ثلاثي الأبعاد البصرية الميكروسكوب الضوئي الاستبانة
مايو 3, 2011
الضوئية القرار المجهر الضوئي (OR - PAM) هو عبارة عن تقنية ناشئة قادرة على استيعاب التناقضات التصوير الضوئي في الجسم الحي مع القرار الخلوية والحساسية. هنا ، ونحن نقدم تعليمة تصور بشأن البروتوكولات التجريبية OR - PAM ، بما في ذلك مواءمة نظام تكوين النظام ، نموذجية في الجسم الحي الإجراءات التجريبية ، ومخططات التصوير وظيفية.
الهدف العام من هذا الإجراء هو إظهار الفحص المجهري الضوئي ذو الدقة البصرية في الجسم الحي أو ، أو Pam من دوران الأوعية الدقيقة غير الغازية والخالية من الملصقات. يتم تحقيق ذلك عن طريق تخدير التجربة أولا. تتمثل الخطوة الثانية من الإجراء في تحديد موضع المنطقة ذات الاهتمام عن طريق ترجمة رأس التصوير للدقة البصرية ، ثم يتم تعيين معلمات المسح الضوئي المجهر الصوتي وبدء الحصول على الصورة.
في النهاية ، يتم الحصول على توزيعات تركيز الأكسجين الكلي وتشبع الأكسجين للهيموجلوبين من خلال حساب البيانات التجريبية متعددة الأطوال الموجية. يعتمد الفحص المجهري الضوئي الصوتي ذو الدقة البصرية على الإثارة بالليزر والكشف بالموجات فوق الصوتية. يركز شعاع الليزر القصير في الأنسجة البيولوجية.
يولد امتصاص الضوء تسخينا عابرا وانبعاثا لاحقا بالموجات فوق الصوتية ، والذي يتم استقباله لتشكيل صورة. الميزة الفريدة ل ، أو بام ، هي الكشف عن الأرض والحساسية الرائعة للامتصاص البصري. في المقابل ، فإن تقنيات الانعكاس الحالية ، وليس تقنيات الفحص المجهري البصري حساسة في المقام الأول للتشتت البصري أو التألق ، وقد وجدت في vavo ملصقات تصوير عالي الدقة للامتصاص البصري أو RPM تطبيقات طبية حيوية واسعة في طب الأعصاب وطب العيون وبيولوجيا الأوعية الدموية والأمراض الجلدية.
يتكون الفحص المجهري الضوئي الصوتي ذو الدقة البصرية أو pamm من مكونات بصرية وفوق صوتية. مصدر التشعيع البصري هو ليزر صبغي يتم ضخه بواسطة ليزر نبضي الحالة الصلبة. يتم تخفيف شعاع الليزر الناتج بواسطة مرشح كثافة محايد ويقترن بألياف ضوئية أحادية الوضع لتوصيل الضوء للسماح بالمسح الميكانيكي لرأس التصوير المجهر بدلا من الكائن الحي لإقران شعاع الليزر متعدد الأوضاع بشكل فعال في ألياف ضوئية أحادية الوضع.
يتم ترشيحه أولا بواسطة ثقب قطره 50 ميكرومتر. يتم وضع الثقب بعيدا قليلا عن تركيز عدسة المكثف لمطابقة قطرها مع قطر شعاع الوضع الأساسي. لإنشاء تركيز بصري محدود حيود تقريبا ، يتم تجميع إخراج الألياف أحادية الوضع وملء الفتحة الخلفية للمجهر. هدف.
يتضمن الكشف بالموجات فوق الصوتية مجمعا شعاعا بصريا صوتيا محلي الصنع متصل بمحول طاقة بالموجات فوق الصوتية. يقوم المجمع بمحاذاة التشعيع البصري والكشف الصوتي بشكل محوري. يتم طحن تجويف كروي في الجزء السفلي من المجمع لإنتاج عدسة صوتية بفتحة عددية تبلغ 0.5 في الماء ، والتي توفر قطر بؤري صوتي يبلغ 43 ميكرومتر عند التردد المركزي 50 ميغاهيرتز.
بالنسبة للمحاذاة الأولى ، من المفيد استخدام الموجات فوق الصوتية لصدى النبض لتحديد موضع المستوى البؤري الصوتي. يتم ضبط رأس التصوير عموديا حتى يتم ملاحظة الحد الأقصى لإشارة الموجات فوق الصوتية لصدى النبض. لزيادة حساسية الكشف إلى أقصى حد ، تتم محاذاة البؤر البصرية والصوتية. محارب.
يتموضع هدف امتصاص بصريا ، مثل قطعة من الشريط الكهربائي الأسود في المستوى البؤري الصوتي. ثم يتم ضبط الموضع البؤري البصري لزيادة الإشارة الصوتية للصور. يشتمل نظام أو PAM أيضا على مكبرات صوت إلكترونية ومحول رقمي تناظري وماسح ضوئي ميكانيكي ووحدة تحكم في الماسح الضوئي.
