Een compact pulsed-laser diode gebaseerde foto-akoestische tomografie (PLD-PAT) systeem voor high-speed in vivo hersenbeelden in kleine dieren wordt aangetoond.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een hoogwaardig Compact Photo Acoustic Tomography System voor
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
In vivo speelt kleine dierenbeelden een belangrijke rol in preklinische studies. Photoacoustic tomography (PAT) is een opkomende hybrid imaging modaliteit die groot potentieel voor zowel preklinische als klinische toepassingen aantoont. Conventionele optische parametrische oscillator-gebaseerde PAT (OPO-PAT) systemen zijn omvangrijk en duur en kunnen geen snelle beeldvorming bieden. Onlangs zijn pulsed-laser diodes (PLD's) succesvol aangetoond als een alternatieve excitatiebron voor PAT. Pulsed-laser diode PAT (PLD-PAT) is succesvol aangetoond voor high-speed beeldvorming op photoacoustic phantoms en biologische weefsels. Dit werk biedt een visualized experimenteel protocol voor in vivo hersenbeeldvorming met behulp van PLD-PAT. Het protocol bevat de compacte PLD-PAT-systeemconfiguratie en de beschrijving ervan, dierbereiding voor hersenbeeldvorming en een typische experimentele procedure voor 2D doorsnede-beeldvorming van de rattenhuid. Het PLD-PAT-systeem is compact en kost-efFectief en kan high-speed beeldvorming van hoge kwaliteit leveren. Brainbeelden die in vivo bij verschillende scansnelheden worden verzameld, worden gepresenteerd.
Inleiding
Photoacoustic Tomography (PAT) is een hybrid imaging modaliteit die veel toepassingen heeft in zowel klinische als preklinische studies 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . In PAT bestralen nanoseconde laserpulsen biologisch weefsel. De absorptie van incidentielicht door de weefselchromoforen leidt tot een lokale temperatuurstijging, die dan drukgolven uitzendt in de vorm van geluidsgolven. Een ultrasone detector verzamelt de foto-akoestische signalen op verschillende posities rond het monster. De foto-akoestische (P....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle dierproeven werden uitgevoerd volgens de richtlijnen en voorschriften die zijn goedgekeurd door het Institutionele Diervoeder- en Gebruikskomitee van Nanyang Technologische Universiteit, Singapore (Animal Protocol Number ARF-SBS / NIE-A0263).
1. Systeem Beschrijving
- Monteer de PLD in de circulaire scanner, zoals getoond in figuur 1a . Sluit de PLD aan op de laser driver unit (LDU).
OPMERKING: De PLD levert ~ 136 ns pulsen bij een golflengte van ~ 803 nm, met een maximale pulsenergie van ~ 1,42 mJ en een herhalingssnelheid tot 7 kHz. De laserrijdeenheid (LDU) omvat: een temperatuurregela....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De in vivo hersenbeeldresultaten die de mogelijkheden van het beschreven PLD-PAT-systeem tonen, worden in deze sectie getoond. Om de high-speed beeldvormingsmogelijkheden van het PLD-PAT-systeem te demonstreren, werd de in vivo hersenafbeelding van twee verschillende gezonde ratten uitgevoerd. Figuur 2 toont de hersenbeelden van een vrouwelijke rat (93 g) bij verschillende scansnelheden. Figuur 2a en b tonen de.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Dit werk bevat een protocol voor het uitvoeren van in vivo hersenbeelden op ratten met behulp van een PLD-PAT-systeem. Het protocol bevat een gedetailleerde beschrijving van het beeldvormingssysteem en de uitlijning daarvan, evenals een illustratie van hersenbeelden op ratten. De bestaande OPO-gebaseerde PAT-systemen zijn duur en omvangrijk en kunnen in een 5-10 min een doorsnedebeeld geven. Het PLD-PAT-systeem is compact, draagbaar en goedkoop en kan in 3 s goede beelden leveren. De prestatie van het systeem w.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben geen relevante financiële belangen in het manuscript en geen andere potentiële belangenconflicten om te onthullen.
