemoglobin Cı HBO konsantrasyonu, konsantrasyonu, en yaygın yansıtma için FiO2 değişimler sırasında, in vivo sıçan kortikal doku görüntülerioksijeni giderilmiş hemoglobin Cı HBr, toplam hemoglobin Cı HBT, bölgesel serebral oksijen satürasyonu Rso 2 konsantrasyonu, ve saçılma güç b. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55399/55399fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Dalga boyu λ mil </td><td> ε HbO (λ) </td><td> ε HBr (λ) </td></tr><tr><td> 500 </td><td> 113,03712 </td><td> 112.6548 </td></tr><tr><td> 520 </td><td> 130,69296 </td><td> 170,58384 </td></tr><tr><td> 540 </td><td> 287.4744 </td><td> 251.5968 </td></tr><tr><td> 560 </td><td> 176,11128 </td><td> 290.4552 </td></tr><tr><td> 570 </td><td> 240.2784 </td><td> 243.3888 </td></tr><tr><td> 580 </td><td> 270.5616 </td><td> 199,908 </td></tr> &lt;tr&gt; <td> 600 </td><td> 17.28 </td><td> 79,25688 </td></tr><tr><td> 730 </td><td> 2,106 </td><td> 5,95188 </td></tr><tr><td> 760 </td><td> 3,1644 </td><td> 8,36201 </td></tr></tbody></table> Tablo 1: ε HBO değerleri ve ε HbO çoklu regresyon analizi kullanılmıştır. Her dalga boyuna X oksijenlenmiş hemoglobin ε HBO ve deoksijene hemoglobin ε HBr molar sönüm katsayısı. <table fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> ben </td><td> β HbO i </td><td> β HBr, i </td><td> β b ı </td></tr><tr><td> 0 </td><td> -8,3302 </td><td> -5,85271 </td><td> -0,76587 </td></tr><tr><td> 1 </td><td> 4405.877</td><td> -143,23 </td><td> 53,34134 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 2740.622 </td><td> 3798.067 </td><td> 124.4656 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> -4,40454 </td><td> -2,81699 </td><td> -1,36919 </td></tr></tbody></table> Tablo 2: β HBO değerleri, I, β HBr, i ve 0 p, ı (ı = 0,1,2,3) Cı HBO, Cı HBr, ve b için ampirik Formüllerde kullanılan. Bu ampirik formüller türetilmiş Cı-hbo ve C HBr birim% 44 &#39;lik bir hematokrit okuması ile tam kan hemoglobin konsantrasyonu hemoglobin% 100 hacim konsantrasyonu olarak alınır edildiği hacim konsantrasyonu, olduğuna dikkat edin. Hemoglobin concentr ampirik formüllerations hafif nakliye 19 Monte Carlo yöntemleri ile hesaplanan dağınık yansıtıcılık spektrumları elde edilebilir. Ampirik formüller türetilmesi için ayrıntılı işlem literatürde 17, 18 tarif edilmiştir.

Watch this Scientific Journal Video about Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging at J

Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging

Serebral hemodinamik ve in vivo sıçan beyin dokusunun ışık saçılım özelliklerinin aynı anda değerlendirilmesi, geleneksel bir çok bantlı dağınık yansıtıcılık görüntüleme sistemi kullanılarak araştınlır.

Serebral Hemodinamiğin ve Işık Saçılımının Eşzamanlı Değerlendirilmesi<em&gt; In Vivo</emÇokspektrumlu yaygın reflektans ımaging&#39;i kullanarak&gt; Sıçan Beyin

The simultaneous evaluation of cerebral hemodynamics and the light scattering properties of in vivo rat brain tissue is demonstrated using a conventional ...

simultaneous-evaluation-cerebral-hemodynamics-light-scattering

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging

7.6K Görüntüleme.  Tokyo University of Agriculture & Technology.  Serebral hemodinamik ve in vivo sıçan beyin dokusunun ışık saçılım özelliklerinin aynı anda değerlendirilmesi, geleneksel bir çok bantlı dağınık yansıtıcılık görüntüleme sistemi kullanılarak araştınlır. 

