Name: Een hoogwaardig Compact Photo Acoustic Tomography System voor In Vivo Kleine-dierlijke hersenbeelden (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 32 s
Description: Leer een compact, hoogwaardig fotoakoestisch tomografiesysteem voor in vivo hersenbeeldvorming bij kleine dieren. Deze methode maakt real-time visualisatie van hersenvaten mogelijk voor neurowetenschappelijk 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 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.

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 <ol><li> 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 temperatuurregelaar, een wisselstroomvoeding, een voedingsspanning (12 V) en een functiegenerator; Zie de tabel van materialen. De variabele stroomvoorziening wordt gebruikt om de laservermogen te regelen en de functiegenerator wordt gebruikt om de herhalingssnelheid van de PLD te wijzigen. </li><li> Zet de PLD-laser aan. Stel de PLD herhalingskoers in op &quot;7.000&quot; HZ door gebruik te maken van de functiegenerator in de LDU. Verhoog de pulsenergie tot 1,42 mJ door de spanning van de variabele voeding op &quot;3.1&quot; V te zetten. </li><li> Monteer de optische diffuser (OD) voor het PLD-uitgangsscherm om de uitgangsbalk homogeen te maken, zoals getoond in Figuur 1a . OPMERKING: Gebruik een diffuser met een fijne grit ( dwz 1,500 grit poetsmiddel). </li><li> Monteer de geconcentreerde UST op de UST houder, zodat het in het midden van het scangebied staat, zoals getoond in Figuur 1a . OPMERKING: De centrale frequentie van de UST is 2,25 MHz en de brandpuntsafstand is 1,9 inch. </li><li> Plaats de ultrageluiddetector in de acryltank, zoals getoond in figuur 1a . Vul de tank met water zodat de UST helemaal ondergedompeld is. OPMERKING: Een watermedium wordt gebruikt om het foto-akoestische signaal van de hersenen (monster) aan de UST te koppelen. Een acrylwatertank (WT, zie de Tafel van Materialen) was aangepastOntworpen voor kleine dierenbeelden. Het schema van het watertankontwerp is weergegeven in figuur 1b . </li><li> Controleer het PA signaal van het monster met behulp van een puls / ontvanger (PRU; zie de Tabel van Materialen ). OPMERKING: Deze signalen werden gedigitaliseerd met een 12-bits DAQ-kaart (zie de tabel van materialen ) bij een samplingfrequentie van 100 MS / s en op een computer opgeslagen. </li></ol> 2. Voorbereiding van dieren voor de hersenbeelden van de hersenen OPMERKING: Het hierboven beschreven PLD-PAT-systeem werd aangetoond voor het imago van kleine dierenhersen. Voor deze experimenten werden gezonde vrouwelijke ratten (zie de tabel van materialen ) gebruikt. <ol><li> Verdoof het dier door het intraperitoneel injecteren van een cocktail van 2 ml ketamine, 1 ml xylazine en 1 ml zoutoplossing (dosering van 0,2 ml / 100 g). </li><li> Verwijder de vacht op de hoofdhuid van het dier met behulp van een haarknipper. Breng het haarverwijderingsroom voorzichtig aan de geschorenGebied voor verdere uitputting van de vacht. <ol><li> Verwijder de aangepaste room na 4-5 minuten met een katoenen pootje. </li><li> Breng kunstmatige tranenalf aan de ogen van het dier om de droogheid te voorkomen door anesthesie en laserverlichting. </li></ol></li><li> Monteer de op maat gemaakte dierenhouder (zie de Tafel van Materialen ) uitgerust met een ademhalingsmasker (zie de Tabel van Materialen ) op