Un système compacte de tomographie photo-acoustique à base de diode à laser pulsé (PLD-PAT) pour l'imagerie cérébrale à grande vitesse in vivo chez les petits animaux est démontré.
Un abonnement JoVE est requis pour visualiser ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre période d'essai gratuite.
Article de méthode
Un système de tomographie photoacoustique compacte haute performance pour
Dans cet article
Résumé
Résumé
L' imagerie animale chez les petits animaux a un rôle important à jouer dans les études précliniques. La tomographie photoacoustique (PAT) est une modalité d'imagerie hybride émergente qui présente un grand potentiel pour les applications précliniques et cliniques. Les systèmes PAT (OPO-PAT) basés sur les oscillateurs paramétriques optiques classiques sont volumineux et coûteux et ne peuvent pas fournir une image haute vitesse. Récemment, les diodes à laser pulsé (PLD) ont été démontrées avec succès comme une source d'excitation alternative pour PAT. La diode laser à impulsions PAT (PLD-PAT) a été démontrée avec succès pour l'imagerie à grande vitesse sur des fantômes photoacoustiques et des tissus biologiques. Ce travail fournit un protocole expérimental visualisé pour l'imagerie cérébrale in vivo en utilisant PLD-PAT. Le protocole comprend la configuration compacte du système PLD-PAT et sa description, la préparation des animaux pour l'imagerie cérébrale et une procédure expérimentale typique pour l'imagerie cérébrale de rat à 2D en coupe transversale. Le système PLD-PAT est compact et coûteuxEfficace et peut fournir une image haute vitesse et de haute qualité. Les images du cerveau recueillies in vivo à différentes vitesses de balayage sont présentées.
Introduction
La tomographie photoacoustique (PAT) est une modalité d'imagerie hybride qui a de nombreuses applications dans les études cliniques et précliniques 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . En PAT, les impulsions laser à la nanoseconde irradient le tissu biologique. L'absorption de la lumière incidente par les chromophores des tissus conduit à une élévation de la température locale, qui donne alors des ondes de pression émises sous forme d'ondes sonores. Un détecteur d'ultrasons collecte les signaux photoa....
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Protocole
Toutes les expériences sur les animaux ont été réalisées conformément aux directives et aux règlements approuvés par le Comité institutionnel pour les soins et l'utilisation des animaux de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (numéro de protocole animal ARF-SBS / NIE-A0263).
1. Description du système
- Monter le PLD à l'intérieur du scanner circulaire, comme le montre la figure 1a . Connectez le PLD à l'unité de pilote laser (LDU).
REMARQUE: Le PLD fournit des impulsions ~ 136-n à une longueur d'onde de ~ 803 nm, avec une énergie d'impulsion maximale de ~ 1,....
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Résultats
Les résultats d'imagerie cérébrale in vivo qui démontrent les capacités du système PLD-PAT décrit sont présentés dans cette section. Pour démontrer les capacités d'imagerie à grande vitesse du système PLD-PAT, l'imagerie cérébrale in vivo de deux rats sains différents a été réalisée. La figure 2 montre les images cérébrales d'un rat femelle (93 g) à diverses vitesses de balayage. Les figures 2a .......
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Discussion
Ce travail présente un protocole pour effectuer une imagerie cérébrale in vivo sur des rats en utilisant un système PLD-PAT. Le protocole comprend une description détaillée du système d'imagerie et son alignement, ainsi qu'une illustration de l'imagerie cérébrale chez les rats. Les systèmes PAT existants basés sur OPO sont coûteux et volumineux et peuvent fournir une image en coupe transversale en 5-10 min. Le système PLD-PAT est compact, portable et peu coûteux et peut fournir des images de bonne q.......
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Déclarations de divulgation
Les auteurs n'ont pas d'intérêt financier pertinent dans le manuscrit et aucun autre conflit d'intérêt potentiel à divulguer.
Remerciements
La recherche est soutenue par la subvention de niveau 2 financée par le ministère de l'Éducation à Singapour (ARC2 / 15: M4020238) et le Conseil national de recherches médicales du ministère de la Santé de Singapour (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012). Les auteurs souhaitent remercier M. Chow Wai Hoong Bobby pour l'aide de l'atelier de mécanique.
....Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Diode laser pulsée | Quantel, France | QD-Q1910-SA-TEC | Il s’agit de la source laser d’excitation avec spécifications 803 nm, 1,4 mJ par impulsion, impulsion 136 ns, 7 kHz maximum, dimensions : 11,0 x 6,0 x 3,6 cm, poids : ~150 g |
| Moteur pas à pas avec boîte de vitesses | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Moteur : CO-5718-01P, Boîte de vitesses : DPL64/1, I = 10 pour NEMA 23 ; alimentation PW100-48 | Pour déplacer le support du détecteur dans une géométrie circulaire. Couple : 2,08 N-m, Inertie du rotor : 2,6 kg-cm2 |
| Émetteur/récepteur à ultrasons | Olympus | 5072PR | Pour recevoir, filtrer et amplifier le signal PA de l’UST. Sa bande passante est de 35 MHz et son gain est de ± ; 59 dB. |
| Sonde à ultrasons | Olympus | V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069 | Capteurs à ultrasons utilisés pour la détection photoacoustique. Fréquence centrale 2,25 MHz, 0,5 po, mise au point cylindrique 1,9 pouce |
| PCIe DAQ (acquisition de données) Carte | GaGe | CSE4227/ A6000610/B0E00610 | 12 bits, 100 Ms/s, 2 canaux, 1 Gs sur la mémoire intégrée, interface PCIe x16 |
| Rats | In Vivos Pte Ltd, Singapour | NTac :SD, Sprague Dawley / SD | Femelle, poids 100 ± ; |
| Réservoir d’eau acrylique 10g ; | Atelier NTU | Sur mesure | Il contient l’eau qui agit comme un milieu de couplage acoustique entre le cerveau et le détecteur |
| Scanner circulaire. | sur mesure | l’atelier NTU | est fabriqué en aluminium. |
| Appareil d’anesthésie | médical plus pte ltd | Appareil d’anesthésie sans respiration avec concentrateur d’oxygène. | Fournit de l’oxygène et de l’isoflurane à l’animal |
| Oxymètre de pouls portable | Medtronic | PM10N avec capteur vétérinaire | Surveille l’oxymétrie de pouls de l’animal |
| Gel à ultrasons | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Gel à ultrasons transparent |
| Logiciel d’acquisition de données | National Instruments Corporation,Austin,TX,USA) | NI LabVIEW 2015 SP1 | Le programme basé sur LabVIEW a été développé dans notre laboratoire pour contrôler le moteur pas à pas et acquérir les singnales PA du détecteur |
| Logiciel de traitement de données | Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA) | Matlab R2012b | code Matlab pour la reconstruction d’images PA a été développé dans notre laboratoire |
| Contrôleur de température ; | LaridTech, MO, USA | MTTC1410 | Il contrôlera constamment la température du PLD ; |
| Alimentation 12 V ; | Voltcraft ; | PPS-11810 | Pour fournir une tension de fonctionnement pour l’alimentation variable PLD |
| ; | BASETech | BT-153 | Pour changer la puissance de sortie du laser |
| Générateur de fonctions ; | Funktionsgenerator | FG250D | Pour modifier le taux de répétition du PLD. Il fournira un signal TTL pour synchroniser l’DAQ avec l’excitation laser. |
| Distributeur d’animaux | In Vivos Pte Ltd, Singapour | Distributeur d’animaux qui fournit de petits animaux à des fins de recherche. | |
| Porte-animal | Atelier | NTU Sur mesure | Utilisé pour tenir l’animal sur son abdomen |
| Masque respiratoire | Atelier NTU | Fait sur mesure | Utilisé avec le support pour animaux pour fournir un mélange anesthésique à l’animal |
| Pentobarbital sodium | Valabarb | Utilisé pour euthanasier l’animal après l’expérience. | |
| Diffuseur optique | Thorlabs | DG10-1500 | Utilisé pour rendre le faisceau laser homogène |
Références
- 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., ....
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Réimpressions et autorisations
