Summary
ويظهر نظام التصوير بالاشعه المقطعية الصوتية السمعية الضوئية المدمجة التي تستند إلى صمام ثنائي الليزر (PLD-PAT) لديناميكية عاليه السرعة في الصور الحية من الاوعيه الدموية القشرية الحيوانية الصغيرة.
Abstract
التصوير المقطعي الصوتي (PA) هو طريقه تصوير طبية حيوية ناشئه مفيده في مختلف التطبيقات السريرية والسريرية. المخصصة--صنع الدائري القائم علي مصفوفة المحولات المعتمدة والتقليدية الضخمة Nd: YAG/OPO الليزر تمنع ترجمه نظام بات إلى العيادات. ويجري حاليا استخدام الصمامات الثنائية الليزرية الفائقة الضغط (PLDs) كمصدر بديل لأثاره الاشعه تحت الحمراء القريبة لتصوير السلطة الفلسطينية. وقد ثبت ديناميكية عاليه السرعة في الصور الحية الحية باستخدام المدمجة القائم علي سطح المكتب بات نظام (PLD-بات). يتم توفير بروتوكول تجريبي تصور باستخدام نظام PLD-بات سطح المكتب في هذا العمل لديناميكية في التصوير الدماغ الجسم الحي. يصف البروتوكول سطح المكتب PLD-بات تكوين النظام ، واعداد الحيوانية للتصوير الدماغ الاوعيه الدموية ، والاجراء لتصور ديناميكي من تلقي الصبغة الخضراء (اللجنة الخاصة) وعمليه التطهير في الفئران الوعائية القشرية.
Introduction
التصوير المقطعي التصويري الصوتي (الميثاق/بات) هو وسيله واعده للتصوير الطبي الحيوي غير الغازية التي تجمع بين التباين البصري الغني مع دقه عاليه بالموجات فوق السمعية1،2،3،4، 5. عندما النانو الليزر النبضي الطاقة الودائع علي ضوء امتصاص الكروم الموجودة داخل اي الانسجه البيولوجية ، وزيادة درجه الحرارة المحلية مما يؤدي إلى التوسع الحراري وانكماش الانسجه ، مما ادي إلى توليد موجات الضغط. وتعرف موجات الضغط هذه بالموجات فوق الصوتية أو الموجات الصوتية الضوئية (PA) ، والتي يمكن الكشف عنها بواسطة محولات الموجات فوق الصوتية حول العينة. وأعيد بناء إشارات السلطة الفلسطينية المكتشفة باستخدام مختلف خوارزميات أعاده الاعمار6،7،8،9 لتوليد الصور الفلسطينية عبر القطاعات. السلطة الفلسطينية التصوير يوفر المعلومات الهيكلية والوظيفية من الاجهزه المجهرية إلى الأعضاء الميكرويه بسبب الاعتماد الطول الموجي من الكروبوهورس الذاتية الموجودة داخل الجسم10. وقد تم استخدام التصوير بات بنجاح للكشف عن سرطان الثدي1، الحارس الغدد الليمفاوية التصوير11، ورسم الخرائط من اوكسيخضاب الدم (HbO2) ، Deoxyhemoglobin الدم (hbr) ، وتركيز الهيموغلوبين الكلي (hbr) ، وتشبع الأكسجين (SO 2) 12 , 13، والاوعيه الدموية الأورام14، الجسم الصغير التصوير الكامل للجسم15، وغيرها من التطبيقات.
Nd: YAG/OPO الليزر هي مصادر الاثاره التقليدية لأنظمه بات الجيل الأول التي تستخدم علي نطاق واسع في المجتمع الصوتي التصويري للتصوير الحيوانية الصغيرة والتصوير الانسجه العميقة16. توفر هذه الليزر ~ 100 مللي جول الطاقة النبضات في معدلات التكرار منخفضه من ~ 10-100 هرتز. أنظمه التصوير بات باستخدام هذه الليزر مكلفه وضخمه ليست مناسبه للتصوير عاليه السرعة مع محولات الموجات فوق الصوتية أحاديه العنصر (SUTs) ، وذلك بسبب معدل تكرار النبض محدوده. هذا يمنع رصد الوقت الحقيقي للتغيرات الفسيولوجية التي تحدث في سرعات عاليه داخل الحيوانية. باستخدام محولات المستندة إلى صفيف مثل الخطية ، شبه دائريه ، دائريه ، والحجمي صفائف مع الاثاره ليزر Nd: YAG ، والتصوير عاليه السرعة هو ممكن. ومع ذلك ، هذه المحولات صفيف مكلفه وتوفير حساسيات اقل مقارنه مع SUTs ؛ ومع ذلك ، فان سرعه التصوير محدوده بمعدل التكرار المنخفض لليزر. الدولة من بين الفن نظم الاندفاع أحاديه الدافع مع محول صفيف كامل الدائري مخصصه الحصول علي بيانات السلطة الفلسطينية في 50 هرتز معدلات الإطار17. هذه محولات الصفيف تحتاج معقده الخلفية استقبال الكترونيات ومكبرات الاشاره ، مما يجعل النظام العام أكثر تكلفه وصعبه للاستخدام السريري.
