Name: Tomographie photoacoustique de bureau à diode laser pulsée pour la surveillance du lavage et du lavage de colorant dans la vascularisation corticale de rat (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-30T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 46 s
Description: Découvrez la tomographie photoacoustique de bureau pour l'imagerie dynamique de la vascularisation corticale chez le rat. Ce système compact et économique permet une acquisition rapide en moins d'une seconde.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

La recherche est soutenue par le Conseil national de recherches médicales du ministère de la santé de Singapour (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). Les auteurs aimeraient remercier m. Chow Wai Hoong Bobby pour le support de l’atelier de machines.

Toutes les expérimentations animales ont été effectuées conformément aux directives et règlements approuvés par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’Université technologique de Nanyang, Singapour (numéro de protocole animal ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Description du système
<ol><li>Montez le laser PLD dans le scanneur circulaire et montez le diffuseur optique (OD) devant la fenêtre de sortie PLD pour rendre le faisceau de sortie homogène, comme illustré à la figure 1a. Raccordez le PLD à l’unité de pilote laser (LDU). Remarque: le PLD génère des impulsions de longueur d’onde ~ 816 nm, des impulsions de ~ 107 NS dans la durée, et jusqu’à un taux de répétition de 2 KHz avec une énergie d’impulsion maximale de ~ 3,4 mJ. Le LDU se compose de refroidisseur, alimentation de 12 V, alimentation à haute tension variable pour contrôler la puissance du laser, et le générateur de fonction pour changer le taux de répétition d’impulsion.</li>
	<li>Montez les huit SUTRs sur chaque support SUTR un par un de telle sorte que la surface de chaque réflecteur acoustique soit orientée vers le centre de la zone de numérisation, comme illustré à la figure 1b. Connectez chaque câble SUTR à l’amplificateur de signal à faible bruit à l’aide de câbles de connexion. Remarque: la fréquence centrale du transducteur ultrasonique est de 5 MHz et sa surface active est de 13 mm de diamètre. Deux amplificateurs chacun d’un gain de 24 dB sont connectés en série pour chaque canal.</li>
	<li>Allumez l’alimentation du refroidisseur, puis allumez l’interrupteur du refroidisseur pour régler la température entre 20 ° c et 25 ° c.</li>
	<li>Allumez l’alimentation de l’alimentation basse tension et tournez lentement la commande de courant pour régler la limite de courant à 0,3 A. Réglez la tension sur 12 V. Vérifiez que le courant ne dépasse pas 0,1 A.</li>
	<li>Allumez l’alimentation haute tension. Appuyez sur le bouton "Preset" et réglez le courant sur 1 A et la tension sur 0 V. activer le bouton "output": 0 V/0 A.</li>
	<li>Allumez l’alimentation du générateur de fonction. Appuyez sur le bouton "Recall" et choisissez une configuration de 2 KHz pour générer les impulsions laser à ce taux de répétition.</li>
	<li>Placez le réservoir acrylique à l’intérieur du scanneur comme illustré à la figure 1a et remplissez le réservoir d’eau de telle sorte que la surface de détection des SUTRS soit immergée complètement à l’intérieur de l’eau.</li>
	<li>Assurez-vous que toutes les SUTRs détectant les surfaces sont à l’intérieur du milieu d’eau. Allumez l’alimentation de l’amplificateur à faible bruit de signal.</li>
</ol>2. préparation animale pour l’imagerie cérébrale de rat
Remarque: des rats femelles en bonne santé (voir le tableau des matériaux) ont été utilisés pour démontrer le système PLD-Pat de bureau décrit ci-dessus pour l’imagerie de la vascularisation corticale des petits animaux.
<ol><li>Tenez l’animal sur son dos en arrêtant le mouvement de la tête et du corps. Anesthésier l’animal par injection intrapéritonéale d’un mélange de 2 mL de kétamine (100 mg/mL), de 2 mL de xylazine (20 mg/mL) et de 1 mL de solution saline (dosage de 0,2 mL/100 g). Remarque: après l’injection, l’orteil de l’animal est pincé pour tester les réflexes positifs tels que les mouvements de la jambe ou du corps, la vocalisation ou l’augmentation marquée des respirations. L’absence de telles actions réflexes confirme une anesthésie réussie de l’animal.</li>
	<li>Pour éviter la sécheresse due à l’anesthésie et l’illumination laser, appliquez très soigneusement la pommade de déchirure artificielle aux yeux de rat. Placez l’animal en position sujette sur le banc de travail et enlevez la fourrure sur le cuir chevelu de l’animal en utilisant un coupe-cheveux et appliquez doucement la crème d’épilation à la zone rasée et enlevez la fourrure complètement.<ol>
<li>Après 4 à 5 min, enlevez la crème appliquée à l’aide d’un coton-tige.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Montez le porte-animal sur mesure (voir tableau des matériaux) muni d’un masque respiratoire (voir tableau des matériaux) sur un cric de laboratoire.</li>
	<li>Placez l’animal en position sujette sur le support de sorte que la tête repose sur la plate-forme horizontale du support. Utiliser du ruban chirurgical pour fixer l’animal au support.</li>
