Name: Universal Hand-held Driedimensionale opto-akoestische Imaging Probe voor Deep Tissue Human-angiografie en Functional preklinisch Studies in Real Time (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 56 s
Description: Ontdek driedimensionale opto-akoestische beeldvorming voor diep weefsel en vasculaire morfologie in real time. Deze draagbare methode meet hemodynamische parameters voor preklinisch onderzoek.

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

Het onderzoek dat tot deze resultaten heeft geleid, heeft financiering ontvangen van de European Research Council onder subsidieovereenkomst ERC-2010-StG-260991.

De werkwijze voor het bedienen van het volume draagbare opto-akoestische probe wordt hieronder beschreven. Deze procedure wordt uitgevoerd volgens erkende institutionele voorschriften betreffende mens en dier experimenten. 1. Voorbereiding van het systeem <ol><li> Schakel de laser voor een warming-up periode van ~ 15 min voorafgaand aan de operatie voor het stabiliseren van de uitgaande lichtstraal. </li><li> Plaats het water omsluiten gedeelte met de isolerende membraan dat in contact met de huid (figuur 1). OPMERKING: De afstand tussen de isolerende membraan (in contact met de huid) en het gebied met maximale gevoeligheid van de transducer (midden van de bolvormige sonde) wordt het effectieve beeldvorming diepte. </li><li> Vul het hele volume van ongeveer 100 ml van de isolerende membraan en het oppervlak van de transducer met gedeïoniseerd water met behulp van een pomp. </li><li> Zorg ervoor dat er geen water lekkage noch luchtbellen zijn present. Als alternatief, vermijd luchtbellen door recirculatie van water. </li><li> Voer de experimenten bij kamertemperatuur en zorgen voor koppeling medium (water) wordt gehandhaafd op deze temperatuur. </li></ol> 2. Imaging Voorbereiding <ol><li> Menselijke imaging voorbereiding. </li><li> Verwijder haar van de te-afgebeeld gedeelte met een ontharen lotion teneinde een ongewenste achtergrond in de beelden te voorkomen (deze stap is optioneel). </li><li> Solliciteer ultrasound gel op de huid rond de regio af te beelden om efficiënte akoestische koppeling bieden. Plaats de opto-akoestische probe in het gebied van belang. Zorg ervoor dat er geen luchtbellen aanwezig in het ultrasone koppeling gel zijn. </li><li> Animal imaging voorbereiding. </li><li> Zorg ervoor dat de zorg en experimentele procedures met dieren zijn in overeenstemming met de institutionele en de overheid regels en voorschriften. </li><li> Verwijder de vacht van het dier in de omgeving af te beelden met een aftershave. Bescherm de ogen van het dier metdierenarts zalf, die droogheid en beschadiging voorkomt blootstelling aan intense gepulseerde laser straling. </li><li> Verdoven dier door intraperitoneale injectie (IP) van ketamine / xylazine (100 mg / kg KG ketamine + 5 mg / kg xylazine KG) voorafgaand aan het experiment of gebruik isofluraan anesthesie (2-3% (volume) met 0,9 l / min gasstroom) tijdens het experiment. Bevestig verdoving door controle van de reflex van de achterpoot van het dier. </li><li> Solliciteer ultrasound gel op de huid rond de regio af te beelden om efficiënte akoestische koppeling bieden en plaats de opto-akoestische sonde in de regio van belang. Zorg ervoor dat er geen luchtbellen aanwezig in het ultrasone koppeling gel zijn. </li></ol> 3. Pre-view Operation Mode <ol><li> Bepaal de beeldvormende golflengte (s) tussen 690 nm en 900 nm en de pulsherhalingsfrequentie tussen 10 en 50 Hz. Selecteer de parameters voor de akoestische data acquisitiesysteem - 1 MQingangsimpedantie. Acquire 2030 samples voor elke laserpuls met een sampling rate van 40 megabemonsteringen per seconde en 12-bits verticale resolutie. Leiden tot de overname met Q-switch uitgang van de laser. </li><li> Zorg ervoor dat zowel de machinist als de patiënt gebruik veiligheidsbril aangepast aan de optische excitatie golflengte (s). Stel het laservermogen zodat het licht Fluence op het weefsel oppervlak onder de 20 mJ / cm 2 wordt gehandhaafd tijdens het experiment voor nabij-infrarode golflengten om blootstellingslimieten voor menselijke experimenten 19 veiligheidsonderzoek voldoen en om de thermische belasting en beschadiging van de huid bij dieren te voorkomen . </li><li> Start de software een GPU uitvoering van algoritmen te visualiseren driedimensionale beelden met een beeldfrequentie die overeenkomt met de pulsherhalingsfrequentie van de laser mogelijk pre-view. </li><li> Verplaats de sonde en / of het af te beelden object om visualisatie te optimaliseren en lokaliseren de structuren van belang. </li></ol> 4. Data Acquisition <ol><li> Data-acquisitie voor het scannen (hand-held) modus. </li><li> Eventueel Injecteer contrastmiddel voor overname het contrast in het gebied van belang te verrijken. OPMERKING: In onze experimenten hebben we niet uitgevoerd contrast-versterkte menselijke beeldvorming. Toch kunnen verschillende contrastmiddelen eventueel worden gebruikt voor dit doel. Indocyaninegroen (ICG) is een voorbeeld van klinisch goedgekeurde optische contrastmiddel dat gebruikt kan worden voor contrastversterking bij maximaal aanbevolen dosis van 2 mg / kg lichaamsgewicht bij volwassenen. </li><li> Start de hardware voor data acquisitie met de onder 3.1 beschreven parameters handhaven van de uitvoering van het voorbeeld software. Beweeg de sonde rond de afgebeelde regio om de structuren van belang te volgen. OPMERKING: Bij beelden op meerdere laser- golflengten gelijktijdig worden verkregen, de snelheid van bewegen van de meetkop in de hand gehouden modus moet aanzienlijk worden verminderd (bij voorkeur minder dan 2 mm / seceen laserpuls herhalingsfrequentie van 50 Hz) om beweging gerelateerde artefacten in het spectraal ongemengde beelden te voorkomen. </li><li> Data-acquisitie voor stationaire modus. </li><li> Monteer het afgebeelde object (bijv., Dier) en de handbediende sonde op de houder en start de verwerving met 3.1 beschreven parameters handhaven van de uitvoering van de pre-weergave software. </li><li> Handhaaf de opto-akoestische probe en de beeldvorming deel in dezelfde positie tijdens het experiment te visualiseren dynamische biologische gebeurtenissen in het gebied van belang. </li><li> Injecteer een contrastmiddel de dynamische verdeling in het gebied van belang te volgen. Opmerking: In onze muisexperimenten, indocyaninegroen (ICG) werd gebruikt voor contrastverbetering. Als algemene richtlijn, een bedrag van 10 nmol of 0,4 mg / kg van ICG heeft in de muis verkeer zullen worden ingevoerd om detecteerbare contrast met multi-spectrale optoacoustics in vivo te creëren. OPMERKING: Het contrastmiddel moet zijngoedgekeurd voor menselijke en / of dierlijke gebruik door de betreffende instantie. </li></ol> 5. finaliseren het Experiment <ol><li> Stop de laser. </li><li> Verwijder de opto-akoestische probe uit de afgebeelde gebied. Voor dierlijke studie, stoppen de anesthesie aanbod. </li><li> Plaats het dier onder een infrarood verwarmingselement om het warm te houden en te voorkomen dat het contact met andere dieren totdat hij volledig hersteld van de narcose. Laat het dier niet onbeheerd achter tijdens het herstel van de narcose. </li></ol> 6. Off-line Data Processing <ol><li> Laad het bestand (en) met daarin de verworven opto-akoestische signalen in de softwaretoepassing die wordt gebruikt voor de verwerking van gegevens. </li><li> Gebruik een reconstructie-algoritme om een ​​driedimensionale matrix matrix correspondeert met een volumetrisch beeld van de optische absorptie voor elk frame en elke golflengte te verkrijgen. OPMERKING: Bij de reconstructie het de voorkeur om een ​​algoritme goed voor verstorende factoren, zoals heterogeneteiten en verzwakking in het afgebeelde object, effecten van uiteindelijke bandbreedte en geometrische vorm van de detectie-elementen en licht fluentie variaties, teneinde een kwantitatieve weergave van de verdeling van de geabsorbeerde energie verkrijgen. </li><li> Gebruik een ontmenging algoritme om, uit elke multi-golflengte frame, een nieuwe set van drie-dimensionale matrix arrays die de optische absorptie voor elke absorberende stof in het monster. </li><li> Indien nodig verdere verwerken matrix arrays die de optische absorptie distributie visualisatie en lezen van biologisch relevante parameters vergemakkelijken. </li></ol>