حجمها الصغير ، وانخفاض متطلبات التكلفة ، وارتفاع معدل التكرار النبض (ترتيب KHz) جعل نبض الثنائيات الليزر (PLDs) أكثر واعده للتصوير في الوقت الحقيقي. بسبب هذه المزايا ، يتم استخدام PLDs بنشاط كمصدر أثاره بديل في أنظمه بات الجيل الثاني. وقد أثبتت بنجاح نظم بات القائم علي pld للتصوير عاليه الإطار معدل باستخدام محولات صفيف18, الانسجه العميقة والتصوير الدماغ19,20,21, تشخيص امراض القلب والاوعيه الدموية22 ، وتشخيص الروماتيزم23. كما SUTs حساسة للغاية واقل تكلفه بالمقارنة مع محولات صفيف ، فانها لا تزال تستخدم علي نطاق واسع للتصوير بات. وقد تم إثبات نظام PLD القائم علي ألياف للتصوير الوهمي24. وقد ثبت مسبقا نظام PLD-بات المحمولة من قبل تركيب PLD داخل الماسح الضوئي بات25. مع واحده [سو] دائريه ماسحه, أنجزت تصوير وهميه كان اثناء 3 [س] من [سرمر تيم], وفي [فلك] فئران دماغ كان أنجزت اثناء فتره 5 [س] يستعمل هذا [بلد-بات] نظامه19.
وعلاوة علي ذلك ، أدخلت تحسينات علي هذا النظام pld-بات لجعله أكثر احكاما وإنشاء نموذج سطح المكتب باستخدام ثمانيه الصوتية المستندة إلى العاكس محولات الموجات فوق الصوتية أحاديه العنصر (sutrs)26،27. هنا, وضعت SUTs في عمودي بدلا من الاتجاه الأفقي مع المعونة من 90° عاكس الصوتية28. ويمكن استخدام هذا النظام لفترات المسح الضوئي لتصل إلى 0.5 s و ~ 3 سم في عمق التصوير الانسجه وفي الجسم الصغير الدماغ الحيوانية التصوير. في هذا العمل ، يتم استخدام هذا النظام PLD-بات سطح المكتب لتوفير العرض المرئي للتجارب في الجسم الحية التصوير في الكائنات الحية الصغيرة والتصور الديناميكي لامتصاص وعمليه التخليص من الغذاء والدواء أداره (FDA)-المعتمدة التلقين الأخضر (اللجنة الخاصة) صبغ في أدمغه الفئران.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
وأجريت جميع التجارب الحيوانية وفقا للمبادئ التوجيهية واللوائح المعتمدة من قبل لجنه الرعاية الحيوانية المؤسسية والاستخدام من جامعه نانيانغ التكنولوجية ، سنغافورة (الحيوانية بروتوكول رقم المنتدى الدستوري المشترك-SBS/NIE-A0331).
1. وصف النظام
- جبل الليزر PLD في الماسح الضوئي الدائري وجبل الناشر البصرية (OD) امام نافذه الخروج PLD لجعل شعاع الإخراج متجانسة ، كما هو مبين في الشكل 1A. قم بتوصيل PLD بوحدة تشغيل الليزر (LDU).
ملاحظه: PLD يولد ~ 816 nm النبضات الطول الموجي ، والبقول من ~ 107 ns في المدة ، وتصل إلى معدل التكرار KHz 2 مع الطاقة نبض الحد الأقصى من ~ 3.4 mJ. و LDU يتكون من المبرد ، 12 فولت إمدادات الطاقة ، متغير إمدادات الطاقة الجهد العالي للسيطرة علي قوه الليزر ، ومولد وظيفة لتغيير معدل تكرار النبض. - جبل جميع SUTRs ثمانيه علي كل حامل SUTRS واحدا تلو الآخر من هذا القبيل ان سطح كل عاكس الصوتية تواجه نحو مركز منطقه المسح الضوئي ، كما هو مبين في الشكل 1b. ربط كل كابل SUTR إلى مكبر للصوت اشاره منخفضه الضوضاء مع مساعده من ربط الكابلات.