يتم نقل الإشارة الرقمية إلى جهاز كمبيوتر لتكوين الصورة. يقوم البرنامج بتحويل البيانات الأولية إلى سلسلة من صور bcan المقطعية. عندما تقوم البيانات النقطية لرأس المجهر بمسح الكائن ، يمكن بعد ذلك عرض الصور المسجلة كصور مقطعية فردية أو صور إسقاط ذات سعة قصوى ثنائية الأبعاد أو عروض ثلاثية الأبعاد.
يتم استخدام خزان مياه لإيواء رأس التصوير المجهري. يتم تقطيع نافذة التصوير إلى طبق بتري ومختومة بغشاء بولي إيثيلين شفاف بالموجات فوق الصوتية والبصرية. تقترن الموجة الصوتية الضوئية المتولدة من الكائن صوتيا بالكاشف بالموجات فوق الصوتية أولا عن طريق هلام بالموجات فوق الصوتية بين الجسم وغشاء البولي إيثيلين ، ثم عن طريق الماء منزوع الأيونات في طبق بتري.
تشكل هذه الاختراعات والتطبيقات الخاصة بالليزر البصري المتاح ومحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية نظام أو بام. في الجزء التالي ، سنقوم بتصوير الأوعية الدموية الدقيقة للفأر الحي باستخدام هذا النظام. إذا لم يكن الذي يتم تصويره فأرا عاريا ، قبل 24 ساعة من التجربة ، فمن المثالي أن يتناوله.
لذلك يتم استرداد تهيج الأوعية الدموية الجلدية. تخدير الماوس بفلور 3٪ ISO مبخر في الأكسجين من الدرجة الطبية. يتراوح معدل التدفق النموذجي بين واحد و 1.5 لتر في الدقيقة.
اعتمادا على وزن جسم. حافظ على التخدير باستخدام 1٪ فلور ISO طوال التجربة ، قم بإجراء قرصة إصبع القدم للتأكد من تخدير الفأر بالكامل. انقل الماوس إلى مرحلة تجسيمية باستخدام وسادة تسخين للحفاظ على درجة حرارة جسمه عند 37 درجة مئوية.
الآن قم بتسطيح الأذن على اللوحة البلاستيكية. ثم ضع طبقة من جل الموجات فوق الصوتية فوق الأذن. تجنب حبس فقاعات الهواء داخل الجل.
ضع أيضا مرهم العين على العينين لمنع الجفاف أو تلف الليزر العرضي. تجنب لمس العين مباشرة باستخدام أداة التطبيق. ثم ضع الأذن أسفل نافذة التصوير وارفع مرحلة ببطء حتى يلامس هلام الموجات فوق الصوتية الجزء السفلي من الغشاء.
مطلوب ملامسة ناعمة لأن الضغط على الأذن على الغشاء قد يؤثر على تدفق الدم في الأذن. بعد ذلك ، اتخذ بعض الاحتياطات مع لمراقبة حالته الفسيولوجية. قم بتثبيت مقياس التأكسج النبضي على الفأر أو الساق أو الذيل.
الآن اخفض رأس التصوير حتى يتم غمر العدسة الصوتية في الماء منزوع الأيونات وإزالة الفقاعات المحبوسة تحت العدسة الصوتية. اضبط الليزر على وضع الزناد الخارجي وابدأ المسح التجريبي. اضبط الموضع Z لرأس التصوير حتى يتم وضع البؤر المزدوجة البصرية والصوتية في منتصف الأذن.
الآن قم بتعيين معلمات المسح وابدأ الحصول على الصور الرسمية. لقياس تركيز الهيموجلوبين الكلي. اضبط الطول الموجي على نقطة ISO التشنجية حيث يكون لأوكسي هيموغلوبين وديوكسي هيموغلوبين معاملات انقراض مولية متساوية.
لقياس تشبع الهيموجلوبين بالأكسجين ، اضبط الطول الموجي الثاني على حيث يكون لمعاملات الانقراض المولي لأوكسي هيموغلوبين وديوكسي هيموغلوبين اختلاف واضح. عند الانتهاء ، نظف أذن الماوس وضع الماوس في حاضنة. مع ضبط درجة الحرارة البيئية على 37 درجة مئوية ، عندما يستيقظ ، أعد الفأر بشكل طبيعي إلى منشأة.
تظهر صورة إسقاط السعة القصوى هذه تشريح الأوعية الدموية لأذن فأر عارية حية تم تصويرها باستخدام أو Pam عند 570 نانومتر. تظهر صورة الإسقاط هذه تشبع أكسجين الهيموجلوبين في نفس الأذن. يتم حسابه من الصور التي تم الحصول عليها بطول موجي تشنجي ISO يبلغ 570 نانومتر وطول موجي سائد لامتصاص ديوكسي هيموغلوبين يبلغ 561 نانومتر.
تظهر نظرة فاحصة على المنطقة المعبأة دقة أورام. يتم حل السرير الشعري المكتظ بوضوح. في هذا الفيديو ، أظهرنا البروتوكول التجريبي النموذجي ل ORPM ، بما في ذلك تكوين النظام ومحاذاة النظام في الجسم الحي الإجراء التجريبي ومخطط التصوير الوظيفي.