<ol><li>Stritzker, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vaccinia+virus-mediated+melanin+production+allows+MR+and+optoacoustic+deep+tissue+imaging+and+laser-induced+thermotherapy+of+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Vaccinia virus-mediated melanin production allows MR and optoacoustic deep tissue imaging and laser-induced thermotherapy of cancer.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3316-3320 (2013).</li>
<li>Herzog, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Imaging+of+Cancer+Heterogeneity+with+Multispectral+Optoacoustic+Tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Optical Imaging of Cancer Heterogeneity with Multispectral Optoacoustic Tomography.</a> Radiology. 263 (2), 461-468 (2012).</li>
<li>Johnson, S. P., Laufer, J. G., Zhang, E. Z., Beard, P. C., Pedley, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+Differential+Tumour+Vascular+Pathophysiology+in+Vivo+by+Photoacoustic+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Cancer%22%5BJournal%5D)">Determination of Differential Tumour Vascular Pathophysiology in Vivo by Photoacoustic Imaging.</a> Eur J Cancer. 48, 186-187 (2012).</li>
<li>Yao, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+photoacoustic+computed+tomography+of+mouse+brain+metabolism+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo.</a> Neuroimage. 64, 257-266 (2013).</li>
<li>Strohm, E. M., Berndl, E. S. L., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+frequency+label-free+photoacoustic+microscopy+of+single+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">High frequency label-free photoacoustic microscopy of single cells.</a> Photoacoustics. 1 (3-4), 49-53 (2013).</li>
<li>Beard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomedical+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Interface+Focus%22%5BJournal%5D)">Biomedical photoacoustic imaging.</a> Interface Focus. 1, 602-631 (2011).</li>
<li>Wang, L. H. 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>Xiang, L. Z., Wang, B., Ji, L. J., Jiang, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((4-D+Photoacoustic+Tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep-Uk%22%5BJournal%5D)">4-D Photoacoustic Tomography.</a> Sci Rep-Uk. 3, 10-1038 (2013).</li>
<li>Buehler, A., Dean-Ben, X. L., Claussen, J., Ntziachristos, V., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+optoacoustic+tomography+at+video+rate%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+express%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional optoacoustic tomography at video rate.</a> Optics express. 20 (20), 22712-22719 (2012).</li>
<li>Dean-Ben, X. L., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adding+fifth+dimension+to+optoacoustic+imaging%3A+volumetric+time-resolved+spectrally-enriched+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Light%3A+Science+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Adding fifth dimension to optoacoustic imaging: volumetric time-resolved spectrally-enriched tomography.</a> Light: Science and Applications. 3, (2014).</li>
<li>Fronheiser, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+optoacoustic+monitoring+and+three-dimensional+mapping+of+a+human+arm+vasculature%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Real-time optoacoustic monitoring and three-dimensional mapping of a human arm vasculature.</a> J Biomed Opt. 15 (2), (2010).</li>
<li>Buehler, A., Kacprowicz, M., Taruttis, A., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+handheld+multispectral+optoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Real-time handheld multispectral optoacoustic imaging.</a> Opt Lett. 38 (9), 1404-1406 (2013).</li>
<li>Yang, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+functional+photoacoustic+and+ultrasonic+endoscopy+of+internal+organs+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Med%22%5BJournal%5D)">Simultaneous functional photoacoustic and ultrasonic endoscopy of internal organs in vivo.</a> Nat Med. 18 (8), 1297-1302 (2012).</li>
<li>Kruger, R. A., Lam, R. B., Reinecke, D. R., Del Rio, S. P., Doyle, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+angiography+of+the+breast%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic angiography of the breast.</a> Med Phys. 37 (11), 6096-6100 (2010).</li>
<li>Heijblom, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualizing+breast+cancer+using+the+Twente+photoacoustic+mammoscope%3A+What+do+we+learn+from+twelve+new+patient+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+express%22%5BJournal%5D)">Visualizing breast cancer using the Twente photoacoustic mammoscope: What do we learn from twelve new patient measurements.</a> Optics express. 20 (11), 11582-11597 (2012).</li>
<li>Dean-Ben, X. L., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Portable+spherical+array+probe+for+volumetric+real-time+optoacoustic+imaging+at+centimeter-scale+depths%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+express%22%5BJournal%5D)">Portable spherical array probe for volumetric real-time optoacoustic imaging at centimeter-scale depths.</a> Optics express. 21 (23), 28062-28071 (2013).</li>
<li>Dean-Ben, X. L., Ozbek, A., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Volumetric+real-time+tracking+of+peripheral+human+vasculature+with+GPU-accelerated+three-dimensional+optoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+transactions+on+medical+imaging%22%5BJournal%5D)">Volumetric real-time tracking of peripheral human vasculature with GPU-accelerated three-dimensional optoacoustic tomography.</a> IEEE transactions on medical imaging. 32 (11), 2050-2055 (2013).</li>
<li>Dean-Ben, X. L., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+optoacoustic+human+angiography+with+handheld+video+rate+three+dimensional+scanner%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Functional optoacoustic human angiography with handheld video rate three dimensional scanner.</a> Photoacoustics. 1 (3-4), 68-73 (2013).</li>
<li>American National Standards for the Safe Use of Lasers ANSI Z136.1.. , Americal Laser Institute. 
 
