קומפקטי פעמו לייזר דיודה מבוססי שולחן העבודה המבוסס פוטואקוסטית טומוגרפיה (PLD-PAT) מערכת מוכיחה עבור דינמי במהירות גבוהה ב-vivo הדמיה של בעלי חיים קטנים קליפת הגוף.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
קומפקטי פעמו לייזר דיודה מבוססי שולחן העבודה המבוסס פוטואקוסטית טומוגרפיה (PLD-PAT) מערכת מוכיחה עבור דינמי במהירות גבוהה ב-vivo הדמיה של בעלי חיים קטנים קליפת הגוף.
פוטואקוסטית (PA) טומוגרפיה (PAT) הדמיה היא הדמיה ביורפואית המתעוררים שימושי ביישומים שונים פרה וקליניים. מותאם אישית מערך עגול טבעת מבוססת מערכות מבוססות ומגושם קונבנציונאלי: YAG/פופו לייזרים לעכב את התרגום של מערכת PAT למרפאות. אולטרה קומפקטי דיודות לייזר פעמו (PLDs) נמצאים כעת בשימוש כמקור חלופי של עירור הקרוב אינפרא אדום עבור הדמיה של הרשות הפלסטינית. דינמי במהירות גבוהה ב vivo הדמיה הפגינו באמצעות מערכת קומפקטית PLD מבוססי שולחן העבודה PAT (PLD-פט). הפרוטוקול הנסיוני דמיינו באמצעות מערכת PLD-PAT שולחן העבודה מסופק בעבודה זו עבור דינמי הדמיה vivo המוח. הפרוטוקול מתאר את התצורה של שולחן העבודה PLD-PAT, הכנת בעל חיים עבור דימות כלי דם במוח, והליך הדמיה דינמית של indocyanine ירוק (ICG) ספיגת צבען תהליך הסיווג בקליפת המוח של חולדה.
טומוגרפיה ממוחשבת של פוטואקוסטית (ברית/פט) היא מודאליות מבטיחה לא פולשנית הדמיה ביו-רפואית המשלבת ניגודיות אופטית עשירה עם רזולוציה גבוהה ultrasond1,2,3,4, 5. כאשר ננו השנייה פעמו לייזר מרבצי אנרגיה על האור סופג כרומטוes נוכח בתוך כל רקמה ביולוגית, הטמפרטורה המקומית מגביר הרחבה התרמואלסטית והתכווצות של הרקמה, וכתוצאה מכך הדור של גלי לחץ. גלי הלחץ הללו מוכרים כגלי אולטרסאונד או כגלים פוטואקוסטיים (PA), אשר ניתן לאתרם על-ידי התמרה אולטרסאונד סביב המדגם. אותות pa שאותרו משוחזרים באמצעות אלגוריתמים שחזור שונים6,7,8,9 כדי ליצור תמונות מוצלבות החוצה. הדמיה של הרשות הפלסטינית מספקת מידע מבני ופונקציונלי מאיברים מאקרוסקופיים ועד לאורגלים מיקרוסקופיים עקב התלות באורך הגל של כרומטוגניים כרומניים המצויים בתוך הגוף10. פט הדמיה כבר בשימוש בהצלחה עבור זיהוי סרטן השד1, לימפה סנטינל צומת הדמיה11, מיפוי של אוקסיהמוגלובין (HbO2), המוגלובין (hbr), ריכוז המוגלובין הכולל (HBR), רווית חמצן (SO 2היכל ה. מיכל בן 12 , 13, הגידול אנגיוגנזה14, גוף קטן חיה הדמיה כולה15, ויישומים אחרים.