	<li>Assurez-vous que le masque respiratoire recouvre le nez et la bouche du rat pour fournir un mélange d’anesthésie. Le masque respiratoire est personnalisé pour convenir à la fenêtre d’imagerie. 10% du cône de nez disponible dans le commerce est coupé puis relié à un morceau de gant.</li>
	<li>Raccordez le masque respiratoire à la machine d’anesthésie avant de l’allumer.</li>
	<li>Allumez la machine d’anesthésie et réglez-la pour délivrer un mélange anesthésique contenant 1,0 L/min d’oxygène avec 0,75% d’isoflurane au masque respiratoire de l’animal.<ol>
<li>Fixez l’oxymètre de pouls à l’une des pattes postérieures de l’animal pour surveiller son état physiologique.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Appliquez une couche de gel ultrasonique incolore sur le cuir chevelu du rat à l’aide d’un applicateur à pointe de coton. Réglez la position de la prise de laboratoire au centre du scanneur et ajustez la hauteur de la prise de laboratoire manuellement afin que le plan d’imagerie se trouve au centre du réflecteur acoustique.</li>
</ol>3. imagerie dynamique in vivo de l’absorption et du processus de clairance de l’ICG dans le cerveau de rat
<ol><li>Définissez les paramètres dans le logiciel d’acquisition de données (voir tableau des matériaux) pour une analyse d’acquisition 360 °.</li>
	<li>Activez l’émission laser PLD en activant la sortie du générateur de fonction (l’émission laser démarrera). Ensuite, augmentez lentement la tension de l’alimentation à haute tension variable à 120 V pour un maximum par impulsion d’énergie.</li>
	<li>Exécutez le logiciel d’acquisition de données (voir le tableau des matériaux) pour faire pivoter les huit SUTRS en 360 ° sur une durée de balayage de 4 s. Remarque: par exemple, si les SUTRs sont pivotés pour 4s, le PLD délivre 8 000 (= 4 x 2 000) impulsions et chaque SUTR recueille 8000 lignes A. Ces 8 000 lignes A sont réduites à 400 en moyennant plus de 20 signaux (après une moyenne de A-Lines = 8000/20 = 400). Un programme de reconstruction basé sur l’algorithme de projection différée de retard-et-somme est utilisé pour trouver le rayon de balayage de chaque SUTR.</li>
	<li>Désactivez la sortie du générateur de fonction pour éteindre l’émission laser.</li>
	<li>En utilisant l’algorithme de reconstruction dans le logiciel de traitement de données (voir le tableau des matériaux), Découvrez le rayon de balayage des huit SUTRS par essai et erreur, à l’aide de l’algorithme de rétroprojection.</li>
	<li>Définissez les paramètres dans le logiciel d’acquisition de données (voir tableau des matériaux) pour l’acquisition de 45 ° sur une durée de balayage de 0,5 s. Remarque: par exemple, si les SUTRs sont tournés pour 0.5 s, le PLD délivre 1 000 (= 0,5 x 2 000) impulsions et chaque SUTR recueille 1000 lignes A. Ces 1 000 lignes A sont réduites à 400 en moyennant plus de 20 signaux (après une moyenne de A-Lines = 1000/20 = 50).</li>
	<li>Activez la sortie du générateur de fonction pour allumer l’émission laser.</li>
	<li>Exécutez le logiciel d’acquisition de données (voir tableau des matériaux) pour faire pivoter les huit SUTRS en 45 ° pour obtenir les données de contrôle initiales avant d’administrer ICG.</li>
	<li>Désactivez la sortie du générateur de fonction pour éteindre l’émission laser.</li>
	<li>Identifiez la veine de queue de l’animal et injectez 0,3 mL de ICG (voir tableau des matériaux) (323 μM) dans la veine de queue du rat.</li>
</ol>4.
NOTE: 1,25 mg de poudre d’ICG a été pesé à l’aide d’un micro-appareil de pesage et mélangé avec 5 mL d’eau distillée pour obtenir une concentration de 323 μM pour la solution ICG.
<ol><li>Activez la sortie du générateur de fonction pour allumer l’émission laser.</li>
	<li>Exécutez le logiciel d’acquisition de données (voir tableau des matériaux) pour acquérir des lignes a sur une durée de balayage de 0,5 s en rotation de 45 °.</li>
</ol>5.
Remarque: les lignes A acquises au cours d’une période de balayage de 0,5 s sont utilisées pour générer une image transversale. Il y a un écart temporel de ~ 0,4 à 0,6 s entre chaque balayage.
<ol><li>Une fois l’acquisition de données terminée, en utilisant l’algorithme de rétroprojection dans le logiciel de traitement des données (voir tableau des matériaux), reconstruisez l’image du cerveau transversal à partir des lignes A enregistrées.</li>
	<li>Éteignez le laser, puis éteignez la machine d’anesthésie, baissez la prise de laboratoire et retirez l’animal de la scène. Retournez l’animal à la cage et surveillez jusqu’à ce qu’il retrouve la conscience.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59764/59764fig1.jpg"> Figure 1: schéma du système PLD-Pat de bureau. (A) schéma du Bureau PLD-Pat mis en place. PLD: diode laser pulsée, OD: diffuseur optique, SUTR: capteur ultrasonique à base de réflecteur acoustique, AM: machine d’anesthésie, CSP: plaque de balayage circulaire, SM: moteur pas à pas, LDU: unité de conduite laser, AMP: amplificateur, DAQ: carte d’acquisition de données. B) disposition circulaire de huit SUTRS autour du centre de numérisation. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59764/59764fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