ملاحظه: التردد المركزي لمحول الموجات فوق الصوتية هو 5 ميغاهيرتز ولها منطقه نشطه قطرها 13 ملم. يتم توصيل اثنين من مكبرات الصوت كل من كسب 24 ديسيبل في سلسله لكل قناه. - التبديل علي إمدادات الطاقة من المبرد ، ثم تشغيل التبديل من المبرد لضبط درجه الحرارة بين 20 درجه مئوية و 25 درجه مئوية.
- التبديل علي توريد إمدادات الطاقة الجهد المنخفض وببطء تشغيل التحكم الحالي لتعيين الحد الحالي في 0.3 الف. تعيين الجهد إلى 12 V. تحقق من ان الحالي لا يتجاوز 0.1 A.
- التبديل علي توريد إمدادات الطاقة عاليه الجهد. اضغط علي زر "اعداد مسبق" وتعيين الحالي إلى 1 A والجهد إلى 0 V. تمكين الزر "إخراج": 0 V/0 A.
- التبديل علي إمدادات الطاقة من مولد وظيفة. اضغط علي زر "الاستدعاء" واختر تكوين KHz 2 لتوليد نبضات الليزر بمعدل التكرار هذا.
- مكان خزان الأكريليك داخل الماسح الضوئي كما هو مبين في الشكل 1A وملء خزان مع الماء بحيث يتم غمر سطح الكشف من sutrs تماما داخل الماء.
- تاكد من ان جميع الأسطح الكاشفة من SUTRs داخل وسط الماء. التبديل علي إمدادات الطاقة من مكبر للصوت منخفض الضوضاء اشاره.
2. اعداد الحيوانية للتصوير الدماغ الفئران
ملاحظه: استخدمت الفئران الإناث الأصحاء (انظر جدول المواد) لإظهار نظام pld-PAT سطح المكتب الموصوف أعلاه لتصوير الاوعيه الدموية القشرية الحيوانية الصغيرة.
- عقد الحيوانية علي ظهرها عن طريق إلقاء القبض علي الراس والجسم الحركة. تخدير الحيوانية بواسطة حقن داخل الصفاق من خليط من 2 مل من الكيتامين (100 ملغ/مل) ، 2 مل من اكسيليازين (20 ملغ/مل) ، و 1 مل من المحلول الملحي (جرعه من 0.2 مل/100 غرام).
ملاحظه: بعد الحقن ، يتم ضغط اصبع القدم الحيواني لاختبار اي ردود فعل ايجابيه مثل حركات الساق أو الجسم ، أو النطق ، أو الزيادات الملحوظة في التنفس. عدم وجود مثل هذه الإجراءات منعكس يؤكد التخدير الناجح للحيوان. - لمنع جفاف بسبب التخدير والاضاءه بالليزر ، وتطبيق بعناية شديده مرهم المسيل للدموع الاصطناعي للعيون الفئران. وضع الحيوانية في موقف المعرضة علي مقاعد البدلاء العمل وأزاله الفراء علي فروه الراس من الحيوانية باستخدام الانتهازي الشعر وتطبيق بلطف كريم أزاله الشعر إلى منطقه حليقه وأزاله الفراء تماما.
- بعد 4 – 5 دقائق ، قم بازاله الكريم المطبق باستخدام مسحه قطنية.
- جبل حامل الحيوانية مخصصه الصنع (انظر جدول المواد) مجهزه قناع التنفس (انظر جدول المواد) علي مختبر جاك.
- وضع الحيوانية في موقف المعرضة علي حامل بحيث يستريح الراس علي المنصة الافقيه للحامل. استخدام الشريط الجراحي لتامين الحيوانية لحامل.
- تاكد من ان قناع التنفس يغطي الأنف والفم من الفئران لتقديم خليط التخدير. يتم تخصيص قناع التنفس لتتناسب مع نافذه التصوير. يتم قطع 10 ٪ من مخروط الأنف المتاحة تجاريا ومن ثم توصيله إلى قطعه من القفازات.
