Name: ラット皮質脈管構造での洗浄・インおよび染料の洗浄を監視するためのパルスレーザーダイオードベースのデスクトップ光音響断層撮影 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-30T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 46 s
Description: 学ぶパルスレーザーダイオードベースのデスクトップ光音響断層撮影法。ラットの皮質脈管構造における動的変化を0.5秒の高速スキャンで可視化し、インドシアニングリーンの動態モニタリングを実現する。神経科学研究への応用が期待される。

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

この研究は、シンガポール保健省の国立医学研究評議会 (ユーザー/OFIRG/0005/2016: M4062012) によって支援されています。著者は、マシンショップのサポートのためのチョウワイ Hoong ボビー氏に感謝したいと思います。

全ての動物実験は、シンガポールの南洋理工大学の動物医療・ユース委員会 (動物プロトコル番号 ARF-SBS/NIE-A0331) が承認したガイドラインと規制に従って実施された。
1. システム記述
<ol><li>PLD レーザーを円形スキャナーにマウントし、PLD 出口窓の前に光ディフューザー (OD) を取り付けて出力ビームを均質にします (図 1aを見て)。PLD をレーザー・ドライバー・ユニット (LDU) に接続します。 注: PLD は、~ 816 nm の波長パルス、持続時間で ~ 107 ns のパルス、最大パルスエネルギーである ~ 3.4 mJ までの 2 KHz 繰り返しレートを生成します。LDU は、冷却器、12 V 電源、レーザーパワーを制御するための可変高圧電源、およびパルス繰り返し速度を変更する機能ジェネレータで構成されています。</li>
	<li>図 1bに示すように、各音響反射器の表面が走査領域の中心に向かって向くように、各 SUTR ホルダーに8個の SUTRs を1つずつ取り付けます。接続ケーブルの助けを借りて、各 SUTR ケーブルを低雑音信号アンプに接続します。 注: 超音波のトランスデューサーの中央頻度は5つの MHz であり、13の mm の直径の活動的な区域を備えている。2つのアンプはそれぞれ 24 dB のゲインを各チャンネルごとに直列に接続します。</li>
	<li>チラーの電源をオンにし、チラーのスイッチをオンにして、20° c ~ 25 ° c の温度を設定します。</li>
	<li>低電圧電源の電源をオンにし、現在のコントロールをゆっくりと回転させて、現在のリミットを0.3 に設定します。電圧を12v に設定します。電流が0.1 を超えないことを確認します。</li>
	<li>高圧電源装置の電源をオンにします。「プリセット」ボタンを押して、電流を 1 A、電圧を 0 V に設定します。「出力」ボタンを有効にします: 0 V/0 A。</li>
	<li>ファンクションジェネレータの電源をオンにします。この繰り返し速度でレーザーパルスを生成するには、「リコール」ボタンを押して 2 KHz の設定を選択します。</li>
	<li>図 1aに示すように、スキャナー内部にアクリルタンクを置き、SUTRs の検出面が水の中に完全に浸漬されるように水槽を水で満たしてください。</li>
	<li>すべての SUTRs 検出サーフェスが水媒体の内側にあることを確認します。低雑音信号増幅器の電源をオンにします。</li>
</ol>2. ラット脳イメージングのための動物の調製
注: 健康な雌ラット (材料のテーブルを参照) は、小動物の皮質脈管構造を画像化するための上記のデスクトップ PLD-PAT システムを実証するために使用されました。
<ol><li>頭と体の動きを逮捕することによって、その背中に動物を保持します。麻酔は、2ミリミンの2ml の混合物 (100 mg/mL)、キシラジンの 2ml (20mg/mL)、および 1 mL の生理食塩水 (0.2 mL/100g の投与量) の腹腔内注射によって動物を接種する。 注: 注射の後、動物のつま先は、そのような脚や体の動き、発声、または呼吸の著しい増加などの正の反射をテストするために挟まれています。このような反射作用の欠如は、動物の成功した anesthetization を確認する。</li>
	<li>麻酔とレーザー照明による乾燥を防ぐために、非常に慎重に、人工涙液軟膏をラットの目に適用します。作業台の上にうつ伏せの位置に動物を配置し、毛トリマーを使用して動物の頭皮に毛皮を削除し、優しく剃毛領域に脱毛クリームを適用し、完全に毛皮を削除します。<ol>
<li>4〜5分後、綿棒を使用して適用されたクリームを取り除きます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ラボジャックの呼吸マスク (資料の表を参照) が装備されたカスタムメイドの動物ホルダー (材料のテーブルを参照) をマウントします。</li>
	<li>頭がホルダーの水平プラットフォーム上に置かれるように、ホルダーの上にうつ伏せの位置に動物を置きます。動物をホルダーに固定するために、外科用テープを使用してください。</li>
	<li>呼吸マスクがラットの鼻と口を覆い、麻酔の混合物を送達することを確認してください。呼吸のマスクはイメージ投射窓に適するためにカスタマイズされる。市販のノーズコーンの 10% が切断され、次に手袋の一部に接続される。</li>
