Konfokal laserpletter-autokorrelationsbilleddannelse af dynamisk flow i mikrovaskulatur

I en ny publikation fra Opto-Electronic Advances, forskere fra National University of Singapore, Singapore, diskuterer konfokal laser speckle autokorrelation billeddannelse af dynamisk flow i mikrovaskulatur.

Kvantitativ flowmåling og visualisering er afgørende for mange videnskabelige og tekniske discipliner. Forfatterne af dette papir foreslår en etiketfri dynamisk flow-billeddannelsesmetode, konfokal laser-spekle-billeddannelse, til real-time og kvantitativ billeddannelse af blodgennemstrømning på mikroskopisk niveau. Det udviklede billeddannelsessystem deler mange funktioner i et konfokalt fluorescensmikroskop og er derfor i stand til at opnå detaljerede flowbilleder af høj kvalitet fra tykke vævsprøver. Metoden beskrevet her kræver ikke fluorescensmærkning eller nogen anden prøveforberedelsesprocedure.

I stedet er kontrastmekanismen rent iboende og baseret på optiske faseændringer forårsaget af strømmende blodceller, som kan omdannes til tilfældige lysintensitetsudsving. Når en vævsprøve belyses med en laserstråle, indeholder de opnåede billeder generelt sådanne tilfældige intensitetsudsving, de såkaldte laserpletter. Den konfokale laser speckle imaging-opsætning er implementeret oven på et line-scan konfokalt mikroskop, som danner en belysningslinje på prøven. Et linjekamera er placeret til selektivt at fange pletter-signalerne, der kommer fra den oplyste linje, og effektivt afvise det ude af fokus lys, hvilket er et alvorligt problem, der fører til reduceret kontrast og opløsning i konventionelle laserpletter-billedteknikker.

Ved hurtigt at scanne belysningslinjen på tværs af prøveoverfladen kan todimensionelle rå pletter-billeder erhverves med en hastighed på mere end 200 billeder i sekundet. Tidsserieanalyse af speckle-billederne udføres pixel for pixel, en strategi, der bevarer den rumlige opløsning i de behandlede billeder. Autokorrelation og pletterkontrastberegning er begge almindeligt anvendte analysemetoder, der forbinder de pletterafledte parametre til den lokale blodstrømshastighed. Kombinationen af ​​konfokal mikroskopi med autokorrelationsbaseret speckleanalyse, som kaldes Line Scan Laser Speckle Autocorrelation Imaging (LSAI), viser sig dog at være overlegen.

Med billeddiagnostiske forsøg med små dyr viste forfatterne, at LSAI er i stand til at kvantificere den lokale strømningshastighed ved individuelle pixels, som er væsentligt mindre end den typiske diameter af kapillærer. Desuden er LSAI hurtig nok til at fange ændringer i videohastighedsflowhastighed på samme mikroskopiske niveau. Kort sagt bringer konfokal laserspektrebilleddannelse et gennembrud til in vivo flow-billeddannelse med sin hidtil usete ydeevne.

En umiddelbar anvendelse af konfokal laserprikket billeddannelse er at kortlægge og kvantificere dynamisk blodgennemstrømning i mikrokar. Mikrokar er de mindste blodkar i organvæv, herunder terminale arterioler, metarterioler, kapillærer og venoler. Inde i mikrokarnetværket skaber interaktionen mellem blod og væv et miljø for vævsceller til at overleve. Blodets cirkulation i mikrovaskulaturen er såkaldt mikrocirkulation, som er grundlæggende for at analysere og forstå patofysiologien og patogenesen af ​​en lang række menneskelige sygdomme. Eksperimentelle værktøjer med tilstrækkelig høj tidsmæssig opløsning og rumlig opløsning er yderst ønskelige til in vivo visualisering, og endnu vigtigere, kvantitativ måling af de tidsafhængige blodstrømskort i mikrovaskulaturen til yderligere kliniske og prækliniske undersøgelser. Den nye konfokale laserpletter-billeddannelsesmetode udviklet af forfatterne til denne artikel overvinder de tekniske begrænsninger ved eksisterende teknikker. Det kan blive et standard billeddannende værktøj i mikrocirkulationsforskning såvel som kliniske diagnoser. + Udforsk yderligere

Transmissiv-detekteret laserpletter-billeddannelse til blodgennemstrømningsovervågning i tykt væv