 <a target="_blank" href="http://www.lia.org/PDF/Z136_1_s.pdf">http://www.lia.org/PDF/Z136_1_s.pdf</a> (2000).</li>
<li>Ntziachristos, V., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging+by+means+of+multispectral+optoacoustic+tomography+%28MSOT%29%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+reviews%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging by means of multispectral optoacoustic tomography (MSOT).</a> Chemical reviews. 110 (5), 2783-2794 (2010).</li>
<li>Luke, G. P., Yeager, D., Emelianov, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomedical+Applications+of+Photoacoustic+Imaging+with+Exogenous+Contrast+Agents%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Biomedical Applications of Photoacoustic Imaging with Exogenous Contrast Agents.</a> Ann Biomed Eng. 40 (2), 422-437 (2012).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De unieke voordelen van opto-akoestische beeldvorming in kleine dierproeven hebben sterke motivatie gemaakt voor het vertalen van de technologie in klinische praktijk, met een aantal diagnostiek en behandeling bewakingstoepassingen ogen bijv. In borst- en huidkanker, ontsteking of perifere vasculatuur ziekten. Echter, in tegenstelling tot muizen of kleinere dieren, die worden omgeven door een voldoende aantal lichtbronnen en detectie-elementen een effectief tomografische acquisitie geometrie, de grote afmetinge...