- قم بتوصيل قناع التنفس بجهاز التخدير قبل التبديل.
- التبديل علي اله التخدير وتعيينها لتقديم خليط مخدر تحتوي علي 1.0 لتر/دقيقه من الأكسجين مع 0.75 ٪ ايزوفلونان إلى قناع التنفس الحيوانية.
- المشبك مقياس التاكسج النبض إلى واحده من الساقين الخلفية الحيوانية لمراقبه حالتها الفسيولوجية.
- تطبيق طبقه من هلام الموجات فوق الصوتية عديم اللون إلى فروه الراس من الفئران باستخدام قضيب يميل القطن. اضبط موضع مقبس المعمل علي مركز الماسح الضوئي واضبط ارتفاع مقبس المعمل يدويا بحيث يكون مستوي التصوير في مركز العاكس الصوتي.
3. ديناميكية في التصوير الحي لامتصاص وأزاله عمليه اللجنة الخاصة في دماغ الفئران
- قم بتعيين المعلمات في برنامج الحصول علي البيانات (انظر جدول المواد) للحصول علي فحص اكتساب 360 °.
- تشغيل الانبعاثات بالليزر PLD عن طريق تمكين إخراج وظيفة مولد (الليزر الانبعاثات سوف تبدا). ثم ، ببطء زيادة الجهد من إمدادات الطاقة متغير الجهد العالي إلى 120 V للحد الأقصى للطاقة النبض.
- تشغيل برنامج الحصول علي البيانات (انظر جدول المواد) برنامج لتدوير جميع sutrs ثمانيه في 360 ° علي مدي 4 s وقت المسح الضوئي.
ملاحظه: علي سبيل المثال ، إذا تم استدارة SUTRs ل 4s ، PLD يسلم 8,000 (= 4 × 2,000) نبضات وكل SUTRS بجمع 8000 A-خطوط. وتخفض هذه الخطوط A-8,000 إلى 400 بمتوسط أكثر من 20 اشاره (بعد المتوسط A-خطوط = 8000/20 = 400). ويستخدم برنامج أعاده الاعمار علي أساس التاخير والمبلغ خوارزميه الإسقاط مره أخرى لمعرفه دائره نصف قطرها المسح الضوئي لكل SUTR. - تعطيل إخراج مولد وظيفة لإيقاف الانبعاثات بالليزر.
- باستخدام خوارزميه أعاده البناء في برامج معالجه البيانات (انظر جدول المواد) معرفه نصف قطر المسح الضوئي لجميع sutrs ثمانيه من قبل المحاكمة والخطا ، وذلك باستخدام خوارزميه الإسقاط الخلفي.
- تعيين المعلمات في برنامج الحصول علي البيانات (انظر جدول المواد) للحصول علي 45 درجه الاستحواذ علي 0.5 s الوقت المسح الضوئي.
ملاحظه: علي سبيل المثال ، إذا تم استدارة SUTRs ل 0.5 s ، PLD يسلم 1,000 (= 0.5 × 2,000) البقول وكل SUTRS بجمع 1000 A-خطوط. وتخفض هذه الخطوط A-1,000 إلى 400 بمتوسط أكثر من 20 اشاره (بعد المتوسط A-خطوط = 1000/20 = 50). - تمكين الإخراج من مولد وظيفة لتشغيل الانبعاثات بالليزر.
- تشغيل برنامج الحصول علي البيانات (انظر جدول المواد) برنامج لتدوير جميع sutrs ثمانيه في 45 درجه للحصول علي بيانات التحكم الاوليه قبل أداره اللجنة الخاصة.
- تعطيل إخراج مولد وظيفة لإيقاف الانبعاثات بالليزر.
- تحديد الوريد الذيل من الحيوانية وحقن 0.3 مل من اللجنة الخاصة (انظر جدول المواد) (323 μM) في الوريد الذيل من الفئران.
4.
ملاحظه: 1.25 ملغ من مسحوق اللجنة التي تم وزنها باستخدام اله الوزن الصغير ومختلطة مع 5 مل من الماء المقطر للحصول علي تركيز 323 μM لحل اللجنة الخاصة.
- تمكين الإخراج من مولد وظيفة لتشغيل الانبعاثات بالليزر.
- تشغيل برنامج الحصول علي البيانات (انظر جدول المواد) البرنامج للحصول علي خطوط فوق 0.5 s المسح الضوئي الوقت في 45 ° دوران.
5.
