Name: 혈관 시각화를 위한 이중 래스터 스캐닝 광음향 소형 동물 이미지 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-07-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 14 s
Description: 학습하세요 이중 래스터 스캐닝 광음향 이미징을 이용한 소형 동물 혈관 시각화 방법을. 실시간 생체 조직 영상화가 가능하여 생물의학 연구에 활용됩니다.

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저자는 중국 국립 자연과학 재단(61822505; 11774101; 61627827; 81630046), 중국 광동성 과학 기술 기획 프로젝트(2015B02020233016), 광저우 의 과학기술 프로그램(20101년)의 재정 지원을 인정하고자 합니다.

모든 동물 실험은 중국 광저우 주 사우스 차이나 사범 대학의 기관 동물 관리 및 사용 위원회가 제공하는 지침에 따라 수행되었습니다.
1. 시스템 설정
<ol><li>광학 경로(도 1)<ol>
<li>시스템 레이저 소스로 532 nm 펄스 레이저를 사용합니다. 레이저의 반복 속도를 10kHz로 설정하고, 출력 에너지는 100%로 설정하고, 트리거 설정을 사용자 정의 프로그램을 사용하여 외부 트리거로 설정합니다.</li>
		<li>광섬유 커플러(FC1)를 통해 레이저 빔을 단일 모드 섬유(SMF)에 결합합니다. 2차원 동력 단계(모터, 최대 속도: 20mm/s)에서 광섬유 콜리메이터(FC2)를 사용하여 레이저 빔을 콜리메이트합니다.</li>
		<li>2축 갈바노미터 스캐너(갈바)를 사용하여 레이저 빔을 편향시하십시오. 이동 가능한 미러(M1)를 사용하여 빔을 반사합니다. 4× 목표 렌즈를 통해 빔에 초점을 맞춥니다(OL, 숫자 조리개: 0.1).</li>
		<li>XY 번역기 마운트(TM)를 사용하여 자체 제작 중공 초음파 트랜스듀서(UT, 중앙 주파수: 25MHz)를 수정합니다. 대역폭: 90% 이상; 중앙 구멍 : OL12의하단에 3mm) . 초음파 트랜스듀서의 중앙 구멍을 통해 집중 빔을 전달합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>경로 스캔<ol>
<li>WIM 동안 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA 2)를 사용하여 Galva를 잠급니다. 사용자 정의 프로그램을 통해 적절한 검색 범위 및 스캔 속도를 설정합니다.</li>
		<li>RIM 동안 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA 1)를 사용하여 모터를 잠급니다. FPGA 2를 사용하여 스캔 빈도 및 스캔 포인트 수를 설정합니다. 사용자 정의 프로그램을 사용하여 시작 및 스캔 중지를 제어합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>데이터 수집<ol>
<li>50dB 증폭기(AMP)를 사용하여 PA 신호를 증폭시합니다. DAQ(데이터 수집 카드)로 신호를 디지털화합니다. FPGA 1 또는 FPGA 2를 통해 트리거 신호를 가져옵니다.</li>
		<li>그래픽 처리 장치(GPU)를 사용하여 데이터를 처리하고 이미지를병렬로 표시합니다(13)</li>
	</ol>
</li>
	<li>CCD 이미징 시스템<ol>
<li>링 모양의 흰색 LED(색상 온도: 6500 K; 점도: 40000 럭스; 직경: 7.5cm) 조명 소스로. M1을 제거하고 고정 거울(M2)을 사용하여 빛을 반사합니다.</li>
		<li>PA 이미징 시스템에서 CCD 카메라(630만 화소)를 사용하여 이미지를 기록합니다. 디스플레이 소프트웨어로 이미지를 표시합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 시스템 정렬
<ol><li>물 탱크 (10cm × 10cm × 4.4 cm; 하단 창: 3 cm × 3 cm)를 선택합니다. 폴리에틸렌 멤브레인(멤브레인 두께: 10 μm)을 사용하여 전체 물 탱크를 덮습니다. 충분한 초순수물을 추가합니다.</li>
	<li>작업 단계에 물 탱크를 놓습니다.</li>
	<li>레이저 스위치를 켭니다. 레이저 제어 프로그램을 선택합니다. 5 분 동안 예열. 펌핑 스위치의 "ON" 버튼을 누릅니다. 레이저 매개 변수를 단계 당 1.1.1로 설정합니다. 레이저의 배플을 엽니다.</li>
	<li>A라인 수집 프로그램을 선택합니다. "시작" 버튼을 눌러 단일 점 신호를 캡처하고 현재 A라인 신호의 진폭과 스펙트럼을 표시합니다.</li>
	<li>물 탱크의 바닥에 블레이드를 놓습니다. 어쿠스틱 커플링을 위해 수조에 UT의 하단 부분을 담급하십시오. UT의 하단 부분에 거품을 피하십시오.</li>
	<li>갈바의 위치를 조정하고, UT와 OL 간에 XY 번역기를 조정하여 진동 신호를 피하고, 이것이 공초점인지 확인합니다.</li>
	<li>작업 단계의 높이를 조정하여 신호의 진폭을 최대화하고 초점 위치를 결정합니다.</li>
</ol>3. 동물 실험
<ol><li>20\u201230 g의 체중이 있는 5\u20126 주 된 BALB/c 마우스를 사용하십시오.</li>
