Pencitraan Dinamis dari Aliran Darah Otak Menggunakan Laser SpeckleAndrew K. Dunn, Hayrunnisa Bolay, Michael A. Moskowitz, David A. Boas Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, Volume 21, Page 195-201, The International Society for Cerebral Blood Flow and Metabolism, Philadelphia Dianalisa oleh : Miranda Zawazi Ichsan (080810136), Kristio Mordhoko (080810239), Affan Muhammad (080810296), Ima Kurniastuti (080810337), Ninik Irawati (080810721) Abstrak : Metode dinamis, resolusi tinggi untuk pencitraan aliran darah otak (CBF) terdapat dalam artikel ini. Artikel ini menerangkan tentang korteks dengan sinar laser dan pencitraan yang dihasilkan oleh speckle, gambar CBF relatif dengan puluhan mikron spatial dan resolusi temporal dengan milidetik. Perubahan regional CBF yang diukur dengan teknik speckle yang divalidasi melalui perbandingan langsung dengan pengukuran konvensional laser Doppler. Dengan metode ini, gambar dinamis dari perubahan CBF yang relatif selama iskemik otak fokal dan depresi penyebaran kortikal diperoleh bersamaan dengan rekaman elektropsikologi. Ketika arteri otak tengah (MCA) mengalami oklusi, teknik speckle menghasilkan gambar yang beresolusi tinggi dari gradien CBF dengan sisa mencakup inti iskemik, penumbra, oligemik, dan jaringan yang biasanya perfusi selama 6 x 4 mm di daerah kortikal. Gambar speckle berturutturut menunjukkan penurunan lebih lanjut dalam sisa CBF yang menunjukan perluasan zona iskemik dengan perbatasan pada gambar secara halus. Gambar dinamis CBF selama depresi penyebaran kortikal mengungkapkan seluas 2 sampai 3 mm dari CBF meningkat (160% sampai 250%) yang disebar dengan kecepatan 2 sampai 3 mm/menit. Teknik ini mudah diterapkan dan dapat digunakan untuk memonitor spatial dan evolusi temporal dari perubahan CBF dengan resolusi tinggi dalam studi patofisiologi otak. Kata Kunci: Pencitraan optic - Aliran darah otak - Laser speckle Depresi penyebaran kortikal Iskemik otak fokal. Pemantauan karakteristik spatio-temporal dari aliran darah otak sangat penting untuk mempelajari kondisi normal dan patofisiologi dari metabolisme otak. Metode konvensional seperti Laser Doppler Flowmetry memberikan informasi tentang aliran darah otak dari sejumlah titik yang terisolasi di otak (sekitar 1 mm3) (Dirnagl et al., 1989). Scanning Laser Doppler digunakan untuk menghasilkan gambar CBF terkait secara spatial dengan menggerakkan laser melewati bidang yang diinginkan (Lauritzen dan Fabricius, 1995; Ances et al, 1999),namun resolusi temporal dan spatial dari teknik ini dibatasi oleh kebutuhan untuk me-scan probe atau laser secara mekanik. Meskipun metode autoradiografik memberikan informasi spatial tiga dimensi, namun tidak berisi informasi tentang evolusi temporal dan perubahan CBF (Sakurada et al., 1978). Metode didasarkan pada magnetic resonance imaging (Calamante et al., 1999) dan emisi positron tomografi (Heiss et al., 1994) yang