أحد أهم الجوانب في تصميم وتشغيل الأداة هو المحاذاة البصرية الصوتية متحد البؤر ، وهو أمر بالغ الأهمية لحساسية التصوير ، والفحص المجهري الضوئي الصوتي بالدقة البصرية جنبا إلى جنب مع الفحص المجهري الصوتي الضوئي ذو الدقة الصوتية العميقة والتصوير المقطعي المحوسب الضوئي الصوتي وعود التصوير في الجسم الحي والتصوير الوظيفي والجزيئي والمقاييس الطرفية المتعددة ، وأظافر الأعضاء ، والخلايا ، والأنسجة ، ويمكن تصوير الأعضاء بنفس التباين. ينطوي الأصل، مثل قابلية التوسع في التصوير، على إمكانية إحداث ثورة في البحث في الأنظمة متعددة المقاييس وعلم الأحياء والترجمة. من اكتشافات المختبرات المجهرية إلى الممارسة السريرية العيانية.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
النظرة العامة
تقدم هذه المقالة بروتوكولاً مفصلاً للتصوير المجهري الصوتي الضوئي بدقة بصرية (OR-PAM)، وهي تقنية تصوير غير باضعية توفر دقة خلوية في الجسم الحي. يشمل الإجراء تخدير الحيوان، ووضع رأس التصوير، والحصول على الصور لتحليل دوران الأوعية الدقيقة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- علم الأعصاب
- تقنيات التصوير
- التصوير المجهري الصوتي الضوئي
الخلفية
- OR-PAM هي تقنية تصوير جديدة.
- تتيح تصوير التباينات في الامتصاص الضوئي.
- التقنية خالية من العلامات وغير باضعية.
- توفر رؤى حول دوران الأوعية الدقيقة ومستويات الأكسجين في الأنسجة.
غرض الدراسة
- لإثبات استخدام OR-PAM في الجسم الحي.
- لتوفير تعليمات مرئية حول البروتوكولات التجريبية.
- لتعزيز فهم ديناميات دوران الأوعية الدقيقة.
الطرق المستخدمة
- تخدير الحيوان التجريبي.
- وضع منطقة الاهتمام للتصوير.
- إعداد معلمات المسح للحصول على الصور.
- حساب إجمالي تركيز الأكسجين والتشبع من بيانات متعددة الأطوال الموجية.
النتائج الرئيسية
- التصوير الناجح لدوران الأوعية الدقيقة في الجسم الحي.
- اكتساب البيانات حول تركيز الأكسجين والتشبع.
- إثبات الطبيعة غير الباضعة للتقنية.
- التحقق من صحة OR-PAM كأداة للتصوير الوظيفي.
الخلاصات
- OR-PAM فعالة لتصوير دوران الأوعية الدقيقة.
- توفر التقنية معلومات قيّمة عن تأكسج الأنسجة.
- لها تطبيقات محتملة في مجالات بحثية طبية حيوية مختلفة.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Three-dimensional optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) enables non-invasive, label-free, high-resolution imaging of tissue optical absorption, providing functional and physiological insights at the microvascular level. This capability addresses a critical gap in discovery-stage imaging by quantifying oxygenation and hemoglobin dynamics in vivo, supporting mechanistic de-risking and translational continuity. OR-PAM's integration of optical and acoustic detection offers unique value for target validation and predictive confidence in preclinical research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct visualization of tissue oxygenation and hemoglobin saturation for functional target interrogation.
- Supports biological de-risking by quantifying physiological responses in intact microvasculature.
- Facilitates predictive confidence in target engagement through quantitative, label-free imaging outputs.
Screening & Assay Development
- Prepares validated in vivo models for downstream compound screening and mechanistic studies.
- Delivers reproducible, quantitative measurements of microvascular function and oxygenation.
- Enables assay standardization and platform scalability for high-content imaging workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns imaging outputs with disease-relevant physiological biomarkers such as oxygen saturation.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by supporting multi-scale, functional imaging.
- De-risks advancement decisions by enabling direct measurement of tissue-level pharmacodynamics.
Pipeline & Workflow Integration
OR-PAM fits within the discovery-to-preclinical continuum, bridging early mechanistic studies and translational biomarker validation through quantitative, in vivo imaging.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by measuring real-time physiological changes in microcirculation.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible imaging of vascular and oxygenation parameters for compound evaluation.
- Analytics: Generates quantitative readouts of hemoglobin concentration and oxygen saturation for robust statistical comparison.
- Translational Research: Connects functional imaging data to preclinical biomarker strategies when aligned with disease models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform for multi-scale, multi-organ functional studies across R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable imaging workflows for in vivo studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by providing actionable physiological data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of candidates based on functional imaging evidence.
Implementation Considerations
- Requires expertise in optical and acoustic system alignment and in vivo imaging protocols.
- Demands access to specialized laser, ultrasound, and data acquisition instrumentation.
- Necessitates cross-team standardization of imaging parameters and data analysis workflows.
- May require adaptation for different tissue types or animal models based on optical properties.
- Imaging sensitivity and resolution depend on precise optical-acoustic confocal alignment.