	<li>실험 전에 우레탄(1g/kg)을 사용하여 동물을 마취시화한다.</li>
	<li>WIM과 RIM 간의 전환을 수행합니다.<ol>
<li>평면 초음파 트랜스듀서를 사용합니다. 트리머와 탈모 크림을 사용하여 마우스 뒷면의 모피를 면도합니다. 마우스를 홀더(8cm × 2.8cm × 2cm)에 놓습니다.</li>
		<li>화상 진찰 영역이 초음파 젤을 사용하여 폴리에틸렌 멤브레인과 접촉하도록 허용하십시오. 접촉 부분에서 거품을 피하십시오.</li>
		<li>음향 커플링을 위해 작업 단계에 홀더를 배치합니다. 2.3\u20122.4 단계를 수행하여 레이저를 시작하고 A라인 신호를 수집합니다. 2.6\u20122.7 단계를 따라 정렬합니다. 정렬 후 컬렉션을 종료하려면 "중지"를 누릅니다.</li>
		<li>WIM 프로그램을 선택합니다. 새로 만든 폴더의 이름을 지정합니다. "스캐닝 속도" 탭의 스캔 매개변수를 20mm/s로 설정하고, "스캐닝 영역" 탭의 "20mm*20mm", "단계" 탭에서 "20"으로 설정합니다. 수집 버튼을 클릭하여 스캔을 시작합니다.</li>
		<li>중지 버튼을 클릭하여 획득 후 스캔을 종료합니다. 0으로 돌아가기를 클릭하여 모터를 0으로 가져옵니다. 레이저 배플을 닫습니다. 트리거 설정을 내부 트리거로 설정합니다. 스위치를 펌핑하기 위해 OFF 버튼을 누릅니다.</li>
		<li>WIM 트리거를 RIM 트리거로 교체하고 외부 레이저 트리거에 연결합니다. 스위치를 펌핑하기 위해 ON 버튼을 누릅니다. 트리거 설정을 외부 트리거로 설정합니다. 종료 버튼을 클릭하여 WIM 프로그램을 종료합니다.</li>
		<li>2.4 단계를 사용하여 A라인 신호를 수집합니다. 레이저 배플을 엽니다. 2.6\u20122.7 단계를 따라 정렬합니다. 정렬 후 컬렉션을 종료하려면 중지를 누릅니다.</li>
		<li>RIM 프로그램을 선택합니다. 새로 만든 폴더의 이름을 지정합니다. 수집 버튼을 클릭하여 스캔을 시작합니다.</li>
		<li>수집을 완료한 후 스캐닝을 종료하려면 중지 버튼을 클릭합니다. EXIT 버튼을 클릭하여 RIM 프로그램을 종료합니다.</li>
		<li>화상 진찰의 결론에 자궁 경관 탈구를 사용하여 동물을 안락사시.</li>
	</ol></li>
	<li>혈관 시각화의 WIM을 수행합니다.<ol>
<li>집중 초음파 트랜스듀서를 사용하소서(중앙 주파수: 25MHz; 대역폭: 90% 이상; 초점 거리 : 8mm). 마우스 귀 또는 두피의 머리카락을 제거합니다.<ol>
<li>메스를 사용하여 마우스의 두개골 측두엽의 측면(두개골에 대한 깊이)의 측면에 작은 절개를 합니다. 안과 가위를 사용하여 이 절개부터 시작합니다. 두개골의 바깥쪽 주위에 두피를 자른다. 출혈 점을 압축하여 출혈을 멈춥춥시다. 정상적인 식염수로 상처를 씻으시다. 마우스를 홀더에 놓습니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>화상 진찰 영역이 초음파 젤을 사용하여 폴리에틸렌 멤브레인과 접촉하도록 허용하십시오. 접촉부위(보충도 1)에서거품을 피하십시오.</li>
		<li>음향 커플링을 위해 작업 단계에 홀더를 배치합니다. 2.3\u20122.4 단계를 사용하여 레이저를 열고 A 라인 신호를 수집합니다. 2.6\u20122.7 단계를 사용하여 정렬합니다. 정렬 후 컬렉션을 종료하려면 중지를 누릅니다.</li>
		<li>WIM 프로그램을 선택합니다. 새로 만든 폴더의 이름을 지정합니다. "스캐닝 속도" 탭에서 스캐닝 매개변수를 "10mm/s", "스캐닝 영역" 탭 아래에 "10mm*10mm", "단계" 탭에서 "10"으로 설정합니다. 수집 버튼을 클릭하여 스캔을 시작합니다.</li>
		<li>수집을 완료한 후 스캐닝을 종료하려면 중지 버튼을 클릭합니다. 0으로 돌아가기를 클릭하여 모터가 0으로 돌아오도록 합니다. 종료 버튼을 클릭하여 WIM 프로그램을 종료합니다.</li>
		<li>동물이 마취 하에 있는 동안 시술의 결론에 동물을 안락사.</li>
	</ol></li>
	<li>작은 동물의 동적 모니터링을 위해 RIM을 수행합니다.<ol>
<li>마우스 복부의 머리카락을 면도합니다. 마우스를 홀더에 놓습니다.</li>
		<li>화상 진찰 영역이 초음파 젤을 사용하여 폴리에틸렌 멤브레인과 접촉하도록 허용하십시오. 접촉 영역에서 거품을 피하십시오.</li>
		<li>음향 커플링을 위해 작업 단계에 홀더를 배치합니다. 단계 2.3\u20122.4를 수행하여 레이저를 시작하고 A라인 신호를 수집합니다. 2.6\u20122.7 단계를 수행하여 정렬합니다. 정렬 후 컬렉션을 종료하려면 중지를 누릅니다.</li>
		<li>RIM 프로그램을 선택합니다. 새로 만든 폴더의 이름을 지정합니다. 수집 버튼을 클릭하여 스캔을 시작합니다.</li>
		<li>수집을 완료한 후 스캐닝을 종료하려면 중지 버튼을 클릭합니다. EXIT 버튼을 클릭하여 RIM 프로그램을 종료합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>RIM 데이터를 사용하여 사용자 정의 프로그램에 의한 깊이 방향을 따라 최대 진폭 투영(MAP)을 재구성합니다. 동물의 동적 변화를 관찰한다.</li>
</ol>