	<li>それをオンにする前に、麻酔装置に呼吸マスクを接続します。</li>
	<li>麻酔機械のスイッチを入れ、動物の呼吸マスクに 0.75% イソフルランの酸素の 1.0 L/min を含んでいる麻酔の混合物を提供するためにそれを置くために設定しなさい。<ol>
<li>パルス濃度計を動物の後肢の1つに固定し、その生理的状態を監視する。</li>
	</ol>
</li>
	<li>綿の先端アプリケータを使用して、ラットの頭皮に無色の超音波ゲルの層を適用します。ラボジャックの位置をスキャナーの中央に合わせ、ラボジャックの高さを手動で調整して、イメージングプレーンがアコースティックリフレクタの中心になるようにします。</li>
</ol>3. ラット脳における ICG の取込みとクリアランス過程の動的 in vivo イメージング
<ol><li>360°集録スキャンのデータ集録ソフトウェア (材料表を参照) のパラメータを設定します。</li>
	<li>ファンクションジェネレータの出力を有効にして PLD レーザー放射をオンにします (レーザー放射が開始されます)。その後、可変高電圧電源の電圧を、パルスエネルギーあたり最大の 120 V にゆっくりと増加させます。</li>
	<li>データ集録ソフトウェア (資料表を参照) を実行して、4秒間のスキャン時間にわたって8つの SUTRs すべてを360°で回転させます。 注: たとえば、SUTRs が4s 用に回転された場合、PLD は 8000 (= 4 x 2000) パルスを送信し、各 SUTR は 8000 A 線を収集します。これらの 8000 A 線は、20個以上の信号を平均することで400に減少します (A 線平均 = 8000/20 = 400)。遅延・サム・バック・プロジェクション・アルゴリズムに基づく再構築プログラムは、各 SUTR のスキャン半径を調べるために使用されます。</li>
	<li>ファンクションジェネレータの出力を無効にして、レーザー放射をオフにします。</li>
	<li>データ処理ソフトウェアの再構築アルゴリズムを使用して (資料の表を参照)、バック・プロジェクション・アルゴリズムを使用して、試行錯誤によってすべての8つの SUTRs の走査半径を調べます。</li>
	<li>0.5 s スキャン時間にわたって45°の集録を行うには、データ集録ソフトウェア (材料の表を参照) のパラメータを設定します。 注: たとえば、SUTRs が 0.5 s のために回転する場合、PLD は 1000 (= 0.5 x 2000) パルスを提供し、各 SUTR は 1000 A ラインを収集します。これらの 1000 A 線は、20個以上の信号を平均することで400に減少します (A 線平均 = 1000/20 = 50)。</li>
	<li>ファンクションジェネレーターの出力を有効にしてレーザー発光をオンにします。</li>
	<li>データ集録ソフトウェア (材料表参照) プログラムを実行して、45°の8つの SUTRs をすべて回転させ、ICG を投与する前に初期制御データを取得します。</li>
	<li>ファンクションジェネレータの出力を無効にして、レーザー放射をオフにします。</li>
	<li>動物の尾静脈を特定し、0.3 mL の ICG (材料表参照) (323 μ m) をラットの尾静脈に注入します。</li>
</ol>4.
注: 1.25 ICG 粉末の mg をマイクロ計量機を用いて秤量し、5ml の蒸留水と混合し、ICG 溶液に対して323μ m の濃度を得た。
<ol><li>ファンクションジェネレーターの出力を有効にしてレーザー発光をオンにします。</li>
	<li>データ集録ソフトウェア (材料表参照) プログラムを実行して、0.5 秒間のスキャン時間を45°回転で a 線を取得します。</li>
</ol>5.
注: 0.5 s スキャン時間の間に取得された A 線は、1つの断面イメージを生成するために使用します。各スキャンの間には、約 0.4 ~ 0.6 秒の時間差があります。
<ol><li>データ取得が終わったら、データ処理ソフトウェア (資料の表を参照) でバックプロジェクションアルゴリズムを使用して、保存された A ラインから断面の脳画像を再構築します。</li>
	<li>レーザーをオフにして、麻酔マシンをオフにし、ラボジャックを下げて、ステージから動物を削除します。動物をケージに戻し、意識を取り戻すまでモニターしてください。</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59764/59764fig1.jpg"> 図 1: デスクトップ PLD-PAT システムの概略。(A) デスクトップ PLD-PAT の概略を設定します。PLD: パルスレーザーダイオード、OD: 光ディフューザー、SUTR: 音響リフレクタベースの単一要素超音波トランスデューサ、AM: 麻酔機、CSP: 円形スキャニングプレート、SM: ステッピングモータ、LDU: レーザー駆動部、アンプ: アンプ、DAQ: データ集録カード。(B) 走査中心を中心とした 8 SUTRs の円形配置。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59764/59764fig1large.jpg" target="_blank">この図の大規模なバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</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>