Video: Simultaneous Evaluation of Cerebral Hemodynamics and Light Scattering Properties of the In Vivo Rat Brain Using Multispectral Diffuse Reflectance Imaging

How to Build a Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) System to Monitor Blood Flow

Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) is a simple yet powerful technique that is used for full-field imaging of blood flow. The technique analyzes fluctuations in a dynamic speckle pattern to detect the movement of particles similar to how laser Doppler analyzes frequency shifts to determine particle speed. Because it can be used to monitor the movement of red blood cells, LSCI has become a popular tool for measuring blood flow in tissues such as the retina, skin, and brain. It has become especially useful in neuroscience where blood flow changes during physiological events like functional activation, stroke, and spreading depolarization can be quantified. LSCI is also attractive because it provides excellent spatial and temporal resolution while using inexpensive instrumentation that can easily be combined with other imaging modalities. Here we show how to build a LSCI setup and demonstrate its ability to monitor blood flow changes in the brain during an animal experiment.

How to Build a Laser Speckle Contrast Imaging LSCI System to Monitor Blood Flow

This video demonstrates how to build a Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) system that can easily be used to monitor blood flow.

Lazer nasıl oluşturun Kan Akış Monitör Kontrast Görüntüleme (LSCI) Sistem speckle

Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) is a simple yet powerful technique that is used for full-field imaging of blood flow.  The technique analyzes ...

Nörobilim

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO2). Thus, measures of CMRO2 are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO2 an ideal target for bedside measurement of brain health.
Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.
Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO2) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO2 is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO2 are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult 1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients 3. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO2 with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBFi) to yield an index of CMRO2 (CMRO2i) 4,5.
With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

We combined frequency-domain near-infrared spectroscopy measures of cerebral hemoglobin oxygenation with diffuse correlation spectroscopy measures of cerebral blood flow index to estimate an index of oxygen metabolism. We tested the utility of this measure as a bedside screening tool to evaluate the health and development of the newborn brain.

Bebeklerde Serebral Metabolizma ve Hemodinamiğin Noninvaziv Optik Ölçüm

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

Tıp

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics disturbance in affected cells. Diffusion weighted magnetic resonance imaging (MRI) identifies regions that are damaged, potentially irreversibly, by hypoxia-ischemia. Alterations in glucose utilization in the affected tissue may be detectable by positron emission tomography (PET) imaging of 2-deoxy-2-(18F)fluoro-&#7429;-glucose ([18F]FDG) uptake. Due to the rapid and variable nature of injury in this animal model, acquisition of both modes of data must be performed simultaneously in order to meaningfully correlate PET and MRI data. In addition, inter-animal variability in the hypoxic-ischemic injury due to vascular differences limits the ability to analyze multi-modal data and observe changes to a group-wise approach if data is not acquired simultaneously in individual subjects. The method presented here allows one to acquire both diffusion-weighted MRI and [18F]FDG uptake data in the same animal before, during, and after the hypoxic challenge in order to interrogate immediate physiological changes.

The method presented here uses simultaneous positron emission tomography and magnetic resonance imaging. In the cerebral hypoxia-ischemia model, dynamic changes in diffusion and glucose metabolism occur during and after injury. The evolving and irreproducible damage in this model necessitates simultaneous acquisition if meaningful multi-modal imaging data are to be acquired.

Fare Serebral Hipoksi-iskemi sırasında Eşzamanlı PET / MR Görüntüleme

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

Cerebral Blood Flow-Based Resting State Functional Connectivity of the Human Brain using Optical Diffuse Correlation Spectroscopy

To obtain a comprehensive understanding of the human brain, utilization of cerebral blood flow (CBF) as a source of contrast is desired because it is a key hemodynamic parameter related to cerebral oxygen supply. Resting state low frequency fluctuations based on oxygenation contrast have been shown to provide correlations between functionally connected regions. The presented protocol uses optical diffuse correlation spectroscopy (DCS) to assess blood flow-based resting state functional connectivity (RSFC) in the human brain. Results of CBF-based RSFC in human frontal cortex indicate that intra-regional RSFC is significantly higher in the left and right cortices compared to inter-regional RSFC in both cortices. This protocol should be of interest to researchers who employ multi-modal imaging techniques to study human brain function, especially in the pediatric population.