<ol><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 (5), 0071(2017).</li>
<li>Jeon, S., Kim, J., Lee, D., Baik, J. W., Kim, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+practical+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Review on practical photoacoustic microscopy.</a> Photoacoustics. 15, 100141(2019).</li>
<li>Baik, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super+wide-field+photoacoustic+microscopy+of+animal+and+humans+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Medical+Imaging%22%5BJournal%5D)">Super wide-field photoacoustic microscopy of animal and humans in vivo.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 39 (4), 975-984 (2019).</li>
<li>Omar, M., Aguirre, J., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optoacoustic+mesoscopy+for+biomedicine%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Optoacoustic mesoscopy for biomedicine.</a> Nature Biomedical Engineering. 3 (5), 354-370 (2019).</li>
<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>Yang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wide-field+monitoring+and+real-time+local+recoding+microvascular+networks+on+small+animals+with+a+dual-raster-scanned+photoacoustic+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biophotonics%22%5BJournal%5D)">Wide-field monitoring and real-time local recoding microvascular networks on small animals with a dual-raster-scanned photoacoustic microscope.</a> Journal of Biophotonics. 13 (6), 202000022(2020).</li>
<li>Sun, J., Zhou, Q., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+photoacoustic+imaging+guided+sclerotherapy+for+vascular+malformations%3A+a+feasibility+study%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Label-free photoacoustic imaging guided sclerotherapy for vascular malformations: a feasibility study.</a> Optics Express. 26 (4), 4967-4978 (2018).</li>
<li>Xu, D., Yang, S., Wang, Y., Gu, Y., Xing, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+and+high-resolving+photoacoustic+dermoscopy+of+human+skin%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Noninvasive and high-resolving photoacoustic dermoscopy of human skin.</a> Biomedical Optics Express. 7 (6), 2095-2102 (2016).</li>
<li>Zhang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Miniaturized+photoacoustic+probe+for+in+vivo+imaging+of+subcutaneous+microvessels+within+human+skin%5BTitle%5D)+AND+%22Quantitative+Imaging+in+Medicine+and+Surgery%22%5BJournal%5D)">Miniaturized photoacoustic probe for in vivo imaging of subcutaneous microvessels within human skin.</a> Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 9 (5), 807-814 (2019).</li>
<li>Chen, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultracompact+high-resolution+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Ultracompact high-resolution photoacoustic microscopy.</a> Optics Letters. 43 (7), 1615-1618 (2018).</li>
<li>Lan, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed+widefield+photoacoustic+microscopy+of+small-animal+hemodynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">High-speed widefield photoacoustic microscopy of small-animal hemodynamics.</a> Biomedical Optics Express. 9, 4689-4700 (2018).</li>
<li>Ma, H., Yang, S., Cheng, Z., Xing, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+confocal+dermoscope+with+a+waterless+coupling+and+impedance+matching+opto-sono+probe%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic confocal dermoscope with a waterless coupling and impedance matching opto-sono probe.</a> Optics Letters. 42 (12), 2342-2345 (2017).</li>
<li>Kang, H., Lee, S. W., Lee, E. S., Kim, S. H., Lee, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+GPU-accelerated+processing+and+volumetric+display+for+wide-field+laser-scanning+optical-resolution+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Real-time GPU-accelerated processing and volumetric display for wide-field laser-scanning optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Biomedical Optics Express. 6 (12), 4650-4660 (2015).</li>
</ol>