<ol><li>Lin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-breath-hold+photoacoustic+computed+tomography+of+the+breast%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Single-breath-hold photoacoustic computed tomography of the breast.</a> Nature Communications. 9 (1), 2352(2018).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+photoacoustic+imaging+systems+using+pulsed+laser+diodes%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Engineering+Letters%22%5BJournal%5D)">Fast photoacoustic imaging systems using pulsed laser diodes: a review.</a> Biomedical Engineering Letters. 8 (2), 167-181 (2018).</li>
<li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+progress+in+photoacoustic+molecular+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Chemical+Biology%22%5BJournal%5D)">Recent progress in photoacoustic molecular imaging.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 45, 104-112 (2018).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+toward+preclinical+and+clinical+translation+of+photoacoustic+tomography%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (4), 041006(2017).</li>
<li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+%26+Photonics+Reviews%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic microscopy.</a> Laser & Photonics Reviews. 7 (5), 758-778 (2013).</li>
<li>Awasthi, N., Kalva, S. K., Pramanik, M., Yalavarthy, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image+Guided+Filtering+for+Improving+Photoacoustic+Tomographic+Image+Reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Image Guided Filtering for Improving Photoacoustic Tomographic Image Reconstruction.</a> Journal of Biomedical Optics. 23 (9), 091413(2018).</li>
<li>Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+tangential+resolution+improvement+in+photoacoustic+tomography+using+a+modified+delay-and-sum+reconstruction+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm.</a> Journal of Biomedical Optics. 21 (8), 086011(2016).</li>
<li>Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+tangential+resolution+with+a+modified+delay-and-sum+reconstruction+algorithm+in+photoacoustic+and+thermoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+the+Optical+Society+of+America%22%5BJournal%5D)">Improving tangential resolution with a modified delay-and-sum reconstruction algorithm in photoacoustic and thermoacoustic tomography.</a> The Journal of the Optical Society of America. 31 (3), 621-627 (2014).</li>
<li>Xu, M., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Universal+back-projection+algorithm+for+photoacoustic+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Universal back-projection algorithm for photoacoustic computed tomography.</a> Physical Review E. 71 (1), 016706(2005).</li>
<li>Wang, L. V., Hu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+Tomography%3A+In+Vivo+Imaging+from+Organelles+to+Organs%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs.</a> Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).</li>
<li>Sivasubramanian, K., Periyasamy, V., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+sentinel+lymph+node+mapping+and+needle+guidance+using+clinical+handheld+photoacoustic+imaging+system+in+small+animal%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biophotonics%22%5BJournal%5D)">Non-invasive sentinel lymph node mapping and needle guidance using clinical handheld photoacoustic imaging system in small animal.</a> Journal of Biophotonics. 11 (1), e201700061(2018).</li>
<li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Second-generation+optical-resolution+photoacoustic+microscopy+with+improved+sensitivity+and+speed%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed.</a> Optics Letters. 36 (7), 1134-1136 (2011).</li>
<li>Stein, E. W., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive%2C+in+vivo+imaging+of+blood-oxygenation+dynamics+within+the+mouse+brain+using+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Noninvasive, in vivo imaging of blood-oxygenation dynamics within the mouse brain using photoacoustic microscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 020502(2009).</li>
<li>Ku, G., Wang, X. D., Xie, X. Y., Stoica, G., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+tumor+angiogenesis+in+rat+brains+in+vivo+by+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Imaging of tumor angiogenesis in rat brains in vivo by photoacoustic tomography.</a> Applied Optics. 44 (5), 770-775 (2005).</li>
<li>Ma, R., Taruttis, A., Ntziachristos, V., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+optoacoustic+tomography+%28MSOT%29+scanner+for+whole-body+small+animal+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Multispectral optoacoustic tomography (MSOT) scanner for whole-body small animal imaging.</a> Optics Express. 17 (24), 21414-21426 (2009).</li>