著者は、開示するために、関連する金銭的利害や潜在的な対立の利害関係を持っていません。

本研究では、ICG のような造影剤の生体内脳イメージングや動的な高速取り込み・クリアランスプロセスについて、ラットのような小動物の実験を行うためのデスクトップ PLD-PAT システムを使用するためのプロトコルを提示する。かさばる、高価な OPO システムは、インビボ画像の単一の断面を取得するために数分 (2-5 分) かかります。密集した、低価格の、第1世代の携帯用 PLD-PAT システムは5つの s のインビボイメージの単一の横断面を提供する。これに対して、高速、コンパクト、低コストのデスクトップ PLD-PAT システムは、インビボ画像の高品質2D 断面をわずか 0.5 s26でレンダリングします。ここでは、同一のデスクトップ PLD-PAT システムが、高速インビボ動的脳イメージングのために実証された。このシステムを使用して、急速に変化する生理的現象の連続的なモニタリングは、ICG の取り込みおよびクリアランスプロセスによる PA 信号の立ち上がりと下降のために小動物の内部で行われます。しかし、PLDs には単波長生成などの制限があり、機能的イメージングを禁止しています。また、機...

光音響計算断層撮影法 (協定/PAT) は、高 ultrasond 解像度1、2、3、4と豊富な光学的コントラストを組み合わせた有望な非侵襲的生体イメージングモダリティです。5.ナノ秒パルスレーザーが生体組織内に存在する光吸収発色団にエネルギーを堆積させると、局所的な温度が上昇して組織の thermoelastic の拡大と収縮をもたらし、結果として発生する圧力波これらの圧力波は、超音波または光音響 (PA) 波として知られており、サンプルの周りの超音波トランスデューサによって検出することができる。検出された pa 信号は、断面 pa 画像を生成するために、6、7、8、9の様々な再構成アルゴリズムを使用して再構築される。PA イメージングは、体10の中に存在する内因性発色団の波長依存性に起因する巨視的な器官からの微細なオルガネラに構造的および機能的情報を提供する。PAT イメージングが正常に使用された乳がん検出1、センチネルリンパ節イメージング11、オキシヘモグロビン (HbO2)、deoxyhemoglobin (HbR)、総ヘモグロビン濃度 (HbT)、酸素飽和度 (2)12,図13は、腫瘍の血管新生14、動物全体の全身イメージング15、および他の用途である。
Nd: YAG/OPO レーザは、小型動物イメージングおよび深部組織画像化16のための光音響コミュニティで広く使用されている第一世代の PAT システムに対する従来の励起源である。これらのレーザーは ~ 10-100 Hz の低い繰り返し率で ~ 100 mJ エネルギーパルスを提供します。これらの高価でかさばるレーザーを使用した PAT イメージングシステムは、パルス反復速度が限られているため、単元素超音波トランスデューサ (SUTs) による高速イメージングには適していません。これは、動物の内部で高速で発生する生理的変化のリアルタイムモニタリングを阻害する。リニア、半円形、円形、容積型アレイなどのアレイ・ベースのトランスデューサを Nd: YAG レーザー励起で使用することで、高速イメージングが可能です。しかし、これらの配列トランスデューサは高価であり、SUTs に比べて低い感度を提供します。しかし、撮像速度は、レーザの低い繰り返し速度によって制限される。カスタマイズされたフルリングの配列のトランスデューサーが付いている最先端の単一インパルスの協定システムは50の Hz フレーム率17で PA データを得る。これらのアレイトランスデューサは、複雑なバックエンドの受信電子機器および信号増幅器を必要とするため、システム全体のコストが高くなり、臨床使用が困難になります。
小型、低コスト、高パルス繰り返し率 (KHz の次数) により、パルスレーザダイオード (PLDs) がよりリアルタイムイメージングにより有望になります。これらの利点のために、PLDs は第二世代 PAT システムの代替励起源として積極的に使用されています。PLD に基づいた PAT システムは、アレイトランスデューサ18を用いた高フレームレートイメージングに対して正常に実証されており、深部組織および脳イメージング19、20、21、心血管疾患診断22、リウマチ診断23.SUTs は、アレイトランスデューサと比較して高感度で安価であるため、PAT イメージングにも広く使用されています。繊維ベース PLD システムは、ファントムイメージング24のために実証されている。携帯用 PLD-PAT システムは PAT スキャナ25の中の PLD を取付けることによって前に証明された。1 SUT 環状走査器を用いて、3 s の走査時間の間にファントム画像化を行い、そしてインビボでラット脳画像化を、この PLD − PAT システム19を用いて 5 s 期間中に行った。
さらに、この PLD-PAT システムを改良して、8つの音響リフレクタベースの単一要素超音波トランスデューサ (SUTRs)26,27を使用して、よりコンパクトにしてデスクトップモデルを作成しました。ここで、SUTs は、90°音響反射器28の補助を用いて水平方向の代わりに垂直に配置した。このシステムはティッシュのイメージ投射およびインビボの小さい動物の頭脳のイメージ投射の 0.5 s そして〜 3 cm までのスキャンの時間のために使用することができる。この作品では、このデスクトップ PLD-PAT システムは、小動物におけるインビボ脳イメージングのための実験の視覚的なデモンストレーションを提供し、食品医薬品局 (FDA) の取り込みおよびクリアランスプロセスの動的な可視化のために使用されています-承認インドシアニン緑 (ICG) ラットの脳内染料。