모든 동물 실험은 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 승인 된 지침 및 규정에 따라 수행되었습니다. 저자는 원고에 관련 재정적 이익이 없으며 공개 할 다른 잠재적 이해 상충이 없습니다.

여기서 우리는 혈관의 구조와 혈액의 관련 동적 변화를 포착하기 위해 설계 및 개발된 비침습적 혈관 시각화를 위한 이중 래스터 스캐닝 광음향 소형 동물 심화를 제시했습니다. DRS-PAI의 장점은 WIM과 RIM을 하나의 시스템으로 통합하여 작은 동물의 혈관 동적 및 혈관 네트워크 구조를 보다 쉽게 연구할 수 있다는 것입니다. 이 시스템은 고해상도 광야 혈관 시각화 및 실시간 혈액 역학을 제공할 수 있습니다.
현재 시스템에서광학 발동은 단일 파장 광원으로 구현되었다. 미래의 다파장 시스템은 혈액 산소 포화와 같은 다른 매개 변수를 제공 할 것입니다. 또한 혈관 직경, 혈관 밀도, 혈관 투환 등을 추정하는 등 정량적 분석을 위해 특수 영상 처리 알고리즘을 개발할 수 있습니다. 정량 분석은 질병의 조기 진단 및 처리를 위한 귀중한 정보를 제공할 수 있습니다.
요약하자면, 이 시스템은 연구자들이 생물의학적 관련성을 가진 작은 동물 연구에...

기본 생물 의학 분야에서, 작은 동물은 인간의 생리 적 기능을 시뮬레이션 할 수 있습니다. 따라서, 작은 동물 화상 진찰은 인간 동종 질병의 연구를 지도하고 효과적인 처리를 찾는 데 중요한 역할을한다 1. 광음향 영상(PAI)은 광학 영상 및 초음파 이미징2의장점을 결합한 비침습적 이미징 기술이다. 광음향 현미경 검사법(PAM)은 작은 동물의 기초 연구를 위한 귀중한 이미징방법이다 3. PAM은 광학 여기 및 초음파 검출4를기반으로 고해상도, 심층 침투, 고특이성 및 고대비 이미지를 쉽게 얻을 수 있습니다.
특정 파장을 가진 펄스 레이저는 조직의 내인성 크로모포러스에 의해 흡수됩니다. 이어서, 조직의 온도가 상승하여 사진 유발 초음파의 생산이 초래됩니다. 초음파는 초음파 트랜스듀서에 의해 검출 될 수있다. 신호 획득 및 이미지 재구성 후 흡수제의 공간 분포를 얻을 수 있다5. 한편으로는, 전체 기관 혈관 네트워크의 시각화는 넓은 시야를 요구합니다. 넓은 필드 스캐닝 과정은 일반적으로 고해상도6,7,8을보장하는 데 오랜 시간이 걸립니다. 다른 한편으로는, 작은 동물의 혈역학 활동을 관찰하는 것은 빠른 실시간 화상 진찰을 요구합니다. 실시간 이미징은 작은 동물의 생명 징후를 실시간으로9,10,11로연구하는 데 유익합니다. 실시간 이미징의 시야는 일반적으로 높은 업데이트 속도를 보장하기에 충분히 작습니다. 따라서, 종종 넓은 시야와 실시간 이미징을 달성하는 것 사이에는 절충이 있습니다. 이전에는 광시야 이미징 또는 실시간 이미징에 각각 2개의 서로 다른 시스템이 사용되었습니다.
이 작품은 2차원 전동 번역 단계와 2축 갈바노미터 스캐너를 기반으로 한 실시간 이미징을 기반으로 하는 와이드 필드 이미징을 통합한 이중 래스터 스캐닝 광음향 이미저(DRS-PAI)를 보고합니다. 광시야 이미징 모드(WIM)는 혈관 형태를 보여주기 위해 수행됩니다. 실시간 이미징 모드(RIM)의 경우 현재 두 가지 기능이 있습니다. 먼저 RIM은 실시간 B 스캔 이미지를 제공할 수 있습니다. 깊이 방향을 따라 혈관의 변위를 측정함으로써 호흡 또는 펄스의 특성이 드러낼 수 있습니다. 둘째, RIM은 WIM 이미지의 특정 영역을 정량적으로 측정할 수 있습니다. 로컬 WIM 지역의 유사한 이미지를 제공함으로써 로컬 변경 내용을 정확하게 밝힐 수 있습니다. 이 시스템은 혈관 시각화의 넓은 현장 이미징과 로컬 동적의 실시간 이미징 사이의 유연한 전환을 설계합니다. 이 시스템은 작은 동물 화상 진찰에 대한 필요가 있는 기본적인 생물 의학 연구에서 바람직합니다.