Dankbetuigingen
Het onderzoek wordt ondersteund door de Tier 2-subsidie, gefinancierd door het Ministerie van Onderwijs in Singapore (ARC2 / 15: M4020238) en de National Medical Research Council van Singapore (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012). De auteurs willen de heer Chow Wai Hoong Bobby bedanken voor de hulp van de machinewinkel.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Pulsed laser diode | Quantel, France | QD-Q1910-SA-TEC | Het is de excitatielaserbron met specificaties 803 nm, 1,4 mJ per puls, 136 ns puls, 7 kHz maximum, afmetingen: 11,0 x 6,0 x 3,6 cm, gewicht: ~150 gram |
| Stepper motor met versnellingsbak | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Motor: CO-5718-01P, Versnellingsbak: DPL64/1, I = 10 voor NEMA 23; voeding PW100-48 | Om de detectorhouder in een cirkelvormige geometrie te bewegen. Koppel: 2,08 N-m, Rotortraagheid: 2,6 kg-cm2 |
| Ultrasoon pulser/ontvanger | Olympus | 5072PR | Om het PA-signaal van UST te ontvangen, filteren en versterken. De bandbreedte is 35 MHz en de versterking is ±59 dB. |
| Ultrasone transducer | Olympus | V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069 | Ultrasone sensoren gebruikt voor foto-akoestische detectie. Centrale frequentie 2,25 MHz, 0,5 inch, Cilindrische focus 1,9 inch |
| PCIe DAQ (Data-acquisitie) Kaart | GaGe | CSE4227/ A6000610/B0E00610 | 12 bit, 100 Ms/s, 2 kanalen, 1 Gs onboardgeheugen, PCIe x16-interface |
| Ratten | In Vivos Pte Ltd, Singapore | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Vrouwelijk, gewicht 100 ±10g |
| Acrylic watertank | NTU workshop | Op maat gemaakt | Het bevat het water dat fungeert als akoestisch koppelingsmedium tussen hersenen en detector |
| Circulaire Scanner | NTU workshop | Op maat gemaakt | Scanner is gemaakt van Aluminium |
| Anesthesiemachine | medical plus pte ltd | Niet-herademende anesthesiemachine met zuurstofconcentrator. | Voedt zuurstof en isofluraan aan het dier |
| Draagbare pulsoxymeter | Medtronic | PM10N met veterinair sensor | Bewaakt de pulsoxymetrie van het dier |
| Ultrasoundgel | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Doorzichtig ultrasoundgel |
| Data-acquisitiesoftware | National Instruments Corporation, Austin, TX, USA) | NI LabVIEW 2015 SP1 | LabVIEW-gebaseerd programma ontwikkeld in ons laboratorium voor het besturen van de steppermotor en het verwerven van de PA-signalen van de detector |
| Dataverwerkingssoftware | Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA) | Matlab R2012b | Matlab-code voor reconstructie van PA-beelden is ontwikkeld in ons lab |
| Temperatuurregelaar | LaridTech, MO,USA | MTTC1410 | Het zal constant de temperatuur van de PLD regelen |
| 12 V voeding | Voltcraft | PPS-11810 | Voor het leveren van bedrijfsspanning voor PLD |
| Variabele voeding | BASETech | BT-153 | Om het laseruitgangsvermogen te wijzigen |
| Functiegenerator | Funktionsgenerator | FG250D | Om de herhalingssnelheid van de PLD te wijzigen. Het zal een TTL-signaal leveren om de DAQ te synchroniseren met de laserexcitatie. |
| Dierdistributeur | In Vivos Pte Ltd, Singapore | Dierdistributeur die kleine dieren levert voor onderzoeksdoeleinden. | |
| Dierhouders | NTU workshop | Op maat gemaakt | Gebaat om het dier op zijn buik te houden |
| Ademhalingsmasker | NTU workshop | Op maat gemaakt | Wordt samen met de dierhouders gebruikt om een anesthesiemengsel aan het dier te leveren |
| Pentobarbital natrium | Valabarb | Gebaat voor het euthaniseren van het dier na het experiment. | |
| Optische diffuser | Thorlabs | DG10-1500 | Gebaat om het laserstraal homogeen te maken |
Referenties
- 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., ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