<table><tbody><tr><td>12 V電源</td><td>Voltcraft</td><td>PPS-11810</td><td>PLDの作動電圧を供給するには</td></tr><tr><td>音響リフレクター</td><td>オリンパス</td><td>F102</td><td>45度リフレクター 超音波トランスデューサーに増強</td></tr><tr><td>アクリル水タンク</td><td>NTUワークショップ</td><td>カスタムメイド</td><td>動物の脳と検出器との間の音響結合媒体として機能する水を保持するために使用されます</td></tr><tr><td>麻酔器</td><td>Medical plus pte ltd</td><td>酸素濃縮器付き非再呼吸麻酔器。</td><td>動物に酸素とイソフルランを供給します</td></tr><tr><td>動物販売業者</td><td>In Vivos Pte Ltd、シンガポール</td><td></td><td>研究目的で小動物を供給する動物販売業者</td></tr><tr><td>アニマルホルダー</td><td>NTUワークショップ</td><td>カスタムメイド</td><td>腹部に動物を保持するために使用</td></tr><tr><td>呼吸マスク</td><td>NTUワークショップ</td><td>カスタムメイド</td><td>動物ホルダーと一緒に使用して、動物に麻酔混合物を供給するために</td></tr>使用 <tr><td>サーキュラー</td><td>スキャナーNTUワークショップ</td><td>カスタムメイド</td><td>のスキャナーは、アルミニウム</td></tr><tr><td>製DAQ(データ収集)カード</td><td>Spectrum</td><td>M2i.4932-exp</td><td>16ビット、30 MS / 秒、8チャンネル、1 Gs、PCIe</td></tr><tr><td>データ取得ソフトウェア</td><td>National Instruments Corporation、Austin、TX、USA)</td><td>NI LabVIEW 2015 SP1(32ビット)</td><td>ステッピングモーターを制御し、検出器からPAシングルを取得するために当研究室で開発されたLabVIEWベースのプログラムデータ処理</td></tr><tr><td>ソフトウェア</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>Matlab R2015b</td><td>当研究室で開発された断面PA画像の再構成のためのMatlabコード</td></tr><tr><td>ファンクションジェネレータ</td><td>RIGOL</td><td>DG1022</td><td>PLDの繰り返し率を変更します。DAQをレーザー励起と同期するためのTTL信号を提供します。</td></tr><tr><td>低ノイズ信号増幅器</td><td>Genetron</td><td>Mini-circuitsを使用したカスタムメイド、ZFL-500LN-BNC</td><td>を受信し、SUTRからのPA信号を増幅します。ゲインは24dBです。</td></tr><tr><td>光学ディフュー</td><td>ザーThorlabs</td><td>DG-120</td><td>レーザービームを均質にするために使用される</td></tr><tr><td>パルスレーザーダイオード</td><td>Quantel、フランス</td><td>QD-Q1924-ILO-WATER</td><td>それは816nmの波長、パルスエネルギーあたり3.4mJ、107nsのパルス幅、2KHzの最大パルス反復率、寸法の仕様を持つ励起レーザー光源です。