In een nieuwe publicatie van Opto-Electronic Advances, onderzoekers van de National University of Singapore, Singapore, bespreken confocale laser spikkel autocorrelatie beeldvorming van dynamische stroming in microvasculatuur.

Kwantitatieve stromingsmeting en visualisatie is van vitaal belang voor veel wetenschappelijke en technische disciplines. De auteurs van dit artikel stellen een labelvrije dynamische stroombeeldvormingsmethode voor, confocale laserspikkelbeeldvorming, voor realtime en kwantitatieve beeldvorming van de bloedstroom op microscopisch niveau. Het ontwikkelde beeldvormingssysteem deelt veel kenmerken van een confocale fluorescentiemicroscoop en is daarom in staat om hoogwaardige, gedetailleerde stroombeelden te verkrijgen van dikke weefselmonsters. De hier beschreven methode vereist geen fluorescentie-etikettering of een andere monstervoorbereidingsprocedure.

In plaats daarvan is het contrastmechanisme puur intrinsiek en gebaseerd op optische faseveranderingen veroorzaakt door stromende bloedcellen, die kunnen worden omgezet in willekeurige fluctuaties in de lichtintensiteit. Wanneer een weefselmonster wordt belicht met een laserstraal, bevatten de verkregen beelden doorgaans dergelijke willekeurige intensiteitsfluctuaties, de zogenaamde laserspikkels. De confocale laser speckle imaging setup wordt geïmplementeerd bovenop een line-scan confocale microscoop, die een verlichtingslijn op het monster vormt. Een lijncamera is gepositioneerd om selectief de spikkelsignalen afkomstig van de verlichte lijn te vangen en het onscherpe licht effectief te verwerpen, wat een serieus probleem is dat leidt tot verminderd contrast en resolutie bij conventionele laserspikkelbeeldvormingstechnieken.

Door snel de verlichtingslijn over het monsteroppervlak te scannen, kunnen tweedimensionale onbewerkte spikkelbeelden worden verkregen met een snelheid van meer dan 200 frames per seconde. Tijdreeksanalyse van de spikkelbeelden wordt pixel voor pixel uitgevoerd, een strategie die de ruimtelijke resolutie in de verwerkte afbeeldingen behoudt. Autocorrelatie en spikkelcontrastberekening zijn beide veelgebruikte analysemethoden die de van spikkels afgeleide parameters koppelen aan de lokale bloedstroomsnelheid. De combinatie van confocale microscopie met op autocorrelatie gebaseerde spikkelanalyse, genaamd Line Scan Laser Speckle Autocorrelation Imaging (LSAI), blijkt echter superieur te zijn.

Met beeldvormingsexperimenten met kleine dieren hebben de auteurs aangetoond dat LSAI in staat is om de lokale stroomsnelheid bij individuele pixels te kwantificeren, die aanzienlijk kleiner zijn dan de typische diameter van haarvaten. Bovendien is LSAI snel genoeg om veranderingen in de stroomsnelheid van de videosnelheid op hetzelfde microscopische niveau vast te leggen. Kortom, confocale laser speckle imaging zorgt voor een doorbraak in in vivo flow imaging met zijn ongekende prestaties.

Een onmiddellijke toepassing van confocale laser speckling imaging is om de dynamische bloedstroom in microvaten in kaart te brengen en te kwantificeren. Microvaten zijn de kleinste bloedvaten in orgaanweefsels, inclusief terminale arteriolen, metarteriolen, haarvaten en venulen. Binnen het netwerk van microvaten creëert de interactie tussen bloed en weefsel een omgeving voor weefselcellen om te overleven. De circulatie van het bloed in de microvasculatuur is de zogenaamde microcirculatie, die van fundamenteel belang is voor het analyseren en begrijpen van de pathofysiologie en pathogenese van een breed scala aan menselijke ziekten. Experimentele instrumenten met een voldoende hoge temporele resolutie en ruimtelijke resolutie zijn zeer wenselijk voor in vivo visualisatie, en nog belangrijker, kwantitatieve meting van de tijdsafhankelijke bloedstroomkaarten in de microvasculatuur voor verder klinisch en preklinisch onderzoek. De nieuwe confocale laser speckle imaging methode ontwikkeld door de auteurs van dit artikel overwint de technische beperkingen van bestaande technieken. Het kan een standaard beeldvormingsinstrument worden in zowel microcirculatieonderzoek als klinische diagnoses. + Verder verkennen

Doorlatende gedetecteerde laserspikkelbeeldvorming voor monitoring van de bloedstroom in dik weefsel