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散斑血流成像專題丨激光散斑成像的小鼠腦損傷模型（腦血流監(jiān)測(cè)）
2024-07-16 11:07:32
激光散斑襯比成像能提供實(shí)時(shí)無(wú)掃描區(qū)域整體功能性成像，并且獲得的圖像具有高分辨率、快速和非侵入等諸多優(yōu)點(diǎn)。采用的光譜分析檢測(cè)腦血氧值能夠?qū)崟r(shí)在體檢測(cè)，并且易于和激光散斑同步記錄。
實(shí)驗(yàn)采用ICR型雌性小鼠，在小鼠出生約8周后，將小鼠飼養(yǎng)與恒溫（25±1℃）和恒濕（55±10%）的飼養(yǎng)籠中，晝夜間隔12h，連續(xù)飼養(yǎng)7d，在這個(gè)過(guò)程中保證水和食物供應(yīng)充足。
5%水合氯醛（400mg/kg，腹腔注射）麻醉小鼠，并將其置于立體定向定位儀上，酒精消毒皮膚后，切開腦皮層，清潔顱骨表面，并分別在同側(cè)腦區(qū)顱骨鉆孔。右側(cè)孔的中心為前鹵前0.5mm，距離中線1.0mm，用來(lái)進(jìn)行近紅外光譜血氧采集實(shí)驗(yàn)，同側(cè)的中心為前鹵后約為0.5mm，中線外側(cè)約1.0mm，成像面積大約2mm2，用來(lái)進(jìn)行激光散斑血流成像實(shí)驗(yàn)。
將32只實(shí)驗(yàn)小鼠隨機(jī)分為4組，每組8只，分別為L(zhǎng)PS組、高滲鹽水治療組、甘露醇治療組和生理鹽水對(duì)照組。本實(shí)驗(yàn)中，LPS的劑量采用10ml/kg的注射量，所有小鼠在LPS用藥2h后分別對(duì)治療組和對(duì)照組注射7.5%高滲鹽水（4ml/kg），20%甘露醇（2g/kg）以及0.9%生理鹽水（6ml/kg）。所有給藥方式均采用腹腔注射。然后用激光照射在小鼠左側(cè)腦區(qū)用于激光散斑血流成像實(shí)驗(yàn)，同時(shí)光纖探針被插入到小鼠的同側(cè)腦區(qū)用于近紅外光譜實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)組別的3組在LPS試劑注射后，利用激光散斑成像系統(tǒng)和光譜分析系統(tǒng)分別同時(shí)采集小鼠的血流和血氧信息，間隔20min記錄一次，總計(jì)2h，之后分別對(duì)治療組和對(duì)照組注射高滲鹽水和甘露醇以及0.9%生理鹽水，間隔20min記錄一次，記錄1h。對(duì)照組在同一時(shí)刻注射生理鹽水。
小鼠腦損傷模型在體實(shí)驗(yàn)：
用光纖采集小鼠的血氧值，深度為距離腦膜0~2mm的范圍，同時(shí)用激光散斑獲取血流的偽彩圖像，散斑成像位置和光纖探頭位置見(jiàn)2.1。將LPS組和對(duì)照組的8只小鼠的光譜和激光散斑實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別取均值，得到腦血氧（SO2）與ROI的腦血流（rCBF）的變化圖。
將激光散斑血流成像系統(tǒng)和光譜血氧分析聯(lián)合系統(tǒng)用于LPS誘導(dǎo)的小鼠腦損傷模型中。首先進(jìn)行了脂多糖組和對(duì)照組的在體腦血流和腦血氧實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了脂多糖引起小鼠腦損傷后造成血流和血氧的相應(yīng)變化情況，進(jìn)一步說(shuō)明了脂多糖的藥物功效。
聯(lián)合光譜和激光散斑系統(tǒng)
激光散斑系統(tǒng)由HeNe激光（HNL150L?EC，Thorlab）、擴(kuò)束鏡、反光鏡、12倍光學(xué)鏡筒（1?50486A，Navitar）、CCD相機(jī)（GS3?U3?51S5M?C，Point?Grey）組成，同時(shí)血氧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由光纖（直徑200μm，定制）、鹵素光源（HL2000?HP?FHSA，海洋光學(xué)）和光纖光譜儀（FX?2000，海洋光學(xué)）組成，如圖所示。激光散斑成像與血氧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步測(cè)量。
