可切换声光学分辨率光声显微镜体内小动物血液血管成像

该程序的总体目标是展示用于体内小动物血管成像的可切换声学和光学分辨率光声显微镜系统。光声显微镜是一种快速发展的体内成像模式，它结合了光学和超声，可提供超越光路的高分辨率成像深度。目前的工作是可切换的声光学分辨率光声显微镜系统，能够在浅层进行更高分辨率的成像，以及对体内同一样品进行低分辨率的深层组织成像。

演示该程序的将是我实验室的研究员 Mohesh Moothanchery 博士和我实验室的博士生 Arunima Sharma。首先，用二极管泵浦的固态 Nd：YAG 激光器和范围为 559 至 576 纳米的可调谐激光器构建一个纳秒可调谐激光系统。将可调谐激光器设置为 570 nan。

在光学平台上安装一个丙烯酸罐，在罐的地板上有一个 7 厘米的聚乙烯成像窗口。将成像载物台固定在成像窗口下方的光学柱上。在水箱上方，将包含 AR-OR-PAM 成像系统的光学笼安装在固定在计算机控制的三轴电动平移台上的开关板上。

要为 AR-PAM 配置系统，请使用安装在电动连续旋转台上的直角棱镜，将光束通过可变中性密度滤光片引导至带有 25 NA 光纤耦合器的多模光缆。将光纤输出连接到成像系统中的 XY 平移台。将光束穿过距离输出 25 毫米的平凸透镜，然后穿过锥形透镜以创建环形光束。

将环形光束聚焦在 50 兆赫兹超声波换能器周围的光学聚光镜上，并在换能器输出端安装有声学透镜。接下来，要为 OR-PAM 配置系统，将第一个直角棱镜旋转 90 度，以将激光束引导穿过光圈、可变中性密度滤光片、聚光镜和距离聚光镜 75 毫米的针孔。使用 1 NA 单模光纤耦合器和单模光纤将光束发送到成像系统中的 Z 平移台。

光束通过安装在距离光纤输出 50 毫米处的消色差双合透镜。使用运动可控椭圆镜将光束转移到镜筒中的第二个消色差双合透镜。将光束聚焦在直角棱镜上，该棱镜由一层硅油与菱形棱镜隔开，该棱镜带有声学透镜和 50 兆赫兹超声波换能器，形成 OR-PAM 扫描头。

在开始系统对齐之前，用脱气水填充亚克力罐。然后使用三轴电动载物台将扫描组件移动到水箱上。降低组件，直到两个系统的声学透镜都浸没在水中。

打开激光。将超声换能器连接到两个 25 分贝的固定增益放大器。将 AR-PAM 扫描头放在成像窗口上。

将用黑色电工胶带包裹的载玻片放在成像载物台上，然后抬起载玻片以使载玻片与成像窗口接触。调整锥形透镜，直到滑块产生的光声信号振幅达到最大值，表明光学透镜和声学透镜是共聚焦的。然后手动切换到 OR-PAM 系统。

调整消色差双合透镜，直到光学透镜和声学透镜共聚焦，如最大化胶带覆盖的载玻片的光声信号幅度所示。为了确定每个系统的横向分辨率，首先将 1 毫升 100 纳米金颗粒的稀溶液在水中放在盖玻片上。将载玻片放在成像载物台上。

并升高载物台，直到纳米颗粒溶液接触成像窗口。将激光器和扫描头切换到 AR-PAM 系统。为 AR-PAM 扫描配置仪器软件并执行单个光栅扫描。

对 OR-PAM 系统重复此过程。然后取下载玻片并用酒精棉签清洁成像窗口。将从采集的图像确定的点扩散函数拟合到高斯曲线。

半峰全宽是相应扫描系统的横向分辨率。接下来，为了确定组织中的最大成像深度，首先将一块用黑色胶带包裹的锋利金属板以浅角度插入一小段鸡组织中。将组织放入扫描仪头下方的水箱中。

为每个系统获取单个 B 扫描图像。测量组织表面下的深度，在该深度处，黑色胶带不再清晰可见。成像前，确保聚乙烯成像窗口和动物成像台都是干净的。

然后在麻醉小鼠后获得一只 25 克、四周龄的雌性小鼠进行成像程序。用脱毛膏去除耳表面的毛发。将无菌眼膏涂抹在小鼠的眼睛上，以防止干燥并阻挡散射的激光束。

将鼠标放在成像台上，并放置用于将耳朵定位到我成像的板。使用夹在小鼠尾巴或腿上的脉搏血氧仪监测小鼠的生理状况。将超声凝胶涂抹在要成像的耳朵上。

慢慢抬起成像载物台，轻轻地使耳朵与聚乙烯成像窗口接触。获取小鼠耳朵的 AR-PAM 和 OR-PAM 光栅扫描，全程监测小鼠的生理状态。让鼠标在成像后完全恢复。

这里的小鼠的血管系统是用可切换的 AR-OR-PAM 系统在体内成像的。厚度超过 45 微米的血管在 AR-PAM 图像中清晰可见。通过 OR-PAM 成像分辨约 5 微米宽的单毛细血管。

组合式 AR-OR-PAM 系统具有大约 4 微米的横向分辨率。在这一点上，OR-PAM 的成像为 4 毫米，AR-PAM 的横向分辨率约为 45 微米，成像为 7.8 毫米。可切换的组合 AR-OR-PAM 系统无需在不同成像系统之间移动样品即可进行成像。

开发的系统可用于临床前成像。主要的临床前应用包括雄激素生成、肿瘤微环境、微循环、药物反应、脑功能、生物标志物和基因活性的成像。