Opto-akoestische (foto-akoestische) beeldvorming trekt steeds meer belangstelling uit de biologische en medische research communities, zoals blijkt uit het steeds toenemende aantal publicaties omvat verschillende nieuwe toepassingen die de unieke voordelen van de technologie 1-5 exploiteren. Met name de mogelijkheid om image spectraal onderscheidende foto-absorberende stoffen met een hoge ruimtelijke resolutie op een diepte tot ver buiten de diffuse grens van licht opent ongekende mogelijkheden voor functionele en moleculaire beeldvorming 6-10. Inderdaad, de vertaling van de opto-akoestische technologie in de klinische praktijk wordt geleverd met veelbelovende perspectieven in de diagnostiek en behandeling te volgen van vele ziekten. Toch is de beperkte verspreiding van fotonen in optisch verstrooiende en absorberende weefsels en de algemeen zwakke reacties geassocieerd met de opto-akoestische verschijnsel beperken de toepassing diepte van de methode. Hierdoor handbediende optoacoustic probes werden geprobeerd beelddelen van buitenaf het lichaam 11,12 tijdens endoscopische systemen worden gebruikt om beelden vanuit het lichaam te voorzien door ze via natuurlijke openingen 13. Sommige low-absorberende delen van het menselijk lichaam, zoals de vrouwelijke borst, zijn ook toegankelijk door tomographic opto-akoestische scanners 14,15. Van bijzonder belang is de handbediende benadering omdat hiermee grote veelzijdigheid, vergelijkbaar met echografie. Hier, aanpassing van de gemeenschappelijke ultrasone lineaire array probes voor opto-akoestische beeldvorming blijft uitdagend, vooral als gevolg van fundamentele verschillen in beeldvormapparaat eisen tussen echografie en optoacoustics. Terwijl de hoge frame rates in standaard echografie zijn ingeschakeld door opeenvolgende zend-ontvangst regelingen gebruik hoge pulsherhalingsfrequenties in het kHz bereik, wordt real-time driedimensionale opto-akoestische beeldvorming bereikt door gelijktijdige ophaling van volumetrische tomografische gegevens van een enkele interrogating laserpuls. Aldus hoogwaardige opto-akoestische beeldvorming veronderstelt acquisitie van driedimensionale gegevens van de grootste mogelijke ruimtehoek rond de afgebeelde object. Onlangs hebben we de eerste handheld opto-akoestische sonde ingevoerd voor driedimensionale (volumetrische) beeldvorming in real time 16. Het systeem is gebaseerd op een tweedimensionale matrix van 256 piëzo-elektrische elementen aangebracht op een bolvormig oppervlak (blauwe stippen in figuur 1A) die een hoek van 90 °. De grootte van de afzonderlijke elementen van ca. 3 x 3 mm 2, alsmede hun oriëntatie en frequentiebandbreedte (ongeveer 2-6 MHz) garanderen effectieve signaal ophalen van een centimeter-volume rond het middelpunt van de bol (zwarte kubus in figuur 1A). Optische excitatie van het beeldgebied is voorzien van een vezelbundel ingebracht door een centrale cilindrische holte van de array, zodat elke golflengte susceptible van door de vezelbundel wordt uitgezonden kan worden gebruikt voor beeldvorming. Een daadwerkelijk beeld van de reeks omzetters met de optische vezelbundel is getoond in figuur 1B. De efficiënte excitatie en gelijktijdige detectie van signalen maakt een diepe weefsel beeldvorming met enkelvoudige excitatie (één laserpuls), waardoor real-time imaging met een framesnelheid bepaald door de pulsherhalingsfrequentie van de laser verder wordt ingeschakeld met een graphics- processing unit (GPU) uitvoering van de reconstructie procedure 17. Een cilindrische behuizing met een transparante polyethyleen membraan (figuur 1C) aan het transducentstelsel aan een akoestisch overdragen vloeibaar medium (water) omsluiten. Het membraan wordt verder gekoppeld aan het weefsel door middel van akoestische gel. Een beeld van de opto-akoestische sonde gebruikt in draagbare werkingsmodus weergegeven in figuur 1D. De aangetoonde three dimensionale draagbare opto-akoestische beeldvorming in combinatie met de real time functionele beeldvorming capaciteit hebben belangrijke voordelen voor klinische diagnostiek en een aantal mogelijke toepassingen beoogd voor verschillende indicaties, zoals perifere vasculaire ziekte, lymfevatenstelsel, borstkanker, huidlaesies, ontsteking of artritis 18. Bovendien is de snelle beeldvorming capaciteit maakt visualisatie van dynamische biologische gebeurtenissen met de probe die in een stilstaande positie. Gecombineerd met snel golflengte-afstemming optische parametrische oscillator (OPO) lasertechnologie, deze benadering maakt real-time beeldvorming van biologische verdeling van foto-absorptiemiddelen. Daardoor kunnen nieuwe mogelijkheden even opduiken in beeldvorming van kleine proefdieren toepassingen, bijv., In het bestuderen weefsel hemodynamiek, in vivo cell tracking, visualisatie van farmacokinetiek, orgaanperfusie, doelgerichte moleculaire beeldvorming van tumoren en het cardiovasculaire systeem, of neuroimaging. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; In dit werk wij een gedetailleerde beschrijving van de experimentele imaging protocol om met de bolvormige matrix opto-akoestische handbediende sonde en showcase prestaties aantal typische klinische en beeldvormingsexperimenten&#39;s.