<li>Zhou, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Phosphorus+Phthalocyanine+Formulation+with+Intense+Absorbance+at+1000+nm+for+Deep+Optical+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging.</a> Theranostics. 6 (5), 688-697 (2016).</li>
<li>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-impulse+panoramic+photoacoustic+computed+tomography+of+small-animal+whole-body+dynamics+at+high+spatiotemporal+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Single-impulse panoramic photoacoustic computed tomography of small-animal whole-body dynamics at high spatiotemporal resolution.</a> Nature Biomedical Engineering. 1 (1), 0071(2017).</li>
<li>Sivasubramanian, K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+frame+rate+photoacoustic+imaging+at+7000+frames+per+second+using+clinical+ultrasound+system%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system.</a> Biomedical Optics Express. 7 (2), 312-323 (2016).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+in+vivo+imaging+of+small+animal+brain+using+pulsed+laser+diode-based+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Dynamic in vivo imaging of small animal brain using pulsed laser diode-based photoacoustic tomography system.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (9), 090501(2017).</li>
<li>Upputuri, P. K., Periyasamy, V., Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+High-performance+compact+photoacoustic+tomography+system+for+in+vivo+small-animal+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">A High-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging.</a> Journal of Visualized Experiments. (124), e55811(2017).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+laser+diode+based+optoacoustic+imaging+of+biological+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Physics+%26+Engineering+Express%22%5BJournal%5D)">Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues.</a> Biomedical Physics & Engineering Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).</li>
<li>Arabul, M. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+the+detection+of+intraplaque+hemorrhage+in+carotid+artery+lesions+using+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Toward the detection of intraplaque hemorrhage in carotid artery lesions using photoacoustic imaging.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (4), (2016).</li>
<li>Daoudi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Handheld+probe+integrating+laser+diode+and+ultrasound+transducer+array+for+ultrasound%2Fphotoacoustic+dual+modality+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging.</a> Optics Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).</li>
<li>Allen, J. S., Beard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+near-infrared+laser+diode+excitation+system+for+biomedical+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging.</a> Optics Letters. 31 (23), 3462-3464 (2006).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+characterization+of+low-cost%2C+high-speed%2C+portable+pulsed+laser+diode+photoacoustic+tomography+%28PLD-PAT%29+system%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Performance characterization of low-cost, high-speed, portable pulsed laser diode photoacoustic tomography (PLD-PAT) system.</a> Biomed Opt Express. 6 (10), 4118-4129 (2015).</li>
<li>Kalva, S. K., Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed%2C+low-cost%2C+pulsed-laser-diode-based+second-generation+desktop+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Lett%22%5BJournal%5D)">High-speed, low-cost, pulsed-laser-diode-based second-generation desktop photoacoustic tomography system.</a> Optics Lett. 44 (1), 81-84 (2019).</li>
<li>Kalva, S. K., Hui, Z. Z., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calibrating+reconstruction+radius+in+a+multi+single-element+ultrasound-transducer-based+photoacoustic+computed+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22J+Opt+Soc+Am+A%22%5BJournal%5D)">Calibrating reconstruction radius in a multi single-element ultrasound-transducer-based photoacoustic computed tomography system.</a> J Opt Soc Am A. 35 (5), 764-771 (2018).</li>
<li>Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+acoustic+reflector+to+make+compact+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Use of acoustic reflector to make compact photoacoustic tomography system.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (2), 026009(2017).</li>
<li>American National Standard for Safe Use of Lasers. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22ANSI+Standard+Z136.1-2007%22">ANSI Standard Z136.1-2007</a>. , NY. (2007).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont pas d’intérêts financiers pertinents ou de conflits d’intérêts potentiels à divulguer.