memberikan pemetaan spatial dari CBF tetapi terbatas pada temporal dan resolusi spatialnya. Oleh karena itu, metode yang sederhana ini memberikan real-time secara spatial yang dipisahkan oleh gambar CBF yang membantu dalam studi eksperimental aktivasi otak fungsional dan patofisiologi otak. Laser speckle adalah pola interferensi acak yang dihasilkan oleh penambahan koheren dari sinar laser yang tersebar dengan panjang yang sedikit berbeda. Ketika area diterangi oleh sinar laser yang dicitrakan ke kamera, butiran atau pola speckle akan diproduksi. Jika butiran partikel bergerak, maka variasi pola waktu speckle dihasilkan pada setiap pixel dalam gamabar. Variasi intensitas temporal dan spatial dari pola ini berisi informasi tentang gerak butiran partikel dan arus informasi kuantitatif yang dapat diperoleh dengan mengukur temporal dari fluktuasi intensitas dari speckle,seperti pada Laser Doppler Flowmetry (Stern, 1975), atau spatial dari fluktuasi intensitas (Fercher dan duri, 1981). Dengan menggunakan pendekatan yang terakhir, dua dimensi peta CBF dapat diperoleh dengan spatial sangat tinggi dan resolusi temporal dengan pencitraan pola speckle ke kamera CCD dan menkuantifikasi spatial buram dari pola speckle yang dihasilkan dari aliran darah. Daerah yang aliran darahnya meningkat, fluktuasi intensitas dari pola speckle menjadi lebih cepat, dan ketika terintegrasi kamera CCD selamawaktu paparan (biasanya 10 sampai 50 milidetik), pola speckle menjadi buram di daerah tertentu. Dengan mengakuisisi gambar pola speckle dan menkuantifikasi keburaman gambar speckle dengan mengukur variasi intensitas spatial dalam pola speckle, maka peta spatial dari aliran darah relatif dapat diperoleh (Briers dan Webster, 1996). Teknik speckle telah digunakan untuk gambar aliran darah di retina (Yaoedaet al., 2000) dan kulit (Rut, 1994). Pada artikel ini, metode pencitraan speckle diterapkan untuk pencitraan CBF selama patofisiologis seperti iskemik fokal dan depresi penyebaran kortikal (CSD). Para penulis menyimpulkan bahwa pencitraan speckle dapat digunakan karena keakuratannya, pencitraan resolusi tinggi dari CBF, sangat sederhana untuk dilakukan, dan hanya membutuhkan kamera CCD standar dan laser. MATERIAL DAN METODE Persiapan Hewan Coba Tikus jantan berjenis Wistar (n=36) dengan berat 250 hingga 310g, didapat dari Charles River Breeders, yang digunakan untuk eksperimen. Seluruh prosedur eksperimen yang dialkukan sesuai dengan aturan yang dibuat oleh Animal Care Committee. Tikus telah diberi anastesi degan urethane (1,2 g/kg, secara intraperitoneal) dan dikondisikan untuk tidak merespon saat pencubitan ekor dengan memberi tambahan seperlima dari dosis awal. Suhu tubuh selalu dijaga tetap konstan pada suhu 36.9C 0.1C dengan selimut homeothermik (Harvard Apparatus, Holliston, MA, U.S.A.) selama eksperimen. Arteri femoral kiri yang telah terkanulasi untuk memonitor tekanan darah secara kontinyu dan untuk mendapatkan pH arteri, PaCO2, and PaO2 pada sample. Pada eksperimen yang di desain untuk meningkatkan CBF selama hiperkarbia,

pembuluh darah vena juga selalu terkanulasi dan hewan coba dilumpuhkan dengan pancronium. Hewan telah diventilasi dan bernafas pada ruangan yang telah dilengkapi dengan oksigen. Untuk setiap siklus dari normokarbia ke hiperkarbia dan kembali, gas darah yang telah tersampel dari baseline state dan hiperkarbia plateau kira-kira 15 menit setelah penambahan 5% CO2 ke udara ruangan. LaserDoppler Flowmetry (Perimed, PF2B, Stockholm, Sweden) telah digunakan untuk menentukan perubahan regional CBF di corteks untuk pengesahan dari instrumen speckle. Probe laserDoppler diletakkan langsung pada bagian dura sepanjang pembuluh pial dan di bidang pandang dari kamera CCD. Data disimpan pada komputer dan dianalisis dengan MacLab acquisition data dan analisis sistem (AD Instruments, Mountain View, CA, U.S.A.). Pada seluruh hewan, parameter physikologi harus selalu terjaga diantara rentang normal untuk seluruh eksperimen. Prosedur Pembedahan Oklusi distal pada arteri kanan otak tengah (AMK) dilakukan seperti yang dijelaskan sebelumnya (Bolay dan Dalkara, 1998). Sesaat setelah insisi garis tengah, arteri common karotid kanan umumnya telah terikat longgar oleh jahitan sutra 0-0. Setiap tikus kemudian ditempatkan dalam frame stereotaxic dan craniotomy yang telah dibuat diatas korteks sensorimotor kanan (1 sampai 6 mm lateral dan 1 sampai 7 mm posterior ke bregma). Untuk oklusi MCA, otot temporalis diinsisi dan dicabut untuk membuka tulang squamosa dan craniotomi dibuat dengan jarum halus melengkung untuk memungkinkan proses clipping. Setelah arteri common karotid teroklusi oleh pengikat snare, sebuah klip metal diletakkan melintang pada MCA pada bagian atas vena kortikal inferior. Untuk percobaaan depresi penyebaran, bagian kecil dari lubang burr yang terbuka dan posterior hingga sensorimotor craniotomi (8 mm posterior and 7 mm lateral ke bregma) dan dura yang dibuka dengan jarum halus melengkung dengan menggunakan KCl. Rekaman Elektrofisiologi Kaca mikroelektrode berlaras tunggal (tahanan tepi 1 hingga 2 M ) telah terisi oleh 150 mmol/L NaCl, terhubung dengan kabel Ag/AgCl dan disisipkan 900m sedalam korteks parietal untuk merekam elektrocorticogram dan kortikal potensial aksi (DC) (Axoprobe-1A; Axon Instruments, CA, U.S.A). Elektroda referensi Ag/AgCl diletakkan pada bagian subcutan pada leher. Depresi penyebaran kortikal ditimbulkan oleh penggunaan dari 1 mol/L KCl pada korteks, dan permukaan kortikal telah dicuci dengan saline tiap kali pemakaian. Potensial aksi kortikal terekam secara kontiyu menggunakan MacLab acquisition data and analysis system (AD Instruments). Instrumen Citra Speckle