<table><tbody><tr><td>Optical parametric oscillator (OPO)-based laser</td><td>Innolas Laser GmbH, Krailling (Germany)</td><td>op maat gemaakt</td><td>De laser levert laserpulsen met een duur van ongeveer 10 nsec en een energie tot 80 mJ. De golflengte is instelbaar tussen 680-950 nm.</td></tr><tr><td>Sferische array van piezocomposite detectoren</td><td>Imasonic SaS, Voray (Frankrijk)</td><td>op maat gemaakt</td><td>De array bestaat uit 256 piëzo-elektrische sensoren verdeeld over een sferische oppervlakte. Elk element heeft afmetingen van 3 x 3 mm2, een centrale frequentie van 4 MHz en een bandbreedte van 100%. </td></tr><tr><td>Data acquisitie systeem (DAQ)</td><td>Falkenstein Mikrosysteme GmbH, Taufkirchen (Germany)</td><td>op maat gemaakt</td><td>De DAQ verzamelt gelijktijdig 256 signalen met 40 megasamples per seconde en 2.030 samples. De ingangsweerstand is 1 MW.</td></tr><tr><td>Vezelbundel</td><td>CeramOptec GmbH, Bonn (Germany)</td><td>op maat gemaakt</td><td>De bundel bestaat uit 480 individuele vezels willekeurig verdeeld in de ingang en uitgang. De numerieke opening van elke individuele vezel is 0,22.</td></tr><tr><td>Athymische naakte muis</td><td>Harlan Laboratories (Nederland)</td><td>Athymisch naakt - Foxn1nu</td><td>De muis was 8 weken oud (volwassen) ten tijde van het experiment. Het ethische protocol werd goedgekeurd door de Beierse overheid (nummer 55.2.1.54-2632-102-11)</td></tr><tr><td>Bepanthen crème</td><td>Bayer AG (Duitsland)</td><td></td><td>Diergeneeskundig zalf om de ogen tijdens anesthesie te beschermen</td></tr><tr><td>Data verwerkingssoftware</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>op maat gemaakt</td><td>De data verwerkingssoftware werd ontwikkeld op ons instituut. Het maakt reconstructie bij elke golflengte en multi-golflengte unmixing mogelijk, evenals verdere gegevensverwerking.</td></tr><tr><td>Waterbevattend onderdeel</td><td></td><td>op maat gemaakt</td><td>Dit onderdeel bevat het water dat fungeert als akoestisch koppelingsmedium tussen huid en transducer elementen</td></tr><tr><td>Indocyanine groen (ICG)</td><td>PULSION Medical Systems SE</td><td></td><td>ICG-PULSION (werkzame stof: indocyaninegroen kleurstof) is een geneesmiddel dat wordt gebruikt bij cardiale, circulatie- en microcirculatoire diagnostiek, leverfunctiediagnostiek en oogheelkundige angiografie diagnostiek.</td></tr></tbody></table>

universal hand-held driedimensionale opto-akoestische imaging probe voor deep tissue human-angiografie en functional preklinisch studies in real time

Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time

De exclusieve combinatie van hoog optisch contrast en uitstekende ruimtelijke resolutie maakt opto-akoestiek (foto-akoestiek) ideaal voor het gelijktijdig verkrijgen van anatomisch, functioneel en moleculair contrast in diep optisch ondoorzichtige weefsels. Hoewel er onlangs enorm potentieel is aangetoond in de toepassing van opto-akoestiek voor onderzoek bij kleine dieren, zijn er ook grote inspanningen geleverd om deze beeldvormingstechnologie te vertalen naar de klinische praktijk. We presenteren hier een nieuw ontwikkelde opto-akoestische tomografiebenadering die in staat is om in real time hoge resolutie en spectraal verrijkte volumetrische beelden van weefselmorfologie en functie te leveren. Een gedetailleerde beschrijving van het experimentele protocol voor het werken met het beeldvormingssysteem in zowel handbediende als stationaire modi wordt geboden en getoond voor verschillende potentiële scenario's met functionele en moleculaire studies bij muizenmodellen en mensen. De mogelijkheid voor realtime visualisatie in drie dimensies, samen met het veelzijdige handbediende ontwerp van de beeldvormingssonde, maakt de nieuw ontwikkelde benadering uniek binnen het pantheon van beeldvormingsmodaliteiten die vandaag de dag worden gebruikt in preklinisch onderzoek en klinische praktijk.

Representatieve resultaten, het aantonen van de mogelijkheden van de beschreven volumetrische hand-held opto-akoestische sonde, worden tentoongesteld in deze sectie. In alle gevallen werd het licht Fluence op het huidoppervlak onder de blootstellingslimiet veiligheid van 20 mJ / cm2 19 gehouden. De prestatie van de probe in real-time tracking perifeer menselijk vaatstelsel wordt gedemonstreerd in figuur 2. In de loop van dit experiment werd de probe langzaam langs...

We geven hierin een gedetailleerde beschrijving van het experimentele protocol voor beeldvorming met een nieuw ontwikkeld handbediend optoakoestisch (fotoakoestisch) systeem voor driedimensionale functionele en moleculaire beeldvorming in real time. De aangetoonde krachtige prestaties en veelzijdigheid kunnen nieuwe toepassingsgebieden van de optoakoestische technologie in preklinisch onderzoek en klinische praktijk definiëren.

Universal Hand-held Driedimensionale opto-akoestische Imaging Probe voor Deep Tissue Human-angiografie en Functional preklinisch Studies in Real Time

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously ...