Ce travail présente un protocole pour utiliser un système PLD-PAT de bureau pour mener des expériences sur de petits animaux comme des rats pour l’imagerie cérébrale in vivo et le processus dynamique d’absorption rapide et de clairance des agents de contraste comme ICG. Les systèmes OPO-PAT volumineux et coûteux prennent plusieurs minutes (2-5 min) pour acquérir une seule image in vivo en coupe transversale. Un système PLD-PAT portatif compact, peu coûteux et de première génération fournit des images in vivo uniques en 5...

La tomodensitométrie photoacoustique (PACT/Pat) est une modalité d’imagerie biomédicale non invasive prometteuse combinant un contraste optique riche avec une haute résolution ultrasond1,2,3,4, 5. quand un laser pulsé nanoseconde dépose de l’énergie sur des chromophores absorbant la lumière présents dans tout tissu biologique, les augmentations de température locales conduisant à l’expansion thermoélastique et la contraction du tissu, entraînant la génération de les vagues de pression. Ces ondes de pression sont connues sous le nom d’ondes ultrasoniques ou d’ondes photoacoustiques (PA), qui peuvent être détectées par des sondes ultrasoniques autour de l’échantillon. Les signaux PA détectés sont reconstruits à l’aide de divers algorithmes de reconstruction6,7,8,9 pour générer des images de PA transversales. L’imagerie PA fournit des informations structurelles et fonctionnelles des organes macroscopiques aux organites microscopiques en raison de la dépendance de longueur d’onde des chromophores endogènes présents à l’intérieur du corps10. L’imagerie PAT a été utilisée avec succès pour la détection du cancer du sein1, l’imagerie du ganglion sentinelle11, la cartographie de l’oxyhémoglobine (HBO2), la désoxyhémoglobine (HBr), la concentration totale en hémoglobine (hbt), la saturation en oxygène (SO 2) les le 12 , 13, angiogenèse de tumeur14, imagerie de corps entier de petit animal15, et d’autres applications.
Les lasers Nd: YAG/OPO sont des sources d’excitation conventionnelles pour les systèmes PAT de première génération qui sont largement utilisés dans la communauté photoacoustique pour l’imagerie des petits animaux et l’imagerie des tissus profonds16. Ces lasers fournissent ~ 100 impulsions d’énergie mJ à des taux de répétition faible de ~ 10-100 Hz. Les systèmes d’imagerie PAT utilisant ces lasers coûteux et encombrants ne conviennent pas à l’imagerie à haute vitesse avec des sondes à ultrasons à un seul élément (TS), en raison du taux de répétition d’impulsions limité. Cela inhibe la surveillance en temps réel des changements physiologiques survenant à des vitesses élevées à l’intérieur de l’animal. L’utilisation de capteurs à base de baies comme les matrices linéaires, semi-circulaires, circulaires et volumétriques avec l’excitation laser Nd: YAG, l’imagerie haute vitesse est possible. Cependant, ces capteurs de tableau sont coûteux et fournissent des sensibilités inférieures par rapport aux SUTs; Pourtant, la vitesse d’imagerie est limitée par le faible taux de répétition du laser. Les systèmes PACT à impulsion unique à la pointe de la technologie avec transducteur à anneau complet sur mesure obtiennent les données PA à des fréquences d’image de 50 Hz17. Ces capteurs de matrice ont besoin de l’électronique de réception de back-end complexe et des amplificateurs de signal, rendant le système global plus coûteux et difficile pour une utilisation clinique.
Leur taille compacte, leurs exigences de coût moindres et leur taux de répétition d’impulsions plus élevé (ordre de KHz) rendent les diodes laser pulsées plus prometteuses pour l’imagerie en temps réel. En raison de ces avantages, les PLD sont activement utilisés comme source d’excitation alternative dans les systèmes PAT de deuxième génération. Les systèmes Pat basés sur PLD ont été démontrés avec succès pour l’imagerie à cadence élevée à l’aide de sondes matricielles18, des tissus profonds et de l’imagerie cérébrale19,20,21, diagnostic des maladies cardiovasculaires22 et le diagnostic de rhumatologie23. Comme les SUTs sont très sensibles et moins coûteux par rapport aux capteurs de matrice, ils sont encore largement utilisés pour l’imagerie PAT. Des systèmes PLD basés sur des fibres ont été démontrés pour l’imagerie fantôme24. Un système PLD-PAT portatif a déjà été démontré par le montage du PLD à l’intérieur du scanneur PAT25. Avec un scanner circulaire SUT, l’imagerie fantôme a été réalisée pendant 3 s de temps de balayage, et l’imagerie cérébrale in vivo de rat a été réalisée pendant une période de 5 s utilisant ce système PLD-PAT19.
En outre, des améliorations ont été apportées à ce système PLD-Pat pour le rendre plus compact et créer un modèle de bureau à l’aide de huit capteurs acoustiques à un seul élément à base de réflecteur (SUTRS)26,27. Ici, les SUTs ont été placés dans une verticale au lieu de la direction horizontale à l’aide d’un réflecteur acoustique 90° 28. Ce système peut être utilisé pour des temps de balayage allant jusqu’à 0,5 s et environ 3 cm de profondeur dans l’imagerie tissulaire et dans l’imagerie cérébrale des petits animaux in vivo. Dans ce travail, ce système PLD-PAT de bureau est utilisé pour fournir la démonstration visuelle d’expériences pour l’imagerie cérébrale in vivo chez les petits animaux et pour la visualisation dynamique du processus d’absorption et de clairance de l’indocyanine approuvée par la FDA (Food and Drug Administration) colorant vert (ICG) dans les cerveaux de rat.

