Se demuestra un sistema compacto de tomografía fotoacústica por diodos láser pulsado (PLD-PAT) para la obtención de imágenes cerebrales in vivo de alta velocidad en animales pequeños.
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Artículo de método
Un sistema de tomografía fotoacústica compacta de alto rendimiento para
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Resumen
Resumen
La formación de imágenes de animales pequeños in vivo tiene un papel importante que desempeñar en los estudios preclínicos. La tomografía fotoacústica (PAT) es una modalidad emergente de imágenes híbridas que muestra un gran potencial tanto para aplicaciones preclínicas como clínicas. Los sistemas PAT (OPO-PAT) basados en osciladores paramétricos ópticos convencionales son voluminosos y caros y no pueden proporcionar imágenes de alta velocidad. Recientemente, diodos láser pulsado (PLDs) han sido demostrados con éxito como una fuente de excitación alternativa para PAT. El diodo láser pulsado PAT (PLD-PAT) ha sido demostrado con éxito para imágenes de alta velocidad en fantasmas fotoacústicos y tejidos biológicos. Este trabajo proporciona un protocolo experimental visualizado para la imagenología cerebral in vivo utilizando PLD-PAT. El protocolo incluye la configuración compacta del sistema PLD-PAT y su descripción, la preparación de los animales para la obtención de imágenes cerebrales y un procedimiento experimental típico para la obtención de imágenes en 2D de cerebro de rata en sección transversal. El sistema PLD-PAT es compacto y económicoY puede proporcionar alta velocidad, imágenes de alta calidad. Se presentan imágenes cerebrales recogidas in vivo a diversas velocidades de exploración.
Introducción
La tomografía fotoacústica (PAT) es una modalidad de imagen híbrida que tiene muchas aplicaciones tanto en estudios clínicos como preclínicos 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . En PAT, los pulsos láser de nanosecondos irradian tejido biológico. La absorción de la luz incidente por los cromóforos del tejido conduce a un aumento local de la temperatura, que luego produce ondas de presión emitidas en forma de ondas sonoras. Un detector de ultrasonidos recoge las señales fotoacústicas en varias posiciones alrededor de ....
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Protocolo
Todos los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con las directrices y reglamentos aprobados 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. Descripción del sistema
- Monte el PLD dentro del escáner circular, como se muestra en la Figura 1a . Conecte el PLD a la unidad de control del láser (LDU).
NOTA: El PLD proporciona impulsos ~ 136-ns a una longitud de onda de ~ 803 nm, con una energía de impulso máxima de ~ 1,42 mJ y una tasa de repetición de hasta 7 kHz. La unidad ....
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Resultados
En esta sección se presentan los resultados in vivo de la obtención de imágenes cerebrales que demuestran las capacidades del sistema PLD-PAT descrito. Para demostrar las capacidades de formación de imágenes a alta velocidad del sistema PLD-PAT, se realizó la formación de imágenes en vivo de dos ratas sanas diferentes en vivo . La Figura 2 muestra las imágenes cerebrales de una rata hembra (93 g) a diversas velocidades de exploraci.......
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Discusión
Este trabajo presenta un protocolo para la realización de imágenes cerebrales in vivo en ratas utilizando un sistema PLD-PAT. El protocolo incluye una descripción detallada del sistema de imagen y su alineación, así como una ilustración de imágenes cerebrales en ratas. Los sistemas de PAT existentes basados en OPO son caros y voluminosos y pueden proporcionar una imagen en sección transversal en 5-10 min. El sistema PLD-PAT es compacto, portátil y de bajo costo y puede proporcionar imágenes de buena .......
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Divulgaciones
Los autores no tienen intereses financieros relevantes en el manuscrito y no hay otros posibles conflictos de interés que revelar.