This protocol demonstrates how to measure resting state functional connectivity in the human prefrontal cortex using a custom-made diffuse correlation spectroscopy instrument. The report also discuss practical aspects of the experiment as well as detailed steps for analyzing the data.

Optik Diffüz Korelasyon Spektroskopisi ile İnsan Beyninin Serebral Kan Akışı Nadayalı Dinlenme Durumu Fonksiyonel Bağlantısı

To obtain a comprehensive understanding of the human brain, utilization of cerebral blood flow (CBF) as a source of contrast is desired because it is a ...

Biyomühendislik

Real-Time, Two-Color Stimulated Raman Scattering Imaging of Mouse Brain for Tissue Diagnosis

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy has emerged as a powerful optical imaging technique for tissue diagnosis. In recent years, two-color SRS has been shown to be able to provide hematoxylin and eosin (H&amp;E)-equivalent images that allow fast and reliable diagnosis of brain cancer. Such capability has enabled exciting intraoperative cancer diagnosis applications. Two-color SRS imaging of tissue can be done with either a picosecond or femtosecond laser source. Femtosecond lasers have the advantage of enabling flexible imaging modes, including fast hyperspectral imaging and real-time, two-color SRS imaging. A spectral-focusing approach with chirped laser pulses is typically used with femtosecond lasers to achieve high spectral resolution. 
Two-color SRS acquisition can be realized with orthogonal modulation and lock-in detection. The complexity of pulse chirping, modulation, and characterization is a bottleneck for the widespread adoption of this method. This article provides a detailed protocol to demonstrate the implementation and optimization of spectral-focusing SRS and real-time, two-color imaging of mouse brain tissue in the epi-mode. This protocol can be used for a broad range of SRS imaging applications that leverage the high speed and spectroscopic imaging capability of SRS.

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy is a powerful, nondestructive, and label-free imaging technique. One emerging application is stimulated Raman histology, where two-color SRS imaging at the protein and lipid Raman transitions are used to generate pseudo-hematoxylin and eosin images. Here, we demonstrate a protocol for real-time, two-color SRS imaging for tissue diagnosis.

Doku Teşhisi için Fare Beyninin Gerçek Zamanlı, İki Renkli Uyarılmış Raman Saçılma Görüntülemesi

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy has emerged as a powerful optical imaging technique for tissue diagnosis. In recent years, two-color SRS has ...

Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous variability and heterogeneity (age, gender, type of trauma, other possible pathologies, etc.), animal models play a key role in unraveling factors that are limitations in clinical research. They provide a standardized and controlled setting to investigate the biological mechanisms of injury and repair following TBI. However, not all animal models mimic the diffuse and subtle nature of mTBI effectively. For example, the commonly used controlled cortical impact (CCI) and lateral fluid percussion injury (LFPI) models make use of a craniotomy to expose the brain and induce widespread focal trauma, which are not commonly seen in mTBI. Therefore, these experimental models are not valid to mimic mTBI. Thus, an appropriate model should be used to investigate mTBI. The Marmarou weight drop model for rats induces similar microstructural alterations and cognitive impairments as seen in patients who sustain mild trauma; therefore, this model was selected for this protocol. Conventional computed tomography and magnetic resonance imaging (MRI) scans commonly show no damage following a mild injury, because mTBI induces often only subtle and diffuse injuries. With diffusion weighted MRI, it is possible to investigate microstructural properties of brain tissue, which can provide more insight into the microscopic alterations following mild trauma. Therefore, the goal of this study is to obtain quantitative information of a selected region-of-interest (i.e., hippocampus) to follow up disease progression after obtaining a mild and diffuse brain injury.