een lab-jack. </li><li> Plaats het dier in de slechte positie op de houder. Bevestig het aan de houder met behulp van een chirurgische tape om tijdens het imago de beweging van het dier te vermijden. </li><li> Zorg ervoor dat het ademhalingsmasker de neus en mond van de rat omvat om ingeademde verdoving te leveren. </li></ol> 3. In Vivo Rat Brain Imaging <ol><li> Sluit het ademhalingsmasker aan op de anesthesie machine. Schakel de anesthesiemachine in en stel hem aan om 1,0 L / min zuurstof te leveren met 0,75% isofluraan. <ol><li> Klem de pulsoximeter erinS staart om de fysiologische conditie van het dier te controleren. </li></ol></li><li> Breng een laag kleurloze ultrasone gel aan op de hoofdhuid van de rat. Stel de lab-jack positie in het midden van de scanner. Het ademhalingsmasker is aangepast aan het beeldscherm. 10% van de in de handel verkrijgbare neuskegel is gesneden, dan verbonden met een handschoen. <ol><li> Stel de hoogte van de lab-jack handmatig in, zodat het beeldvlak op de focus van de UST staat. </li></ol></li><li> Stel de parameters in de gegevensverzamelingssoftware (zie de Tabel van Materialen) zoals vereist. Voer het programma voor het ophalen van gegevens over om de acquisitie te starten ( dwz beeldvorming). OPMERKING: Het programma wordt gebruikt om de UST te roteren en A-line PA signalen te verzamelen. De verzamelde A-lijnen worden op de computer opgeslagen. </li><li> Volg het dier gedurende de gehele beeldperiode en ga verder met PAT reconstructie nadat de beeldvorming is voltooid. </li><li> Nadat de gegevensverzameling over is,Reconstructeer het doorsnede hersenbeeld van de A-lijnen met behulp van het reconstructie software programma. </li><li> Schakel het anesthesiesysteem uit, verwijder het dier uit het podium, stuur het terug naar zijn kooi en controleer het totdat het bewustzijn weer oplevert. OPMERKING: Als de UST bijvoorbeeld 5 seconden draait, levert de PLD 35.000 (= 5 x 7.000) pulsen en de UST verzamelt 35.000 A-lijnen. De 35.000 A-lijnen worden verminderd tot 500 door middel van gemiddeld meer dan 70 signalen (na gemiddelde A-lijnen = 35.000 / 70 = 500). Figuur 1c illustreert de verlichting van de laserpulsen en A-line collectie. Een reconstructieprogramma gebaseerd op vertragings- en som-terug-projectie-algoritme moet worden gebruikt. </li></ol><img alt="Figuur 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig1.jpg" /> Figuur 1: Schema&#39;s van het PLD-PAT-systeem. (A) Schematisch van de PLD-PAT. PLD: pulsed-laser diode, CSP: circuLarve-scanplaat, AM: anesthesie machine, M: motor, MPU: motor katrol eenheid, LDU: laser driver unit, PRU: pulser / ontvanger eenheid, UST: ultrasound transducer, WT: watertank, PF: polymeer film en DAQ: Data acquisition card. ( B ) Schema van de watertank, bovenaanzicht (1) en dwarsdoorsnede (2) voor in-vivo beeldvorming van kleine dieren. A: metrische schroef, B: acryl ringplaat, C: siliconen &quot;O&quot; ring, D: 100 μm dik, transparant polyethyleen bedekking. De tank had een gat van 9 cm op zijn bodem en werd afgesloten met een ultrasone en optisch transparante 100 μm dikke polyethyleenmembraan. ( C ) Schematisch van de verlichting van laserpulsen van de PLD en A-lijnen, verzameling in een 5-s continue scantijd. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55811/55811fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>

