Microscopie photoacoustique à résolution acoustique et optique à commutation commutable pour In vivo Imagerie vasculaire de sang de petit animal

L’objectif global de cette procédure est de démontrer un système de microscopie photoacoustique à résolution acoustique et optique commutables pour l’imagerie vasculaire du sang de petits animaux in vivo. La microscopie photoacoustique est une modalité d’imagerie in vivo en plein essor qui combine l’optique et les ultrasons, offrant une profondeur d’imagerie au-delà du chemin optique avec une haute résolution. Ce travail est un système microscopique photoacoustique à résolution optique acoustique commutable capable d’imager à haute résolution à faible profondeur ainsi que d’imager les tissus profonds à plus basse résolution du même échantillon in vivo.

Le Dr Mohesh Moothanchery, chercheur de mon laboratoire, et Arunima Sharma, étudiante au doctorat de mon laboratoire, feront la démonstration de la procédure. Tout d’abord, construisez un système laser nanoseconde accordable à partir d’un laser Nd :YAG à état solide pompé par diode et d’un laser ditable d’une portée de 559 à 576 nanomètres. Réglez le laser ditunable sur 570 nan.

Montez sur une table optique un réservoir en acrylique avec une fenêtre d’imagerie en polyéthylène de sept centimètres dans le sol du réservoir. Fixez une platine d’imagerie à un poteau optique sous la fenêtre d’imagerie. Sur le réservoir, montez une cage optique contenant le système d’imagerie AR-OR-PAM sur une plaque de commutation fixée à une platine de translation motorisée à trois axes commandée par ordinateur.

Pour configurer le système pour l’AR-PAM, utilisez un prisme d’ange droit monté sur une platine de rotation continue motorisée pour diriger le faisceau à travers un filtre à densité neutre variable vers un câble à fibre multimode avec un coupleur de fibre 25 NA. Connectez la sortie fibre à un étage de translation XY dans le système d’imagerie. Dirigez le faisceau à travers une lentille convexe plano à 25 millimètres de la sortie, puis à travers une lentille conique pour créer un faisceau en forme d’anneau.

Focalisez le faisceau en forme d’anneau sur un condensateur optique autour d’un transducteur à ultrasons de 50 mégahertz avec une lentille acoustique montée à la sortie du transducteur. Ensuite, pour configurer le système pour OR-PAM, faites pivoter le premier prisme à angle droit de 90 degrés pour diriger le faisceau laser à travers un iris, un filtre à densité neutre variable, une lentille de condenseur et un sténopé placé à 75 millimètres de la lentille du condenseur. Utilisez un coupleur de fibre monomode 1 NA et une fibre monomode pour envoyer le faisceau à l’étage de translation Z du système d’imagerie.

Dirigez le faisceau à travers une lentille doublet achromatique montée à 50 millimètres de la sortie de la fibre. Dévier le faisceau à l’aide d’un miroir elliptique cinématique contrôlable vers une deuxième lentille doublet achromatique dans un tube de lentille. Focalisez le faisceau sur un prisme à angle droit séparé d’une couche d’huile de silicium d’un prisme rhomboïdal, portant une lentille acoustique et un transducteur à ultrasons de 50 mégahertz, qui forme la tête de balayage OR-PAM.

Avant de commencer l’alignement du système, remplissez les réservoirs en acrylique avec de l’eau dégazée. Utilisez ensuite la platine motorisée à trois axes pour déplacer l’ensemble de balayage sur le réservoir. Abaissez l’ensemble jusqu’à ce que les lentilles acoustiques des deux systèmes soient immergées.

Allumez le laser. Connectez les transducteurs à ultrasons à deux amplificateurs à gain fixe de 25 décibels. Placez la tête de balayage AR-PAM sur la fenêtre d’imagerie.