</td></tr><tr><td></td><td> シンガポール</td><td>NTac:SD、Sprague Dawley / SD</td><td>女性、体重100&plusmn;10g、ラットの系統:Sprague Dawley、年齢:4-5週間</td></tr>ギアボックス<tr><td>付きステッピング</td><td>モーターLINエンジニアリング(サーボダイナミクス)</td><td>モーター:CO-5718L-01P-RO、ギアボックス:DPL64 / 1;電源 PW-100-24</td><td>検出器ホルダーを円形に動かします。トルク:2.08N-m、ローター慣性:2.6kg-cm2</td></tr><tr><td>超音波ゲル</td><td>プログレス/パーカーアクアソニックゲル</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>クリア超音波ゲル</td></tr><tr><td>超音波トランスデューサ</td><td>オリンパス</td><td>V309-SU/U8423013</td><td>光音響検出に使用される超音波センサー。中央周波数5MHz、0.5インチ</td></tr><tr><td>可変高電圧電源</td><td>Elektro-Automatik</td><td>EA-PS 8160-04 T</td><td>レーザー出力電力を変更するには</td></tr></tbody></table>

ラット皮質脈管構造での洗浄・インおよび染料の洗浄を監視するためのパルスレーザーダイオードベースのデスクトップ光音響断層撮影

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

光音響 (PA) 断層撮影 (PAT) 画像化は、様々な前臨床および臨床的適用において有用な新生生物医学的画像化モダリティである。カスタムメイドの円形リングアレイベースのトランスデューサと従来のかさばる Nd: YAG/OPO レーザーは、診療所への PAT システムの翻訳を阻害します。超小型パルスレーザダイオード (PLDs) は、現在、PA イメージングのための近赤外励起の代替源として使用されています。高速度動的 in vivo イメージングは、コンパクト PLD ベースのデスクトップ PAT システム (PLD-PAT) を使用して実証されています。デスクトップ PLD-PAT システムを使用して視覚化された実験的なプロトコルは動的な in vivo 脳イメージ投射のためのこの仕事で提供される。プロトコルは、デスクトップ PLD-PAT システム構成、脳血管イメージングのための動物の調製、およびラット皮質脈管構造におけるインドシアニングリーン (ICG) 染料取り込みおよびクリアランスプロセスの動的な可視化のための手順を説明する。

ダイナミックな in vivo 脳イメージングのために説明されたデスクトップ PLD-PAT システムの可能性は、対応する結果とこのプロトコルで展示しています。デスクトップ PLD-PAT システムの高速画像化能力は、健康な雌ラットのインビボ脳画像化を行うことによって実証された。PA 信号は、それぞれ 4 s と 0.5 s のスキャン速度でラット脳の周りの360°と45°で回転する 8 SUTRs を使用して収集されました。図 2a, Bは、それぞれ 4 s および 0.5 s の走査速度で雌ラット (98 g) の脳画像を示す。矢状洞 (SS) および横洞 (TS) は両方の画像ではっきりと見える。図 2c、脳領域上の頭皮を除去する前と後のラット脳の写真をそれぞれ表示します。PAT イメージングは、無傷の皮膚および頭蓋骨で非侵襲的に行われました。
<p class="jove_content" fo:keep-together.wit...

