Schakelbare akoestische en optische resolutie Photoacoustic Microscopy voor In Vivo Kleine dieren Bloedvasculaire Imaging

Het algemene doel van deze procedure is om een schakelbaar akoestisch en optisch resolutie foto-akoestisch microscopie systeem te demonstreren voor in vivo beeldvorming van het bloedvatensysteem van kleine dieren. Foto-akoestische microscopie is een snelgroeiende in vivo beeldvormingsmodaliteit die optica en ultrageluid combineert en beelddiepte biedt die verder gaat dan optische pad met hoge resolutie. Dit werk presenteert een schakelbaar akoestisch optisch resolutie foto-akoestisch microscopisch systeem dat in staat is tot hogere resolutie beeldvorming op ondiepe diepte, evenals lagere resolutie diepe weefselbeeldvorming van hetzelfde monster in vivo.

De procedure zal worden gedemonstreerd door Dr. Mohesh Moothanchery, een onderzoeksmedewerker uit mijn laboratorium, en Arunima Sharma, een promovenda uit mijn lab. Eerst, bouw een nanoseconde, instelbare lasersysteem van een diode-gepompte, solid-state Nd:YAG-laser en een dubbel instelbare laser met een bereik van 559 tot 576 nanometer. Stel de dubbel instelbare laser in op 570 nan.

Monteer op een optische tafel een acryl tank met een zeven centimeter polyethyleen beeldvormingsvenster in de bodem van de tank. Bevestig een beeldvormingsplatform aan een optische paal onder het beeldvormingsvenster. Boven de tank, monteer een optische kooi met het AR-OR-PAM beeldvormingssysteem op een schakelplaat bevestigd aan een computergestuurde drie-as gemotoriseerde vertaalstand.

Om het systeem voor AR-PAM te configureren, gebruik een rechthoekige prisma gemonteerd op een gemotoriseerde continue rotatiestandaard om de straal door een variabel neutraal-dichtheidsfilter naar een multi-mode glasvezelkabel met een 25 NA glasvezelkoppeling te richten. Verbind de glasvezeluitgang met een XY-vertaalstand in het beeldvormingssysteem. Richt de straal door een plano-convex lens 25 millimeter van de uitgang, en vervolgens door een conische lens om een ringvormige straal te creëren.

Focus de ringvormige straal op een optische condensor rond een 50 megahertz ultrasoon transducer met een akoestische lens gemonteerd op de uitgang van de transducer. Vervolgens, om het systeem voor OR-PAM te configureren, draai de eerste rechte hoek prisma met 90 graden om de laserstraal door een iris, een variabel neutraal-dichtheidsfilter, een condensorlens en een diafragma ingesteld op 75 millimeter van de condensorlens te richten. Gebruik een 1 NA enkele-modus glasvezelkoppeling en een enkele-modus glasvezel om de straal naar de Z-vertaalstand in het beeldvormingssysteem te sturen.

Richt de straal door een achromatisch dubbellens gemonteerd 50 millimeter van de glasvezeluitgang. Leid de straal af met een kinematische, bestuurbare, elliptische spiegel naar een tweede achromatisch dubbellens in een lensbuis. Focus de straal op een rechte hoek prisma gescheiden door een laag siliciumolie van een ruitvormig prisma, met een akoestische lens en een 50 megahertz ultrasoon transducer, die de OR-PAM scankop vormt.

Voor het begin van de systeemuitlijning, vul de acryl tanks met ontgast water. Gebruik vervolgens de drie-as gemotoriseerde stand om de scanassemblage over de tank te verplaatsen. Laat de assemblage zakken totdat de akoestische lenzen van beide systemen ondergedompeld zijn.

Schakel de laser in. Verbind de ultrasone transducers met twee 25 decibel, vaste-versterking versterkers. Plaats de AR-PAM scankop boven het beeldvormingsvenster.

Plaats een glazen plaat omwikkeld met zwart elektrisch plakband op het beeldvormingsplatform en verhoog het platform om de plaat in contact te brengen met het beeldvormingsvenster. Pas de conische lens aan totdat de foto-akoestische signaalamplitude gegenereerd door de plaat een maximum bereikt, wat aangeeft dat de optische en akoestische lenzen confocal zijn. Schakel vervolgens handmatig over naar het OR-PAM systeem.

Pas de achromatische dubbellens aan totdat de optische en akoestische lenzen confocal zijn, zoals aangegeven door het maximaliseren van de foto-akoestische signaalamplitude van de met plakband bedekte plaat. Om de laterale resolutie van elk systeem te bepalen, plaats eerst 1 milliliter van een verdunde oplossing van 100 nanometer gouden nanodeeltjes in water op een dekselglas. Plaats de plaat op het beeldvormingsplatform.

en verhoog het platform totdat de nanodeeltjesoplossing contact maakt met het beeldvormingsvenster. Schakel de laser en de scankop over naar het AR-PAM systeem. Configureer de instrumentsoftware voor een AR-PAM scan en voer een enkele rasterscan uit.

Herhaal dit proces voor het OR-PAM systeem. Verwijder vervolgens de plaat en maak het beeldvormingsvenster schoon met een alcoholdoekje. Pas de puntspreidingsfuncties bepaald uit de verkregen beelden aan op een Gaussiaanse curve.

De volledige breedte bij de halve hoogte is de laterale resolutie voor het corresponderende scansysteem. Vervolgens, om de maximale beeldvormingsdiepte in weefsel te bepalen, plaats eerst een scherpe metalen plaat gewikkeld in zwart plakband in een klein stuk kippenvlees op een ondiepe hoek. Plaats het weefsel in de watertank onder de scannerkop.

Verkrijg een enkele B-scan afbeelding voor elk systeem. Meet de diepte onder het weefseloppervlak waarop het zwarte plakband niet meer duidelijk herkenbaar is. Zorg ervoor dat het polyethyleen beeldvormingsvenster en het dierenbeeldvormingsplatform beide schoon zijn voorafgaand aan de afbeelding.

Verkrijg vervolgens een 25-gram, vier weken oude vrouwelijke muis voor de beeldvormingsprocedure na het verdoven van de muis. Verwijder haar van het ooroppervlak met ontharingscreme. Breng steriele oculaire zalf aan op de ogen van de muis om uitdroging te voorkomen en verspreide laserstralen te blokkeren.

Plaats de muis op een beeldvormingsplatform met de plaat voor het positioneren van het te beelden oor. Controleer de fysiologische toestand van de muis met een pulsoximeter geklemd aan de staart of poot van de muis. Breng ultrasone gel aan op het te beelden oor.

Verhoog langzaam het beeldvormingsplatform om het oor voorzichtig in contact te brengen met het polyethyleen beeldvormingsvenster. Verwerf AR-PAM en OR-PAM rasterscans van het oor van de muis,