<table><tbody><tr><td>Alimentation 12 V</td><td>Voltcraft</td><td>PPS-11810</td><td>Pour fournir la tension de fonctionnement pour PLD</td></tr><tr><td>Réflecteur acoustique</td><td>Olympus</td><td>F102</td><td>Réflecteur à 45 degrés augmenté au transducteur à ultrasons</td></tr><tr><td>Réservoir d’eau en acrylique</td><td>Atelier NTU</td><td>Sur mesure</td><td>Il est utilisé pour retenir l’eau qui agit comme un milieu de couplage acoustique entre le cerveau de l’animal et le détecteur</td></tr><tr><td>Machine anesthésique</td><td>Medical plus pte ltd</td><td>Appareil d’anesthésie sans réinspiration avec concentrateur d’oxygène.</td><td>Fournit de l’oxygène et de l’isoflurane à l’animal</td></tr><tr><td>Distributeur d’animaux</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapour</td><td></td><td>Distributeur d’animaux qui fournit de petits animaux à des fins de recherche</td></tr><tr><td>Porte-animaux</td><td>Atelier NTU</td><td>Sur mesure</td><td>Utilisé pour tenir l’animal sur son abdomen</td></tr><tr><td>Masque respiratoire Atelier</td><td>NTU</td><td>Sur mesure Utilisé</td><td>avec le support animal pour fournir un mélange d’anesthésie à l’animal</td></tr><tr><td>Scanner circulaire</td><td>Atelier</td> <td>NTULe scanner sur mesure</td><td>est fabriqué à partir d’une</td></tr><tr><td>carte DAQ (acquisition de données)</td> en aluminium <td></td><td>Spectrum M2i.4932-exp</td><td>16 bits, 30 Ms/s, 8 canaux, 1 Gs, PCIe</td></tr><tr><td>Logiciel d’acquisition de données</td><td>National Instruments Corporation, Austin, TX, USA)</td><td>NI LabVIEW 2015 SP1 (32 bits)</td><td>Programme basé sur LabVIEW développé dans notre laboratoire pour contrôler le moteur pas à pas et acquérir les singnals PA du détecteur</td></tr><tr><td>Traitement des données logiciel</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>Matlab R2015b</td><td>Code Matlab développé dans notre laboratoire pour la reconstruction d’images PA en coupe transversale</td></tr><tr><td>Générateur de fonctions</td><td>RIGOL</td><td>DG1022</td><td>Pour modifier le taux de répétition du PLD. Il fournira un signal TTL pour synchroniser l’DAQ avec l’excitation laser.</td></tr><tr><td>Amplificateur de signal à faible bruit</td><td>Genetron</td><td>Fabriqué sur mesure à l’aide de mini-circuits, ZFL-500LN-BNC</td><td>Pour recevoir et amplifier le signal PA de SUTR. Son gain est de 24 dB.</td></tr><tr><td>Diffuseur optique</td><td>Thorlabs</td><td>DG-120</td><td>Utilisé pour rendre le faisceau laser homogène</td></tr><tr><td>Diode laser pulsée</td><td>Quantel, France</td><td>QD-Q1924-ILO-WATER C’est</td><td>la source laser d’excitation avec des spécifications de longueur d’onde de 816 nm, 3,4 mJ par énergie d’impulsion, 107 ns de largeur d’impulsion, taux de répétition d’impulsion maximal de 2 KHz, dimensions : 13,0 x 7,6 x 5,0 cm</td></tr><tr><td>Rats</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapour</td><td>NTac :SD, Sprague Dawley / SD</td><td>Femelle, poids 100&plusmn ; 10g, souche de rats : Sprague Dawley, âge : 4-5 semaines</td></tr><tr><td>Moteur pas à pas avec boîte de vitesses</td><td>LIN Engineering (Servo Dynamics)</td><td>Moteur : CO-5718L-01P-RO, Boîte de vitesses : DPL64/1 ; Alimentation PW-100-24</td><td>Pour déplacer le support du détecteur dans une géométrie circulaire. Couple : 2,08 N-m, Inertie du rotor : 2,6 kg-cm2</td></tr><tr><td>Gel à ultrasons</td><td>Progress/parker acquasonic gel</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>Gel à ultrasons transparent</td></tr><tr><td>Transducteur à ultrasons</td><td>Olympus</td><td>V309-SU/ U8423013</td><td>Capteurs à ultrasons utilisés pour la détection photoacoustique. Fréquence centrale 5 MHz, 0,5 in</td></tr><tr><td>Alimentation haute tension variable</td><td>Elektro-Automatik</td><td>EA-PS 8160-04 T</td><td>Pour changer la puissance de sortie du laser</td></tr></tbody></table>

tomographie photoacoustique de bureau à diode laser pulsée pour la surveillance du lavage et du lavage de colorant dans la vascularisation corticale de rat

Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature

L’imagerie par tomographie photoacoustique (PA) est une modalité d’imagerie biomédicale émergente, utile dans diverses applications précliniques et cliniques. Les transducteurs à anneau circulaire sur mesure et les lasers volumineux ND: YAG/OPO conventionnels inhibent la traduction du système PAT dans les cliniques. Les diodes laser pulsées ultra-compactes (PLD) sont actuellement utilisées comme source alternative d’excitation proche infrarouge pour l’imagerie PA. L’imagerie dynamique in vivo à haute vitesse a été démontrée à l’aide d’un système de PAT de bureau compact basé sur PLD (PLD-PAT). Un protocole expérimental visualisé utilisant le système PLD-PAT de bureau est fourni dans ce travail pour l’imagerie cérébrale dynamique in vivo. Le protocole décrit la configuration du système PLD-PAT de bureau, la préparation de l’animal pour l’imagerie vasculaire cérébrale, et la procédure pour la visualisation dynamique de l’absorption de colorant de vert d’indocyanine (ICG) et le processus de clairance dans le vasculature corticale de rat.

La potentialité du système PLD-PAT de bureau décrit pour l’imagerie cérébrale dynamique in vivo a été présentée dans ce protocole avec des résultats correspondants. La capacité d’imagerie à grande vitesse du système PLD-PAT de bureau a été démontrée en effectuant une imagerie cérébrale in vivo de rats femelles sains. Les signaux PA ont été recueillis à l’aide de huit SUTRs tournant en 360 ° et 45 ° autour du cerveau de rat à des vitesses de balayage de 4 s et 0,5 s, respectivement. <stron...

Un système de tomodensitométrie photoacoustique (PLD-PAT) de bureau à diode laser pulsée compacte est démontré pour l’imagerie dynamique in vivo à grande vitesse de la vascularisation corticale des petits animaux.

Tomographie photoacoustique de bureau à diode laser pulsée pour la surveillance du lavage et du lavage de colorant dans la vascularisation corticale de rat

Photoacoustic (PA) tomography (PAT) imaging is an emerging biomedical imaging modality useful in various preclinical and clinical applications. ...