<ol><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+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review.</a> J Biomed Opt. 22 (4), 041006(2017).</li>
<li>Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/7317491/">Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review.</a> IEEE Sel Top Quantum Electron. 22 (3), 6801215(2016).</li>
<li>Valluru, K. S., Willmann, J. K. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5040138/">Clinical photoacoustic imaging of cancer.</a> Ultrasonography. 35 (4), 267(2016).</li>
<li>Zhou, Y., Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://biomedicaloptics.spiedigitallibrary.org/article.aspx?articleid=2516208">Tutorial on photoacoustic tomography.</a> J Biomed Opt. 21 (6), 061007(2016).</li>
<li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+Brain+Imaging%3A+from+Microscopic+to+Macroscopic+Scales%5BTitle%5D)+AND+%22Neurophotonics%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic Brain Imaging: from Microscopic to Macroscopic Scales.</a> Neurophotonics. 1 (1), 011003(2014).</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+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm.</a> J Biomed Opt. 21 (8), 086011(2016).</li>
<li>Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+resolution+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+of+single+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">High resolution ultrasound and photoacoustic imaging of single cells.</a> Photoacoustics. 4 (1), 36-42 (2016).</li>
<li>Upputuri, P. K., Wen, Z. -B., Wu, Z., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-resolution+photoacoustic+microscopy+using+photonic+nanojets%3A+a+simulation+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Super-resolution photoacoustic microscopy using photonic nanojets: a simulation study.</a> J Biomed Opt. 19 (11), 116003(2014).</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>Upputuri, P. K., Wu, Z., Gong, L., Ong, C. K., Wang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-resolution+coherent+anti-Stokes+Raman+scattering+microscopy+with+photonic+nanojets%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Super-resolution coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy with photonic nanojets.</a> Opt Express. 22 (11), 12890-12899 (2014).</li>
<li>Raghunathan, R., Singh, M., Dickinson, M. E., Larin, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+coherence+tomography+for+embryonic+imaging%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Optical coherence tomography for embryonic imaging: a review.</a> J Biomed Opt. 21 (5), 050902(2016).</li>
<li>Burton, N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+opto-acoustic+tomography+%28MSOT%29+of+the+brain+and+glioblastoma+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Multispectral opto-acoustic tomography (MSOT) of the brain and glioblastoma characterization.</a> Neuroimage. 65 (2), 522-528 (2013).</li>
<li>Su, R., Ermilov, S. A., Liopo, A. V., Oraevsky, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+optoacoustic+imaging+as+a+new+noninvasive+technique+to+study+long-term+biodistribution+of+optical+contrast+agents+in+small+animal+models%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional optoacoustic imaging as a new noninvasive technique to study long-term biodistribution of optical contrast agents in small animal models.</a> J Biomed Opt. 17 (10), 101506(2012).</li>
<li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+functional+chronic+imaging+of+a+small+animal+model+using+optical-resolution+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">In vivo functional chronic imaging of a small animal model using optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Med Phys. 36 (6), 2320-2323 (2009).</li>
<li>Zhang, E. Z., Laufer, J., Pedley, R. B., Beard, P. 3D photoacoustic imaging system for in vivo studies of small animal models. Proc SPIE. 6856, 68560(2008).</li>
<li>Deng, Z., Li, W., Li, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slip-ring-based+multi-transducer+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Slip-ring-based multi-transducer photoacoustic tomography system.</a> Opt Lett. 41 (12), 2859-2862 (2016).</li>
<li>Tang, J., Coleman, J. E., Dai, X., Jiang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wearable+3-D+Photoacoustic+Tomography+for+Functional+Brain+Imaging+in+Behaving+Rats%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Wearable 3-D Photoacoustic Tomography for Functional Brain Imaging in Behaving Rats.</a> Sci Rep. 6, 25470(2016).</li>
<li>Pramanik, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+carbon+nanotube-enhanced+non-invasive+photoacoustic+mapping+of+the+sentinel+lymph+node%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">In vivo carbon nanotube-enhanced non-invasive photoacoustic mapping of the sentinel lymph node.</a> Phys Med Biol. 54 (11), 3291-3301 (2009).</li>
<li>Yao, J., Xia, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiscale+Functional+and+Molecular+Photoacoustic+Tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrason+Imaging%22%5BJournal%5D)">Multiscale Functional and Molecular Photoacoustic Tomography.</a> Ultrason Imaging. 38 (1), 44-62 (2016).</li>
<li>Huang, S., Upputuri, P. K., Liu, H., Pramanik, M., Wang, M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TB/C5TB02367J#!divAbstract">A dual-functional benzobisthiadiazole derivative as an effective theranostic agent for near-infrared photoacoustic imaging and photothermal therapy.</a> J Mat Chem B. 4 (9), 1696-1703 (2016).</li>
<li>Olefir, I., Mercep, E., Burton, N. C., Ovsepian, S. V., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+multispectral+optoacoustic+and+ultrasound+tomography+for+morphological+and+physiological+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Hybrid multispectral optoacoustic and ultrasound tomography for morphological and physiological brain imaging.</a> J Biomed Opt. 21 (8), 086005(2016).</li>
<li>Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+transcranial+brain+imaging+by+optical-resolution+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> J Biomed Opt. 14 (4), 040503(2009).</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 (1), 257-266 (2013).</li>
<li>Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurovascular+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neuroenergetics%22%5BJournal%5D)">Neurovascular photoacoustic tomography.</a> Front Neuroenergetics. 2, 10(2010).</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>Yang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography+of+small+animal+brain+with+a+curved+array+transducer%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography of small animal brain with a curved array transducer.</a> J Biomed Opt. 14 (5), 054007(2009).</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+%22Biomed+Opt+Express%22%5BJournal%5D)">High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system.</a> Biomed Opt Express. 7 (2), 312-323 (2016).</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+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging.</a> Opt Lett. 31 (23), 3462-3464 (2006).</li>
<li>Kolkman, R. G. M., Steenbergen, W., van Leeuwen, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+photoacoustic+imaging+of+blood+vessels+with+a+pulsed+laser+diode%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+Med+Sci%22%5BJournal%5D)">In vivo photoacoustic imaging of blood vessels with a pulsed laser diode.</a> Lasers Med Sci. 21 (3), 134-139 (2006).</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+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging.</a> Opt Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2057-1976/1/4/045010/pdf">Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues.</a> Biomed Phys Eng Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).</li>
<li><a target="_blank" href="https://www.amazon.com/American-National-Standard-Safe-Lasers/dp/091203565X">American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1-2000</a>. , American National Standards Institute, Inc. New York, NY. (2000).</li>
</ol>