Perkembangan instrumen untuk pengukuran laser speckle telah diilustrasikan pada Gambar. 1. Sebuah diode laser (Sharp LTO25MD; = 780 nm, 30 mW; Thorlabs, Newton, NJ, U.S.A.) ditembakkan pada serat optik silika dengan diameter 600-m (Thorlabs FT600-EMT) dan sebuah lensa pengatur (f =8 mm, C240- TM; Thorlabs) yang terhubung pada bagian distal dari ujung serat optik. Lensa dan serat optik telah diposisikan kira-kira 10 cm diatas area yang diinginkan dan lensa telah diatur untuk menghasilkan pencahayaan 8-mm dari diameter permukaan corteks yang terbuka. Lebar koherensi dari laser kira-kira 1 cm. Area yang disinari dicitrakan pada CCD camera (Cohu 4910; Scion, San Diego, CA, U.S.A) dengan 640 x 480 pixel pada bidang citra 2 hingga 7mm, tergantung pada pembesaran. Citra yang diperoleh melalui frame grabber (LG-3; Scion, Frederick, MD, U.S.A.) dan konversi dari raw citra speckle ke pemetaan aliran darah dan nilai korelasi waktu antara tiap pixel menggunakan Persamaan 1 and 3 (lihat dibawah).

Gambar 1. Skema ilustrasi dari peralatan pencitraan speckle aliran darah otak (CBF). Laser diode ( = 780 nm, 10 mW) ditembakkan untuk menyinari area korteks 6 x 6 mm, yang dicitrakan oleh kamera CCD. Komputer menghasilkan gambar speckle raw dan menghitung pemetaan relatif CBF Analisis Citra Speckle Untuk menghitung keburaman dari speckle, kontras speckle lokal, didiefinisikan sebagai rasio dari deviasi standart untuk meratakan intensitas dari sebagian kecil citra, dihitung (Briers and Webster, 1996),

Ukuran wilayah yang lebih dari kontras speckle harus dihitung cukup besar untuk menampung jumlah piksel untuk memastikan penentuan keakuratan s dan , namun tidak begitu besar bahwa resolusi spatial yang signifikan hilang. Dalam prakteknya, 5 5 atau 7 7 daerah piksel yang digunakan. Kontras speckle memiliki nilai antara 0 dan 1. Kontras speckle 1 menunjukkan bahwa tidak ada keburaman dari pola speckle dan, karenanya, tidak ada gerakan, sedangkan speckle kontras 0 berarti bahwa butiran bergerak cukup cepat untuk rata-rata semua speckle. Kontras speckle adalah fungsi dari waktu paparan, T, kamera dan berhubungan dengan autocovariance dari fluktuasi intensitas dalam satu speckle, Ct ( ), dengan (Goodman, 1965)