La tomographie photoacoustique, ou PAT, est une modalité hybride d’imagerie biomédicale d’imagerie, combinant l’imagerie optique et ultrasonique pour surveiller les changements dynamiques dans le cerveau des petits animaux. Il s’agit d’un système d’imagerie portatif à grande vitesse rentable qui utilise la vitesse d’imagerie aussi courte qu’une demi-seconde. Praveen, doctorant, Dr Paul, chercheur, et Rhonnie, assistante de recherche, feront la démonstration de la procédure avec Sandeep.Commencez par monter tous les transducteurs à ultrasons à un seul élément sur chaque support de transducteur un à la fois, de sorte que la surface de chaque réflecteur acoustique fait face vers le centre de la zone de balayage. Utilisez des câbles de raccordement pour connecter chaque câble transducteur à l’amplificateur de signal à faible bruit. Allumez l’alimentation électrique du refroidisseur et allumez l’interrupteur du refroidisseur pour régler la température entre 20 et 25 degrés Celsius.Allumez l’alimentation basse tension et tournez lentement le contrôle actuel à 0,3 ampères. Réglez la tension à 12 volts et vérifiez que le courant ne dépasse pas 0,1 ampli. Allumez l’alimentation à haute tension et appuyez sur le bouton prédéfinit pour régler le courant sur un ampli et la tension à zéro volts.Activez le bouton de sortie et allumez l’alimentation du générateur de fonction. Appuyez sur le bouton de rappel et sélectionnez une configuration de deux kilohertz pour générer les impulsions laser à ce rythme de répétition. Placez le réservoir acrylique à l’intérieur du scanner et remplissez le réservoir d’eau jusqu’à ce que les surfaces de détection des transducteurs soient complètement immergées.Ensuite, allumez l’alimentation de l’amplificateur de signal à faible bruit. Placez le rat anesthésié en position couchée sur l’établi. Après avoir confirmé un manque de réponse à la pincement des orteils, utilisez un coupe-cheveux pour enlever la fourrure sur le cuir chevelu.Appliquer délicatement de la crème depilatory pour enlever complètement la fourrure de la peau exposée à l’aide d’un coton-tige pour enlever la crème après quatre à cinq minutes. Appliquez de l’onguent sur les yeux de l’animal et montez un porte-animaux sur mesure équipé d’un masque respiratoire sur une prise de laboratoire. Placez le rat en position couchée sur le support avec la tête reposant sur la plate-forme horizontale du support.Utilisez du ruban chirurgical pour fixer l’animal au support. Serrez l’oxymètre d’impulsion à un membre postérieur pour surveiller son état physiologique. Utilisez un applicateur à pointe de coton pour appliquer une couche de gel à ultrasons incolore sur le cuir chevelu.Réglez ensuite la position de la prise de laboratoire au centre du scanner. Ajustez manuellement la hauteur de la prise de sorte que le plan d’imagerie soit au centre du réflecteur acoustique. Après avoir défini les paramètres dans le logiciel d’acquisition de données pour une analyse d’acquisition à 360 degrés, permettre à la sortie du générateur de fonction d’activer l’émission laser pulsé laser diode laser.Augmentez lentement la tension de l’alimentation à haute tension variable à 120 volts pour une énergie maximale par impulsion. Exécutez le logiciel d’acquisition de données pour faire pivoter les huit transducteurs à 360 degrés sur une période d’analyse de quatre secondes. Désactiver la sortie du générateur de fonction pour désactiver l’émission laser.À l’aide de l’algorithme de reconstruction du logiciel de traitement des données, déterminez le rayon de numérisation des huit transducteurs par essais et erreurs, à l’aide de l’algorithme de back-projection. Définissez les paramètres du logiciel d’acquisition de données pour une acquisition de 45 degrés sur une période d’analyse de 0,5 seconde. Permettre à la sortie du générateur de fonction d’activer l’émission laser.Exécutez le logiciel d’acquisition de données pour faire pivoter les huit transducteurs à 45 degrés pour obtenir les données de contrôle initiales. Désactiver la sortie du générateur de fonction pour désactiver l’émission laser. Ensuite, injectez 0,3 millilitres de vert endocyanine dans la veine arrière du rat.Permettre à la sortie du générateur de fonction d’activer l’émission laser. Exécutez ensuite le logiciel d’acquisition de données pour acquérir des lignes A sur une période d’analyse de 0,5 seconde dans une rotation de 45 degrés. À la fin de l’acquisition, utilisez l’algorithme de back-projection pour reconstruire l’image transversale du cerveau à partir des lignes A enregistrées.Ici, des images cérébrales d’un rat femelle de 98 grammes, recueillies à des vitesses de balayage de quatre et 0,5 seconde sont montrées. Le sinus sagittal et le sinus de transfert sont clairement visibles dans les deux images. Les photographies montrent la même région du cerveau du rat avant et après l’ablation du cuir chevelu.L’imagerie photoacoustique de tomographie peut réaliser la même visualisation non invasive avec la peau et le crâne intacts. Dans cette parcelle, des augmentations du signal photoacoustique moyen dans le sinus sagittal dues aux augmentations et aux diminutions ultérieures de l’absorption optique par le vert d’indocyanine aux longueurs d’onde de 860 nanomètres au fil du temps peuvent être observées. Toujours prendre un soin supplémentaire lors de l’injection de la teinture ICG dans la veine de la queue de l’animal.Ce système de tomographie photoacoustique de bureau à faible coût peut être utilisé pour l’imagerie dynamique des vascularisations du cerveau de petits animaux avec une résolution spéciale élevée à la vitesse de balayage de 0,5 seconde. D’autres applications de ce système d’imagerie incluent l’imagerie de tumeur de cerveau, l’imagerie de différents organes chez de petits animaux et d’autres applications thérapeutiques.