密集した脈打ったレーザーのダイオード・ベースの卓上の光音響の断層撮影 (PLD-PAT) システムは小さい動物の皮質の脈管構造の高速動的のインビボのイメージ投射のために証明される。

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

光音響断層撮影(PAT)は、小さな動物の脳の動的変化を監視するための光学画像と超音波画像の両方を組み合わせたイメージングハイブリッド生物医学的イメージングモダリティです。これは、イメージング速度を半秒の短いコスト効率の高い、ポータブル高速イメージングシステムです。サンディープとの手順を実証するには、博士課程の学生であるPraveen、研究員のポール博士、研究アシスタントのローニーです。各音響反射器の表面がスキャン領域の中心に向かって向くように、すべての単一要素超音波トランスデューサを各トランスデューサホルダーに一度に1つずつ取り付けることから始めます。各トランスデューサケーブルを低ノイズ信号増幅器に接続するには、接続ケーブルを使用します。冷却装置の電源をオンにし、冷却スイッチをオンにして温度を20~25°Cに設定します。低電圧電源をオンにして、電流制御を0.3アンペアにゆっくりと回します。電圧を12ボルトに設定し、電流が0.1アンペアを超えていないことを確認します。高電圧電源をオンにし、プリセットボタンを押して電流を1アンペア、電圧をゼロボルトに設定します。出力ボタンを有効にし、ファンクション ジェネレータの電源をオンにします。リコールボタンを押し、2キロヘルツ構成を選択して、この繰り返し速度でレーザーパルスを生成します。スキャナーの中にアクリルタンクを置き、トランスデューサの検出面が完全に浸るまでタンクに水を充填します。次に、低ノイズ信号増幅器の電源をオンにします。麻酔ラットをワークベンチの起こりやすい位置に置きます。つま先ピンチへの応答の欠如を確認した後、頭皮の毛皮を取り除くためにヘアトリマーを使用してください。脱毛クリームを軽く塗布し、綿棒を使用して露出した皮膚から毛皮を完全に取り除き、4〜5分後にクリームを取り除きます。動物の目に軟膏を塗布し、ラボジャックに呼吸マスクを装備したカスタムメイドの動物ホルダーを取り付けます。ヘッドをホルダーの水平プラットフォーム上に置いた後、ホルダーの上にラットを置く傾向があります。外科テープを使用して、動物をホルダーに固定します。パルスオキシメーターを1つの後肢にクランプして、生理学的状態を監視します。頭皮に無色の超音波ゲルの層を適用するために綿先端アプリケーターを使用してください。次に、ラボのジャック位置をスキャナーの中央に調整します。撮像面が音響反射器の中心になるように、ジャックの高さを手動で調整します。360度取得スキャン用のデータ取得ソフトウェアのパラメータを設定した後、関数発生器の出力をパルスレーザーダイオードレーザー発光にします。可変高電圧電源の電圧を120ボルトまでゆっくりと上げ、パルスエネルギーあたりの最大電力を供給します。データ収集ソフトウェアプログラムを実行して、8個のトランスデューサを4秒間のスキャン時間で360度回転させます。機能発生器の出力を無効にして、レーザー放出をオフにします。データ処理ソフトウェアの再構成アルゴリズムを用いて、バックプロジェクションアルゴリズムを用いて、試行錯誤により8個のトランスデューサの走査半径を決定する。0.5 秒のスキャン時間で 45 度の取得用のデータ収集ソフトウェアのパラメータを設定します。ファンクション ジェネレータの出力を有効にして、レーザー放出をオンにします。データ収集ソフトウェアプログラムを実行して、8個のトランスデューサを45度回転させて初期制御データを取得します。機能発生器の出力を無効にして、レーザー放出をオフにします。次に、0.3ミリリットルのインドシアニングリーンをラットの尾静脈に注入する。ファンクション ジェネレータの出力を有効にして、レーザー放出をオンにします。その後、データ取得ソフトウェアを実行して、45度回転で0.5秒のスキャン時間でAラインを取得します。取得の最後に、バックプロジェクション アルゴリズムを使用して、保存された A ラインから断面脳画像を再構築します。ここでは、98グラムの雌ラットからの脳画像が、4及び0.5秒のスキャン速度で収集された、示されている。矢状の大腸および転移の大腸は両方のイメージではっきりと見える。写真は、頭皮を取り除く前後のラット脳の同じ領域を示しています。光音響断層撮影は、皮膚と頭蓋骨をそのままにして、同じ可視化を非侵襲的に達成することができる。このプロットでは、時間の経過とともに860ナノメートルの波長でのインドシアニングリーンによる光吸収の増加とその後の減少による矢状狭頭部の平均光音響信号の増加が観察され得る。ICG染料を動物の尾静脈に注入する際は、必ず細心の注意を払ってください。この低コストデスクトップ光音響断層撮影システムは、0.5秒スキャン速度で高い特別な解像度を持つ小さな動物の脳脈管の動的イメージングに使用することができます。この画像化システムの他のアプリケーションは、脳腫瘍イメージング、小動物および他の治療用途における異なる臓器のイメージングを含む。