Autocovariance didefinisikan sebagai Ct( ) e (I(t) t)(I(t + ) t) > t di mana t menunjukkan rata-rata waktu dan diasumsikan menjadi distribusi Lorentzian, Ct ( ) = 2 exp (2 / c), dimana waktu korelasi, c, diberikan oleh c = 1/(akov) dan v adalah kecepatan rata-rata, ko adalah panjang gelombang sinar, dan merupakan faktor yang tergantung pada lebar Lorentzian dan sifat hamburan jaringan (Bonner dan Nossal, 1981). Persamaan 2 menetapkan hubungan antara laser Doppler flowmetry dan pencitraan speckle karena Laser Doppler mengukur integran di sisi kanan sedangkan teknik speckle pada dasarnya mengukur kuantitas di sisi kiri (Briers, 1996). Mengingat bentuk ini untuk fungsi autokorelasi, kontras speckle dan waktu korelasi (dan juga kecepatan) yang terkait melalui (Fercher dan Briers, 1981),

Dimana T adalah waktu paparan dari CCD. Seperti dalam pengukuran Laser Doppler, secara teori kemungkinan untuk hubungan waktu korelasi, c, dengan kecepatan absolut dari sel darah merah, tetapi sulit untuk dilakukan dalam prakteknya karena jumlah partikel yang bergerak yang berinteraksi dengan cahaya dan arah tidak diketahui (Bonner dan Nossal, 1981). Namun, langkah-langkah spatial dan temporal relatif pada kecepatan yang mudah diperoleh dari rasio kali korelasi. Akusisi Citra Speckle Kamera CCD diposisikan seperti pada probe Laser-Doppler probe dalam sudut pandang kamera CCD sehingga pengukuran aliran darah dari daerah korteks bisa dibandingkan. Pembacaan Laser-Doppler dibandingkan dengan citra speckle dengan kondisi CBF ditingkatkan (hiperkarbia atau depresi penyebaran) dan diturunkan (iskemik) pada hewan yang terpisah untuk validasi. Untuk menghindari crosstalk antara dua pengukuran laser, dan pencitraan speckle Doppler dilakukan pembacaan secara berurutan. Karena perangkat laser-Doppler mengukur perubahan aliran darah di daerah sempit, sedangkan pencitraan speckle menyediakan peta dua dimensi aliran darah, hanya nilai-nilai di daerah korteks yang diperiksa oleh perangkat laser Doppler yang dianggap dalam pengukuran speckle, yang diasumsikan menjadi 1 mm2. Kontras speckle, didefinisikan oleh Persamaan 1, dihitung menggunakan 5 5 wilayah pixel dan waktu korelasi, c, dihitung menggunakan Persamaan 3. Untuk memastikan pengambilan sampel yang tepat dari pola speckle, ukuran satu speckle harus sama dengan ukuran piksel tunggal dalam gambar, sama dengan lebar ukuran difraksi yang dibatasi oleh tempat dan diberikan oleh 2.44 f /#, di mana adalah panjang gelombang dan f/# adalah nomor f sistem. Dalam alat penulis, ukuran pixel 10 m, dan dengan perbesaran kessluruhan diperlukan f/# adalah sekitar 6 dengan panjang gelombang 780 nm. Kecepatan (dalam satuan sembarang) dihitung dari kebalikan dari