Agradecimientos
La investigación está respaldada por la subvención de Nivel 2 financiada por el Ministerio de Educación de Singapur (ARC2 / 15: M4020238) y el Consejo Nacional de Investigación Médica del Ministerio de Salud de Singapur (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012). Los autores desean agradecer al Sr. Chow Wai Hoong Bobby por la ayuda de la tienda de maquinaria.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Diodo láser pulsado | Quantel, Francia | QD-Q1910-SA-TEC | Es la fuente láser de excitación con especificaciones 803 nm, 1,4 mJ por pulso, 136 ns pulso, 7 kHz máximo, dimensiones: 11,0 x 6,0 x 3,6 cm, peso: ~150 gm |
| Motor paso a paso con caja de cambios | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Motor: CO-5718-01P, Caja de cambios: DPL64/1, I = 10 para NEMA 23; fuente de alimentación PW100-48 | Para mover el soporte del detector en una geometría circular. Torque: 2,08 N-m, Inercia del rotor: 2,6 kg-cm2 |
| Emisor/receptor ultrasónico | Olympus | 5072PR | Para recibir, filtrar y amplificar la señal PA de UST. Su ancho de banda es de 35 MHz y la ganancia es ± 59 dB. |
| Transductor de ultrasonidos | Olympus | V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069 | Sensores ultrasónicos utilizados para la detección fotoacústica. Frecuencia central 2,25 MHz, 0,5 pulgadas, enfoque cilíndrico 1,9 pulgadas |
| PCIe DAQ (adquisición de datos) Tarjeta | GaGe | CSE4227/ A6000610/B0E00610 | 12 bits, 100 Ms/s, 2 canales, 1 Gs memoria integrada, interfaz PCIe x16 |
| Rats | In Vivos Pte Ltd, Singapur | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Hembra, peso 100 ± |
| Tanque de agua acrílico de 10 g | Taller de NTU | Hecho a medida | Contiene el agua que actúa como medio de acoplamiento acústico entre el cerebro y el detector |
| Escáner circular | hecho a medida | taller de NTU | está hecho de aluminio |
| Máquina de anestesia | medical plus pte ltd | Máquina de anestesia sin reinhalación con concentrador de oxígeno. | Suministra oxígeno e isoflurano a los animales |
| Oxímetro de pulso portátil | Medtronic | PM10N con sensor veterinario | Monitorea la oximetría de pulso del animal |
| Gel de ultrasonido | Progress/parker gel acquasonic PA-GEL-CLEA-5000 | Gel de ultrasonido transparente | |
| Software de adquisición de datos | National Instruments Corporation,Austin,TX,EE. UU) | NI LabVIEW 2015 SP1 | El programa basado en LabVIEW fue desarrollado en nuestro laboratorio para controlar el motor paso a paso y adquirir los sencillos de PA del detector |
| Software de procesamiento de datos | Matlab (Mathworks, Natick, MA, EE. UU.) | Matlab R2012b | El código de Matlab para la reconstrucción de imágenes de PA se desarrolló en nuestro laboratorio |
| Controlador de temperatura | LaridTech, MO, EE. UU | . MTTC1410 | Controlará constantemente la temperatura del PLD |
| Fuente de alimentación de 12 V | Voltcraft | PPS-11810 | Para suministrar voltaje de funcionamiento para fuente |
| alimentación variable PLD | BASETech | BT-153 | Para cambiar la potencia de salida del láser |
| Generador de función | Funktionsgenerator | FG250D | Para cambiar la tasa de repetición del PLD. Proporcionará una señal TTL para sincronizar el DAQ con la excitación del láser. |
| Distribuidor de animales | In Vivos Pte Ltd, Singapur | Distribuidor de animales que suministra animales pequeños con fines de investigación. | |
| Soporte para animales | Taller | NTU Hecho a medida | Se utiliza para sujetar al animal en su abdomen |
| Mascarilla | Taller NTU Hecho | medida | Se utiliza junto con el soporte para animales para suministrar una mezcla de anestesia al animal |
| Pentobarbital sodio | Valabarb | Se utiliza para eutanasiar al animal después de la experimento. | |
| Difusor óptico | Thorlabs | DG10-1500 | Se utiliza para hacer que el rayo láser sea homogéneo |
Referencias
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review. J Biomed Opt. 22 (4), 041006(2017).
- Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review. IEEE Sel Top Quantum Electron. 22 (3), 6801215(2016).
- Valluru, K. S., ....
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Reimpresiones y permisos
