Hier wird eine umschaltbare akustische Auflösung (AR) und eine optische Auflösung (OR) photoakustische Mikroskopie (AR-OR-PAM) -System gezeigt, die sowohl eine hochauflösende Bildgebung in flacher Tiefe als auch eine niedrige Auflösung der tiefen Gewebeabbildung auf der gleichen Probe in vivo ermöglicht .
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Methodenartikel
Umschaltbare akustische und optische Auflösung Photoakustische Mikroskopie für
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Photoakustische Mikroskopie (PAM) ist eine schnell wachsende Invivo- Imaging-Modalität, die sowohl Optik als auch Ultraschall kombiniert und so eine Durchdringung über den optischen Mittelweg (~ 1 mm in der Haut) mit hoher Auflösung ermöglicht. Durch die Kombination von optischem Absorptionskontrast mit der hohen räumlichen Auflösung von Ultraschall in einer einzigen Modalität kann diese Technik tiefes Gewebe durchdringen. Photoakustische Mikroskopie-Systeme können entweder eine niedrige akustische Auflösung und Sonde tief oder eine hohe optische Auflösung und Sonde flach haben. Es ist anspruchsvoll, eine hohe räumliche Auflösung und eine große Tiefendurchdringung mit einem einzigen System zu erreichen. Diese Arbeit stellt ein AR-OR-PAM-System dar, das sowohl hochauflösende Bildgebung in flachen Tiefen als auch in einer niederauflösenden Tiefgewebe-Bildgebung der gleichen Probe in vivo ermöglicht . Eine laterale Auflösung von 4 μm mit 1,4 mm Bildtiefe mittels optischer Fokussierung und einer lateralen Auflösung von 45 μm mit 7,8 mm Bildtiefe mittels akustischer Fokussierung waren erfolgreichMit dem kombinierten System demonstriert. Hier wird in vivo eine kleine Tier-Blutgefäß-Bildgebung durchgeführt, um ihre biologische Abbildungsfähigkeit zu demonstrieren.
Einleitung
Hochauflösende optische Bildgebungsmodalitäten wie optische Kohärenztomographie, konfokale Mikroskopie und Multiphotonenmikroskopie haben zahlreiche Vorteile. Die räumliche Auflösung nimmt jedoch deutlich ab, wenn die Bildgebungstiefe zunimmt. Dies liegt an der diffusen Natur des Lichttransports in Weichgeweben 1 , 2 . Die Integration von optischer Anregung und Ultraschall-Erkennung bietet eine Lösung, um die Herausforderung der hochauflösenden optischen Bildgebung in tiefen Geweben zu überwinden. Photoakustische Mikroskopie (PAM) ist eine solche Modalität, die eine tiefere Bildgebung bieten kann als andere o....
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Protokoll
Alle Tierversuche wurden nach den genehmigten Vorschriften und Richtlinien des Institutional Animal Care and Use Committee der Nanyang Technological University, Singapur (Tierprotokoll Nr. ARF-SBS / NIE-A0263) durchgeführt.
1. AR-OR-PAM-System ( Abbildung 1 )
- Systemkonfiguration: AR-PAM
- Verwenden Sie ein nanosekundenabstimmbares Lasersystem bestehend aus einem diodengepumpten Festkörper-Nd-YAG-Laser (532 nm) und einem Farbstofflaser mit einem Abstimmbereich von 559-576 nm als optische Bestrahlungsquelle. Stellen Sie die Laserwellenlänge auf 570 nm mit einem externen Regler....
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Ergebnisse
Der Schaltplan des AR-OR-PAM-Systems ist in Abbildung 1 dargestellt . In diesem Setup wurden alle Komponenten integriert und in einem optischen Käfigaufbau zusammengebaut. Durch die Verwendung eines Käfigsystems wird der AR-OR-PAM-Abtastkopf kompakt und einfach zusammengebaut, ausgerichtet und auf eine einzige Scan-Stufe integriert.
Eine zweidimensionale kontinuierliche Rasterabtastung des Bildkop.......
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Diskussion
Abschließend wurde ein umschaltbares AR- und OR-PAM-System entwickelt, das sowohl eine hochauflösende Bildgebung bei niedrigeren Bildtiefen als auch eine niedrigere Auflösung bei höheren Bildtiefen erreichen kann. Die laterale Auflösung und die Bildgebungstiefe des schaltbaren Systems wurde bestimmt. Die Vorteile dieses schaltbaren PAM-Systems sind: (1) die hochauflösende Bildgebung mit enger optischer Fokussierung; (2) die Tiefgewebe-Bildgebung mittels akustischer Fokussierung; 3) die Dunkelfeldbeleuchtung für AR-PAM, .......