The overall goal of this procedure is to obtain quantitative microstructural information of the hippocampus in a rat with mild traumatic brain injury. This is done using an advanced diffusion-weighted magnetic resonance imaging protocol and region-of-interest based analysis of parametric diffusion maps.

Hafif Travmatik Beyin Hasarı Olan Sıçanların Hipokampuslarında İleri Difüzyon Görüntüleme

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous ...

Systems Analysis of the Neuroinflammatory and Hemodynamic Response to Traumatic Brain Injury

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a significant public health problem. Repeated exposure to mTBI can lead to cumulative, long-lasting functional deficits. Numerous studies by our group and others have shown that mTBI stimulates cytokine expression and activates microglia, decreases cerebral blood flow and metabolism, and impairs cerebrovascular reactivity. Moreover, several works have reported an association between derangements in these neuroinflammatory and hemodynamic markers and cognitive impairments. Herein we detail methods to characterize the neuroinflammatory and hemodynamic tissue response to mTBI in mice. Specifically, we describe how to perform a weight-drop model of mTBI, how to longitudinally measure cerebral blood flow using a non-invasive optical technique called diffuse correlation spectroscopy, and how to perform a Luminex multiplexed immunoassay on brain tissue samples to quantify cytokines and immunomodulatory phospho-proteins (e.g., within the MAPK and NF&#954;B pathways) that respond to and regulate activity of microglia and other neural immune cells. Finally, we detail how to integrate these data using a multivariate systems analysis approach to understand the relationships between all of these variables. Understanding the relationships between these physiologic and molecular variables will ultimately enable us to identify mechanisms responsible for mTBI.

This protocol presents methods to characterize the neuroinflammatory and hemodynamic response to mild traumatic brain injury and to integrate these data as part of a multivariate systems analysis using partial least squares regression.

Travmatik Beyin Hasarına Nöroinflamatuar ve Hemodinamik Yanıtın Sistem Analizi

Mild traumatic brain injuries (mTBIs) are a significant public health problem. Repeated exposure to mTBI can lead to cumulative, long-lasting functional ...

Quantification of Cerebral Perfusion using Laser Speckle Imaging and Infarct Volume using MRI in a Pre-clinical Model of Posterior Circulation Stroke

Background: Basilar artery occlusion (BAO) is a subset of posterior circulation stroke that carries a mortality as high as 90%.&#160; The current clinical standard to diagnose ischemic stroke include computerized tomography (CT), CT angiography and perfusion and magnetic resonance imaging (MRI). Large animal pre-clinical models to accurately reflect the clinical disease as well as methods to assess stroke burden and evaluate treatments are lacking.
Methods: We describe a canine model of large vessel occlusion (LVO) stroke in the posterior circulation, and developed a laser speckle imaging (LSI) protocol to monitor perfusion changes in real time.&#160; We then utilized high b-value DWI (b=1800s/mm2) MRI to increase detection sensitivity. We also evaluated the ability of magnetic resonance angiography (MRA) to assess arterial occlusion and correlate with DSA. Finally, we verified infarct size from apparent diffusion coefficient (ADC) mapping with histology.&#160;
Results:&#160; Administration of thromboembolism occluded the basilar artery as tracked by DSA (n=7).&#160; &#160;LSI correlated with DSA, demonstrating a reduction in perfusion after stroke onset that persisted throughout the experiment, allowing us to monitor perfusion in real time.&#160; DWI with an optimized b-value for dogs illustrated the stroke volume and allowed us to derive ADC and magnetic resonance angiography (MRA) images. The MRA performed at the end of the experiment correlated with DSA performed after occlusion. Finally, stroke burden on MRI correlated with histology.
Conclusions: Our studies demonstrate real time perfusion imaging using LSI of a canine thromboembolic LVO model of posterior circulation stroke, which utilizes multimodal imaging important in the diagnosis and treatment of ischemic stroke.