ملاحظه: يتم استخدام الأسطر التي تم الحصول عليها اثناء فتره المسح الضوئي 0.5 s لإنشاء صوره مقطعيه واحده. هناك فجوه زمنيه من ~ 0.4-0.6 s بين كل مسح.
- بعد الحصول علي البيانات قد انتهت ، وذلك باستخدام خوارزميه العرض الخلفي في برامج معالجه البيانات (انظر جدول المواد) ، وأعاده بناء صوره الدماغ عبر القطاعات من الأسطر A المحفوظة.
- إيقاف الليزر ومن ثم إيقاف اله التخدير ، وانخفاض المختبر جاك وأزاله الحيوانية من المسرح. أعاده الحيوانية إلى القفص ومراقبه حتى يستعيد وعيه.
الشكل 1: التخطيطي لنظام PLD-بات سطح المكتب. (ا) التخطيطي لسطح المكتب PLD-بات اعداد. PLD: نبض صمام ثنائي ليزر ، OD: الناشر البصرية ، SUTR: عاكس الصوتية القائمة علي عنصر واحد الموجات فوق الصوتية محول ، AM: اله التخدير ، CSP: لوحه المسح الدائري ، SM: السائر المحركات ، LDU: ليزر وحده القيادة ، أمبير: مكبر للصوت ، دق: بطاقة اكتساب البيانات (ب) ترتيب دائري من ثمانيه سولتر حول مركز المسح الضوئي. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم عرض إمكانات نظام PLD-PAT سطح المكتب الموصوف لديناميكية في تصوير الدماغ الحية في هذا البروتوكول مع النتائج المقابلة. وقد أظهرت قدره التصوير عاليه السرعة لسطح المكتب PLD-بات النظام من خلال أداء في التصوير الدماغ الجسم السليم للفئران الإناث الأصحاء. تم جمع إشارات السلطة الفلسطينية باستخدام ثمانيه SUTRs الدورية في 360 ° و 45 ° حول الدماغ الفئران في سرعات المسح الضوئي من 4 s و 0.5 s ، علي التوالي. الشكل 2 ا ، ب عرض صور الدماغ من الفئران الإناث (98 g) في سرعات المسح الضوئي من 4 s و 0.5 s ، علي التوالي. السهمي الجيوب الانفيه (SS) والجيوب الانفيه المستعرضة (TS) مرئية بوضوح في كل من الصور. الشكل 2 جيم ، D عرض الصور من الدماغ الفئران قبل وبعد أزاله فروه الراس فوق منطقه الدماغ ، علي التوالي. وقد تم التصوير بات غير اينفاسيفيلي مع الجلد سليمه والجمجمة.
الشكل 2: غير الغازية في الجسم الغريب PLD-بات سطح المكتب الصور. في الصور المجرية من الاوعيه الدموية القشرية في أوقات المسح الضوئي من (A) 4 s و (B) 0.5 s. SS: السهمي الجيوب الانفيه ، TS: الجيوب الانفيه المستعرضة. (ج) و (د) هي صور للدماغ الفئران قبل وبعد أزاله فروه الراس ، علي التوالي. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
وقبل حقن اللجنة المذكورة في الوريد الذيل لنفس الجرذ ، تم الحصول علي بيانات التحكم. بعد حقن اللجنة الخاصة ، تم الحصول علي بيانات السلطة الفلسطينية بشكل مستمر لأول 5 دقائق مع 0.5 المسح الضوئي الوقت. ثم ، تم الحصول علي بيانات السلطة الفلسطينية في ~ 2-3 دقيقه فواصل زمنيه مع 0.5 s مسح مرات كل لل المقبل 15-20 دقيقه. يبين الشكل 3 المؤامرة التي تمثل الزيادات في متوسط اشاره السلطة الفلسطينية في السهمي الجيوب الانفيه (SS) بسبب الزيادات في الامتصاص البصري من قبل ال816 لجنه أطوال موجية ، وبعد ذلك ، تنخفض مع مرور الوقت.
