Artículo de método

Microscopía fotoacústica de resolución óptica y acústica conmutable para In Vivo Imágenes de vasos sanguíneos de pequeños animales

DOI:

10.3791/55810

⸱

26 de junio de 2017

 ,  , 
1School of Chemical and Biomedical Engineering, Nanyang Technological University

En este artículo

Resumen

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Aquí se demuestra un sistema de microscopía fotoacústica (AR-OR-PAM) de resolución acústica conmutable (AR) y resolución óptica (AR-OR-PAM) capaz tanto de imágenes de alta resolución en profundidad superficial como de imágenes de tejido profundo de baja resolución en la misma muestra in vivo .

Resumen

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La microscopía fotoacústica (PAM) es una modalidad de imagen in vivo de rápido crecimiento que combina óptica y ultrasonido, proporcionando una penetración más allá de la trayectoria libre media óptica (~ 1 mm en la piel) con alta resolución. Al combinar el contraste de absorción óptica con la alta resolución espacial del ultrasonido en una sola modalidad, esta técnica puede penetrar tejidos profundos. Los sistemas de microscopía fotoacústica pueden tener una baja resolución acústica y una sonda profunda o una alta resolución óptica y una sonda poco profunda. Es difícil lograr una alta resolución espacial y una gran penetración en profundidad con un único sistema. Este trabajo presenta un sistema AR-OR-PAM capaz tanto de imágenes de alta resolución a profundidades poco profundas como de imágenes de tejido profundo de baja resolución de la misma muestra in vivo . Una resolución lateral de 4 μm con una profundidad de imagen de 1,4 mm utilizando enfoque óptico y una resolución lateral de 45 μm con una profundidad de imagen de 7,8 mm utilizando enfoque acústico fueron exitosasDemostrado utilizando el sistema combinado. En este caso, se realiza una proyección de imagen vascular de sangre de animal pequeño in vivo para demostrar su capacidad de formación de imágenes biológicas.

Introducción

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Las modalidades ópticas de imágenes de alta resolución, como la tomografía de coherencia óptica, la microscopía confocal y la microscopía multifotónica, tienen numerosos beneficios. Sin embargo, la resolución espacial disminuye significativamente a medida que aumenta la profundidad de formación de imágenes. Esto se debe a la naturaleza difusa del transporte ligero en tejidos blandos 1 , 2 . La integración de la excitación óptica y la detección de ultrasonidos proporciona una solución para superar el reto de la imagen óptica de alta resolución en tejidos profundos. La microscopía fotoacústica (PAM) es una moda....

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Protocolo

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Todos los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con las regulaciones y directrices aprobadas por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (Número de Protocolo Animal ARF-SBS / NIE-A0263).

1. Sistema AR-OR-PAM ( Figura 1 )

  1. Configuración del sistema: AR-PAM
    1. Utilice un sistema de láser sintonizable de nanosegundos que consista en un láser Nd-YAG de estado sólido bombeado por diodo (532 nm) y un láser de colorante con un rango de afinabilidad de 559-576 nm como fuente de irradiación óptica. Ajuste la l....

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Resultados

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El esquema del sistema AR-OR-PAM se muestra en la Figura 1 . En esta configuración, todos los componentes se integraron y montaron en una configuración de jaula óptica. El uso de un sistema de jaula hace que la cabeza de exploración AR-OR-PAM sea compacta y fácilmente ensamblada, alineada e integrada en una única etapa de escaneado.

Durante la adquisición de imágenes se utilizó un escaneo ráster b.......

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Discusión

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En conclusión, se ha desarrollado un sistema AR y OR PAM conmutable que puede conseguir tanto imágenes de alta resolución a profundidades de formación de imágenes inferiores como imágenes de baja resolución a profundidades de formación de imágenes más altas. Se determinó la resolución lateral y la profundidad de formación de imágenes del sistema conmutable. Las ventajas de este sistema PAM conmutable incluyen: (1) la formación de imágenes de alta resolución utilizando enfoque óptico ajustado; (2) la obtención de imágene.......