<table><tbody><tr><td>12 비트 다목적 디지타이저</td><td>스펙트럼</td><td>M3i.3221</td><td>데이터 수집 카드</td></tr><tr><td>A-line 수집 프로그램</td><td>National Instrument</td><td>LabVIEW</td><td>사용자 정의 프로그램</td></tr><tr><td>증폭기</td><td>RF Bay</td><td>LNA-650</td><td>증폭기</td></tr><tr><td>제모 크림</td><td>Veet</td><td>33-II</td><td>동물 제모</td></tr><tr><td>Fiberport 커플러</td><td>Thorlab</td><td>PAF-X-7-A</td><td>파이버 커플러</td></tr><tr><td>필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이</td><td>Altera</td><td>Cyclone IV</td><td>트리거 제어</td></tr><tr><td>고정 초점 콜로메이션 패키지</td><td>Thorlabs</td><td>F240FC-532</td><td>파이버 콜리메이터</td></tr><tr><td>Foused 초음파 변환기</td><td>자체 제작</td><td></td><td></td></tr><tr><td>그래픽 처리 장치</td><td>NVIDIA</td><td>GeForce GTX 1060</td><td>처리 데이터</td></tr><tr><td>홀더</td><td>자체 제작</td><td></td><td>동물 고정</td></tr><tr><td>레이저 제어 프로그램</td><td>National Instrument</td><td>LabVIEW</td><td>사용자 정의 프로그램</td></tr><tr><td>마우스</td><td>광동 의료 실험실 동물 센터</td><td>BALB/c</td><td>동물 모델</td></tr><tr><td>현미경 카메라</td><td>Mshot</td><td>MS60</td><td>CCD 카메라</td></tr><tr><td>현미경 대물</td>렌즈 <td>Daheng 광학</td><td>GCO-2111</td><td>대물 렌즈</td></tr><tr><td>Mirror</td><td>Daheng Optics</td><td>GCC-1011</td><td>이동식 / 고정 미러</td></tr><tr><td>이동 자석 용량 성 검출기 검류계 스캐너</td><td>세기 써니</td><td>S8107</td><td>실시간 스캐너</td></tr><tr><td>Mshot 이미지 분석 시스템</td><td>Mshot</td><td></td><td>디스플레이 소프트웨어</td></tr><tr><td>일반 식염수</td><td>CR DOUBLE-CRANE</td><td></td> H34023609 <td>일반 식염수</td></tr><tr><td>안과 가위</td><td>SUJIE</td><td></td><td>두피 제거</td></tr><tr><td>평면 초음파 변환기</td><td>자체 제작</td><td></td><td></td></tr><tr><td>플라스틱 랩</td><td>HJSJLSL</td><td></td><td>폴리에틸렌 멤브레인</td></tr><tr><td>프로그램 제어 소프트웨어</td><td>National Instrument</td><td>LabVIEW</td><td>사용자 정의 프로그램</td></tr><tr><td>펄스 Q-swithched 레이저</td><td>레이저 내보내기</td><td>DTL-314QT</td><td>532nm 펄스 레이저</td></tr><tr><td>실시간 이미징 프로그램</td><td>National 악기</td><td>LabVIEW</td><td>사용자 정의 프로그램</td></tr><tr><td>링 모양의 백색 LED</td><td>자체 제작</td><td></td><td></td></tr><tr><td>면도기</td><td>Codos</td><td>CP-9200</td><td>동물 면도기</td></tr><tr><td>단일 모드 섬유</td><td>Nufern</td><td>460-HP</td><td>단일 모드 섬유</td></tr><tr><td>외과 블레이드</td><td>SUJIE</td><td>11</td><td>블레이드</td></tr><tr><td>외과 메스</td><td>SUJIE</td><td>7</td><td>두피 제거</td></tr><tr><td>번역 단계</td><td>Jiancheng 광학</td><td>LS2-25T</td><td>광시야 스캐닝 단계</td></tr><tr><td>초음파 변환기</td><td>자체 제작</td><td></td><td></td></tr><tr><td>초음파 젤</td><td>GUANGGONG PAI</td><td>ZC4252418</td><td>음향 커플 링</td></tr><tr><td>우레탄</td><td>도쿄 화학 산업</td><td>C0028</td><td>동물 마취</td></tr><tr><td>물 탱크</td><td>자체 제작</td><td></td><td></td></tr><tr><td>광시야 이미징 프로그램</td><td>National Instrument</td><td>LabVIEW</td><td>사용자 정의 프로그램</td></tr><tr><td>XY 변환기 마운트</td><td>자체 제작</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

