רזולוציה אקוסטית ואופטית למיקרוסקופיה פוטוקוסטית עבור בויבו בעלי חיים קטנים דם Vasculature הדמיה

המטרה הכוללת של הליך זה היא להדגים מערכת מיקרוסקופיה פוטו-אקוסטית ברזולוציה אקוסטית ואופטית הניתנת להחלפה להדמיית כלי דם של בעלי חיים קטנים in vivo. מיקרוסקופיה פוטו-אקוסטית היא שיטת הדמיה in vivo הצומחת במהירות המשלבת אופטיקה ואולטרסאונד, ומספקת עומק הדמיה מעבר לנתיב האופטי ברזולוציה גבוהה. עבודה זו היא מערכת מיקרוסקופית אקוסטית ברזולוציה אופטית אקוסטית הניתנת להחלפה המסוגלת להדמיה ברזולוציה גבוהה יותר בעומק רדוד כמו גם הדמיית רקמות עמוקות ברזולוציה נמוכה יותר של אותה דגימה in vivo.

ידגימו את ההליך ד"ר מוחש מוטנצ'רי, עמית מחקר מהמעבדה שלי, וארונימה שארמה, דוקטורנטית מהמעבדה שלי. ראשית, בנה מערכת לייזר ננו-שנייה הניתנת לכוונון מלייזר Nd:YAG במצב מוצק הנשאב על ידי דיודה ולייזר הניתן לתעלות בטווח של 559 עד 576 ננומטר. הגדר את הלייזר הניתן לתעלות ל-570 nan.

הרכיב על שולחן אופטי מיכל אקרילי עם חלון הדמיה מפוליאתילן באורך שבעה סנטימטרים ברצפת המיכל. קבע שלב הדמיה לעמוד אופטי מתחת לחלון ההדמיה. מעל המיכל, הרכיב כלוב אופטי המכיל את מערכת ההדמיה AR-OR-PAM על לוחית מיתוג המהודקת לשלב תרגום ממונע תלת-צירי הנשלט על ידי מחשב.

כדי להגדיר את המערכת עבור AR-PAM, השתמש במנסרת מלאך ימנית המותקנת על שלב סיבוב רציף ממונע כדי לכוון את הקרן דרך מסנן בצפיפות ניטרלית משתנה לכבל סיבים רב-מצבי עם מצמד סיבים 25 NA. חבר את פלט הסיבים לשלב תרגום XY במערכת ההדמיה. כוון את הקרן דרך עדשת פלאנו קמורה 25 מילימטרים מהפלט, ולאחר מכן דרך עדשה חרוטית ליצירת קרן בצורת טבעת.

מקד את הקרן בצורת טבעת על מעבה אופטי סביב מתמר קולי של 50 מגה-הרץ עם עדשה אקוסטית המותקנת ביציאת המתמר. לאחר מכן, כדי להגדיר את המערכת עבור OR-PAM, סובב את מנסרת הזווית הישרה הראשונה ב-90 מעלות כדי לכוון את קרן הלייזר דרך קשתית, מסנן צפיפות ניטרלית משתנה, עדשת מעבה וחור סיכה המוגדר במרחק של 75 מילימטרים מעדשת הקבל. השתמש במצמד סיבים 1 NA במצב יחיד ובסיב במצב יחיד כדי לשלוח את הקרן לשלב התרגום Z במערכת ההדמיה.

כוון את הקרן דרך עדשה כפולה אכרומטית המותקנת 50 מילימטרים מיציאת הסיבים. הסט את האלומה עם מראה אליפטית קינמטית, נשלטת, לעדשה כפולה אכרומטית שנייה בצינור עדשה. מקד את האלומה על מנסרה בזווית ישרה המופרדת על ידי שכבת שמן סיליקון ממנסרה מעוינת, הנושאת עדשה אקוסטית ומתמר קולי של 50 מגה-הרץ, היוצר את ראש הסריקה OR-PAM.

לפני תחילת יישור המערכת, מלאו את מיכלי האקריליק במים נטולי גז. לאחר מכן השתמש ב-3 צירים ממונע stage כדי להזיז את מכלול הסריקה מעל המיכל. הורד את המכלול עד שהעדשות האקוסטיות של שתי המערכות שקועות.

הפעל את הלייזר. חבר את מתמרי האולטרסאונד לשני מגברים בעלי רווח קבוע של 25 דציבלים. מקם את ראש הסריקה AR-PAM מעל חלון ההדמיה.