waktu korelasi (u 1/ c), dan CBF relatif dihitung dengan mengambil rasio dari gambar waktu korelasi pada setiap titik waktu dan gambar awal. Waktu paparan, T, untuk setiap gambar adalah 15 milidetik, dan biasanya urutan 5 sampai 10 gambar diakuisisi pada 30 Hz (150 sampai 300 milidetik waktu akuisisi total), dan peta aliran dihitung darah untuk gambar yang rata-rata untuk meningkatkan statistik. Tingkat kebisingan intrinsik dalam CCD ditemukan kurang dari 1% dari level sinyal yang khas dan karenanya tidak dikurangkan dari gambar. HASIL Contoh gambar raw speckle dan gambar kontras speckle yang dapat dihitung langsung dengan Persamaan 1 gambar raw yang diilustrasikan dalam Gambar 2 dalam kondisi normal (baris atas) dan aliran darah tinggi (baris bawah) kortikal. Speckle dapat dilihat dengan jelas pada gambar raw dan beberapa speckle yang buram (blur) dapat dilihat pada inspeksi yang dekat, sesuai dengan daerah yang alirannya meningkat. Daerah ini terlihat dengan jelas dalam gambar kontras speckle, dimana nilai kontras specklenya yang rendah (daerah gelap) mengindikasikan peningkatan aliran seperti pembuluh pial dan dasar pembuluh darah mikro. Gambar kontras speckle juga menggambarkan variasi yang luas pada CBF dalam wilayah pencitraan korteks. Perbandingan gambar kontras speckle di bawah normal dan peningkatan aliran darah menunjukkan bahwa nilai-nilai kontras speckle rendah (daerah gelap) di seluruh wilayah korteks di bawah peningkatan aliran darah. Meskipun sedikit perbedaan dalam visibilitas speckle dapat terlihat pada gambar raw, gambar speckle kontras mengungkapkan perbedaan yang signifikan. Peta CBF relatif diperoleh dengan membandingkan gambar kontras speckle yang diperoleh pada titik waktu yang berbeda (persamaan 3). Perubahan aliran darah daerah otak (rCBF) yang telah diukur dengan pencitraan speckle dibandingkan dengan nilai yang diperoleh oleh laser-Doppler flowmetry dalam wilayah laser Doppler probe dan hasilnya diplot dalam Gambar 3 dalam kondisi rCBF ditingkatkan (hiperkarbia atau depresi penyebaran) dan diturunkan (iskemik) rCBF pada hewan yang terpisah. Pengukuran CBF relatif yang diperoleh oleh setiap metode menunjukkan korelasi yang tinggi (R2=0,98) atas berbagai nilai relatif CBF (0% sampai 250% dari garis dasar, Gambar 3). Simbol dalam Gambar 3 merupakan pengukuran dari hewan yang berbeda dan garis solid adalah kuadrat terkecil yang dicocokkan untuk data.

Gambar 2. Gambar speckle raw dan penyesuaian gambar speckle kontras (kolom kanan) yang dihitung langsung dari gambar speckle raw menggunakan Persamaan 1 dengan 5 x 5 area pixel. Baris paling atas menunjukkan tipe gambar di bawah aliran darah normal dan baris paling bawah adalah pencocokan untuk kondisi peningkatan aliran darah. Nilai kontras speckle yang rendah (area gelap pada kolom kanan) adalah pencocokan untuk speckle yang buram dari gambar speckle raw (kolom kiri) mengindikasikan peningkatan aliran darah. Area yang lebih gelap pada speckle kontras di bawah gambar kanan mengindikasikan peningkatan aliran darah cerebral dalam pembuluh darah mikro dibandingkan dengan kondisi normal (atas kanan). Gambar tersebut menunjukkan daerah 5 x 4 mm permukaan kortikal. Teknik speckle diterapkan untuk berbagai aktivitas patofisiologis otak, seperti CSD dan kajian iskemik otak, untuk menggambar peningkatan atau penurunan nilai CBF (Gambar 4 dan 5). Gambar-gambar speckle CFB yang menyertai perubahan CSD yang diperoleh pada interval 5 detik (data yang ditampilkan pada 10 interval kedua dalam Gambar. 4) setelah aplikasi KCl, dan gambar sebelum CSD digunakan sebagai penimbulan garis dasar (baseline). Setelah penimbulan CSD, CBF relatif mulai meningkat di daerah paling dekat dengan lokasi KCl (bagian kiri atas gambar, Gambar. 4) dan disebarkan di seluruh area pencitraan. Perbandingan potensial DC dan perubahan Rcbf di daerah sekitar elektroda menunjukkan bahwa peningkatan CBF mencapai nilai maksimum setelah ada pergantian potensi DC untuk nilai garis dasar (Grafik, Gambar 4). Batas spatial dari meningkatkan aliran darah ditemukan bervariasi antara 2 dan 3 mm dengan batas halus digambarkan dan besarnya kenaikan, (diukur dengan laser Doppler dan speckle pencitraan dalam percobaan paralel), berkisar antara 160% dan 250% dari baseline (n=8). Penurunan CBF (60% sampai 80% dari baseline) diamati setelah peningkatan awal di CBF (data