Het algemene doel van het volgende experiment is om de beeldvormingscapaciteiten van een nieuw ontwikkeld handheld opto-akoestisch systeem voor driedimensionale, functionele en moleculaire beeldvorming in realtime te illustreren. Dit wordt bereikt met behulp van een sonde met een sferische matrixarray van pizo-elektrische transducers rond een vezelbundel die lichtpulsen geleidt wanneer deze tegen weefsel wordt gehouden. Lichtpulsen van nanoseconden duur prikkelen ultrasone reacties die door de sonde worden vastgelegd.Vervolgens wordt de data gebruikt om real-time beeldreconstructie uit te voeren, waardoor scans in een handheld-modus mogelijk zijn. De resultaten tonen de haalbaarheid van diepe weefselbeeldvorming van vasculaire morfologie, evenals belangrijke hemodynamische en perfusieparameters met een draagbaar systeem. De specifieke focus van alle laboratoria is de ontwikkeling van nieuwe biomedische beeldvormingstools op basis van optische akoestiek, diffuse optica, echografie en multimodale benaderingen.Het nieuw ontwikkelde handheld opto-akoestische tomografiesysteem kan in wezen echt vijfdimensionale beeldvormingscapaciteit bieden. Dit betekent dat het hoge resolutie, spectroscopisch verrijkte volumetrische beeldvorming van weefselmorfologie en functie in realtime kan leveren. De volumetrische handbeeldvormingsbenadering in combinatie met real-timefunctie, elimineert capaciteit en biedt belangrijke voordelen voor klinische diagnostiek.Bijvoorbeeld, bij perifere vaatziekten, lymfatische systeemstoornissen, borstkanker, huidlaesies, ontsteking, artritis. In combinatie met snelle golflengteafstemlasertechnologie, maakt het systeem real-time beeldvorming mogelijk van de biodistributie van lichtabsorberende agentia. Dit is de reden waarom nieuwe mogelijkheden gelijkelijk kunnen ontstaan in moleculaire beeldvormingstoepassingen bij kleine dieren.Bijvoorbeeld, het bestuderen van weefselhemodynamiek in vivo celtracking, visualisatie van farmacokinetiek, orgaanperfusie of neurobeeldvorming. Begin met het voorbereiden van de hardware. Schakel de afstembare nabij-infrarode laserbron in voor een opwarmperiode van ongeveer 15 minuten. Om de uitgang te stabiliseren, wordt de laseruitgang aangesloten op de handheld sonde.De sonde bestaat uit een matrixarray van piso elektrische elementen die zijn gerangschikt om een deel van een sfeer te bedekken met een opening voor een vezelbundel. In het midden, sluit een vezelbundel aan om de laserstraal van de laseruitgang naar de handheld sonde te geleiden. Verbind vervolgens de sferische matrixdetectiearray van de handheld sonde met het parallelle data-acquisitiesysteem, dat wordt geactiveerd door de Q-switch Uitgang van de laser. Ga door met het voorbereiden van de akoestische koppeling voor de sonde.De transducer heeft een matchende behuizing die is afgesloten met een optisch en akoestisch transparante polyethyleenmembraan, dat contact maakt met de huid en de actieve transduceroppervlakte met de behuizing sluit. De relatieve positie van het actieve detectieoppervlak ten opzichte van het weefseloppervlak bepaalt de effectieve beelddiepte. Verbind een pomp tussen de tank en de sonde.Gebruik deze vervolgens om het volume van ongeveer 100 milliliter tussen de transducer en het membraan te vullen. Nadat het pompen is voltooid, ontkoppelt u de pomp. Inspecteer de sonde om er zeker van te zijn dat er geen luchtbellen of lekken zijn.Voor de veiligheid, zet beschermende veiligheidsbril op, geschikt voor nabij-infrarode golflengten. Stel de beeldvormingsgolflengten en laserpulsrepetitiefrequentie in. In de besturingssoftware is het golflengtebereik 690 tot 900 nanometer met de optische keuze, afhankelijk van het specifieke weefsel, chromo, vieren en extrinsiek toegediende agentia van belang.De pulsrepetitiefrequentie ligt in het bereik van 10 tot 50 hertz en is afhankelijk van de gewenste volumetrische beeldvormingsframesnelheid, maar wordt ook beperkt door de laserblootstellingslimieten. Stel ook het akoestische data-acquisitiesysteem in om een inputimpedantie van één mega ohm te hebben met een bemonsteringssnelheid van 40 mega-samples per seconde en 12-bits verticale resolutie. Voor veilige bediening.Meet de blootstellingsniveaus in het nabij-infrarode spectrale gebied met een laservermogensmeter. Plaats de vermogensmeter bij de polyethyleenmembraan van de sonde voor de meting. Laat laserstraling door de sonde gaan en pas de laservermogen en herhalingssnelheid aan.Om veilige blootstellingsniveaus bij het membraan te bereiken wanneer aanpassingen worden gemaakt, verwijdert u vervolgens de vermogensmeter. De sonde is klaar voor gebruik. De volgende stap is om de patiënt voor te bereiden op de procedure.Zorg voor de patiënt voor beschermende veiligheidsbril, geschikt voor nabij-infrarode golflengten. Inspecteer het te beeldvormen gebied. Als er haar aanwezig is, breng een depletielotion aan om het te verwijderen en ongewenste achtergrond in de beelden te voorkomen.Maak het gebied schoon met een nat papier. Zodra het gebied duidelijk is, brengt u ultrasone gel aan op de huid in het te beeldvormen gebied. Om een efficiënte akoestische koppeling te bieden.Houd de sonde op zijn plaats en start de voorbeeldsoftware, die de laseruitgang inschakelt en het visualiseren van driedimensionale beelden mogelijk maakt. De framesnelheid van de opto-akoestische beelden komt overeen met de laserpulsrepetitiefrequentie en wordt in realtime weergegeven. Wanneer tomografische reconstructie wordt geïmplementeerd op een grafische verwerkingseenheid, beweegt u de sonde voorzichtig om de visualisatie te optimaliseren en de structuur van belang te lokaliseren.Ga door met het gebruik van de voorbeeldsoftware en schakel de hardware in de data-acquisitiemodus op de patiënt. Beweeg de sonde voorzichtig enkele millimeters per seconde rond het beeldvormingsgebied om de structuren van belang te volgen. Bij voltooiing van de data-acquisitie, stopt u de software, die ook de laser stopt.De onderarm van een gezonde vrijwilliger bevindt zich aan de linkerkant. Het witte vak vertegenwoordigt het gebied dat met de sonde wordt beeldvormd. Aan de rechterkant zijn de maximale intensiteitsprojectiebeelden van het beeldvormde gebied.Terwijl de son

universal-hand-held-three-dimensional-optoacoustic-imaging-probe-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Optische resolutie fotoakoestische microscopie (OR-PAM) is een opkomende technologie die in staat van beeldvorming optische absorptie...