De auteurs hebben geen relevante financiële belangen in het manuscript en geen andere potentiële belangenconflicten om te onthullen.

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...

<html> 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 (PA) signalen worden gereconstrueerd met behulp van verschillende algoritmes (zoals een vertragings- en som-algoritme) 6 om het foto-akoestische beeld te genereren. Deze hybrid imaging modaliteit biedt hoge resolutie, diepgeweven beeldvorming en hoge optische absorptie contrast 7 ,Class = &quot;xref&quot;&gt; 8. Onlangs is een beeldvormende diepte van 12 cm bereikt in kippenborstweefsel met behulp van een langere golflengte (~ 1.064 nm) en een exogeen contrastmiddel, die fosforfthalocyanine bevat. Deze diepte gevoeligheid is veel hoger dan de diepte gevoeligheid van andere optische methoden, zoals confocal fluorescentiemicroscopie, twee-foton fluorescentiemicroscopie, 10 optische coherentietomografie, 11 enz. Met meer dan één golflengte kan PAT structurele en functionele veranderingen in organen aantonen . Voor veel mensenziekten zijn kleine dierenmodellen goed gevestigd 12 , 13 , 14 , 15 . Voor het afbeelden van kleine dieren zijn diverse modaliteiten aangetoond. Uit al die benaderingen heeft PA imaging eerder aandacht gekregen vanwege de bovengenoemde voordelen. VADERT heeft zijn potentieel voor het beelden van bloedvaten in de weefsels en organen ( dwz hart, longen, lever, ogen, milt, hersenen, huid, ruggengraat, nier, enz. ) Van kleine dieren 4 , 16 , 17 , 18 weergegeven . PAT is een gevestigde modaliteit voor beeldvorming van kleine dieren. PA-golven worden geproduceerd door de lichtabsorptie door de chromophoren, zodat meerdere golflengten PAT de mapping van de totale hemoglobine concentratie (HbT) en zuurstofverzadiging (SO2) 19 , 20 , 21 , 22 mogelijk maken . Brein-neurovasculaire beeldvorming werd bereikt met behulp van exogene contrastmiddelen 12 , 23 , 24 . PA modaliteit kan bijdragen tot een beter begrip van de gezondheid van de hersenen doorInformatie verstrekken op de moleculaire en genetische niveaus. Voor beeldvorming met kleine dieren worden Nd: YAG / OPO lasers veel gebruikt als PAT excitatie bronnen. Deze lasers leveren ~ 5 ns bijna-infraroodpulsen met energie (~ 100 mJ bij het OPO-uitvoervenster) bij een herhalingssnelheid van 10 Hz. Het PA-systeem uitgerust met dergelijke lasers is kostbaar en omvangrijk en maakt het mogelijk om met lage-snelheid beeldvorming met een-element-ultrageluid transducers (UST) te maken vanwege de lage herhalingssnelheid van de laserbron. Een typische A-lijn aanwinstijd in dergelijke PA-systemen is ~ 5 min per doorsnede 25 . Een beeldvorming systeem met zo&#39;n lange metingstijd is niet ideaal voor beeldvorming met kleine dieren, omdat het moeilijk is om de fysiologische parameters te controleren voor beeldvorming in het hele lichaam, tijdoplossend functioneel beeldvorming, enz. Door