Nd: לייזרים YAG/פופו הם מקורות עירור קונבנציונאלי עבור מערכות PAT הדור הראשון, כי הם בשימוש נרחב בקהילה פוטואקוסטית עבור הדמיה בעלי חיים קטנים הדמיה רקמות עמוק16. לייזרים אלה לספק ~ 100 mJ פולסים אנרגיה בשיעורי חזרה נמוכה של ~ 10-100 Hz. פט הדמיה מערכות באמצעות אלה לייזרים יקרים ומגושם אינם מתאימים הדמיה במהירות גבוהה עם מתתמרים חד רכיבי אולטרסאונד (SUTs), בשל קצב החזרה מוגבלת הדופק. זה מעכב ניטור בזמן אמת של שינויים פיזיולוגיים המתרחשים במהירויות גבוהות בתוך החיה. באמצעות מערך מבוסס-מדידה כמו ליניארי, חצי עגול, עגול, מערכים נפחי עם Nd: לייזר YAG עירור, מהירות גבוהה הדמיה אפשרית. עם זאת, מפרידי המערך האלה יקרים ומספקים רגישויות נמוכות יותר בהשוואה ל-SUTs; עם זאת, מהירות ההדמיה מוגבלת על-ידי קצב החזרה הנמוך של הלייזר. מערכות הסכם חד-הורית משוכלל ביותר עם מערך מותאם אישית של טבעת מלאה להשיג את נתוני הרשות הפלסטינית ב-50 Hz שיעורי מסגרת17. אלה מערכות מגבירי הצורך מורכבים back-end מקבל אלקטרוניקה מגברי האות, מה שהופך את המערכת הכוללת יקר יותר וקשה לשימוש קליני.
גודל קומפקטי שלהם, דרישות עלות נמוכה יותר, קצב החזרה דופק גבוה (סדר KHz) לעשות דיודות לייזר פעמו (PLDs) מבטיח יותר עבור הדמיה בזמן אמת. בשל יתרונות אלה, PLDs משמשים באופן פעיל כמקור עירור חלופי במערכות הדור השני פט. Pld מבוססי מערכות PAT הוכחו בהצלחה עבור הדמיה שיעור גבוהה מסגרת באמצעות מערך המתמרים18, רקמות עמוק הדמיה המוח19,20,21, אבחון מחלות לב וכלי דם22 ו ראומטולוגיה אבחון23. כמו SUTs הם רגישים מאוד וזול פחות לעומת מערך הצירים, הם עדיין משמשים בהרחבה עבור הדמיה PAT. סיבים מבוססי מערכת PLD הוכחו עבור הדמיה פנטום24. המערכת הניידת PLD-PAT הוכח בעבר על ידי טעינת PLD בתוך הסורק PAT25. עם סורק מעגלי SUT אחד, הדמיה פנטום בוצעה במהלך 3 s זמן הסריקה, ו ב vivo rat הדמיה המוח בוצעה במהלך תקופה של 5 באמצעות זה PLD-PAT מערכת19.
יתר על כן, שיפורים נעשו זה pld-PAT מערכת כדי להפוך אותו לקומפקטי יותר ליצור מודל שולחן העבודה באמצעות שמונה מחזיר אקוסטי מבוסס רכיב יחיד מערכות אולטרסאונד (sutrs)26,27. כאן, SUTs הוצבו אנכית במקום כיוון אופקי בעזרת מחזיר אור אקוסטית 90° 28. מערכת זו יכולה להיות מועסק עבור זמני סריקה של עד 0.5 s ו-~ 3 ס מ עמוק הדמיה רקמות ובvivo קטן בעלי חיים במוח הדמיה. בעבודה זו, שולחן העבודה PLD-PAT מערכת משמש כדי לספק את ההדגמה החזותית של ניסויים עבור הדמיה המוח vivo בבעלי חיים קטנים עבור ויזואליזציה דינמית של ספיגת ותהליך הסיווג של מינהל המזון והתרופות (FDA)-אושרה indocyanine ירוק (ICG) לצבוע במוח חולדה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים בבעלי חיים בוצעו על פי ההנחיות והתקנות שאושרו על ידי טיפול בעלי חיים מוסדיים והשתמש בוועדה של Nanyang באוניברסיטה הטכנולוגית, סינגפור (פרוטוקול בעלי חיים מספר ARF-SBS/NIE-A0331).