tidak ditunjukkan).Berdasarkan gambar, peningkatan CBF ditemukan untuk menyebarkan seluruh korteks dengan kecepatan 2.5mm/min (Gambar 4). Kecepatan menyebarkan hiperemia terkait dengan depresi berkisar antara 2 dan 4mm/min di semua aplikasi (n = 8). Teknik pencitraan speckle juga diperkenankan batas spatial dan temporal dari CBF menurun di iskemik fokal seperti diilustrasikan pada Gambar 5, yang menunjukkan perubahan relatif CBF pada dua titik waktu setelah oklusi MCA. Gambar speckle CBF relatif di daerah kortikal 6x4 mm mengungkapkan gradien halus digambarkan dari sisa CBF mulai dari kurang dari 10% dari nilai pra iskemik dalam inti iskemik sampai dengan nilai normal di wilayah arteri serebri anterior (Gambar.5B dan 5C). Berturut-turut speckle gambar menunjukkan perluasan zona iskemik dan penurunan lebih lanjut dalam sisa CBF selama dengan peningkatan CBF di daerah sekitarnya perfusi normal, mungkin menunjukkan kompensasi oleh aliran darah kolateral (Fig.5C). Penekanan electrocorticogram dan depolarisasi anoksik juga konsisten dengan nilainilai CBF sisa kurang dari 20% dicitrakan oleh teknik speckle dalam bidang microelectrode rekaman (Astrup et al, 1981;. Heissand Rosner, 1983; Hossmann, 1994).

Gambar 3. Daerah perubahan CBF (persentasi baseline ) didapatkan dengan pencitraan speckle yang dilengkapi dengan probe laser-Doppler yang menunjukkan korelasi yang tinggi (R2=0.98) dengan pengukuran laser-Doppler yang berada pada area yang sama di bawah kondisi peningkatan dan penurunan rCBFpada hewan yang terpisah. Simbol menunjukkan perbedaan hewan dan garis solid adalah pencocokan kuadrat paling sedikit.

Gambar 4. Evolusi spatio-temporal dan perubahan aliran darah di korteks otak (6 x 4 mm) sebagai respon terhadap depresi penyebaran kortikal (CSD) yang diukur dengan pencitraan speckle. Gambar yang ditampilkan di 10 interval kedua setelah aplikasi KCl (dalam craniotomi kedua yang terletak di luar sudut kiri atas foto). Sekitar 60 detik setelah induksi CSD, aliran darah otak relatif (CBF) mulai meningkat di wilayah terdekat ke aplikasi KCl. Area 2 sampai 3 mm dari CBF meningkat merambat di korteks dengan kecepatan 2,5 mm/min. Grafik menunjukkan potensi perubahan DC dan regional perubahan CBF diukur dengan pencitraan speckle di sekitar perekam microelectrode (posisi yang ditunjukkan oleh tanda bintang pada gambar pertama) selama CSD.

Gambar 5. Perubahan pencitraan speckle aliran darah otak (CBF) setelah iskemik otak fokal. (a) Gambar korteks oksipital parieto-tepat di bawah iluminasi cahaya putih.Vertikal (lateral) dan horisontal (posterior) koordinat menunjukkan jarak beberapa millimeter dari bregma (b) potensi DC kortikal, direkam dari lokasi ditunjukkan dengan tanda bintang dalam gambar, menunujukkan depolarisasi anoksik pada arteri otak tengah(MCA) oklusi. Panah menunjukkan titik waktu yang gambar c dan d diperoleh. (c) Setelah AMK oklusi, CBF turun menjadi 20% sampai 50% (biru gelap dan terang) dari garis dasar di daerah4,5 hingga 6 mm lateral, dikelilingi oleh suatu daerah (3 sampai 4,5 mm lateral) dengan CBF sedikit lebih tinggi residu nilai-nilai. (d) Setelah 20 menit, sisa lebih lanjut CBF menurun dalam 3 lateralis sampai 6 mm. Note perluasan daerah dengan CBF relatif 10% sampai 30% dari iskemik pra nilai (biru gelap, 4,5 sampai 6 mm lateral). Seperti meningkatkan cahaya dalam CBF di daerah sekitarnya perfusi biasanya biasanya diamati secara bersamaan (area merah, 2 sampai 3 mm lateral), mungkin menunjukkan kommpensasi oleh aliran darah kolateral. Ada d di bagian kiri atasdari gambar di c dan d sesuai dengan sebagian kecil dari tengkorak.

