Blodflödeshastighetsbilder erhållna från kycklingembryo nr 1 med användning av LS-LSAI. (a) En genomsnittlig blodflödeshastighetskarta över hela bildstapeln. (b) En ögonblicklig blodflödesbild vid tidpunkten 0,48 s, när flödeshastigheten nådde maximum. (c) En ögonblicklig blodflödesbild vid tidpunkten 1,08 s, när flödeshastigheten nådde minimum. (d) En förstorad vy av det vita streckade området i (a). (e) Tvärsnittsflödeshastighetsprofiler tagna längs den gröna linjen i d vid olika tidpunkter. f, tidsförloppen för rumsligt medelvärde för blodflödet över de regioner som anges av de blå och gröna rutorna i (a). Kredit:Compuscript Ltd
I en ny publikation från Opto-Electronic Advances, forskare från National University of Singapore, Singapore, diskuterar konfokal autokorrelationsavbildning med laserfläckar av dynamiskt flöde i mikrovaskulatur.
Kvantitativ flödesmätning och visualisering är avgörande för många vetenskapliga och tekniska discipliner. Författarna till denna artikel föreslår en etikettfri dynamisk flödesavbildningsmetod, konfokal laserfläckavbildning, för realtids- och kvantitativ avbildning av blodflödet på mikroskopisk nivå. Det utvecklade avbildningssystemet delar många egenskaper hos ett konfokalt fluorescensmikroskop och kan därför erhålla högkvalitativa, detaljerade flödesbilder från tjocka vävnadsprover. Metoden som beskrivs här kräver inte fluorescensmärkning eller någon annan provberedningsprocedur.
Istället är kontrastmekanismen rent inneboende och baserad på optiska fasförändringar orsakade av strömmande blodkroppar, som kan omvandlas till slumpmässiga ljusintensitetsfluktuationer. När ett vävnadsprov belyses med en laserstråle innehåller de inhämtade bilderna i allmänhet sådana slumpmässiga intensitetsfluktuationer, de så kallade laserfläckarna. Den konfokala laserfläckavbildningsinställningen är implementerad ovanpå ett linjeavsökningskonfokalmikroskop, som bildar en belysningslinje på provet. En linjekamera är placerad för att selektivt fånga fläcksignalerna som kommer från den upplysta linjen och effektivt avvisa ljuset som inte är i fokus, vilket är ett allvarligt problem som leder till minskad kontrast och upplösning i konventionella laserfläcksavbildningstekniker.
Genom att snabbt skanna belysningslinjen över provytan kan tvådimensionella råa fläckbilder erhållas med en hastighet på mer än 200 bilder per sekund. Tidsserieanalys av fläckbilderna utförs pixel för pixel, en strategi som bevarar den rumsliga upplösningen i de bearbetade bilderna. Autokorrelation och fläckkontrastberäkning är båda vanliga analysmetoder som kopplar de fläckhärledda parametrarna till den lokala blodflödeshastigheten. Kombinationen av konfokalmikroskopi med autokorrelationsbaserad speckleanalys, som kallas Line Scan Laser Speckle Autocorrelation Imaging (LSAI), visar sig dock vara överlägsen.
Med små djuravbildningsexperiment visade författarna att LSAI kan kvantifiera den lokala flödeshastigheten vid individuella pixlar, som är betydligt mindre än kapillärernas typiska diameter. Dessutom är LSAI tillräckligt snabb för att fånga förändringar i videohastighetsflödeshastigheter på samma mikroskopiska nivå. Kort sagt, konfokal laserfläckavbildning ger ett genombrott för in vivo-flödesavbildning med dess oöverträffade prestanda.
En omedelbar tillämpning av konfokal laserfläckningsavbildning är att kartlägga och kvantifiera dynamiskt blodflöde i mikrokärl. Mikrokärl är de minsta blodkärlen i organvävnader, inklusive terminala arterioler, metarterioler, kapillärer och venoler. Inuti mikrokärlsnätverket skapar interaktionen mellan blod och vävnad en miljö för vävnadsceller att överleva. Blodets cirkulation i mikrovaskulaturen är så kallad mikrocirkulation, vilket är grundläggande för att analysera och förstå patofysiologin och patogenesen för ett brett spektrum av mänskliga sjukdomar. Experimentella verktyg med tillräckligt hög tidsupplösning och rumslig upplösning är mycket önskvärda för visualisering in vivo, och ännu viktigare, kvantitativ mätning av de tidsberoende blodflödeskartorna i mikrovaskulaturen för ytterligare kliniska och prekliniska undersökningar. Den nya konfokala laserfläcksavbildningsmetoden som utvecklats av författarna till denna artikel övervinner de tekniska begränsningarna hos befintliga tekniker. Det kan bli ett standardverktyg för avbildning inom mikrocirkulationsforskning såväl som kliniska diagnoser. + Utforska vidare