1. תאור המערכת
2. הכנת בעלי חיים לדימות מוח חולדה
הערה: חולדות נקבה בריאים (ראה טבלת חומרים) שימשו כדי להדגים את שולחן העבודה המתואר לעיל pld-PAT מערכת הדמיה של בעלי חיים בקליפת הגוף הקטנה.
3. דינמי הדמיה vivo של תהליך ספיגת והסיווג של ICG במוח חולדה
4.
הערה: 1.25 מ ג של אבקת ICG היה שוקל באמצעות מכונת מיקרו שקילה מעורבב עם 5 מ ל של מים מזוקקים כדי להשיג ריכוז של 323 μM עבור פתרון ICG.
5. המשך
הערה: A-lines שנרכש במהלך זמן סריקה של 0.5 s משמשים להפקת תמונה חוצת-חתך אחת. יש פער זמן של ~ 0.4 – 0.6 s בין כל סריקה.

איור 1: סכמטית של מערכת PLD-PAT של שולחן העבודה. (A) סכמטי של שולחן העבודה pld-פט להגדיר. PLD: דיודות לייזר פעמו, OD: מפזר אופטי, SUTR: מכשיר מחזיר אקוסטי מבוסס חד אלמנט אולטרסאונד מתמר, AM: מכונת הרדמה, CSP: צלחת סריקה מעגלית, SM: מנוע stepper, LDU: יחידת נהיגה בלייזר, AMP: מגבר, DAQ: כרטיס רכישת נתונים. (ב) הסדר מעגלי של שמונה שרתים מסביב למרכז הסריקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפוטנציאל של שולחן העבודה המתואר PLD-PAT מערכת דינמית בדימות המוח vivo כבר לראווה בפרוטוקול זה עם התוצאות המתאימות. יכולת הדמיה במהירות גבוהה של שולחן העבודה PLD-PAT מערכת הפגינו על ידי ביצוע הדמיה vivo המוח של חולדות נקבה בריאים. אותות הרשות נאספו באמצעות שמונה SUTRs מסתובבת 360 ° ו 45 ° סביב המוח עכברוש במהירויות סריקה של 4 s ו 0.5 s, בהתאמה. איור 2A, B להראות תמונות המוח של עכברוש נקבה (98 g) במהירויות סריקה של 4 s ו 0.5 s, בהתאמה. משונן סינוס (SS) וסינוס רוחבי (TS) גל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבודה זו מציגה פרוטוקול להשתמש PLD שולחן העבודה מערכת לניהול ניסויים על בעלי חיים קטנים כמו חולדות עבור vivo המוח הדמיה דינמי מהיר ספיגת ותהליך הסיווג של סוכני ניגוד כמו ICG. מגושם, יקר מערכות פופו-PAT להימשך מספר דקות (2-5 דקות) כדי לרכוש החתך אחד בתמונה vivo. קומפקטי, בעלות נמוכה, הדור הראשון ניידים PLD-PAT מערכת מספק בודד החתך בתמונות vivo ב 5 s. לעומת זאת, מהירות גבוהה, קומפקטי, בעלות נמוכה מערכת PLD-PAT-פאט מעבד באיכות גבוהה 2D החתך בתמונה vivo בדיוק 0.5 s26. כאן, אותו שולחן העבודה PLD-PAT מע...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין אינטרסים פיננסיים רלוונטיים או קונפליקטים פוטנציאליים של עניין לגלות.