光譜與激光散斑聯(lián)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)過(guò)程：實(shí)驗(yàn)采用ICR型雌性小鼠，在小鼠出生約8周后，將小鼠飼養(yǎng)與恒溫（25±1℃）和恒濕（55±10%）的飼養(yǎng)籠中，晝夜間隔12h，連續(xù)飼養(yǎng)7d，在這個(gè)過(guò)程中保證水和食物供應(yīng)充足。
5%水合氯醛（400mg/kg，腹腔注射）麻醉小鼠，并將其置于立體定向定位儀上，酒精消毒皮膚后，切開腦皮層，清潔顱骨表面，并分別在同側(cè)腦區(qū)顱骨鉆孔。右側(cè)孔的中心為前鹵前0.5mm，距離中線1.0mm，用來(lái)進(jìn)行近紅外光譜血氧采集實(shí)驗(yàn)，同側(cè)的中心為前鹵后約為0.5mm，中線外側(cè)約1.0mm，成像面積大約2mm2，用來(lái)進(jìn)行激光散斑血流成像實(shí)驗(yàn)。
將32只實(shí)驗(yàn)小鼠隨機(jī)分為4組，每組8只，分別為L(zhǎng)PS組、高滲鹽水治療組、甘露醇治療組和生理鹽水對(duì)照組。本實(shí)驗(yàn)中，LPS的劑量采用10ml/kg的注射量，所有小鼠在LPS用藥2h后分別對(duì)治療組和對(duì)照組注射7.5%高滲鹽水（4ml/kg），20%甘露醇（2g/kg）以及0.9%生理鹽水（6ml/kg）。所有給藥方式均采用腹腔注射。然后用激光照射在小鼠左側(cè)腦區(qū)用于激光散斑血流成像實(shí)驗(yàn)，同時(shí)光纖探針被插入到小鼠的同側(cè)腦區(qū)用于近紅外光譜實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)組別的3組在LPS試劑注射后，利用激光散斑成像系統(tǒng)和光譜分析系統(tǒng)分別同時(shí)采集小鼠的血流和血氧信息，間隔20min記錄一次，總計(jì)2h，之后分別對(duì)治療組和對(duì)照組注射高滲鹽水和甘露醇以及0.9%生理鹽水，間隔20min記錄一次，記錄1h。對(duì)照組在同一時(shí)刻注射生理鹽水。
小鼠腦損傷模型在體實(shí)驗(yàn)：
用光纖采集小鼠的血氧值，深度為距離腦膜0~2mm的范圍，同時(shí)用激光散斑獲取血流的偽彩圖像，散斑成像位置和光纖探頭位置見(jiàn)2.1。將LPS組和對(duì)照組的8只小鼠的光譜和激光散斑實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別取均值，得到腦血氧（SO2）與ROI的腦血流（rCBF）的變化圖。
脂多糖組和對(duì)照組的血流血氧變化曲線
在3個(gè)小時(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)照組小鼠腦血氧有輕度下降，但下降程度保持在正常范圍內(nèi)，這可能是因?yàn)殡S著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行小鼠生命體征逐漸下降造成的。分析LPS組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在LPS注射后小鼠ROI區(qū)域的rCBF值呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；此外，血氧的變化曲線呈現(xiàn)大幅度下降的趨勢(shì)。將激光散斑血流成像系統(tǒng)和光譜血氧分析聯(lián)合系統(tǒng)用于LPS誘導(dǎo)的小鼠腦損傷模型中。首先進(jìn)行了脂多糖組和對(duì)照組的在體腦血流和腦血氧實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了脂多糖引起小鼠腦損傷后造成血流和血氧的相應(yīng)變化情況，進(jìn)一步說(shuō)明了脂多糖的藥物功效。
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