pulsed-laser-diode-based-desktop-photoacoustic-tomography-for

Research

Recherche

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingénierie

Cortical dynamique du flux sanguin peut être étudiée in vivo par imagerie colorants fluorescents dextran injecté dans la veine caudale de rongeurs avec 2 microscopie biphotonique. Cette vidéo montre comment la dynamique de l'image du flux sanguin dans le néocortex de souris à travers un verre recouvert de la préparation fenêtre crânienne.

Une méthode pour le 2-Photon Imaging du flux sanguin dans le néocortex travers une fenêtre crânienne

Optique résolution microscopie photoacoustique (OR-PAM) est une technologie émergente capable d'imagerie d'absorption optique des...

Tridimensionnelle optique résolution microscopie photoacoustique

Source : Kalva, S. K., et al., Tomographie photoacoustique de bureau à diode laser pulsée pour la surveillance du lavage et du lavage du colorant dans le système vasculaire cortical du rat. J. Vis. Exp. (2019)Cette vidéo montre la procédure d’utilisation de l’imagerie photoacoustique pour observer les changements dans les vaisseaux corticaux d’un rat anesthésié. Le processus comprend l’imagerie de base, l’injection de colorant et l’analyse de l’absorption et de la clairance du colorant pendant...

Surveillance photoacoustique du mouvement des colorants dans les vaisseaux sanguins corticaux

Source : Upputuri, P. K., et al. Un système de tomographie photoacoustique compact haute performance pour l’imagerie cérébrale in vivo de petits animaux. J. Vis. Exp. (2017)Cette vidéo présente un protocole d’imagerie cérébrale non invasive in vivo chez le rat à l’aide de la tomographie photoacoustique, présentant la préparation, la configuration du système d’imagerie et l’acquisition de données pour reconstruire des images cérébrales 2D afin de visualiser les structures vasculaires et la santé...

Imagerie in vivo du cerveau d’un rat par tomographie photoacoustique

Cystographie Photoacoustique (PAC) a un grand potentiel pour cartographier vessies, un organe interne sensible au rayonnement chez les patients pédiatriques, sans utiliser de radiations ionisantes ou agent de contraste toxique. Ici, nous démontrons l'utilisation des PAC pour la cartographie des vessies avec une injection de traceurs optiques opaques chez les...

Cystographie Photoacoustique

Nous fournissons ici une description détaillée du protocole expérimental pour l’imagerie avec un nouveau système optoacoustique portable (photoacoustique) pour l’imagerie fonctionnelle et moléculaire tridimensionnelle en temps réel. Les performances puissantes et la polyvalence démontrées peuvent définir de nouveaux domaines d’application de la technologie optoacoustique dans la recherche préclinique et la pratique clinique.

Universal à main en trois dimensions optoacoustique sonde d&#39;imagerie pour Deep Tissue angiographie humain et des études précliniques fonctionnels en temps réel

Le présent travail décrit un nouveau protocole pour effectuer des ultrasons non invasifs à haute fréquence et une imagerie photoacoustique sur le cerveau du rat, afin de visualiser efficacement les régions sous-corticales profondes et leurs motifs vasculaires en dirigeant les signaux sur les foramens crâniens naturellement présents sur le crâne animal.

Parenchymateuse, vasculaire et métabolique haute fréquence non-invasive par ultrasons et Photoacoustique Rat imagerie cérébrale profonde

Ici, on démontre un système de résolution acoustique (AR) et un système de microscopie photoacoustique à résolution optique (OR) (AR-OR-PAM) capable à la fois d'imagerie haute résolution à faible profondeur et d'imagerie tissulaire profonde à faible résolution sur le même échantillon in vivo .

Microscopie photoacoustique à résolution acoustique et optique à commutation commutable pour<em&gt; In vivo</em&gt; Imagerie vasculaire de sang de petit animal

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 système de tomographie photoacoustique compacte haute performance pour<em&gt; In vivo</em&gt; Imagerie du cerveau à petits animaux

Un double imageur photoacoustique à balayage raster a été conçu, qui a intégré l’imagerie à champ large et l’imagerie en temps réel.

Double imageur photoacoustique à balayage Raster pour visualisation vasculaire

Découvrez la tomographie photoacoustique de bureau pour l'imagerie dynamique de la vascularisation corticale chez le rat. Ce système compact et économique permet une acquisition rapide en moins d'une seconde.

Tomographie photoacoustique de bureau à diode laser pulsée pour la surveillance du lavage et du lavage de colorant dans la vascularisation corticale de rat (Vidéo) | JoVE Journal

Tomographie photoacoustique de bureau à diode laser pulsée pour la surveillance du lavage et du lavage de colorant dans la vascularisation corticale de rat

Explorer plus de vidéos