הנח שקופית זכוכית עטופה בסרט חשמלי שחור על ההדמיהtagה והרם את ה-stagכדי להביא את השקופית למגע עם חלון ההדמיה. כוונן את העדשה החרוטית עד שמשרעת האות הפוטו-אקוסטית שנוצרת מהשקופית תגיע למקסימום, מה שמצביע על כך שהעדשות האופטיות והאקוסטיות הן קונפוקליות. לאחר מכן עבור ידנית למערכת OR-PAM.

כוונן את העדשה הכפולה האכרומטית עד שהעדשות האופטיות והאקוסטיות יהיו קונפוקליות, כפי שמצוין על ידי מקסום משרעת האות הפוטו-אקוסטית מהשקף המכוסה בקלטת. כדי לקבוע את הרזולוציה הרוחבית של כל מערכת, הנח תחילה 1 מיליליטר של תמיסה מדוללת של ננו-חלקיקי זהב 100 ננומטר במים על פתק כיסוי. הנח את השקופית על ההדמיה stage.

והרם את הבמה עד שתמיסת הננו-חלקיקים תיצור קשר עם חלון ההדמיה. העבר את הלייזר ואת ראש הסריקה למערכת AR-PAM. הגדר את תוכנת המכשיר לסריקת AR-PAM ובצע סריקת רסטר יחידה.

חזור על תהליך זה עבור מערכת OR-PAM. לאחר מכן הסר את השקופית ונקה את חלון ההדמיה בעזרת ספוגית אלכוהול. התאם את פונקציות התפשטות הנקודות שנקבעו מהתמונות שנרכשו לעקומה גאוסית.

הרוחב המלא בחצי מקסימום הוא הרזולוציה הרוחבית עבור מערכת הסריקה המתאימה. לאחר מכן, כדי לקבוע את עומק ההדמיה המרבי ברקמה, הכנס תחילה לוחית מתכת חדה עטופה בסרט שחור לקטע קטן של רקמת עוף בזווית רדודה. הנח את הרקמה במיכל המים מתחת לראש הסורק.

השג תמונת סריקת B אחת עבור כל מערכת. מדוד את העומק מתחת לפני השטח של הרקמה שבו כבר לא ניתן להבחין בבירור בסרט השחור. לפני התמונה, ודא שחלון הדמיית הפוליאתילן ושלב ההדמיה של בעלי החיים שניהם נקיים.

לאחר מכן השיגו עכברה בת ארבעה שבועות במשקל 25 גרם להליך ההדמיה לאחר הרדמת העכבר. הסר שיער משטח האוזן בעזרת קרם אפילציה. מרחו משחה סטרילית על עיני העכבר כדי למנוע יובש ולחסום קרני לייזר מפוזרות.

הנח את העכבר על הדמיהtagה עם הצלחת למיקום האוזן אלי מצולמת. עקוב אחר מצבו הפיזיולוגי של העכבר באמצעות אוקסימטר דופק המוצמד לזנב או לרגל של העכבר. מרחו ג'ל אולטרסאונד על האוזן לצילום.

הרם לאט את שלב ההדמיה כדי להביא בעדינות את האוזן למגע עם חלון ההדמיה מפוליאתילן. רכוש סריקות רסטר AR-PAM ו-OR-PAM של אוזן העכבר, תוך ניטור המצב הפיזיולוגי של העכבר לאורך כל הדרך. אפשר לעכבר להתאושש באופן מלא לאחר ההדמיה.

מערכת כלי הדם של עכבר כאן צולמה in vivo עם מערכת AR-OR-PAM הניתנת להחלפה. כלי דם בעובי של יותר מ-45 מיקרומטר נראו בבירור בתמונת AR-PAM. נימים בודדים ברוחב של כחמישה מיקרומטר נפתרו באמצעות הדמיית OR-PAM.

למערכת המשולבת AR-OR-PAM יש רזולוציה רוחבית של כארבעה מיקרון. ובשלב מסוים, הדמיה של ארבעה מ"מ עבור ה-OR-PAM ורזולוציה רוחבית של כ-45 מיקרומטר והדמיה של 7.8 מ"מ עבור ה-AR-PAM. מערכת ה-AR-OR-PAM המשולבת הניתנת להחלפה מאפשרת הדמיה מבלי להעביר את הדגימה בין מערכות הדמיה שונות.

המערכת שפותחה יכולה לשמש להדמיה פרה-קלינית. יישומים פרה-קליניים עיקריים כוללים הדמיה של אנדרוגנזה, מיקרו-סביבות גידול, מיקרו-סירקולציות, תגובה לתרופות, תפקוד המוח, סמנים ביולוגיים ופעילויות גנים.