الشكل 3: الدوائية للجنة الخاصة. الدوائية للجنة التي تظهر عمليه الامتصاص والتخليص. وتبين علامة السهم الأحمر وقت حقن اللجنة الخاصة في الوريد الذيل. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ويقدم هذا العمل بروتوكولا لاستخدام نظام PLD-PAT سطح المكتب لاجراء تجارب علي الكائنات الصغيرة مثل الفئران للتصوير في الدماغ الجسم الحي وعمليه سريعة الامتصاص والتخليص من وكلاء النقيض مثل اللجنة الخاصة. ضخمه ، مكلفه أنظمه OPO-بات يستغرق عده دقائق (2-5 دقيقه) للحصول علي واحد عبر مقطعيه في صوره الجسم الفيفو. يوفر نظام PLD-PAT المحمول من الجيل الأول المدمج والمنخفض التكلفة والمقطع المقطعي الواحد في صور الجسم المختلفة في 5 ليالي. وعلي النقيض من ذلك ، فان نظام PLD-PAT المدمج عالي السرعة والصغير الحجم والمنخفض التكلفة يجعل جوده عاليه ثنائيه الابعاد عبر مقطعيه في صوره فيفو في 0.5 s فقط26. هنا ، تم إثبات نفس سطح المكتب PLD-بات النظام لسريع في الجسم الحي الحيوي تصوير الدماغ. وباستخدام هذا النظام ، يجري الرصد المستمر للظواهر الفسيولوجية المتغيرة بسرعة داخل الماشية الصغيرة لزيادة سريعة وسقوط إشارات السلطة الفلسطينية بسبب عمليات الاستيعاب والتخليص التي تقوم بها اللجنة الخاصة. ومع ذلك ، PLDs لديها بعض القيود مثل جيل الطول الموجي واحد ، والذي يحظر التصوير الوظيفي. بالاضافه إلى ذلك ، هناك حاجه إلى أضاءه الطول الموجي متعددة للحصول علي المعلومات الوظيفية. كما ان عمق التصوير محدود بسبب طاقة منخفضه لكل نبضه من PLD ، والتي يمكن التحايل عليها باستخدام عوامل التباين الصوتية الخارجية لتعزيز عمق التصوير.
اثناء اجراء التجارب باستخدام نظام PLD-بات سطح المكتب ، يجب اتخاذ احتياطات معينه: (ا) بسبب الشخصية شعاع غير موحده من الليزر PLD ، وينبغي ان تستخدم الناشر البصرية في نافذه الإخراج الليزر ، (ب) ينبغي ضمان ان شعاع الليزر PLD هو في مركز المسح الضوئي وان جميع SUTRs تواجه نحو مركز الماسح الضوئي بات ، (ج) ينبغي ان تؤخذ الرعاية اثناء حقن التخدير بحيث لا تتاثر الاجهزه المحيطة مثل المثانة البولية والكلي والأمعاء ، (د) كميه مناسبه من يجب ان يتم حقن خليط التخدير وفقا لوزن الحيوانية ، (ه) اثناء اجراء تقليم الشعر علي راس الحيوانية ، يجب تجنب الخدوش علي فروه الراس ، و (و) يجب ضمان ان الطائرة التصوير من الدماغ الفئران هو في مركز acousti ج العاكس من SUTRs. قد تكون هناك حاجه إلى استكشاف الأخطاء وإصلاحها إذا كانت جوده الصورة منخفضه. وتشمل التطبيقات الرئيسية لهذا النظام التصوير معدل الإطار عاليه (1 الإطار في 0.5 s) ، والتصوير الحيوانية الصغيرة الأورام الدماغ ، والتصوير الورم تحت الجلد ، والتحقيق حيوي للعوامل المحتملة التباين السلطة الفلسطينية والتطبيقات العلاجية.