혈관 시각화를 위한 이중 래스터 스캐닝 광음향 소형 동물 이미지

Dual Raster-Scanning Photoacoustic Small-Animal Imager for Vascular Visualization

작은 동물에 혈관 네트워크의 화상 진찰은 기본적인 생물 의학 연구에서 중요한 역할을 했습니다. 광음향 이미징 기술은 작은 동물의 이미지학에 적용할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 작은 동물의 넓은 분야 광음향 이미징은 높은 현면 해상도, 깊은 침투 및 여러 대조를 가진 이미지를 제공 할 수 있습니다. 또한, 실시간 광음향 영상 시스템은 작은 동물 생리적 특징의 동적 모니터링을 연구하는 데 사용될 수 있는 작은 동물 혈관의 혈역학적 활동을 관찰하는 것이 바람직하다. 여기에, 이중 래스터 스캐닝 광음향 이미저를 제시, 전환 이중 모드 이미징 기능을 특징으로. 넓은 시야 이미징은 2차원 전동 번역 단계에 의해 구동되며 실시간 이미징은 갈바노미터로 실현됩니다. 다양한 매개 변수 및 이미징 모드를 설정하여 작은 동물 혈관 네트워크의 생체 내 시각화를 수행할 수 있습니다. 실시간 이미징은 약물 유도 등의 펄스 변화 및 혈류 변화를 관찰하는 데 사용할 수 있습니다. 넓은 필드 화상 진찰은 종양 혈관의 성장 변경을 추적하기 위하여 이용될 수 있습니다. 이들은 기본적인 생물 의학 연구의 각종 분야에서 채택되기 쉽습니다.

DRS-PAI의 회로도는 도 1에표시됩니다. 이 시스템은 RIM을 통해 WIM 간에 유연하고 반복 가능한 전환을 가능하게 합니다. 획득한 PA 신호는 PA B-스캔 및 MAP 이미지를 생성하기 위해 신속하게 처리됩니다. CCD 카메라는 샘플 사진을 제공할 수 있습니다.
DRS-PAI의 모든 구성 요소는 이미저 설정(그림2)에통합및 조립되어 조립 및 조작이 용이합니다. WIM에서는 2차원 전동 단계의 연속 래스터 스캐닝이 사용됩니다. 실행 단계의 신호가 기록됩니다. 데이터 수집은 스테이지의 균일한 번역 중에 진행되었습니다. RIM에서 2축 갈바노미터 스캐너가 사용되었습니다. 데이터는 갈바 스캐닝(그림3)과동기적으로 수집되었다.
여기서, 각 이미징 모드를 가진 견본의 혈관 심...

이중 래스터 스캐닝 광음향 이미저를 설계하여 와이드 필드 이미징과 실시간 이미징을 통합했습니다.

Imaging of vascular networks on small animals has played an important role in basic biomedical research. Photoacoustic imaging technology has great ...

