È stato dimostrato un sistema compatto di tomografia fotoacoustica (PLD-PAT) basato su diodi laser a pulsazione per immagini ad alta velocità in cervello in vivo in piccoli animali.
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Articolo metodologico
Un sistema compatto di Tomografia Photoacoustico ad alte prestazioni per
In questo articolo
Sommario
Abstract
L' imaging in animale in vivo ha un ruolo importante da svolgere negli studi preclinici. La tomografia fotoacoustica (PAT) è una modalità di imaging ibrida emergente che presenta un grande potenziale sia per applicazioni precliniche che cliniche. I sistemi PAT (OPO-PAT) basati su oscillatori ottici convenzionali sono ingombranti e costosi e non possono fornire immagini ad alta velocità. Recentemente, i diodi pulsati (PLD) sono stati dimostrati con successo come sorgente di eccitazione alternativa per PAT. Il diodo a pulsazione laser PAT (PLD-PAT) è stato dimostrato con successo per l'imaging ad alta velocità su fantasmi fotoacustici e tessuti biologici. Questo lavoro fornisce un protocollo sperimentale visualizzato per l'imaging cerebrale in vivo usando PLD-PAT. Il protocollo comprende la configurazione compatta del sistema PLD-PAT e la sua descrizione, la preparazione degli animali per l'imaging del cervello e una tipica procedura sperimentale per l'imaging cerebrale a sezione trasversale 2D. Il sistema PLD-PAT è compatto e cost-efIn grado di fornire immagini ad alta velocità e di alta qualità. Le immagini del cervello raccolte in vivo a diverse velocità di scansione sono presentate.
Introduzione
La tomografia fotoacustica (PAT) è una modalità di imaging ibrida che ha molte applicazioni in studi clinici e preclinici 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . In PAT, gli impulsi laser nanosecondi irradiano il tessuto biologico. L'assorbimento della luce incidente dai cromofori tessuti porta ad un aumento locale della temperatura, che produce quindi onde di pressione emesse sotto forma di onde sonore. Un rilevatore ad ultrasuoni raccoglie i segnali fotoacustici in varie posizioni attorno al campione. I segnali fo....
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Protocollo
Tutti gli esperimenti su animali sono stati eseguiti secondo le linee guida ei regolamenti approvati dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali della Nanyang Technological University di Singapore (numero di protocollo animale ARF-SBS / NIE-A0263).
1. Descrizione del sistema
- Montare il PLD all'interno dello scanner circolare, come mostrato nella Figura 1a . Collegare il PLD all'unità laser driver (LDU).
NOTA: Il PLD fornisce impulsi ~ 136 ns ad una lunghezza d'onda di ~ 803 nm, con un'energia di impulso massima di ~ 1,42 mJ e una velocità di ripetizione f....
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Risultati
I risultati in vivo di immagini cerebrali che dimostrano le capacità del sistema PLD-PAT descritto sono mostrate in questa sezione. Per dimostrare le capacità di imaging ad alta velocità del sistema PLD-PAT, è stata eseguita l'imaging cerebrale in vivo di due diversi ratti sani. La Figura 2 mostra le immagini del cervello di un ratto femminile (93 g) a diverse velocità di scansione. Figura 2a e b mostrano l.......
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Discussione
Questo lavoro presenta un protocollo per eseguire un'immagine cerebrale in vivo su ratti utilizzando un sistema PLD-PAT. Il protocollo include una descrizione dettagliata del sistema di imaging e del suo allineamento, nonché un'illustrazione dell'immagine cerebrale sui ratti. I sistemi PAT esistenti basati su OPO sono costosi e ingombranti e possono fornire un'immagine trasversale in 5-10 min. Il sistema PLD-PAT è compatto, portatile e a basso costo e può fornire immagini di buona qualità in 3 s.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno alcun interesse finanziario rilevante nel manoscritto e nessun altro potenziale conflitto di interessi da divulgare.