الحد الأقصى المسموح به للتعرض (MPE) للسلامة في التصوير المجري يخضع لمعايير السلامة الخاصة بالليزر التابعة للمعهد الأمريكي للمعايير الوطنية (ANSI)29. هذه القيود علي السلامة تعتمد علي عرض نبض الليزر ، ومنطقه الاضاءه ، والتعرض للوقت ، والطول الموجي الاضاءه ، فضلا عن العديد من العوامل الأخرى. اعلي من 700-1050 نانومتر نطاق الطول الموجي والحد الأقصى لكل كثافة الطاقة نبض علي سطح الجلد يجب ان لا تتجاوز 20 × 102 (λ-700)/1000 mJ/سم2، حيث λ (في نانومتر) هو الطول الموجي الاضاءه. لذلك ، والحد من السلامة MPE في الطول الموجي 816 nm من الليزر PLD المستخدمة هو ~ 34.12 mJ/سم2. للاضاءه المستمرة لليزر علي مدي فتره t = 0.5 s ، يصبح حد الأمان MPE 1.1 x 102 (λ-700)/1000 × t0.25 j/cm2 (= 1.58 j/cm2). تم الحفاظ علي معدل تكرار النبض من PLD في 2,000 هرتز في جميع التجارب. علي مدي 0.5 s المسح الضوئي الوقت ، تم تسليم ما مجموعه 1,000 (0.5 x 2,000) البقول إلى العينة. وهذا يعني ان لكل نبضه ، كان MPE 1.58 مللي جول/سم2. نظام PLD-بات سطح المكتب يسلم لكل الطاقة النبض من ~ 3.4 مللي جول. تم الحفاظ علي كثافة الطاقة بالليزر في ~ 0.17 مللي جول/سم2 علي منطقه الدماغ كما شعاع الليزر توسعت علي مدي ~ 20 سم2 المنطقة. وكان هذا الليزر كثافة الطاقة اقل بكثير من الحد الأقصى للسلامة ANSI علي مدي فتره 0.5 s. عن طريق الحد من معدل تكرار النبض ، والحد من قوه الليزر ، أو توسيع شعاع الليزر ، يمكن تغيير الحد الأقصى للسلامة الليزر ANSI لسطح المكتب PLD-بات النظام.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
وليس لدي أصحاب البلاغ مصالح مالية ذات صله أو تضارب محتمل في المصالح للكشف عنه.
Acknowledgments
ويدعم البحث المجلس الوطني للبحوث الطبية التابع لوزارة الصحة في سنغافورة (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). ويود أصحاب البلاغ ان يشكروا السيد تشاو وأي هوونغ بوبي علي دعم المتجر الألى.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 12 V power supply | Voltcraft | PPS-11810 | To supply operating voltage for PLD |
| Acoustic reflector | Olympus | F102 | 45 degree reflector augmented to the ultrasound transducer |
| Acrylic water tank | NTU workshop | Custom-made | It is used to hold water that acts as an acoustic coupling medium between animal brain and detector |
| Anesthetic Machine | Medical plus pte ltd | Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator. | Supplies oxygen and isoflurane to animal |
| Animal distributor | In Vivos Pte Ltd, Singapore | Animal distributor that supplies small animals for research purpose | |
| Animal holder | NTU workshop | Custom-made | Used for holding animal on its abdomen |
| Breathing mask | NTU workshop | Custom-made | Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal |
| Circular Scanner | NTU workshop | Custom-made | Scanner is made out of aluminum |
| DAQ (Data acquisition) Card | Spectrum | M2i.4932-exp | 16 bit, 30 Ms/s, 8 channels, 1 Gs, PCIe |
| Data acqusition software | National Instruments Corporation,Austin,TX,USA) | NI LabVIEW 2015 SP1 (32 bit) | LabVIEW based program developed in our laboratory for controlling the stepper motor and acquring the PA singnals from the detector |
| Data processing software | Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA) | Matlab R2015b | Matlab code developed in our laboratory for reconstructing cross-sectional PA images |
| Function generator | RIGOL | DG1022 | To change the repetition rate of the PLD. It will provide TTL signal to synchronize the DAQ with the laser excitation. |
| Low noise signal amplifier | Genetron | Custom-made using Mini-circuits, ZFL-500LN-BNC | To receive, and amplify the PA signal from SUTR. Its gain is 24 dB. |
| Optical diffuser | Thorlabs | DG-120 | Used to to make the laser beam homogeneous |
| Pulsed laser diode | Quantel, France | QD-Q1924-ILO-WATER | It is the excitation laser source with specifications of 816 nm wavelength, 3.4 mJ per pulse energy, 107 ns pulse width, 2 KHz maximum pulse repitition rate, dimensions : 13.0 x 7.6 x 5.0 cm |
| Rats | In Vivos Pte Ltd, Singapore | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Female, weight 100±10g, strain of rats: Sprague Dawley, age: 4-5 weeks |
| Stepper motor with gearbox | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Motor: CO-5718L-01P-RO, Gearbox: DPL64/1; Power supply PW-100-24 | To move the detector holder in a circular geometry. Torque: 2.08 N-m, Rotor inertia: 2.6 kg-cm2 |
| Ultrasound gel | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Clear ultrasound gel |
| Ultrasound Transducer | Olympus | V309-SU/ U8423013 | Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection. Central freqency 5 MHz, 0.5 in |
| Variable high voltage power supply | Elektro-Automatik | EA-PS 8160-04 T | To change the laser output power |
References
- Lin, L., et al. Single-breath-hold photoacoustic computed tomography of the breast. Nature Communications. 9 (1), 2352 (2018).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Fast photoacoustic imaging systems using pulsed laser diodes: a review. Biomedical Engineering Letters. 8 (2), 167-181 (2018).