Placez une lame de verre enveloppée de ruban isolant noir sur la platine d’imagerie et soulevez la platine pour mettre la diapositive en contact avec la fenêtre d’imagerie. Ajustez la lentille conique jusqu’à ce que l’amplitude du signal photoacoustique générée par la diapositive atteigne un maximum, indiquant que les lentilles optiques et acoustiques sont confocales. Passez ensuite manuellement au système OR-PAM.

Ajustez la lentille doublet achromatique jusqu’à ce que les lentilles optique et acoustique soient confocales, comme indiqué en maximisant l’amplitude du signal photoacoustique de la diapositive recouverte de ruban. Pour déterminer la résolution latérale de chaque système, placez d’abord 1 millilitre d’une solution diluée de 100 nanoparticules d’or nanométriques dans l’eau sur une lamelle. Placez la lame sur la platine d’imagerie.

et soulevez la platine jusqu’à ce que la solution de nanoparticules entre en contact avec la fenêtre d’imagerie. Basculez le laser et la tête de balayage sur le système AR-PAM. Configurez le logiciel de l’instrument pour un balayage AR-PAM et effectuez un seul balayage matriciel.

Répétez ce processus pour le système OR-PAM. Retirez ensuite la diapositive et nettoyez la fenêtre d’imagerie avec un tampon imbibé d’alcool. Ajustez les fonctions d’étalement des points déterminées à partir des images acquises à une courbe gaussienne.

La largeur totale à mi-maximum est la résolution latérale du système de balayage correspondant. Ensuite, pour déterminer la profondeur d’imagerie maximale dans les tissus, insérez d’abord une plaque métallique pointue enveloppée de ruban adhésif noir dans une petite section de tissu de poulet à un angle peu profond. Placez le tissu dans le réservoir d’eau sous la tête du scanner.

Obtenez une seule image B-scan pour chaque système. Mesurez la profondeur sous la surface du tissu à laquelle le ruban noir n’est plus clairement discernable. Avant l’image, assurez-vous que la fenêtre d’imagerie en polyéthylène et la platine d’imagerie animale sont toutes deux propres.

Ensuite, obtenez une souris femelle de 25 grammes âgée de quatre semaines pour la procédure d’imagerie après avoir anesthésié la souris. Retirez les poils de la surface de l’oreille avec une crème dépilatoire. Appliquez une pommade oculaire stérile sur les yeux de la souris pour prévenir la sécheresse et bloquer les faisceaux laser diffusés.

Placez la souris sur une platine d’imagerie avec la plaque de positionnement de l’oreille à moi imagée. Surveillez l’état physiologique de la souris à l’aide d’un oxymètre de pouls fixé à la queue ou à la patte de la souris. Appliquez du gel à ultrasons sur l’oreille à imager.

Soulevez lentement la platine d’imagerie pour mettre doucement l’oreille en contact avec la fenêtre d’imagerie en polyéthylène. Acquérez des balayages matriciels AR-PAM et OR-PAM de l’oreille de la souris, en surveillant l’état physiologique de la souris tout au long du processus. Laissez la souris récupérer complètement après l’imagerie.

Le système vasculaire sanguin d’une souris a été imagé in vivo avec un système AR-OR-PAM commutable. Des vaisseaux sanguins d’une épaisseur supérieure à 45 micromètres étaient clairement visibles sur l’image AR-PAM. Des capillaires uniques d’environ cinq micromètres de large ont été résolus avec l’imagerie OR-PAM.

Le système combiné AR-OR-PAM a une résolution latérale d’environ quatre microns. Et au point, une imagerie de quatre mm pour l’OR-PAM et une résolution latérale d’environ 45 micromètres et une imagerie de 7,8 mm pour l’AR-PAM. Le système combiné commutable AR-OR-PAM permet l’imagerie sans déplacer l’échantillon entre différents systèmes d’imagerie.

Le système développé peut être utilisé pour l’imagerie préclinique. Les principales applications précliniques comprennent l’imagerie de l’androgenèse, des micro-environnements tumoraux, des microcirculations, de la réponse aux médicaments, de la fonction cérébrale, des biomarqueurs et des activités géniques.