meerdere single-element USTs te selecteren, Gebaseerde UST&#39;s, of een laser met hoge repetitiesnelheid, is het mogelijk om de beeldsnelheid van PA te verhogensystemen. Door slechts één single-element UST te gebruiken om alle PA signalen te verzamelen rond het monster, wordt de beeldsnelheid van het systeem beperkt. Meerdere single-element UST&#39;s die in cirkelvormige of halfcirkelvormige geometrie worden geregeld, worden aangetoond voor high-speed, zeer gevoelige beeldvormingstechnieken. Array-gebaseerde USTs 26 , zoals lineaire, halve cirkelvormige, cirkelvormige en volumetrische arrays, zijn succesvol gebruikt voor real-time beeldvorming 1 . Deze array-gebaseerde UST&#39;s zullen de beeldsnelheidsnelheid verhogen en de meetgevoeligheid verminderen, maar ze zijn duur. Echter, de beeldsnelheid van PA systemen die gebruik maken van array-gebaseerde UST&#39;s is nog steeds beperkt door de herhalingssnelheid van de laser. Pulsed-laser technologie is geavanceerd om hoge-repetitie-rate pulserende-laser diodes (PLD&#39;s) te maken. 7000 frames / s B-scan foto-akoestische beeldvorming werd aangetoond met PLD&#39;s met behulp van een klinisch ultrasound platform 27 . Dergelijke PLD&#39;s kunnen de afbeeldingssnelheid van th verbeterenE PAT-systeem, zelfs bij single-element UST circulaire scan geometrie. Single-element UST&#39;s zijn minder duur en zeer gevoelig, in tegenstelling tot array-gebaseerde UST&#39;s. In het afgelopen decennium werd weinig onderzoek gerapporteerd over het gebruik van PLD&#39;s met hoge herhalingsgraad als de excitatiebron voor PA-beeldvorming. Een vezelgebaseerde bijna-infrarood PLD werd aangetoond voor PA-beeldvorming van fantoom 28 . De in vivo beeldvorming van bloedvaten bij een ~ 1 mm diepte onder de menselijke huid werd aangetoond met behulp van energiezuinige PLD&#39;s 29 . Een PLD-gebaseerde optische resolutie foto-akoestische microscoop (ORPAM) werd gemeld. Met behulp van PLD&#39;s werd ~ 1,5 cm diepbeeldvorming bij een beeldsnelheid van 0,43 Hz aangetoond 30 . Zeer recent werd een PLD-PAT-systeem gemeld dat beelden op zo kort als ~ 3 s en op een ~ 2 cm beelddiepte in biologisch weefsel 25 , 31 leverden. Deze studie bleek dat zo&#39;n goedkoop, compact systeem hoge qua kan leverenLity beelden, zelfs bij hoge snelheden. Het PLD-PAT-systeem kan worden gebruikt voor fotocoustic imaging met hoge beeldsnelheid (7000 fps), beeldschermbeelden op het bloed, vingergewichtbeelden, 2 cm diepe weefselbeelden, beeldvorming met kleine dieren, enz. De enkelvoudige golflengte en Low pulse-energy pulsen van PLD beperken de toepassing ervan tot multispectrale en diepe weefselbeelden. Er zijn experimenten uitgevoerd op kleine dieren met hetzelfde PLD-PAT systeem dat wordt gebruikt voor preklinische toepassingen. Het doel van dit werk is het visualiseren van de experimentele demonstratie van het PLD-PAT-systeem voor in-vivo 2D doorsnedebeelden van kleine dieren.