DISKUSI Pencitraan speckle : pertimbangan pelaksanaan Metode pencitraan speckle yang terdapat dalam artikel terbaru yang menyediakan alternatif yang menarik untuk metode lain karena kemampuan yang teliti dalam merespon gambar aliran darah kortikal dari beberapa millimeter menjadi sentimeter dan waktu beberapa milisekon menjadi berjam-jam. Melalui perbandingan gambar speckle tunggal, masing-masing yang diperoleh

dalam waktu 10 sampai 30 milidetik, memetakan dinamis dua-dimensi dari perubahan relatif CBF yang berhubungan dengan kejadian patofisiologi otak yang diperoleh. Metode ini menggunakan analisis spatial fluktuasi intensitas dari pola speckle yang diproduksi oleh penyinaran laser (Gambar 2) untuk mengukur tingkat keburaman speckle dan juga aliran darah. Dasar dari teknik speckle hampir sama dengan laser-Doppler flowmetry, meskipun pengukuran berbeda (Briers, 1996). Kontras speckle adalah ukuran dari fluktuasi intensitas dibandingkan intensitas rata-rata, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 2, di mana kontras speckle tidak terpengaruh oleh adanya beberapa gangguan tepi dalam gambar raw. Oleh karena itu, kontras speckle tidak terpengaruh oleh perubahan kecil dalam sifat optic rata-rata, seperti penyerapan karena perubahan hemoglobin, yang mengakibatkan variasi dalam rata-rata intensitas. Sebaliknya, kontras speckle sensitif terhadap fluktuasi speckle yang timbul dari hamburan pergerakan partikel. Para penulis menemukan bahwa besarnya fluktuasi intensitas speckle antara piksel adalah sebesar 40%, tergantung pada waktu pemaparan dan level aliran darah, yang secara signifikan lebih besar daripada rata-rata perubahan intensitas yang dihadapi dalam pencitraan optik intrinsik. Karena fluktuasi intensitas speckle sangat besar, penyinaran inkoheren (sumber nonlaser) hampir selalu digunakan dalam studi pencitraan optik intrinsik. Biasanya, resolusi spatial dari gambar speckle sekitar 10 hingga 25 m, tergantung pada jumlah lubang lensa dari sistem pencitraan, dan bidang pandang gambar yang dapat bervariasi antara 1 dan 20 mm. Terutama, teknik speckle tidak memberikan spesifikasi tentang kedalaman. Panjang gelombang sinar laser, sifat jaringan optik, dan geometri sumber-detektor menentukan kedalaman penetrasi cahaya. Simulasi Monte Carlo tentang laser-Doppler flowmetry mengungkapkan bahwa kedalaman penetrasi antara 500 m dan 1 mm (Jakobsson dan Nilsson, 1993) dan simulasi penulis menunjukkan bahwa kedalaman penetrasi gambar speckle sebanding dengan laser-Doppler flowmetry (data tidak ditampilkan). Meskipun geometri penyinaran pencitraan speckle berbeda dengan laser Doppler flowmetry, kedalaman penetrasi sinar yang terdeteksi adalah mirip. Bahwa setiap pixel mendeteksi sinar kecil yang masuk jaringan di titik lateral yang berpindah dari lokasi pixel dan karenanya memiliki kemampuan menggali lebih dalam ke jaringan, mayoritas (> 95%) dari cahaya tampak di tiap pixel dalam gambar speckle masuk ke jaringan pada suatu titik colocalized dengan pixel. Dengan kondisi seperti itu, penyinaran dan deteksi geometri pencitraan speckle mirip dengan laser Doppler flowmetry di mana sumber dan serat yang terdeteksi terpisah hanya beberapa ratus mikron, karena itu, kedalaman penetrasi (500 m sampai 1 mm) sebanding. Teknik resolusi temporal ini didefinisikan sebagai waktu untuk membuka kamera CCD, yang biasanya 10 sampai 50 milidetik. Rata-rata frame yang berurutan untuk meningkatkan rasio signal-to-noise akan mengurangi sedikit resolusi temporal. Para penulis menemukan bahwa variasi gambar ke gambar dalam waktu korelasi gambar komputer adalah 5% sampai 30%, dan rata-rata 10 sampai 30 frame (sekitar 1 detik data) mengurangi ketidakpastian sebesar kurang dari 5%. Penggunaan kamera dengan dinamis yang lebih tinggi akan memungkinkan penentuan kontras speckle yang lebih akurat dan karenanya, meningkatkan rasio signal-to-noise untuk menghilangkan rata-rata frame. Oleh karena itu, penerapan teknik pencitraan speckle