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Offenlegungen
Alle Tierversuche wurden nach den genehmigten Richtlinien und Vorschriften des Institutional Animal Care and Use Committee der Nanyang Technological University, Singapur (Tierprotokoll Nr. ARF-SBS / NIE-A0263) durchgeführt. Die Autoren haben keine relevanten finanziellen Interessen im Manuskript und keine anderen potenziellen Interessenkonflikte zu offenbaren.
Danksagungen
Die Autoren möchten die finanzielle Unterstützung aus einem von dem Bildungsministerium in Singapur geförderten Tier 2-Stipendium anerkennen (ARC2 / 15: M4020238). Die Autoren danken auch Herrn Chow Wai Hoong Bobby für den Maschinenladen helfen.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| gütegeschalteter Nd:YAG-Laser | Edgewave | BX80-2-L | Pumplaser |
| Credo-High Repetition Rate Dye Laser | Spectra physics | CREDO-DYE-N | Dye Laser |
| Precision Linear Stage | Physik Instrumente | PLS 85 | XY-Raster-Scantisch |
| Übersetzungsstufe | Physik Instrumente | VT 80 | Konfokale Bestimmung |
| Montierte Silizium-Fotodiode | Thorlabs | SM05PD1A | Triggerung/Impulsvariation |
| Motorisierter kontinuierlicher Rotationstisch | Thorlabs | CR1/M-Z7 | Umlenk-Laserstrahl |
| montiert Stufenlos verstellbarer ND-Filter | Thorlabs | NDC-50C-4M | Intensität variables |
| Faser-Patchkabel | Thorlabs | M29L01 | Multimode-Fasermikroskop |
| Objektiv | Newport | M-10X | Objektiv |
| XY-Konverter-Fassung | Thorlabs | CXY1 | Übersetzende Fassung |
| Plankonvexe Linse | Thorlabs | LA1951 | Kollimationslinse |
| Konische Linse | Altechna | APX-2-B254 | Ringförmiger Strahl |
| Translationstisch | Thorlabs | CT1 | Übersetzungstisch |
| Optischer Kondensor | Hausgemachter | ||
| Ultraschallwandler | Olympus-NDT | V214-BB-RM | 50MHz Wandler |
| Plankonkave Linse | Thorlabs | LC4573 | Akustische Linse |
| Impulsgeber/Empfänger | Olympus-NDT | 5073PR | Impuls-Echo-Verstärker |
| Gefasste Standard-Blende | Thorlabs | ID12/M | Strahlformung |
| Plankonvexe Linse | Thorlabs | LA4327 | Kondensorlinse |
| Gefasste Präzisions-Lochblende | Thorlabs | P50S | Räumliche Filterung |
| Singlemode-Glasfaser-Patchkabel | Thorlabs | P1-460B-FC-1 | Singlemode-Faserkoppler |
| Faserkoppler | Newport | F-91-C1 | Singlemode Kopplung |
| Achromatisches Dublett-Objektiv | Edmund Optics | 32-317 | Achromatisches Dublett |
| Geschützter silberner Ellipsenspiegel | Thorlabs | PFE10-P01 | Spiegel |
| Rechtwinklige kinematische Spiegelhalterung | Thorlabs | KCB1 | Spiegelhalterung |
| Z-Achse Translationshalterung | Thorlabs | SM1Z | z translator |
| Linsentubus | Thorlabs | ||
| UV-Quarzglas Rechtwinkliges Prisma | Thorlabs | PS615 | Rechtwinkliges Prisma |
| Rhomboidprisma | Edmund Optics | 47-214 | Scherwelle |
| Dimethylpolysiloxan | Sigma Aldrich | DMPS1M | Silikonöl |
| Verstärker | Mini-Schaltungen | ZFL-500LN | Verstärker |
| 16 Bit Hochgeschwindigkeits-Digitizer | Spektrum | M4i.4420 | Datenerfassungskarte |
| Oszilloskop | Agilent Technologies | DS06014A | |
| Mäuse | InVivos Pte.Ltd | ICR | Tiermodell |
| Ultraschallgel | Progress/Parker Acquasonic Gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Akustische Kopplung |
| Wassertank | Hausgemacht | ||
| Übersetzungsstufe | Hausgemacht | Schalten AR-OR | |
| Gold Nanopartikel | Sigma Aldrich | 742031 | Laterale Auflösung |
| Sterile Augensalbe | Alcon | Duratears | Tierbildgebung |
| 1951 USAF Auflösungstest-Target | Edmund Optics | 38257 | Konfokale Ausrichtung |
| Datenerfassungssoftware | National Instrument | Labview | Eigenentwicklung mit Labview |
| Bildverarbeitungssoftware | Mathworks | Matlab | Eigenentwicklung mit Matlab |
Referenzen
- Hu, S., Wang, L. V. Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature. J Biomed Opt. 15, 011101-01-011101-15 (2010).
- Ntziachristos, V. Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology. Nat Methods. 7 (8), 603-614 ....
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Nachdrucke und Genehmigungen