<table><tbody><tr><td>Pulsed laser diode</td><td>Quantel, France</td><td>QD-Q1910-SA-TEC</td><td>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</td></tr><tr><td>Stepper motor met versnellingsbak</td><td>LIN Engineering (Servo Dynamics)</td><td>Motor: CO-5718-01P, Versnellingsbak: DPL64/1, I = 10 voor NEMA 23; voeding PW100-48</td><td>Om de detectorhouder in een cirkelvormige geometrie te bewegen. Koppel: 2,08 N-m, Rotortraagheid: 2,6 kg-cm2</td></tr><tr><td>Ultrasoon pulser/ontvanger</td><td>Olympus</td><td>5072PR</td><td>Om het PA-signaal van UST te ontvangen, filteren en versterken. De bandbreedte is 35 MHz en de versterking is ±59 dB.</td></tr><tr><td>Ultrasone transducer</td><td>Olympus</td><td>V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069</td><td>Ultrasone sensoren gebruikt voor foto-akoestische detectie. Centrale frequentie 2,25 MHz, 0,5 inch, Cilindrische focus 1,9 inch</td></tr><tr><td>PCIe DAQ (Data-acquisitie) Kaart</td><td>GaGe</td><td>CSE4227/ A6000610/B0E00610</td><td>12 bit, 100 Ms/s, 2 kanalen, 1 Gs onboardgeheugen, PCIe x16-interface</td></tr><tr><td>Ratten</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td><td>NTac:SD, Sprague Dawley / SD</td><td>Vrouwelijk, gewicht 100 ±10g</td></tr><tr><td>Acrylic watertank</td><td>NTU workshop</td><td>Op maat gemaakt</td><td>Het bevat het water dat fungeert als akoestisch koppelingsmedium tussen hersenen en detector</td></tr><tr><td>Circulaire Scanner</td><td>NTU workshop</td><td>Op maat gemaakt</td><td>Scanner is gemaakt van Aluminium</td></tr><tr><td>Anesthesiemachine</td><td>medical plus pte ltd</td><td>Niet-herademende anesthesiemachine met zuurstofconcentrator.</td><td>Voedt zuurstof en isofluraan aan het dier</td></tr><tr><td>Draagbare pulsoxymeter</td><td>Medtronic</td><td>PM10N met veterinair sensor</td><td>Bewaakt de pulsoxymetrie van het dier</td></tr><tr><td>Ultrasoundgel</td><td>Progress/parker acquasonic gel</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>Doorzichtig ultrasoundgel</td></tr><tr><td>Data-acquisitiesoftware</td><td>National Instruments Corporation, Austin, TX, USA)</td><td>NI LabVIEW 2015 SP1</td><td>LabVIEW-gebaseerd programma ontwikkeld in ons laboratorium voor het besturen van de steppermotor en het verwerven van de PA-signalen van de detector</td></tr><tr><td>Dataverwerkingssoftware</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>Matlab R2012b</td><td>Matlab-code voor reconstructie van PA-beelden is ontwikkeld in ons lab</td></tr><tr><td>Temperatuurregelaar</td><td>LaridTech, MO,USA</td><td>MTTC1410</td><td>Het zal constant de temperatuur van de PLD regelen</td></tr><tr><td>12 V voeding</td><td>Voltcraft</td><td>PPS-11810</td><td>Voor het leveren van bedrijfsspanning voor PLD</td></tr><tr><td>Variabele voeding</td><td>BASETech</td><td>BT-153</td><td>Om het laseruitgangsvermogen te wijzigen</td></tr><tr><td>Functiegenerator</td><td>Funktionsgenerator</td><td>FG250D</td><td>Om de herhalingssnelheid van de PLD te wijzigen. Het zal een TTL-signaal leveren om de DAQ te synchroniseren met de laserexcitatie.</td></tr><tr><td>Dierdistributeur</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td><td></td><td>Dierdistributeur die kleine dieren levert voor onderzoeksdoeleinden.</td></tr><tr><td>Dierhouders</td><td>NTU workshop</td><td>Op maat gemaakt</td><td>Gebaat om het dier op zijn buik te houden</td></tr><tr><td>Ademhalingsmasker</td><td>NTU workshop</td><td>Op maat gemaakt</td><td>Wordt samen met de dierhouders gebruikt om een anesthesiemengsel aan het dier te leveren</td></tr><tr><td>Pentobarbital natrium</td><td>Valabarb</td><td></td><td>Gebaat voor het euthaniseren van het dier na het experiment.</td></tr><tr><td>Optische diffuser</td><td>Thorlabs</td><td>DG10-1500</td><td>Gebaat om het laserstraal homogeen te maken</td></tr></tbody></table>