המחקר נתמך על ידי המועצה הלאומית לחקר הרפואה של משרד הבריאות של סינגפור (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). המחברים רוצים להודות למר צ'או וואי הואנג. לתמיכה בחנות המכונות
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| ספק כוח 12 וולט | וולט וולט | PPS-11810 | לאספקת מתח הפעלה עבור |
| רפלקטור אקוסטי | אולימפוס | F102 | רפלקטור 45 מעלות מוגבר למתמר האולטרסאונד |
| מיכל מים אקרילי | סדנת NTU | בהתאמה אישית | הוא משמש להחזקת מים המשמשים כמדיום צימוד אקוסטי בין מוח בעלי חיים לגלאי |
| מכונת | הרדמהרפואי פלוס pte בע"מ | מכונת הרדמה ללא נשימה עם רכז חמצן. | מספק חמצן ואיזופלורן לבעלי חיים |
| מפיץ בעלי חיים | In Vivos Pte Ltd, סינגפור | מפיץ בעלי חיים המספק בעלי חיים קטנים למטרת מחקר | |
| מחזיק בעלי חיים | סדנת NTU | בהתאמה אישית | משמש להחזקת בעל חיים על בטנו |
| מסכת נשימה | סדנת NTU | בהתאמה אישית | משמש יחד עם בעל בעלי חיים לאספקת תערובת הרדמה לסדנת |
| סורק מעגלי NTUסורק בהתאמה אישית | עשוי מאלומיניום | ||
| DAQ (רכישת נתונים) | ספקטרום | M2i.4932-exp | 16 סיביות, 30 אלפיות השנייה לשנייה, 8 ערוצים, 1 Gs, תוכנת PCIe |
| לרכישת נתונים | National Instruments Corporation, אוסטין, טקסס, ארה"ב) | NI LabVIEW 2015 SP1 (32 סיביות) | תוכנית מבוססת LabVIEW שפותחה במעבדתנו לשליטה במנוע הצעד וקליטת סינגנלים של PA מהגלאי |
| עיבוד נתונים תוכנה | Matlab (Mathworks, Natick, MA, ארה"ב) | Matlab R2015b | קוד Matlab שפותח במעבדה שלנו לשחזור תמונות PA חתך |
| מחולל פונקציות | RIGOL | DG1022 | כדי לשנות את קצב החזרה של ה-PLD. זה יספק אות TTL כדי לסנכרן את ה-DAQ עם עירור הלייזר. |
| מגבר אות רעש נמוך | Genetron | בהתאמה אישית באמצעות מעגלי מיני, ZFL-500LN-BNC | כדי לקבל ולהגביר את אות ה-PA מ-SUTR. הרווח שלו הוא 24 dB. |
| מפזר אופטי | Thorlabs | DG-120 | משמש לייצור קרן הלייזר הומוגנית |
| דיודת לייזר פועמת | קוואנטל, צרפת | QD-Q1924-ILO-WATER | זהו מקור לייזר העירור עם מפרט של אורך גל של 816 ננומטר, 3.4 mJ לאנרגיית דופק, רוחב דופק של 107 ns, קצב חזרת דופק מקסימלי של 2 קילו-הרץ, מידות: 13.0 x 7.6 x 5.0 ס"מ |
| חולדות | In Vivos Pte Ltd, סינגפור | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | נקבה, משקל 100 פלוס; 10 גרם, זן של חולדות: Sprague Dawley, גיל: 4-5 שבועות |
| מנוע צעד עם תיבת הילוכים | LIN Engineering (Servo Dynamics) | מנוע: CO-5718L-01P-RO, תיבת הילוכים: DPL64/1; ספק כוח PW-100-24 | להזזת מחזיק הגלאי בגיאומטריה מעגלית. מומנט: 2.08 ננומטר, אינרציית רוטור: 2.6 ק"ג-סמ"ר |
| ג'ל אולטרסאונד | פרוגרס/פרקר אקוואסוניק ג'ל | PA-GEL-CLEA-5000 | ג'ל אולטרסאונד שקוף |
| מתמר אולטרסאונד | אולימפוס | V309-SU / U8423013 | חיישנים קוליים המשמשים לזיהוי פוטו-אקוסטי. תדר מרכזי 5 מגה-הרץ, 0.5 אינץ |
| ' ספק כוח מתח גבוה משתנה | Elektro-Automatik | EA-PS 8160-04 T | כדי לשנות את הספק פלט הלייזר |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.