이중 래스터 스캐닝 광음향 소형 동물 이미저는 생체 내에서 다양한 조직을 시각화하는 데 사용할 수 있으며 소형 동물 이미징이 필요한 많은 생물 의학 연구 연구에 쉽게 적용할 수 있습니다. 시스템을 정렬하려면 10 x 10 x 4.4cm 물 탱크 전체를 10미크론 두께의 폴리에틸렌 멤브레인으로 덮고 탱크를 초순수로 채웁니다. 탱크를 작업 스테이지에 놓고 레이저 스위치를 켭니다.레이저 제어 프로그램을 선택하고 레이저를 5분 동안 재가열합니다. 펌핑 스위치의 켜기 버튼을 누르고 레이저 매개변수를 설정합니다. 레이저 베벨을 열고 A-line 수집 프로그램을 선택합니다.start를 눌러 단일 포인트 신호를 캡처하고 현재 A-line 신호의 진폭과 스펙트럼을 표시합니다. 물탱크 바닥에 칼날을 놓고 초음파 변환기의 바닥 부분을 물탱크에 담궈 음향 커플링을 합니다. 진동 신호를 피하기 위해 초음파 변환기와 컨포칼 대물 렌즈 사이의 Galva와 XY 변환기의 위치를 조정합니다.그런 다음 작업 스테이지의 높이를 조정하여 신호의 진폭을 최대화하고 초점 위치를 결정합니다. 페달 반사에 대한 반응 부족을 확인한 후 트리머와 제모 크림을 사용하여 마취된 마우스의 등, 귀, 두피, 복부의 털을 제거하고 엎드린 자세로 8 x 2.8 x 2cm 홀더에 마우스를 놓습니다. 이미징할 영역에 초음파 젤을 놓고 홀더를 작업 스테이지에 놓습니다.시작을 눌러 A-라인 신호를 수집하고 Galva XT Translator의 위치와 작업 스테이지를 조정하여 레이저로 이미지화할 영역을 정렬합니다. 그런 다음 중지를 눌러 컬렉션을 종료합니다. 광시야 이미지를 수집하려면 광시야 이미징 모드를 선택하고 새로 생성된 폴더의 이름을 지정합니다.스캔 속도 탭에서 스캔 속도를 초당 20mm로 설정합니다. 스캐닝 영역은 20 x 20mm이고 단계는 20입니다. 스캔 매개변수가 설정되면 수집을 클릭하여 스캔을 시작합니다.수집이 끝나면 중지를 클릭하고 0으로 돌아가 모터를 0으로 만듭니다. 레이저 베벨 포즈를 취하고 트리거 설정을 내부 트리거로 설정합니다. 펌핑 스위치를 중지하고 실시간 이미징 모드 트리거를 선택하려면 끄기를 누르십시오.실시간 이미징 모드 트리거를 외부 레이저 트리거에 연결하고 펌핑 스위치를 켭니다. 그런 다음 트리거 설정을 외부 트리거로 설정하고 exit를 클릭하여 광시야 이미징 모드를 종료합니다. 실시간 이미지를 수집하려면 A-line 신호 수집을 시작하고 레이저 베벨을 엽니다.시연된 대로 레이저를 정렬하고 중지를 클릭하여 정렬 후 수집을 종료합니다. 실시간 이미징 모드를 선택하고 새로 생성된 폴더의 이름을 지정한 다음 수집을 클릭하여 스캔을 시작합니다. 획득이 완료되면 중지를 클릭합니다.그런 다음 종료를 클릭하여 실시간 이미징 프로그램을 종료합니다. 뇌 혈관 시스템의 광시야 이미징을 위해 중심 주파수가 25메가헤르츠이고 대역폭이 90% 이상이며 초점 거리가 8mm인 집속 초음파 변환기를 선택하십시오. 메스를 사용하여 마우스의 두개골 측두부 위쪽을 작게 절개하고 안과 가위를 사용하여 두개골 바깥쪽 가장자리 주위의 두피를 자릅니다.항상성을 달성하기 위해 출혈 지점을 압박하고 일반 식염수로 상처를 씻어냅니다. 노출된 두개골에 초음파 젤을 놓고 A-line 신호 수집을 시작합니다. 정렬이 끝난 후 수집을 종료하려면 중지를 클릭하고 광시야 이미징 모드를 선택합니다.새로 생성된 폴더의 이름을 지정하고 스캔 속도를 초당 10mm로 설정합니다. 스캐닝 영역은 10 x 10mm이고 단계는 10입니다. 수집을 클릭하여 스캔을 시작합니다.획득이 끝나면 중지를 클릭합니다. 그런 다음 0으로 돌아가기를 클릭하여 모터를 0으로 되돌리고 종료를 클릭하여 광시야 이미징 프로그램을 종료합니다. 역동적인 실시간 상상을 위해 마우스를 누운 위치에 놓고 초음파 젤을 복부에 놓습니다.A-라인 신호를 수집하고 그림과 같이 레이저를 정렬합니다. 실시간 이미징 모드를 선택하고 새로 생성된 폴더의 이름을 지정합니다. 그런 다음 수집을 클릭하여 스캔을 시작합니다.획득이 끝나면 중지 및 종료를 클릭하여 실시간 이미징 프로그램을 종료합니다. 여기서 광시야 이미징 모드에서 획득된 마우스 뒷면의 최대 진폭 투영 이미지를 관찰할 수 있습니다. 이 B 스캔에서 마우스 뒷면은 실시간 이미징 모드를 사용하여 이미지화되었습니다.마우스, 귀 및 뇌의 혈관 네트워크 이미지는 집속 초음파 변환기를 사용하여 얻을 수 있습니다. 이 분석에서 마우스 복부의 B 스캔 이미지를 관찰할 수 있어 100미크론 이미징 범위 내에 혈관이 있음을 알 수 있습니다. 또한 최대 진폭 프로젝션 이미징을 통해 마우스 복부의 깊이 방향과 시간을 비교할 수 있습니다.최적의 품질 이미지를 얻으려면 광학 및 음향 초점의 우수한 공초점 조정을 달성하는 것이 필수적입니다. 정량적 분석을 위한 특수 이미지 처리 알고리즘을 개발할 수 있으며 질병의 조기 진단 및 치료를 위한 귀중한 정보를 제공할 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

광학 해상도 photoacoustic 현미경 (또는 - PAM)는 영상 광학 흡수 능력이 새로운 기술을...