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

皮質血流のダイナミクスは、2光子顕微鏡による齧歯類の尾静脈に注射イメージング蛍光デキストランの色素によってin...

頭蓋窓を介して新皮質の血流の2光子イメージングのための方法

光学分解能光音響顕微鏡（OR -...

三次元光学分解能光音響顕微鏡

出典: Kalva, S. K., et al., Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature.J. Vis. Exp.

皮質血管内の色素運動の光音響モニタリング

出典:Upputuri, P. K., et al.In vivo小動物の脳イメージングのための高性能小型光音響断層撮影システム。J. Vis. Exp. (2017)このビデオでは、光音響断層撮影法を用いたin...

光音響断層撮影法によるラット脳のin vivoイメージング

光音響膀胱造影（PAC）は、任意の電離放射線や有毒な造影剤を使用せずに膀胱、小児患者における放射線感受性の臓器を、マップする大きな可能性を秘めている。ここでは、ラットの光不透明なトレーサーの注射で膀胱をマッピングするためにPACを使用する方法を示す...

光音響膀胱造影

ここでは、3次元の機能的および分子的なイメージングのための新しく開発されたハンドヘルド光音響(光音響)システムを用いたイメージングのための実験プロトコルの詳細な説明を提供します。実証された強力な性能と汎用性は、前臨床研究および臨床診療における光音響技術の新たな応用分野を定義する可能性があります。...

ディープティシュ人間血管造影および機能前臨床研究のためのユニバーサルハンドヘルド三次元光音響イメージングプローブリアルタイムで

本研究は、ラットの脳に対して非侵襲的な高周波超音波および光音響ベースのイメージングを行うための新しいプロトコルを説明しています。これにより、動物の頭蓋骨に自然に存在する頭蓋骨孔に信号を向けることにより、深部皮質下領域とその血管パターンを効率的に視覚化します。...

非侵襲的実質細胞、血管および代謝高周波超音波および光音響ラット脳深部イメージング

ここでは、インビボで同じ試料上の浅い深度での高分解能画像化と低分解能深部組織画像化の両方が可能な切り替え可能な音響分解能（AR）および光学分解能（OR）光音響顕微鏡法（AR-OR-PAM）...

切り替え可能な音響光学分解能光音響顕微鏡<em&gt;インビボ</em&gt;小動物の血管系イメージング

小型動物での高速インビボ脳イメージングのためのコンパクトパルスレーザダイオード光音響トモグラフィ（PLD-PAT）システムが実証されています。...

高性能小型光音響トモグラフィーシステム<em&gt;インビボ</em&gt;小動物脳イメージング

広視野イメージングとリアルタイムイメージングを統合したデュアルラスタースキャン光音響イメージャーが設計されました。...

血管可視化のための二重ラスター走査光音響小動物イメージャー

学ぶパルスレーザーダイオードベースのデスクトップ光音響断層撮影法。ラットの皮質脈管構造における動的変化を0.5秒の高速スキャンで可視化し、インドシアニングリーンの動態モニタリングを実現する。神経科学研究への応用が期待される。

ラット皮質脈管構造での洗浄・インおよび染料の洗浄を監視するためのパルスレーザーダイオードベースのデスクトップ光音響断層撮影

さらに動画を探す