Ringraziamenti
La ricerca è sostenuta dalla borsa di Tier 2 finanziata dal Ministero dell'Istruzione di Singapore (ARC2 / 15: M4020238) e dal Consiglio Nazionale di Ricerca Medica del Ministero della Salute di Singapore (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012). Gli autori vorrebbero ringraziare il signor Chow Wai Hoong Bobby per l'aiuto della macchina.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Diodo laser pulsato | Quantel, Francia | QD-Q1910-SA-TEC | È la sorgente laser di eccitazione con specifiche 803 nm, 1,4 mJ per impulso, impulso 136 ns, 7 kHz massimo, dimensioni: 11,0 x 6,0 x 3,6 cm, peso: ~150 gm |
| Motore passo-passo con riduttore | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Motore: CO-5718-01P, riduttore: DPL64/1, I = 10 per NEMA 23; alimentatore PW100-48 | Per spostare il supporto del rivelatore in una geometria circolare. Coppia: 2,08 N-m, Inerzia del rotore: 2,6 kg-cm2 |
| Pulsatore/ricevitore ad ultrasuoni | Olympus | 5072PR | Per ricevere, filtrare e amplificare il segnale PA da UST. La sua larghezza di banda è di 35 MHz e il guadagno è ± 59 dB. |
| Trasduttore ad ultrasuoni | Olympus | V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069 | Sensori ad ultrasuoni utilizzati per il rilevamento fotoacustico. Frequenza centrale 2,25 MHz, 0,5 pollici, messa a fuoco cilindrica |
| Scheda PCIe DAQ (acquisizione dati) | GaGe | CSE4227/ A6000610/B0E00610 | 12 bit, 100 Ms/s, 2 canali, 1 Gs di memoria integrata, interfaccia PCIe x16 |
| Rats | In Vivos Pte Ltd, Singapore | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Femmina, peso 100 & |
| Serbatoio dell'acqua in acrilico da 10 g | Officina NTU | Su misura | Contiene l'acqua che funge da mezzo di accoppiamento acustico tra il cervello e il rivelatore |
| Scanner circolare | su misura | dell'officina NTU | è realizzato in alluminio |
| Macchina per anestesia | medical plus pte ltd | Macchina per anestesia non rerespirante con concentratore di ossigeno. | Fornisce ossigeno e isoflurano agli animali |
| Pulsossimetro portatile | Medtronic | PM10N con sensore veterinario | Monitora la pulsossimetria dell'animale |
| Gel per ultrasuoni | Progress/parker acquasonic | gel PA-GEL-CLEA-5000 | Gel per ultrasuoni trasparente |
| l'acquisizione dei dati | National Instruments Corporation,Austin,TX,USA) | NI LabVIEW 2015 SP1 | Il programma basato su LabVIEW è stato sviluppato nel nostro laboratorio per il controllo del motore passo-passo e l'acquisizione dei segnali PA dal rivelatore |
| Software di elaborazione dati | Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA) | Matlab R2012b | Il codice Matlab per la ricostruzione di immagini PA è stato sviluppato nel nostro laboratorio |
| Regolatore di temperatura | LaridTech, MO, USA | MTTC1410 | Controllerà costantemente la temperatura del PLD |
| Alimentazione a 12 V | Voltcraft | PPS-11810 | Per fornire tensione di esercizio per l'alimentatore variabile PLD |
| BASETech | BT-153 | Per modificare la potenza di uscita del laser | |
| Generatore di funzioni | Funktionsgenerator | FG250D | Per modificare la velocità di ripetizione del PLD. Fornirà un segnale TTL per sincronizzare il DAQ con l'eccitazione laser. |
| Distributore di animali | In Vivos Pte Ltd, distributore | di animali di Singapore che fornisce piccoli animali a scopo di ricerca. | |
| Portaanimali | Officina NTU | Su misura | Utilizzato per tenere l'animale sull'addome |
| Maschera respiratoria | Officina NTU | Su misura | Utilizzato insieme al supporto per animali per fornire una miscela di anestesia all'animale |
| Pentobarbital sodico | Valabarb | Utilizzato per l'eutanasia dell'animale dopo l'esperienza. | |
| Diffusore ottico | Thorlabs | DG10-1500 | Utilizzato per rendere omogeneo il raggio laser |
Riferimenti
- 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., ....
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Ristampe e permessi