Drie-dimensionale Optische resolutie Fotoakoestisch Microscopie

Het huidige werk beschrijft een nieuw protocol om niet-invasieve hoogfrequente echografie en foto-akoestische beeldvorming uit te voeren op rattenhersenen, om efficiënt diepe subcorticale regio's en hun vasculaire patronen te visualiseren door signalen te richten op schedelopeningen die van nature aanwezig zijn op het schedeldak van het dier.

Niet-invasieve Parenchymale, Vasculaire en Metabole Hoogfrequent Ultrasound en Fotoakoestisch Rat Deep Brain Imaging

De ontwikkeling van nieuwe echografie (VS)-sondes gebaseerd op capacitieve Micromachined ultrasone Transducer (CMUT) technologie vereist een vroege realistische inschatting van beeldvormende mogelijkheden. We beschrijven een herhaalbare experimenteel protocol voor Amerikaanse Beeldacquisitie en vergelijking met magnetische resonantie beelden, met behulp van een ex vivo boviene hersenen als een imaging doel.

Een experimenteel Protocol voor de beoordeling van de prestaties van de nieuwe Ultrasound sondes gebaseerd op CMUT technologie in toepassing op Brain Imaging

Hierbij is een AR-OR-PAM-systeem (AR) of schakelbare akoestische resolutie (AR) en optische resolutie (OR), die zowel in hoge resolutie als in hoge resolutie kan worden ingezet, met een lage resolutie van diepe weefsels op een zelfde monster in vivo .

Schakelbare akoestische en optische resolutie Photoacoustic Microscopy voor<em&gt; In Vivo</em&gt; Kleine dieren Bloedvasculaire Imaging

Een compact pulsed-laser diode gebaseerde foto-akoestische tomografie (PLD-PAT) systeem voor high-speed in vivo hersenbeelden in kleine dieren wordt aangetoond.

Een hoogwaardig Compact Photo Acoustic Tomography System voor<em&gt; In Vivo</em&gt; Kleine-dierlijke hersenbeelden

Een klinische handheld photoacoustic imaging systeem zullen worden gedemonstreerd voor real-time niet-invasieve kleine dierlijke imaging.

Hand-held klinische Photoacoustic Imaging systeem voor Real-time niet-invasieve kleine dierlijke Imaging

Nauwkeurig en efficiënt visualisatie van invasieve medische hulpmiddelen is uiterst belangrijk in vele echografie-geleide minimaal invasieve procedures. Hier wordt een methode voor het lokaliseren van de ruimtelijke positie van een naald tip ten opzichte van de echografie imaging sonde gepresenteerd.

Driedimensionale ultrasone naald Tip Tracking met een glasvezel echografie-ontvanger

Er is een twee raster-scanning fotoakoetische imager ontworpen, die wide-field imaging en real-time imaging integreerde.

Dual Raster-Scanning Photoacoustic Small-Animal Imager voor vasculaire visualisatie

Het huidige protocol beschrijft de verwerving van multispectrale optoakoestische beelden van in vivo menselijke huidvasculatuur. Deze omvatten de kwantificering van hemoglobine en melanine, beschouwd als chromoforen van belang voor functionele analyse.

Multispectrale optoakoestische tomografie voor functionele beeldvorming in vasculair onderzoek

Dit werk demonstreert het gebruik van een multimodaal echografie-gebaseerd beeldvormingsplatform voor niet-invasieve beeldvorming van ischemische beroerte. Dit systeem maakt de kwantificering van bloedoxygenatie mogelijk door fotoakoestische beeldvorming en verminderde perfusie in de hersenen door akoestische angiografie.

Geïntegreerde fotoakoestische, echografie en angiografische tomografie (PAUSAT) voor niet-invasieve beeldvorming van de hele hersenen van ischemische beroerte

Ontdek driedimensionale opto-akoestische beeldvorming voor diep weefsel en vasculaire morfologie in real time. Deze draagbare methode meet hemodynamische parameters voor preklinisch onderzoek.

Universal Hand-held Driedimensionale opto-akoestische Imaging Probe voor Deep Tissue Human-angiografie en Functional preklinisch Studies in Real Time (Video) | JoVE Journal

Universal Hand-held Driedimensionale opto-akoestische Imaging Probe voor Deep Tissue Human-angiografie en Functional preklinisch Studies in Real Time

Meer video's verkennen