menyediakan peta resolusi tinggi dari spatial dan evolusi temporal dari perubahan aliran darah otak. Aplikasi pencitraan aliran darah pada otak: penyebaran pada korteks dan penumbra iskemik Karena aliran darah pada otak erat hubunganya dengan respon neuron, maka sangat penting untuk memantau batas spatial dan temporal dari perubahan CBF dalam studi aktivasi fungsional (Malonek et al., 1997) dan disertai dengan kondisi patofisiologis, seperti iskemik otak fokal (Astrup et al., 1981 ; Hossmann, 1994) dan CSD (Leao,1994 ; Lauritzen, 1987). Depresi penyebaran kortikal merupakan respon stereotip dari korteks otak, ditandai dengan penyebaran perlahan-lahan (2 sampai 5mm/menit) depolarisasi dari kedua neuron dan astrosit menyebabkan perubahan dalam konsentrasi ion ekstraselluler yang disertai dengan peningkatan aliran darah selama normalisasi perubahan ionik. Depresi penyebaran kortikal memiliki peran penting dalam patofisiologis berbagai gangguan saraf seperti migrain (Lauritzen, 1985), trauma kepala, dan iskemik otak fokal (Witte et al., 2000 ; Back et al.,1996 ; Mies et al., 1993). Gambar speckle depresi penyebaran kortikal dari dinamika CBF menunjukkan relatif homogen pada daerah 2 sampai 3 mm menyebar peningkatan pada aliran darah otak. Salah satu keuntungan dari teknik ini dibandingkan dengan metode yang lain, seperti laser Doppler imaging (lauritzen dan Fabricius., 1995), adalah untuk membedakan konstribusi dari microsvasculatur dan pembuluh pial. Seperti yang terlihat pada Gambar. 5, pencitraan speckle menyediakan teknik baru untuk memantau perubahan CBF selama iskemik otak fokal. Evolusi penumbra iskemik menjadi infrak menjadi minat khusus dan sangat tergantung pada perubahan dinamis dalam sisa CBF (Heiss, 1992; Hossmann, 1994; Witte, 2000). Untuk memahami mekanisme yag terlibat dalam proses ini dan untuk mengembangkan strategi pengobatan yang lebih baik, pemantauan sisa CBF dengan resolusi tinggi dalam suatu daerah yang meliputi inti iskemik, penumbra iskemik, oligemik, dan jaringan normal. Pencitraan speckle (Gambar.5) menunjukkan gradient sisa CBF dari inti iskemik pada jaringan normal secara akurat (compatible dengan pencitraan laser Doppler (Gambar.2) dan rekaman elektropsikologi (Gambar.5)). Meskipun magnetic resonansi imaging (Quast et al., 1993; Heiss, 2000), PET (Frykholm et al,2000), dan autoradiographic (Ginsberg et al, 1999) dari penelitian penumbra iskemik yang dicitrakan, seperti dalam Gambar.5 menunjukkan bahwa teknik pencitraan speckle mampu menghasilkan resolusi spatio-temporal yang tinggi daam in vivo map menunjukkan evolusi perubahan CBF dan perluasan zona iskemik selama iskemik fokal dalam hewan per individu. Selain aplikasi yang disajikan dalam artikel, pencitraan speckle CBF dapat dikombinaskan dengan sinyal optik konvensional instrinsik dan pencitraan fluoresensi untuk menyediakan gambar hemodinamik (CBF,oxy-, dan dioxy-hemoglobin) dan metabolik (NADH) respon terhadap aktivasi fungsional. Sejumlah kelompok sudah menggunakan optik intrinsik untuk rekaman aktifitas otak dengan perubahan gambar dalam oxy- dan deoxyhemoglobin

(Grinvald et al., 1986; Masino et al., 1993). Metode yang disajikan dalam artikel ini menggunakan gambar aliran darah juga dapat diperoleh dengan menggunakan sistem intrinsik yang ada pada pencitraan optik hanya dengan menambahkan laser untuk menerangi jaringan dan menganalisis pola speckle. KESIMPULAN Pencitraan laser speckle menyediakan gambar resolusi tinggi dari spatio-temporal dinamika CBF. Teknik ini mudah untuk diterapkan dan memerlukan komponen perangkat keras yang standar. Metode speckle memungkinka karakteristik spatial dan temporal dari respon CBF akan dicitrakan dalam studi aktivasi fungsional, patofisiologis otak, dan efek terapi obat. Di masa depan, teknik ini dapat digunakan untuk memantau intraoperatif karakteristik spatial CBF.