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Divulgaciones

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Todos los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con las directrices aprobadas y los reglamentos de la Institutional Animal Cuidado y Comité de Uso de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (Animal Protocolo Número ARF-SBS / NIE-A0263). Los autores no tienen intereses financieros relevantes en el manuscrito y no hay otros posibles conflictos de interés que revelar.

Agradecimientos

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Los autores desean reconocer el apoyo financiero de una subvención de Nivel 2 financiada por el Ministerio de Educación de Singapur (ARC2 / 15: M4020238). Los autores también quisieran agradecer al Sr. Chow Wai Hoong Bobby por la ayuda de la tienda de maquinaria.

....

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Láser Q-switched Nd:YAGEdgewaveBX80-2-L Láser debomba 
Credo-Alta tasa de repetición Espectro láser de tintefísica CREDO-DYE-NLáser de tinte
Precisión Etapa linealPhysik InstrumentePLS 85 Etapa de escaneo de ráster XY
Etapa de traducciónPhysik InstrumenteVT 80 Determinación confocal
Fotodiodo de silicio montadoThorlabsSM05PD1ADisparo/Variación de pulso
Etapa rotacional continua motorizada ThorlabsCR1/M-Z7Rayo láser desviador
Montado Filtro ND continuamente variableThorlabsNDC-50C-4Mde intensidad variable
ThorlabsM29L01Objetivo de microscopio de fibra multimodo
NewportM-10XObjetivo 
Montura de traslación XYThorlabsCXY1Montura de traslación
Lente convexa planaThorlabsLA1951Lente colimadora
Lente cónica AltechnaAPX-2-B254Haz en forma de anillo
Etapa de traslaciónThorlabsCT1Etapa de traslación
Condensador óptico Hechoen
Transductor ultrasónicoOlympus-NDTV214-BB-RMTransductor de 50MHz
Lente cóncava planaThorlabsLC4573Lente acústica
Pulsador/ReceptorOlympus-NDT5073PRAmplificador de eco de pulsos 
Iris estándar montadoThorlabsID12/MModelado del haz
Lente convexa planaThorlabsLA4327Lente de condensador
Estenopeico de precisión montadoThorlabsP50SFiltrado espacial
Cable de conexión de fibra monomodoThorlabsP1-460B-FC-1Fibra monomodo
Acoplador de fibraNewportF-91-C1Monomodo acoplamiento
Lente doblete acromáticaEdmund Optics32-317Doblete acromático
Espejo elíptico plateado protegidoThorlabsPFE10-P01Espejo
Montura de espejo cinemática en ángulo rectoThorlabsKCB1Montura
de espejo Montura de traslación del eje ZThorlabsSM1Z
traductor Tubo de lenteThorlabs
Sílice fundida UV Prisma de ángulo rectoThorlabsPS615Prisma de ángulo recto Prisma
romboideEdmund Optics47-214Onda de corte
DimetilpolisiloxanoSigma AldrichDMPS1MAmplificador de aceite de silicona
Mini circuitosZFL-500LNAmplificador
Digitalizador de alta velocidad de 16 bitsSpectrumM4i.4420Tarjeta de adquisición de datos
OsciloscopioAgilent TechnologiesDS06014A
Ratones  InVivos Pte.LtdICRModelo animal
Gel de ultrasonidos Progress/parker gel acquasonicPA-GEL-CLEA-5000Acoplamiento acústico Depósito
aguaHecho
Etapade traducción Conmutacióncasera
Nanopartículas de oroSigma Aldrich742031Resolución lateral
Pomada ocular estérilAlconDuratearsImágenes de animales
1951 USAF objetivo de prueba de resoluciónEdmund Optics38257Alineación confocal
software de adquisición de datosNational InstrumentLabviewSoftware casero con Labview Software de
procesamiento de imágenesMathworksMatlabPrograma casero con Matlab
Cable de conexión de fibra casaSM05L10deen casa AR-OR

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hu, S., Wang, L. V. Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature. J Biomed Opt. 15, 011101-01-011101-15 (2010).
  2. Ntziachristos, V. Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology. Nat Methods. 7 (8), 603-614 ....

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Etiquetas

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