입체 광학 해상도 Photoacoustic 현미경

출처: Upputuri, P. K., et al. In Vivo 소동물 뇌 이미징을 위한 고성능 소형 광음향 단층 촬영 시스템. J. Vis. Exp. (2017)이 비디오는 광음향 단층촬영을 사용한 생체 내 비침습적 쥐 뇌 이미징 프로토콜을 보여주며, 혈관 구조 및 신경 혈관 건강을 시각화하기 위한 2D 뇌 이미지를 재구성하기 위한 준비, 이미징 시스템 설정 및 데이터 수집을 보여줍니다.

광음향 단층촬영(Photoacoustic Tomography)을 이용한 쥐 뇌의 생체 내 이미징(In vivo imaging of a rat brain using photoacoustic tomography)

광 음향 cystography (PAC)는 어떤 전리 방사선이나 독성 조영제를 사용하지 않고 요도 방광, 소아 환자에서 방사선에 민감한 내부 장기를 매핑 할 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 여기에서 우리는 쥐 광학 불투명 추적자의 주입 요도 방광을 매핑 PAC의 사용을...

광 음향 Cystography

본 연구는 쥐의 뇌에서 비침습적 고주파 초음파 및 광음향 기반 이미징을 수행하여 동물의 두개골에 자연적으로 존재하는 두개골 구멍에 신호를 전달하여 깊은 피질 하 영역과 혈관 패턴을 효율적으로 시각화하는 새로운 프로토콜을 설명합니다.

비 침습적 실질, 혈관 및 대사 고주파 초음파 및 광 음향 쥐 뇌 심부 이미징

여기에는 생체 내 동일한 샘플 에서 심도 깊은 곳에서의 고해상도 이미징과 저해상도 깊은 조직 이미징이 가능한 스위칭 가능한 음향 해상도 (AR) 및 광학 해상도 (OR) 광 음향 현미경 (AR-OR-PAM) 시스템이 시연됩니다.

전환 가능한 음향 및 광학 해상도 Photoacoustic Microscopy for<em&gt; In Vivo</em&gt; 소 동물 혈관 조영술

소형 동물에서의 고속 생체 내 뇌 이미징을위한 소형 펄스 레이저 다이오드 기반 광 음향 단층 촬영 (PLD-PAT) 시스템이 시연되었습니다.

다음을위한 고성능 컴팩트 광 음향 단층 촬영 시스템<em&gt; In Vivo</em&gt; 소형 동물 뇌 영상

이미징 시스템 임상 휴대용 photoacoustic 실시간 비-침략 적 작은 동물 영상에 대 한 시연 됩니다.

휴대용 임상 Photoacoustic 실시간 비-침략 적 작은 동물 이미징을 위한 이미징 시스템

소형 펄스 레이저 다이오드 기반 데스크탑 광 음향 단층 촬영 (PLD-PAT) 시스템은 작은 동물 대뇌 피 질의 맥 관 구조의 고속 동적 생체 내 이미징에 대해 입증 되었습니다.

쥐 대뇌 피 질의 혈관 구조에서 염료의 세척 및 세척을 모니터링 하기 위한 펄스 레이저 다이오드 기반 데스크탑 광 음향 단층 촬영

본 프로토콜은 생체내 인간 피부 혈관구조의 다중 스펙트럼 광음향 이미지의 획득을 설명한다. 여기에는 기능 분석을 위한 관심 발색단으로 간주되는 헤모글로빈과 멜라닌의 정량화가 포함됩니다.

혈관 연구의 기능적 이미징을 위한 다중 스펙트럼 광음향 단층 촬영

이 프로토콜은 광시트 형광 현미경을 사용하여 정량적 전체 마운트 3차원 혈관 이미징을 위한 신속한 방법을 소개합니다. 이 방법의 효능은 전산 유체 역학을 통해 정량화된 혈역학적 힘과 함께 병아리 배아 모델의 인두 궁 동맥 시스템을 사용하여 입증되었습니다.

정량적 연구를 위한 소동물 혈관 구조의 신속한 전체 마운트 고해상도 이미징

학습하세요 이중 래스터 스캐닝 광음향 이미징을 이용한 소형 동물 혈관 시각화 방법을. 실시간 생체 조직 영상화가 가능하여 생물의학 연구에 활용됩니다.

혈관 시각화를 위한 이중 래스터 스캐닝 광음향 소형 동물 이미지

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