A canine model of LVO stroke was utilized to develop laser speckle imaging to monitor cerebral perfusion in real-time.&#160; Diffusion-weighted MRI was optimized to image infarct volume utilizing a high b-value, enabling ADC and MRA, correlated with DSA at the time of stroke.&#160; Finally, ADC reconstructions correlated with histological findings.

Background: Basilar artery occlusion (BAO) is a subset of posterior circulation stroke that carries a mortality as high as 90%.&#160; The current clinical ...

Two-Dimensional Super-Resolution Visualization of Rat Brain Microvasculature Using Ultrasound Localization Microscopy

The cerebral microvasculature forms a complex network of vessels essential for maintaining brain function. Diseases such as stroke, Alzheimer's disease, gliomas, and vascular dementia can profoundly disrupt the microvascular system. Unfortunately, current medical imaging modalities offer only indirect observations at this scale. Inspired by optical microscopy, ultrasound localization microscopy (ULM) overcomes the classical trade-off between penetration depth and spatial resolution. By localizing and tracking individual injected microbubbles (MBs) with sub-wavelength precision, vascular and velocity maps can be generated at the micrometer scale. Here, we present a robust protocol for super-resolution imaging of the brain microvasculature in vivo in rats using a commercial ultrasound platform. This method achieves 12.5 &#181;m spatial resolution, reconstructing the microvascular architecture and providing detailed information on blood flow direction and velocity, greatly enhancing our understanding of cerebral microcirculation. The protocol can be extended to rat disease models, offering a powerful tool for the early diagnosis and treatment of neurovascular diseases.

Here, we describe a protocol for ultrasound localization microscopy (ULM), which achieves 12.5 &#181;m spatial resolution to image the brain microvasculature in rats. It enables detailed visualization of blood flow direction and velocity, offering a powerful tool for advancing studies of cerebral circulation and vascular disorders.

Ultrason Lokalizasyon Mikroskobu Kullanılarak Sıçan Beyin Mikrovaskülatürünün İki Boyutlu Süper Çözünürlüklü Görselleştirilmesi

The cerebral microvasculature forms a complex network of vessels essential for maintaining brain function. Diseases such as stroke, Alzheimer's disease, ...

Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

Neurophysiological monitoring is an important goal in the treatment of neurocritical patients, as it may prevent secondary damage and directly impact morbidity and mortality rates. However, there is currently a lack of suitable non-invasive, real-time technologies for continuous monitoring of cerebral physiology at the bedside. Diffuse optical techniques have been proposed as a potential tool for bedside measurements of cerebral blood flow and cerebral oxygenation in case of neurocritical patients. Diffuse optical spectroscopies have been previously explored to monitor patients in several clinical scenarios ranging from neonatal monitoring to cerebrovascular interventions in adults. However, the feasibility of the technique to aid clinicians by providing real-time information at the bedside remains largely unaddressed. Here, we report the translation of a diffuse optical system for continuous real-time monitoring of cerebral blood flow, cerebral oxygenation, and cerebral oxygen metabolism during intensive care. The real-time feature of the instrument could enable treatment strategies based on patient-specific cerebral physiology rather than relying on surrogate metrics, such as arterial blood pressure. By providing real-time information on the cerebral circulation at different time scales with relatively cheap and portable instrumentation, this approach may be especially useful in low-budget hospitals, in remote areas and for&#160;monitoring in open fields (e.g., defense and sports).

Presented here is a protocol for non-invasively monitoring cerebral hemodynamics of neurocritical patients in real-time and at the bedside using diffuse optics. Specifically, the proposed protocol uses a hybrid diffuse optical systems to detect and display real-time information on cerebral oxygenation, cerebral blood flow and cerebral metabolism.

Diffüz Optik Spektroskopilerle Nörokritik Hastaların Gerçek Zamanlı İzlenmesi

Neurophysiological monitoring is an important goal in the treatment of neurocritical patients, as it may prevent secondary damage and directly impact ...

Serebral Hemodinamiğin ve Işık Saçılımının Eşzamanlı Değerlendirilmesi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler