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Bioengineering

स्विच करने योग्य ध्वनिक और ऑप्टिकल संकल्प के लिए फोटोकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी Published: June 26, 2017 doi: 10.3791/55810
Automatic Translation
1, 1, 1
1School of Chemical and Biomedical Engineering, Nanyang Technological University

Summary

यहां एक स्विच करने योग्य ध्वनिक रिज़ॉल्यूशन (एआर) और ऑप्टिकल रिजोल्यूशन (या) फोटोकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी (एआर- OR-PAM) प्रणाली दोनों उच्च संकल्प इमेजिंग में उथले गहराई पर सक्षम है और विवो में एक ही नमूना पर कम रिज़ोल्यूशन गहरी ऊतक इमेजिंग प्रदर्शित की जाती है।

Abstract

फोटोकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी (पीएएम) एक तेजी से बढ़ने वाली आविवियो इमेजिंग पद्धति है जो प्रकाशिकी और अल्ट्रासाउंड दोनों को जोड़ती है, उच्च संकल्प के साथ ऑप्टिकल मतलब मुक्त पथ (~ 1 मिमी त्वचा में) से परे पहुंच प्रदान करती है एक ही साधन में अल्ट्रासाउंड के उच्च स्थानिक संकल्प के साथ ऑप्टिकल अवशोषण के विपरीत संयोजन करके, यह तकनीक गहरी ऊतकों में घुसना कर सकती है। फोटोकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी सिस्टम या तो कम ध्वनिक रिज़ॉल्यूशन हो सकते हैं और गहराई से या उच्च ऑप्टिकल रिजोल्यूशन और जांच उथले रूप से जांच कर सकते हैं। उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन और एकल सिस्टम के साथ बड़े गहराई से प्रवेश हासिल करना चुनौतीपूर्ण है। यह काम एक एआर-या-पीएएम प्रणाली को प्रस्तुत करता है जो विवो में समान नमूने के उथले गहराई और कम-रिज़ोल्यूशन के गहरे-ऊतक इमेजिंग पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग दोनों सक्षम है। ऑप्टिकल फोकसिंग के साथ 4 माइक्रोन के साथ एक 4 9 मिमी इमेजिंग गहराई के पार्श्व संकल्प और ध्वनिक फोकसिंग का उपयोग करते हुए 7.8 एमएम इमेजिंग गहराई के साथ 45 माइक्रोन के पार्श्व संकल्प सफल रहे।ली संयुक्त प्रणाली का उपयोग कर प्रदर्शन किया। यहां, विवो छोटे जानवरों के रक्त में vasculature इमेजिंग को अपनी जैविक इमेजिंग क्षमता प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है।

Introduction

उच्च संकल्प ऑप्टिकल इमेजिंग रूपान्तरण, जैसे कि ऑप्टिकल कॉसहेंस टोमोग्राफी, कॉम्बोक्ल माइक्रोस्कोपी और मल्टीप्लॉटन माइक्रोस्कोपी, कई फायदे हैं। हालांकि, इमेजिंग गहराई बढ़ने के रूप में स्थानिक संकल्प महत्वपूर्ण रूप से घटता है। यह नरम ऊतकों 1 , 2 में प्रकाश परिवहन की फैल जाने वाली प्रकृति के कारण है। ऑप्टिकल उत्तेजना और अल्ट्रासाउंड का पता लगाने के एकीकरण से गहरी ऊतकों में उच्च संकल्प ऑप्टिकल इमेजिंग की चुनौती से उबरने के लिए एक समाधान उपलब्ध है। फोटोकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी (पीएएम) एक ऐसा साधन है जो अन्य ऑप्टिकल इमेजिंग रूपरेखाओं की तुलना में गहरा इमेजिंग प्रदान कर सकता है। यह विवो संरचनात्मक, कार्यात्मक, आणविक और सेल इमेजिंग में सफलतापूर्वक लागू किया गया है 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 अध्ययन अल्ट्रासाउंड से उच्च स्थानिक संकल्प के साथ मजबूत ऑप्टिकल अवशोषण के विपरीत संयोजन करके।

पीएएम में, एक छोटी लेज़र पल्स ऊतक / नमूना को भंग करती है। क्रोमोफोर्स ( जैसे, मेलेनिन, हीमोग्लोबिन, पानी इत्यादि ) द्वारा प्रकाश का अवशोषण तापमान वृद्धि में होता है, जो परिणामस्वरूप ध्वनिकी लहरों (फोटोकॉस्टिक लहरों) के रूप में दबाव तरंगों के उत्पादन में होता है। ऊतक सीमा के बाहर एक विस्तृत-बैंड अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर द्वारा उत्पन्न फोटोकौस्टिक तरंगों का पता लगाया जा सकता है। कमजोर ऑप्टिकल और तंग ध्वनिक फोकसिंग का उपयोग करना, गहरी ऊतक इमेजिंग ध्वनिक रिज़ोल्यूशन फोटोएकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी (एआर-पीएएम) 14 , 15 , 16 में हासिल की जा सकती है। एआर में-पीएएम, 45 माइक्रोन का पार्श्व संकल्प और 3 मिमी तक इमेजिंग गहराई 15 का प्रदर्शन किया गया है। एकल केशेलरी (~ 5 सुक्ष्ममापी) को ध्वनिक रूप से हल करने के लिए, 400 मेगाहर्ट्ज केंद्रीय आवृत्तियों पर काम करने वाले अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर आवश्यक हैं। ऐसे उच्च आवृत्तियों पर, प्रवेश गहराई 100 माइक्रोन से कम है। तंग ध्वनिक ध्यान केंद्रित करने की समस्या तंग ऑप्टीकल फोकसिंग का उपयोग करके हल हो सकती है। ऑप्टीकल रेज़ोल्यूशन फोटोकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी (ओआर-पीएएम) एकल केशिलियों, या एक एकल कक्ष 17 को हल करने में सक्षम है, और 0.5 माइक्रोन का पार्श्व संकल्प 18 , 1 9 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 हासिल कर लिया गया है। फोटोनिक नैनोजेट का उपयोग विवर्तन-सीमित रिज़ोल्यूशन से परे एक संकल्प को प्राप्त करने में मदद कर सकता हैएन 25 , 26 या-पीएएम में, प्रकाश की फोकस करने के कारण पहुंच की गहराई सीमित है, और यह जैविक ऊतक 23 के अंदर ~ 1.2 मिमी तक छवि बना सकती है। इसलिए, एआर-पीएएम छवि को गहरा कर सकता है, लेकिन कम संकल्प के साथ, और OR-PAM बहुत ही उच्च संकल्प के साथ छवि कर सकता है, लेकिन सीमित इमेजिंग गहराई के साथ। एआर और ओआर-पीएएम सिस्टम की इमेजिंग गति मुख्यतः लेजर स्रोत 27 की पल्स पुनरावृत्ति दर पर निर्भर करती है

एआर-पीएएम और ओआरए-पीएएम का संयोजन अनुप्रयोगों के लिए महान लाभ होगा, जिनके लिए उच्च संकल्प और गहन इमेजिंग दोनों की आवश्यकता होती है। इन प्रणालियों को एक साथ संयोजित करने के लिए थोड़ा प्रयास किया गया है आमतौर पर, इमेजिंग के लिए दो अलग-अलग इमेजिंग स्कैनर का उपयोग किया जाता है, जिसके लिए नमूना दोनों प्रणालियों के बीच स्थानांतरित किया जा सकता है, जिससे विवो इमेजिंग में प्रदर्शन करना कठिन हो जाता है। हालांकि, दोनों एआर और या पीएएम के साथ हाइब्रिड इमेजिंग स्केल योग्य प्रस्तावों के साथ इमेजिंग को सक्षम करता हैएन डी गहराई एक दृष्टिकोण में, एक ऑप्टिकल फाइबर बंडल का उपयोग एआर और या दोनों दोनों के लिए प्रकाश देने के लिए किया जाता है। इस दृष्टिकोण में, दो अलग-अलग लेसरों (एआर के लिए 570 एनएम पर एक उच्च ऊर्जा लेजर या ओआर के लिए 532 एनएम पर कम-ऊर्जा, उच्च पुनरावृत्ति दर लेजर का उपयोग किया जाता है), सिस्टम को असुविधाजनक और महंगा 28 बनाते हैं। OR-PAM लेजर तरंगदैर्ध्य तय है, और ऑक्सिजन संतृप्ति पर कई अध्ययनों, इस संयुक्त तंत्र का उपयोग संभव नहीं हैं। एआर और या पीएएम के बीच लेजर तरंग दैर्ध्य में अंतर के कारण एआर और या पीएएम के बीच तुलनात्मक अध्ययन भी संभव नहीं हैं। इसके अलावा, एआर- PAM उज्ज्वल क्षेत्र रोशनी का उपयोग करता है; इसलिए, त्वचा की सतह से मजबूत फोटोकॉस्टिक सिग्नल छवि की गुणवत्ता को सीमित करते हैं। इस कारण से, कई बायोइमिंग अनुप्रयोगों के लिए सिस्टम का उपयोग नहीं किया जा सकता है। एआर और या पीएएम प्रदर्शन करने के लिए एक अन्य दृष्टिकोण में, ऑप्टिकल और अल्ट्रासाउंड फ़ोकस स्थानांतरित हो जाता है, जिससे प्रकाश फोकस होता है और अल्ट्रासाउंड फोकस अनारिल्ड होता है। इस प्रकार, छवि गुणवत्ता इष्टतम नहीं है 30 मुश्किल हो गई थी। इन सभी मामलों में एआर-पीएएम ने अंधेरे क्षेत्र रोशनी का इस्तेमाल नहीं किया। अंधेरे क्षेत्र के रोशनी का उपयोग त्वचा की सतह से मजबूत फोटोकॉस्टिक संकेतों की पीढ़ी को कम कर सकता है। इसलिए, गहरे ऊतक इमेजिंग को अंगूठी के आकार का रोशनी का उपयोग किया जा सकता है, क्योंकि गहरी फोटोएक्कास्टिक संकेतों का पता लगाने की संवेदनशीलता उज्ज्वल क्षेत्र के रोशनी की तुलना में अधिक होगी।

यह काम एक स्विचन एआर और या पीएएम (एआर- OR-PAM) इमेजिंग सिस्टम को एक ही नमूना के दोनों उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग और कम-रिजोल्यूशन गहरा-ऊतक इमेजिंग के लिए सक्षम करता है, दोनों सिस्टम के लिए समान लेजर और स्कैनर का उपयोग करते हुएईएमएस। एआर-या-पीएएम सिस्टम का प्रदर्शन प्रेरक प्रयोगों के साथ स्थानिक संकल्प और इमेजिंग गहराई का निर्धारण करने के द्वारा किया गया था। विवो ब्लड vasculature इमेजिंग में एक माउस कान पर प्रदर्शन किया गया था ताकि इसकी जैविक इमेजिंग क्षमता प्रदर्शित हो सके।

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Protocol

सिंगापुर (नेशनल टेक्निकल यूनिवर्सिटी, नेशनल टेक्नोलॉजीकल यूनिवर्सिटी, इंस्टीट्यूशनल एनीमेयर केयर और उपयोग समिति के अनुमोदित विनियमों और दिशानिर्देशों के अनुसार सभी पशु प्रयोगों का प्रदर्शन किया गया (एआरएफ-एसबीएस / एनआईई- A0263)।

1. एआर- OR-PAM सिस्टम ( चित्रा 1 )

  1. सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन: एआर- PAM
    1. ऑप्टिकल विकिरण स्रोत के रूप में एक डायोड-पंप, ठोस-राज्य एनडी-वाईएजी लेजर (532 एनएम) और 55 9-576 एनएम की ट्यूनिटी सीमा के साथ डाई लेजर वाला नैनोसेकंड ट्यूनलेस लेजर सिस्टम का उपयोग करें। लेज़र तरंगदैर्ध्य को 570 एनएम का प्रयोग बाहरी नियंत्रक और लेजर सॉफ्टवेयर के उपयोग से लेजर के पुनरावृत्ति दर को 1 kHz करने के लिए करें।
    2. लेजर शक्ति के 5% को एक फोटोोडिऑडियो को एक परिवर्तनीय तटस्थ घनत्व फिल्टर (एनडीएफ 1; ओडी = 0-4.0) के माध्यम से हटाने के लिए लेजर के सामने एक 45 डिग्री कोण पर एक बीम सैंपलर रखें।
    3. लेमर बीम को 90 डिग्री पर बीम सैंपलर के प्रयोग से बदल देंएक दायां कोण प्रिज्म (आरएपी 1)
    4. किरण को एक अंतरहीन तटस्थ घनत्व फिल्टर (एनडीएफ 2; ओडी = 0-4.0) के माध्यम से और एक मल्टीमोड फाइबर (एमएमएफ) के माध्यम से पारित करने के लिए एक फाइबर युग्मक (एफसी) के माध्यम से निर्देशित करने के लिए एक अन्य दायां-कोण प्रिज्म (आरएपी 2) का प्रयोग करें- ए उद्देश्यों का संयोजन (संख्यात्मक एपर्चर (एनए): 0.25) और एक XY अनुवादक।
    5. एक XY अनुवादक का उपयोग करके स्कैनिंग चरण पर फाइबर को ठीक करें फाइबर के आउटपुट से 25 मिमी की एक प्लानो- उत्तल लेंस (एल 1) को फाइबर के बाहर से बाहर निकालने के लिए रखें।
    6. अंगूठी के आकार का बीम उत्पन्न करने के लिए 130 डिग्री के शीर्ष कोण के साथ एक शंक्वाकार लेंस के माध्यम से संगम बीम को पास करें। 70 डिग्री और 110 डिग्री के शंकु कोणों के साथ घर में ऑप्टिकल कंडेनसर (ओसी) का उपयोग करके और केंद्र में एक छेद के साथ, अंगूठी के आकार का बीम फोकस करें।
    7. घरेलू ध्वनिक लेंस (एएल) के साथ होममेड कंडेंसर के केंद्र में एक 50 मेगाहर्ट्ज अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर (यूएसटी) रखें।
  2. सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन: OR-PAM
    1. का उपयोगऑप्टिकल विकिरण स्रोत के रूप में 55 9 - 576 एनएम की ट्यूनिटी श्रेणी के साथ एक डायोड-पंप, ठोस-राज्य एनडी-वाईएजी लेजर (532 एनएम) और डाई लेजर वाला नैनोसेकंड ट्यूनर लेजर सिस्टम। लेजर तरंगदैर्ध्य 570 एनएम पर एक बाहरी नियंत्रक और लेजर सॉफ्टवेयर का उपयोग करके 5 kHz पर लेजर की पुनरावृत्ति दर का उपयोग कर निर्धारित करें।
    2. पुनर्निर्धारण के लिए आईरिस पर लेजर बीम को हटाने के लिए कंप्यूटर-नियंत्रित घूर्णी चरण (90% तक आरएपी 1 धारण) को घुमाएं।
    3. किरण के साथ एक परिवर्तनीय तटस्थ घनत्व फिल्टर (ओडी: 0-4.0) रखकर लेजर बीम को हटा दें और फिर एक कंडेनसर लेंस (सीएल) के साथ किरण को फोकस करें। स्थानिक फ़िल्टरिंग के लिए सीएल से 75 मिमी की दूरी पर एक पिनहोल (पीएच) के माध्यम से इसे पास करें।
    4. एक एकल-मोड फाइबर युग्मक (एफसी) का इस्तेमाल करते हुए एकल-मोड फाइबर (एसएमएफ) पर स्थानिक फ़िल्टर किए गए बीम को लॉन्च करें जिसमें एसएमएफ पर प्रकाश की किरण को ध्यान में रखने के लिए एक 0.1 एनए उद्देश्य होता है।
    5. अधिकतम युग्मन क्षमता को प्राप्त करने के लिए फाइबर युग्लायर को समायोजित करें
    6. फाइबर को टी पर ठीक करेंवह एक स्लिप प्लेट (एसपी) का उपयोग करते हुए चरण स्कैन कर रहा है। लेज़र बीम को टक्कर करने के लिए एसएम फाइबर से 50 मिमी की दूरी पर एक ऐक्रोरमिक लेंस (एल 2) रखें।
    7. कोइलेमेन्ट नियंत्रणीय अण्डाकार दर्पण (एम) का उपयोग करके एक दूसरे समान अर्क्रमिक लेंस (एल 3) के पीछे एपर्चर को भरने के लिए 90 डिग्री के द्वारा कोलीमेटेड किरण को हटा दें। लेंस ट्यूब (एलटी) का उपयोग करते हुए एक अनुवाद माउंट (टीएम 2) पर ध्यान केंद्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले ऐक्रोरमिक लेंस रखें।
    8. एक घर का बना ऑप्टोओक्वास्टिक बीम संयोजक के माध्यम से फोकिंग बीम को पास करें, जिसमें दायां कोण वाले प्रिज्म (आरए) और एक रमज़ब्रिड प्रिज्म (आरपी) होता है, जिसके बीच में सिलिकॉन तेल (एसओ) की परत होती है।
      नोट: सिलिकॉन तेल परत ऑप्टिकली पारदर्शी और ध्वनिक रूप से चिंतनशील फिल्म के रूप में कार्य करेगा।
    9. एक ध्वनिक लेंस (एएल) को ध्वनिक फोकसिंग (फोकल व्यास: ~ 46 माइक्रोन) प्रदान करने के लिए संलग्न करें जो रमोज़ी प्रिज्म के नीचे है।
    10. रमोज़ी प्रिज्म के शीर्ष पर 50 मेगाहर्ट्ज़ केंद्र आवृत्ति के साथ अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर रखें; प्रभावी युग्मन के लिए एक एपिका परत का उपयोग करें
    3. 2. सिस्टम स्विचिंग और संरेखण

    1. कंप्यूटर से जुड़ा 3-अक्ष नियंत्रक द्वारा नियंत्रित एक 3-अक्ष मोटर चालित चरण में होममेड स्विच करने योग्य प्लेट को फिक्स (कसकर पंगा लेना)।
    2. एआर और या पिंजरे सिस्टम को घर की प्लेट में जोड़ने के लिए पिंजरे बढ़ते ब्रैकेट का उपयोग करके एआर और या स्कैन हेड के बीच आसान स्विचिंग की अनुमति दें। इमेजिंग क्षेत्र के शीर्ष पर स्कैन सिर को स्लाइड करें।
    3. ध्वनिक युग्मन के लिए पानी से भरी हुई ऐक्रेलिक टैंक (13 सेमी x 30 सेमी x 3 सेंटीमीटर) में एआर-या-पीएएम स्कैनर सिर के निचले भाग को डूबने के लिए जेड-स्टेज का प्रयोग करें।
    4. टैंक के निचले प्लेट पर एक 7 सेमी व्यास के साथ एक इमेजिंग विंडो खोलें और ऑप्टिकल और ध्वनिक ट्रांसमिशन के लिए एक पॉलीथीन झिल्ली के साथ इसे मुहरें।
    5. फ़ोकस में अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर को संरेखित करने के लिए एक नाड़ी-एको प्रवर्धक और एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करें।
      1. संचरण / प्राप्त मोड में पल्स इको प्रवर्धक में लाभ 24 डीबी तक सेट करें।
      2. सिंक आउट संकेत fr का उपयोग करेंओज ट्रिगर के रूप में नाड़ी-एको एम्पलीफायर और एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करके एक गिलास स्लाइड (पानी की टंकी के नीचे से डाली गई) से बैकस्केटल सिग्नल का पता लगाता है।
        नोट: स्लाइड में काला टेप होना चाहिए था।
      3. नाड़ी-गूंज संकेत के आयाम को अधिकतम करने के लिए Z- अक्ष को ले जाएं (आस्टसीलस्कोप पर देखा जाता है)।
        नोट: जब ग्लास प्लेट फ़ोकस में है, तो प्रतिध्वनि इसकी अधिकतम आयाम होगा
    6. लेज़र पर स्विच करें और यूएसटी को दो एम्पलीफायरों से कनेक्ट करें, प्रत्येक में 24 डीबी निश्चित लाभ के साथ, बीएनसी केबल्स का उपयोग कर।
      नोट: एम्पलीफायरों का आउटपुट डेटा अधिग्रहण कार्ड (डीएक्यू) से जुड़ा हुआ है।
    7. डेटा अधिग्रहण प्रणाली के लिए एक ट्रिगर के रूप में लेजर के समक्ष रखे गए फोटोडिडा (पीडी) से संकेत का प्रयोग करें।
    8. एआर-पीएएम में, परीक्षण ऑब्जेक्ट (कांच टेप पर काली टेप फटे) से उत्पन्न फोटोसोकॉस्टिक सिग्नल के आयाम को अधिकतम करने के लिए शंक्वाकार लेंस (कॉन। एल) और ऑप्टिकल कंडेनसर (ओसी) के बीच की दूरी भिन्न होती है।सुनिश्चित करें कि ऑप्टिकल और ध्वनिक केंद्रित फोटोकॉस्टिक (पीए) सिग्नल आयाम को निर्धारित करके confocal हैं।
      1. अधिकतम पीए सिग्नल की देरी पर ध्यान दें; डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर में फ़ोकस की जांच के लिए बाद में इसका उपयोग करें।
    9. स्कैनिंग सिर के स्क्रू को हटा दें और एआर- PAM से OR-PAM को मैन्युअल रूप से स्कैनिंग सिर पर स्विच करें। फिर, शिकंजा कस लें
    10. ऑरसिलोस्कोप पर दिखाए गए पीए सिग्नल आयाम को अधिकतम करने के लिए ओआरए-पीएएम में, फोकसिंग ऐक्रोरमिक डब्ल्यूटी (लेंस ट्यूब (एलटी) के अंदर) और ऑप्टोओक्वास्टिक कॉम्बिनेर के बीच की दूरी भिन्न होती है।
      1. अधिकतम पीए सिग्नल की देरी नोट करें
        नोट: Confetal arrangement निर्धारित करने के लिए Finetuning आवश्यक है।

    3. प्रायोगिक कदम

    1. पार्श्व संकल्प और इमेजिंग गहराई मात्रा का ठहराव
      1. एआर के पार्श्व संकल्प को निर्धारित करने के लिए 100 एनएम व्यास में सोने के नैनोकणों का उपयोग करेंडी या सिस्टम
      2. पानी की बराबर मात्रा के साथ 0.1 एमएल नैनोपैर्टिकल समाधान को पतला करें। एक कवर पर्ची पर 0.1 एमएल का पतला समाधान वितरित करें और टैंक के नीचे पॉलीइथिलीन झिल्ली के संपर्क में रखें।
      3. सुनिश्चित करें कि एआर-पीएएम और ओआर-पीएएम स्कैनिंग से पहले (चरण 2.8 और 2.10) डेटा अधिग्रहण सॉफ़्टवेयर (सामग्री की तालिका देखें) में ध्यान केंद्रित कर रहा है।
        नोट: नमूना दर (250 एमएस / एस) द्वारा गुणा करके चरण 2.9 और 2.10 से अधिकतम पीए सिग्नल के माइक्रोसेकेंड विलंब को जानने के बाद, छवि डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर में ध्यान केंद्रित किया जाएगा। डाटा अधिग्रहण के दौरान जो विलंब अवश्य छोड़ा जाना चाहिए, उसे सॉफ्टवेयर में निर्धारित किया जा सकता है ताकि पोस्ट प्रोसेसिंग के लिए केवल आवश्यक डाटा पॉइंट्स को बचाया जा सके।
      4. एआर- PAM के स्कैन पैरामीटर सेट करें और रेखापुंज स्कैनिंग शुरू करने के लिए "स्कैन" बटन दबाएं।
        1. "अधिग्रहण" में "4" मिमी / एस स्कैनिंग की गति पर डेटा अधिग्रहण सॉफ़्टवेयर में AR-PAM के स्कैन पैरामीटर सेट करें; टैब, "पल्स पुनरावृत्ति दर" टैब में "1" केएचएच, "वाई-स्कैन रेंज" टैब में "0.5" मिमी, और "एक्स-स्कैन रेंज" टैब में "0.5" मिमी। "Dx" टैब में "4" माइक्रोन में एक्स-दिशा में चरण आकार सेट करें
          नोट: y- दिशा में चरण आकार स्टेज की स्कैन वेग वेग और पल्स पुनरावृत्ति दर से स्वचालित रूप से निर्धारित होता है (इस मामले में, 4,000 माइक्रोग्राम / 1,000 हर्ट्ज = 4 माइक्रोन)
      5. OR-PAM के लिए स्कैन पैरामीटर सेट करें और रास्टर स्कैनिंग प्रारंभ करने के लिए "स्कैन करें" बटन दबाएं।
        1. "एक्सेल रेंज" में "पल्स पुनरावृत्ति दर" टैब में "5" केएचजेड, "0.5" मिमी, "वेग" टैब में "2.5" मिमी / स्कैनिंग गति पर डेटा अधिग्रहण सॉफ़्टवेयर में स्कैन मापदंडों को सेट करें, टैब, और "एक्स-स्कैन रेंज" टैब में "0.5" मिमी "Dx" टैब में x-direction "0.5" माइक्रोन में चरण आकार सेट करें
          नोट: एसवाई-दिशा में टिप आकार स्वचालित रूप से स्टेज की गति वेग और पल्स पुनरावृत्ति दर (इस मामले में, 2,500 माइक्रोन / 5,000 हर्ट्ज = 0.5 माइक्रोन) से निर्धारित होता है।
      6. सुनिश्चित करें कि स्कैनिंग प्रक्रिया के दौरान, कंप्यूटर पर डाटा लगातार कब्जा कर लिया जाता है और संग्रहीत किया जाता है
        नोट: डेटा केवल वाई-स्टेज की गति के एक ही दिशा में कैप्चर किया जाएगा।
      7. इमेज प्रोसेसिंग सॉफ़्टवेयर ( सामग्री की तालिका देखें) का उपयोग करके अधिकतम आयाम प्रक्षेपण (एमएपी) छवियों को प्राप्त करने के लिए कंप्यूटर में संग्रहीत कई बी स्कैन डेटा का उपयोग करें।
      8. पॉइंट-स्प्रेड फ़ंक्शन प्राप्त करने के लिए नैनोपार्टिकल छवि के केंद्रीय क्षेत्र के माध्यम से एक लाइन की साजिश रचने के द्वारा पार्श्व संकल्प को निर्धारित करने के लिए स्कैन से एक एकल नैनोपार्टिकल छवि (एकाधिक छवियों के बाहर) का उपयोग करें, जो गाऊसी वक्र जैसा दिखता है। चित्र 2 देखें
      9. गौ का उपयोग करते हुए एक एकल नैनोपार्टिकल छवि से प्राप्त प्वाइंट स्प्रेड फ़ंक्शन फ़िट करेंSsian फिट समारोह और छवि प्रसंस्करण सॉफ्टवेयर ( सामग्री की तालिका देखें) का उपयोग आधा अधिकतम (एफडब्ल्यूएचएम) पर पूरी चौड़ाई को मापने। इसे पार्श्व संकल्प के रूप में प्रयोग करें चित्र 2 देखें
      10. गहराई इमेजिंग के लिए लक्ष्य वस्तु के रूप में कटा हुआ चिकन ऊतक के एक टुकड़े पर आंशिक रूप से काली टेप का टुकड़ा डालें। पानी की टंकी में टेप के साथ ऊतक रखें।
        नोट: काली टेप एक धातु की थाली में एक तेज टिप के साथ जुड़ी हुई है, जो ऊतक को टेप संलग्न करने में मदद करता है।
      11. डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर में एआर-पीएएम के लिए स्कैन मापदंडों को सेट करें और फिर अधिकतम इमेजिंग गहराई को निर्धारित करने के लिए एकल बी स्कैन छवि को कैप्चर करने के लिए "स्कैन" बटन दबाएं।
        1. "वेग" टैब में "15" मिमी / स्कैनिंग की गति, "पल्स पुनरावृत्ति दर" टैब में "1" kHz, "वाई-स्कैन रेंज" टैब में "5" सेमी और "0.1" पर स्कैन मापदंडों को सेट करें। "एक्स-स्कैन रेंज" टैब में मिमी टी सेट करेंवह "डीएक्स" टैब में "0.1" मिमी पर एक्स-दिशा में कदम आकार देता है
      12. OR-PAM के लिए स्कैन मापदंडों को सेट करें और अधिकतम इमेजिंग विभाग को निर्धारित करने के लिए एक एकल बी स्कैन छवि को कैप्चर करने के लिए "स्कैन करें" बटन दबाएं।
        1. डाटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर में स्कैन पैरामीटर "वेग" टैब में "15" मिमी / स्कैनिंग की गति के रूप में "पल्स पुनरावृत्ति दर" टैब में "5" kHz, "वाई-स्कैन श्रेणी" में "2" सेमी के रूप में सेट करें टैब और "एक्स-स्कैन रेंज" टैब में "0.1" मिमी "Dx" टैब में "0.1" मिमी पर एक्स-दिशा में चरण आकार सेट करें
          नोट: चूंकि एक्स-स्कैन रेंज और डीएक्स समान हैं, इसलिए केवल एक बी-स्कैन कैप्चर किया जाएगा। नरम ऊतक (1,540 एम / एस) में ध्वनि की गति से गुणा किए जाने वाले समय-समाधान वाले पीए सिग्नल एक ए-लाइन इमेज दे देंगे। वाई-स्टेज की निरंतर गति के दौरान एक बी स्कैन बनाने के लिए एकाधिक ए-लाइनें कैप्चर की जाती हैं।
    2. विवो में </ Em> माउस कान रक्त वाहिका के इमेजिंग
      1. 25 ग्राम के एक शरीर का वजन और 4 सप्ताह की उम्र के साथ एक महिला माउस का उपयोग करें।
      2. केटामाइन (120 मिलीग्राम / किग्रा) और xylazine (16 मिलीग्राम / किग्रा) के कॉकटेल का उपयोग करने वाले जानवरों को एनेस्थेटेज़ करना इंट्राटेरिटोनियल इंजेक्शन (0.1 एमएल / 10 ग्राम की खुराक)
      3. बालों को हटाने क्रीम का उपयोग करके पशु कान से बाल निकालें क्षेत्र साफ साफ करें आँखों पर गिरने वाले किसी भी बिखरे हुए लेजर बीम से बचने के लिए एक बाँझ ओक्यूलर मरहम के साथ जानवर की आंख को कवर करें।
      4. एक मंच पर जानवर की स्थिति रखें जिसमें कान की स्थिति में एक छोटी प्लेट भी है।
      5. इमेजिंग अवधि के दौरान साँस आइफ्लुरेन (1 एल / मिनट ऑक्सीजन में 0.75%) के साथ संज्ञाहरण बनाए रखें।
      6. माउस पैर या पूंछ के लिए एक नाड़ी ऑक्सीमीटर को क्लैंप करें और शारीरिक स्थिति की निगरानी करें। इमेजिंग क्षेत्र को अल्ट्रासाउंड जेल का उपयोग करके पॉलीथीन झिल्ली के संपर्क में होने दें।
      7. एआर- PAM के लिए स्कैन पैरामीटर सेट करें और रेखापुंज स्कैन शुरू करने के लिए "स्कैन" बटन दबाएंआईएनजी।
        1. डेटा प्राप्ति सॉफ्टवेयर में एआर-पीएएम के लिए "वेग" टैब में "15" मिमी / स्कैनिंग की गति, "पल्स पुनरावृत्ति दर" टैब में "1" केएच़ज़, "10 मिमी" में " वाई-स्कैन रेंज "टैब और" एक्स-स्कैन रेंज "टैब में" 6 "मिमी। "Dx" टैब में "30" माइक्रोन के रूप में एक्स-दिशा में चरण आकार सेट करें
          नोट: y- दिशा में चरण आकार स्टेज की गति वेग और पल्स पुनरावृत्ति दर (इस मामले में, 15,000 माइक्रोन / 1000 हर्ट्ज = 15 माइक्रोन) से स्वचालित रूप से निर्धारित किया गया है।
      8. एआर-पीएएम स्कैन समाप्त करने के बाद, एआर-पीएएम से या-पीएएम (जैसा कि अनुभाग 2 में वर्णित है) से इमेजिंग सिर की स्थिति को स्विच करें।
      9. OR-PAM के लिए स्कैन पैरामीटर सेट करें और रास्टर स्कैनिंग प्रारंभ करने के लिए "स्कैन करें" बटन दबाएं।
        1. डेटा अधिग्रहण सॉफ़्टवेयर में OR-PAM के स्कैन पैरामीटर को "15" मिमी / एस स्कैन गति पर सेट करें "velocit"पल्स पुनरावृत्ति दर" टैब में "5" kHz, "वाई-स्कैन रेंज" टैब में "10" मिमी, और "एक्स-स्कैन रेंज" टैब में "6" मिमी। चरण आकार सेट करें "डीएक्स" टैब में एक्स दिशा में "6" माइक्रोन के रूप में
          नोट: y- दिशा में चरण आकार स्टेज की स्कैन वेग वेग और पल्स पुनरावृत्ति दर (इस मामले में, 15,000 माइक्रोन / 5,000 हर्ट्ज = 2 माइक्रोन) से स्वचालित रूप से निर्धारित होता है।
      10. इमेज प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग कर मैप छवियों को पुनर्प्राप्त करने के लिए कंप्यूटर में संग्रहीत कई बी स्कैन डेटा का उपयोग करें।
      11. संपूर्ण इमेजिंग अवधि के दौरान पशु को देखें।

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Representative Results

एआर-या- PAM सिस्टम की योजनाबद्ध चित्र 1 में दिखाया गया है। इस सेटअप में, सभी घटकों को एक ऑप्टिकल पिंजरे सेटअप में एकीकृत और इकट्ठा किया गया था। पिंजरे प्रणाली का उपयोग एआर-या-पीएएम स्कैनिंग हेड कॉम्पैक्ट और आसानी से इकट्ठे, गठबंधन, और एक स्कैनिंग चरण पर एकीकृत करता है।

छवि अधिग्रहण के दौरान इमेजिंग हेड के दो-आयामी निरंतर रेखापुंज स्कैनिंग का उपयोग किया गया था। ए-लाइन प्राप्त करने के लिए समय-समाधान किए गए PA सिग्नल को ध्वनि की गति (1,540 एम / एस) से गुणा किया गया था वाई-स्टेज की निरंतर गति के दौरान कब्जा किए गए एकाधिक ए-लाइन ने दो आयामी बी-स्कैन का उत्पादन किया। इमेजिंग क्षेत्र के कई बी-स्कैनों को कंप्यूटर में पकड़ा गया और संग्रहीत किया गया था और उन्हें एमएपी फोटोकाउस्टिक छवियों की प्रक्रिया और उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था।

स्विचनीय सिस्टम के रिज़ॉल्यूशन को निर्धारित करने के लिए, एक एकल नैनोपार्टिकल की एमएपी छवि 31 का इस्तेमाल किया गया था तस्वीर की केंद्रीय पार्श्व दिशा के साथ फोटोकॉस्टिक आयाम साजिश रची और एक गाऊसी समारोह के लिए लगाया गया था। गाऊसी फिट के एफडब्ल्यूएचएम को पार्श्व संकल्प माना जाता था। एआर-पीएएम के लिए मापा पार्श्व संकल्प 45 माइक्रोन था, जैसा कि चित्रा 2 ए में दिखाया गया है । इसी तरह, ओआर-पीएएम के संकल्प को निर्धारित करने के लिए केंद्रीय पार्श्व दिशा में ओआर-पीएएम का उपयोग करके एक एकल नैनोपार्टिकल छवि को चित्रा 2 बी में दिखाया गया था। मापा पार्श्व संकल्प 4 माइक्रोन, एफडब्ल्यूएचएम से निर्धारित किया गया था। इस आंकड़े के इनसेट से पता चलता है कि सोने की नैनोपैतिकल की एमएपी की छवि। सैद्धांतिक रूप से, एआर-पीएएम के लिए ऑप्टिकल विवर्तन-सीमित पार्श्व संकल्प 45 μ मीटर है, निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है: 0.72 9 / एनए, जहां λ केंद्रीय ध्वनिक तरंग दैर्ध्य है और एनए संख्यात्मक हैअल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के एपर्चर सैद्धांतिक संकल्प प्रायोगिक डेटा के साथ अच्छी तरह से सहमत हैं इसी तरह, ओआर-पीएएम के लिए सैद्धांतिक पार्श्व संकल्प 2.6 माइक्रोन है, जैसा कि निम्नलिखित समीकरण के साथ गणना की गई है: 0.51 एलजी / एनए, जहां λ लेजर तरंग दैर्ध्य है और एनए उद्देश्य का संख्यात्मक एपर्चर है। ओआर-पीएएम के लिए प्रयोगात्मक रूप से मापा पार्श्व संकल्प विवर्तन-सीमा अनुमान की तुलना में अधिक गरीब था, जो वाउगफ्रंट डिसैरेशन के कारण हो सकता है। चूंकि दोनों एआर और या तो एक समान ट्रांसड्यूसर और ध्वनिक लेंस का इस्तेमाल करते हैं, सैद्धांतिक अक्षीय संकल्प 0.8 माइक्रोग्राम के अनुसार 30 माइक्रोग्राम होंगे, जहां सी नरम ऊतक में ध्वनि की गति है और Δ एफ अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर की आवृत्ति बैंडविड्थ है । इसके अतिरिक्त, पार्श्व संकल्प ओआरए-पीएएम 20 और एआर-पीएएम 32 दोनों के लिए अक्षीय दिशा में अलग-अलग होंगे। रिपोर्ट किए गए पार्श्व प्रस्तावों को फोकल प्लेन पर दिया गया है।

चित्रा 3 चित्रा चिकन ऊतक पर काले टेप की तस्वीर दिखाती है एआर-पीएएम और ओआर-पीएएम दोनों का उपयोग करके एक एकल बी स्कैन छवि को कैप्चर किया गया था। चित्रा 3 बी और चित्रा 3 सी क्रमशः एआर-पीएएम और ओआर-पीएएम की एकल बी स्कैन पीए छवि दिखाती है। यह चित्रा 3 बी से स्पष्ट है कि एआर-पीएएम प्रणाली टिशू सतह के नीचे काली टेप को ~ 7.8 मिमी तक स्पष्ट रूप से चित्रित कर सकती है। इसी तरह, OR-PAM सिस्टम का उपयोग करके, टिशू सतह ( चित्रा 3 सी ) के नीचे ~ 1.4 मिमी तक काली टेप को स्पष्ट रूप से चित्रित करना संभव था। सिग्नल से शोर अनुपात (एसएनआर) भी छवियों से निर्धारित किया गया था। एसएनआर को वी / एन के रूप में परिभाषित किया गया है, जहां <Em> वी शिखर से चोटी वाला पीई संकेत आयाम है और एन पृष्ठभूमि के शोर के मानक विचलन है। 4.6 मिमी और 7.8 मिमी इमेजिंग गहराई में मापा एसएनआर अनुक्रमे 2.6 और 1.4 था। ओआर-पीएएम के लिए 1.4 एमएम इमेजिंग गहराई पर एसएनआर 1.4 था। स्विच करने योग्य एआर- या पीएएम सिस्टम की जैविक इमेजिंग क्षमता का प्रदर्शन करने के लिए, विवो रक्त वाहिका इमेजिंग में माउस कान पर प्रदर्शन किया गया था। इमेजिंग के लिए प्रयुक्त जीवित माउस कान की संवहनी शरीर रचना दिखाए गए एक चित्र चित्रा 4 ए में दिखाया गया है । एआर-पीएएम का उपयोग करते हुए, एक 10 मिमी x 6 मिमी स्कैन क्षेत्र को वाई-दिशा में 15 माइक्रोन और X- दिशा में 30 माइक्रोन के आकार के आकार के साथ चित्रित किया गया था। इमेजिंग को पूरा करने में 10 मिनट लगे। वर्तमान में, इमेजिंग सिस्टम केवल एक दिशा में डेटा प्राप्त करता है; अधिग्रहण का समय द्वि-दिशात्मक डेटा अधिग्रहण क्षमता रखने के लिए प्रोग्राम को संशोधित करके लगभग आधे से घटाया जा सकता है। एआर-पीएएम की एक एमएपी छवि चित्रा 4 में दिखती हैबी ब्याज के क्षेत्र का करीब-करीब चित्र 4 सी में दिखाया गया है। वाई-दिशा में 3 माइक्रोन और X- दिशा में 6 माइक्रोग्राम के चरण आकार वाले OR-PAM का उपयोग करते हुए स्कैन किए गए एक समान क्षेत्र, चित्रा 4 डी में दिखाया गया है। इस इमेजिंग को पूरा करने में 46 मिनट लगे। ब्याज के क्षेत्र का क्लोज़-अप, चित्रा 4 ई में दिखाया गया है। ओ-पीएएम स्पष्ट रूप से एकल केशिलियों को हल कर सकता है, जो एआर-पीएएम हल नहीं कर सकता। एआर-पीएएम 45 माइक्रोन से मोटा होने वाले जहाजों को हल कर सकता है।

संक्षेप में, एक स्विच करने योग्य एआर-या-पीएएम सिस्टम जो ध्वनिक फोकसिंग का उपयोग करते हुए तंग ऑप्टिकल फोकसिंग के साथ-साथ गहरे-ऊतक इमेजिंग का उपयोग करने वाले उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग को हासिल कर सकता है, विकसित किया गया है। स्विचिंग एआर-या-पीएएम सिस्टम का प्रदर्शन पार्श्व संकल्प और इमेजिंग गहराई मापन का उपयोग कर मात्रा निर्धारित किया गया था। विवो स्टड मेंइसके जैविक इमेजिंग क्षमता दिखाने के लिए भी प्रदर्शन किया गया। यह स्विच करने योग्य फोटोएकोउस्टिक माइक्रोस्कोपी सिस्टम उच्च अस्थायी और स्थानिक संकल्प प्रदान कर सकता है, जिससे एंजियोजेनेसिस, ड्रग रिस्पांस आदि इमेजिंग सहित अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण प्रणाली बनायी जाती है, जहां इमेजिंग सिंगल केशिलरी और साथ ही गहरी वैसक्ल्यूचरर्स महत्वपूर्ण हैं। सिस्टम में अतिरिक्त संशोधनों या सुधार 10 सेमी यात्रा वाले मोटर स्टेज (y-axis) के साथ होममेड स्विच करने योग्य प्लेट की जगह के द्वारा किया जा सकता है। वामफ्रंट विपथन को सुधार कर या-पीएएम के पार्श्व संकल्प को और सुधार किया जा सकता है। एआर-पीएएम को एक उच्च पल्स ऊर्जा देने से एसएनआर और इमेजिंग गहराई में भी सुधार होगा।

ओवी-पीएएम के मामले में, वोवो इमेजिंग में त्वचा की सतह के नीचे ऑप्टिकल फोकस 150 माइमी नीचे माना जाता है, सतह के आकार का आकार व्यास में 22.5 माइक्रोन था। 90 एनजे के एक एकल लेजर पल्स को वितरित करने के लिए एक मा देता है20.4 एमजे / सेंटीमीटर की न्यूनतम पल्स ऊर्जा 2 एआर-पीएएम के लिए, लेजर फ़ोकस व्यास में 2 मिमी था। 50 μJ के एक एकल लेजर पल्स को देने से 1.6 एमजे / सेंटीमीटर 2 के फोकल बिंदु पर अधिकतम पल्स ऊर्जा होती है, साथ ही एएनएसआई की सुरक्षा सीमा के भीतर 20 एमजे / सेमी 2 , 33 ।

आकृति 1
चित्रा 1 : एआर- OR-PAM इमेजिंग सिस्टम के योजनाबद्ध ( ए ) बीएस: बीम सैंपलर, एनडीएफ: तटस्थ घनत्व फिल्टर, आरएपी - सही कोण प्रिज्म, पीडी: फोटोडिोड, सीएल: कंडेनसर लेंस, पीएच: पिनहोल, एफसी: फाइबर युग्मक, यूएसटी: अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर, एमएमएफ: मल्टीमोड फाइबर, एसएमएफ: एकल-मोड फाइबर, डीएक्यू: डाटा अधिग्रहण कार्ड, टीएस: ट्रांसलेशन स्टेज, कॉ.एल .: शंक्वाकार लेंस, एल 1: उत्तल लेंस, एल 2 और एल 3: एनाट्रमेटिक लेंस, आरए: दाएं-कोण प्रिज्म, आरपी: रमोजिड प्रिज्म, ओसी: ऑप्टिकल कंडेनसर, एम: मीआईना, सपा: पर्ची प्लेट, एलटी: लेंस ट्यूब, टीएम: अनुवाद माउंट, केएमएम: किनेमेटिक दर्पण माउंट, और एएल: ध्वनिक लेंस ( बी ) प्रोटोटाइप एआर- OR-PAM सिस्टम की तस्वीर ( सी ) ऑप्टोओक्वास्टिक बीम कंघीर का क्लोज़-अप ( डी ) केन्द्र में एक यूएसटी के साथ ऑप्टिकल कंडेनसर के क्लोज-अप सन्दर्भ के साथ संदर्भ 34 से पुनर्प्रकाशित। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र 2
चित्रा 2 : एआर- OR-PAM सिस्टम का पार्श्व संकल्प टेस्ट: सोने के नैनोकणों इमेजिंग द्वारा अनुमानित पार्श्व संकल्प ~ व्यास में 100 एनएम। ब्लैक (*) डॉट्स: फोटोकॉस्टिक सिग्नल; नीली रेखा: गाऊसी-फिट वक्र ( ए ) एआर-पीएएम और ( बी )या-पीएएम। इनसेट में प्रतिनिधि एआर-पीएएम छवि (ए) और ओआर-पीएएम छवि को एक सोने के नैनोपार्टिकल (बी) में दिखाया गया है। सन्दर्भ के साथ संदर्भ 34 से पुनर्प्रकाशित। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र तीन
चित्रा 3 : इमेजिंग गहराई माप: चिकनी ऊतक पर एक काले टेप के एकल बी-स्कैन पीए छवि को आंशिक रूप से सम्मिलित किया गया। ( ए ) योजनाबद्ध आरेख। ( बी ) एआर- PAM छवि ( सी ) या- PAM छवि सन्दर्भ के साथ संदर्भ 34 से पुनर्प्रकाशित। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें


चित्रा 4 : एक माउस कान की विवो फोटोकॉस्टिक छवि में: ( ए ) माउस कान वास्कूल की तस्वीर। (बी) एआर- PAM छवि ( सी ) ब्याज के क्षेत्र (आरओआई) में बंद ( बी ), जैसा कि एक सफेद धराशायी रेखा से दिखाया गया है। ( डी ) या- PAM छवि ( ई ) ब्याज क्षेत्र (आरओआई) में ( डी ), जैसा कि एक सफेद बिंदीदार रेखा से दिखाया गया है ( एफ ) आरओआई सफेद लाइन की क्लोज़-अप इमेज (ई) एक केशिका दिखा रही है सन्दर्भ के साथ संदर्भ 34 से पुनर्प्रकाशित। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

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Discussion

अंत में, एक स्विच करने योग्य एआर और या पीएएम सिस्टम जो उच्च इमेजिंग गहराई पर कम इमेजिंग गहराई और निचले संकल्प इमेजिंग पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग को प्राप्त कर सके, विकसित की गई है। स्वीकार्य सिस्टम के पार्श्व संकल्प और इमेजिंग गहराई का निर्धारण किया गया था। इस स्विच करने योग्य पीएएम सिस्टम के फायदे में शामिल हैं: (1) तंग ऑप्टिकल फोकसिंग का उपयोग करके उच्च संकल्प इमेजिंग; (2) ध्वनिक फोकसिंग का उपयोग करते हुए गहरे-ऊतक इमेजिंग; 3) एआर-पीएएम के लिए अंधेरे क्षेत्र रोशनी, जो त्वचा की सतह पर दिखाई देने से मजबूत पीए संकेतों को रोकती है; 4) नमूना को एक ही स्थान पर रखने की क्षमता, इसे अलग-अलग प्रणालियों के बीच स्थानांतरित किए बिना; 5) कई पराबैंगनीकिरण और स्कैनिंग चरणों का उपयोग करने से बचने की संभावना; और 6) होममेड घटकों का न्यूनतम उपयोग यह ओआरए-पीएएम और गहरे मैदान एआर-पीएएम का पहला रिपोर्ट वाला संयोजन है जो नमूना / ओब हिलाने के बिना उच्च-रिज़ॉल्यूशन, उथले-गहराई वाली छवियों और कम-रिज़ोल्यूशन, एक ही नमूना की गहरी ऊतक चित्र प्रदान करता हैअस्वीकृत। एक ही स्कैनिंग चरण और लेजर के उपयोग से प्रणाली कुशल और लागत प्रभावी भी हो जाती है। संयुक्त प्रणाली में एक 1.4 मिमी इमेजिंग गहराई के साथ 4 माइक्रोन पार्श्व संकल्प है, साथ ही साथ एक 7.8 एमएम इमेजिंग गहराई के साथ 45 माइक्रोन पार्श्व संकल्प। प्रणाली न्यूनतम घर के घटकों के साथ एक ऑप्टिकल पिंजरे प्रणाली से बनाई गई है, जिससे एआर और या पीएएम के बीच स्विच करना, संरेखित करना और स्विच करना आसान होता है। संयुक्त स्कैनिंग सिर कॉम्पैक्ट है और आसानी से एक स्कैनिंग स्टेज पर इकट्ठा किया जा सकता है। संयुक्त प्रणाली का उपयोग करना, विवो इमेजिंग में सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया गया था।

पूर्व-क्लिनिकल इमेजिंग के लिए विकसित प्रणाली का उपयोग किया जा सकता है। प्रमुख प्रीक्लिनिनिकल अनुप्रयोगों में एंजियोजेनेसिस, ट्यूमर माइक्रोएवाइवमेंट्स, माइक्रोसिरिक्युलेशन, ड्रग रिस्पांस, मस्तिष्क फ़ंक्शन, बायोमार्कर, और जीन की गतिविधियों का इमेजिंग शामिल है। सिस्टम की सीमाओं में स्कैनिंग समय शामिल है। वर्तमान में एक लंबे स्कैनिंग समय की आवश्यकता है, लेकिन बोट में डेटा प्राप्त करने से इसे कम किया जा सकता हैएच दिशाएं या-पीएएम और एआर-पीएएम के बीच एक साथ छवि अधिग्रहण वर्तमान में संभव नहीं है। वर्तमान में, ओआर-पीएएम और एआर-पीएएम के बीच मैन्युअल स्विचिंग आवश्यक है, जो एक अनुवाद चरण का उपयोग करके बचा जा सकता है जिसमें कम-से-कम 10 सेमी वाई-दिशात्मक आंदोलन है। प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदम ऑप्टिकल और ध्वनिक फोकस के confocal निर्धारण शामिल; ओपी-पीएएम के लिए 5 μm से कम ऑप्टिकल स्थान आकार की उपलब्धि, छवि सिंगल केशिलिज़ों के लिए; और एआर-पीएएम के लिए ओ-पीएएम और ऑप्टिकल कंडेनसर के लिए ऑप्टोओक्वास्टिक बीम कॉर्नर के डिज़ाइन

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Disclosures

सिंगापुर (नेशनल टेक्निकल यूनिवर्सिटी, नेशनल टेक्नोलॉजीकल यूनिवर्सिटी, इंस्टीट्यूशनल एनीमेयर केयर और उपयोग समिति के अनुमोदित दिशानिर्देशों और विनियमों के अनुसार सभी जानवरों के प्रयोगों का प्रदर्शन किया गया (एआरएफ-एसबीएस / एनआईई-ए 02263)। लेखकों को पांडुलिपि में किसी भी प्रासंगिक वित्तीय हितों की जानकारी नहीं है और ब्याज के अन्य संभावित संघर्षों का खुलासा नहीं किया जा सकता है।

Acknowledgments

लेखकों सिंगापुर में शिक्षा मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित एक टीयर 2 अनुदान से वित्तीय सहायता को स्वीकार करना चाहते हैं (एआरसी 2/15: एम 4020238) लेखक भी मशीन की दुकान की मदद के लिए श्री चौवाई होओंग बॉबी का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Q-switched Nd:YAG laser Edgewave BX80-2-L Pump laser 
Credo-High Repetition Rate Dye Laser Spectra physics CREDO-DYE-N Dye laser
Precision Linear Stage Physik Instrumente PLS 85  XY raster scanning stage
Translation stage Physik Instrumente VT 80  Confocal determine
Mounted Silicon photodiode Thorlabs SM05PD1A Triggering/Pulse variation
Motorized continuous Rotational stage  Thorlabs CR1/M-Z7 Diverting laser beam
Mounted Continuously Variable ND Filter Thorlabs NDC-50C-4M Intensity variable
Fiber Patch Cable Thorlabs M29L01 Multimode fiber
Microscope objective Newport M-10X Objective 
XY translating mount Thorlabs CXY1 Translating mount
Plano convex lens Thorlabs LA1951 Collimating lens
Conical lens  Altechna APX-2-B254 Ring shape beam
Translation stage Thorlabs CT1 Translating stage
Optical condenser Home made
Ultrasonic transducer Olympus-NDT V214-BB-RM 50MHz transducer
Plano concave lens Thorlabs LC4573 Acoustic lens
Pulser/Receiver Olympus-NDT 5073PR Pulse echo amplifier 
Mounted standard iris Thorlabs ID12/M Beam shaping
Plano convex lens Thorlabs LA4327 Condenser lens
Mounted precision pinhole Thorlabs P50S Spatial filtering
Single mode fiber patch cable Thorlabs P1-460B-FC-1 Single mode fiber
Fiber coupler Newport F-91-C1 Single mode coupling
Achromatic doublet lens Edmund Optics 32-317 Achromatic doublet
Protected silver elliptical mirror Thorlabs PFE10-P01 Mirror
Right angle kinematic mirror mount Thorlabs KCB1 Mirror mount
Z-Axis Translation Mount Thorlabs SM1Z z translator
Lens tube Thorlabs SM05L10
UV Fused Silica Right-Angle Prism Thorlabs PS615 Right angle prism
Rhomboid prism Edmund Optics 47-214 Shear wave
Dimethylpolysiloxane Sigma Aldrich DMPS1M Silicon oil
Amplifier Mini Circuits ZFL-500LN Amplifier
16 bit high speed digitizer Spectrum M4i.4420 Data acquisition card
Oscilloscope Agilent Technologies DS06014A
Mice  InVivos Pte.Ltd ICR Animal model
Ultrasound gel  Progress/parker acquasonic gel PA-GEL-CLEA-5000 Acoustic coupling
Water tank Home made
Translation stage Homemade Switching AR-OR
Gold nanoparticles Sigma Aldrich 742031 Lateral resolution
Sterile ocular ointment Alcon Duratears Animal imaging
1951 USAF resolution test target Edmund Optics 38257 Confocal alignment
Data acquisition software National Instrument Labview Home made software using Labview
Image Processing software Mathworks Matlab Home made program using Matlab

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References

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बायोइन्जिनिअरिंग इश्यू 124 ध्वनिक रिज़ोल्यूशन फोटोएकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी ऑप्टिकल रिजोल्यूशन फोटोएकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी फोटोकौस्टिक इमेजिंग फोटोकॉस्टिक, एआर-पीएएम या-पीएएम माइक्रोस्कोपी संयुक्त माइक्रोस्कोपी सिस्टम
स्विच करने योग्य ध्वनिक और ऑप्टिकल संकल्प के लिए फोटोकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी<em&gt; विवो में</em&gt; छोटे जानवरों रक्त वाहिकाओं इमेजिंग
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Moothanchery, M., Sharma, A.,… More

Moothanchery, M., Sharma, A., Pramanik, M. Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging. J. Vis. Exp. (124), e55810, doi:10.3791/55810 (2017).

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