- Yao, J., Wang, L. V. Recent progress in photoacoustic molecular imaging. Current Opinion in Chemical Biology. 45, 104-112 (2018).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review. Journal of Biomedical Optics. 22 (4), 041006 (2017).
- Yao, J., Wang, L. V.
- Awasthi, N., Kalva, S. K., Pramanik, M., Yalavarthy, P. K. Image Guided Filtering for Improving Photoacoustic Tomographic Image Reconstruction. Journal of Biomedical Optics. 23 (9), 091413 (2018).
- Kalva, S. K., Pramanik, M. Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm. Journal of Biomedical Optics. 21 (8), 086011 (2016).
- Pramanik, M. Improving tangential resolution with a modified delay-and-sum reconstruction algorithm in photoacoustic and thermoacoustic tomography. The Journal of the Optical Society of America. 31 (3), 621-627 (2014).
- Xu, M., Wang, L. V. Universal back-projection algorithm for photoacoustic computed tomography. Physical Review E. 71 (1), 016706 (2005).
- Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs. Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).
- Sivasubramanian, K., Periyasamy, V., Pramanik, M. Non-invasive sentinel lymph node mapping and needle guidance using clinical handheld photoacoustic imaging system in small animal. Journal of Biophotonics. 11 (1), e201700061 (2018).
- Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed. Optics Letters. 36 (7), 1134-1136 (2011).
- Stein, E. W., Maslov, K., Wang, L. V. Noninvasive, in vivo imaging of blood-oxygenation dynamics within the mouse brain using photoacoustic microscopy. Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 020502 (2009).
- Ku, G., Wang, X. D., Xie, X. Y., Stoica, G., Wang, L. V. Imaging of tumor angiogenesis in rat brains in vivo by photoacoustic tomography. Applied Optics. 44 (5), 770-775 (2005).
- Ma, R., Taruttis, A., Ntziachristos, V., Razansky, D. Multispectral optoacoustic tomography (MSOT) scanner for whole-body small animal imaging. Optics Express. 17 (24), 21414-21426 (2009).
- Zhou, Y., et al. A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging. Theranostics. 6 (5), 688-697 (2016).
- Li, L., et al. Single-impulse panoramic photoacoustic computed tomography of small-animal whole-body dynamics at high spatiotemporal resolution. Nature Biomedical Engineering. 1 (1), 0071 (2017).
- Sivasubramanian, K., Pramanik, M. High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system. Biomedical Optics Express. 7 (2), 312-323 (2016).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Dynamic in vivo imaging of small animal brain using pulsed laser diode-based photoacoustic tomography system. Journal of Biomedical Optics. 22 (9), 090501 (2017).
- Upputuri, P. K., Periyasamy, V., Kalva, S. K., Pramanik, M. A High-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging. Journal of Visualized Experiments. (124), e55811 (2017).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues. Biomedical Physics & Engineering Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).
- Arabul, M. U., et al. Toward the detection of intraplaque hemorrhage in carotid artery lesions using photoacoustic imaging. Journal of Biomedical Optics. 22 (4), (2016).
- Daoudi, K., et al. Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging. Optics Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).
- Allen, J. S., Beard, P. Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging. Optics Letters. 31 (23), 3462-3464 (2006).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Performance characterization of low-cost, high-speed, portable pulsed laser diode photoacoustic tomography (PLD-PAT) system. Biomed Opt Express. 6 (10), 4118-4129 (2015).
- Kalva, S. K., Upputuri, P. K., Pramanik, M. High-speed, low-cost, pulsed-laser-diode-based second-generation desktop photoacoustic tomography system. Optics Lett. 44 (1), 81-84 (2019).
- Kalva, S. K., Hui, Z. Z., Pramanik, M. Calibrating reconstruction radius in a multi single-element ultrasound-transducer-based photoacoustic computed tomography system. J Opt Soc Am A. 35 (5), 764-771 (2018).
- Kalva, S. K., Pramanik, M. Use of acoustic reflector to make compact photoacoustic tomography system. Journal of Biomedical Optics. 22 (2), 026009 (2017).
- American National Standard for Safe Use of Lasers. ANSI Standard Z136.1-2007. , NY. (2007).