een hoogwaardig compact photo acoustic tomography system voor<em&gt; in vivo</em&gt; kleine-dierlijke hersenbeelden

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

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&#39;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.

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...

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

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality ...

Het algemene doel van deze procedure is om de prestaties van een compact, kosteneffectief fotoakoestisch systeem aan te tonen voor in vivo hersenbeeldvorming van kleine dieren. Fotoakoestische tomografie of PAT is een hybride beeldvormingsmodaliteit die licht en geluid combineert. PAT biedt in vivo diepe weefselbeeldvorming, van organen tot organellen, met een zeer hoog optisch contrast.Dit werk presenteert een compact, hogesnelheid photoakoestisch tomografiesysteem op basis van een gepulste laserdiode voor in vivo dwarsdoorsnede-beeldvorming van de hersenen bij ratten. De procedure zal worden gedemonstreerd door Dr. Paul Kumar Upputuri, research fellow, Sandeep Kumar Kalva, PhD-student, en Vijitha Periyasamy, projectmedewerker van ons laboratorium. Om te beginnen met de voorbereiding van het systeem, schakelt u de gepulste laserdiode in die is gemonteerd in de circulaire scannerbehuizing.Gebruik de lasersturing om de herhalingssnelheid in te stellen op 7.000 Hertz. Stel de voeding van de laser in op 3,1 volt om een pulsenergie van 1,42 millijoule te bereiken. Sluit vervolgens een gefocuste ultrasone onderdompelingswandelaar aan op een pulser-ontvangerunit.Plaats de transducer in de houder onder de circulaire scanplaat, waarbij de transducer naar het midden van de plaat is gericht. Plaats de scaneenheid in een acryl tank met een polyethyleen beeldvormingsvenster in de bodem van de tank. Voeg water toe aan de tank totdat de transducer volledig is ondergedompeld.Verifieer of het fotoakoestisch signaal wordt gedetecteerd door de pulser-receiver-unit voordat u overgaat tot beeldvorming. Om de beeldvormingsprocedure te starten, verkrijgt u een gezonde vrouwelijke rat. Trim na de anesthesie de vacht op de hoofdhuid met een haarknipper.Breng voorzichtig ontharingscrème aan op het getrimde gebied. Verwijder de crème na vier tot vijf minuten met een wattenstaafje. Breng steriele oogzalf aan in de ogen van de rat om uitdroging te voorkomen en om verstrooide laserstralen te blokkeren.Bevestig een op maat gemaakte beeldvormingstafel, uitgerust met een beademingsmasker, met chirurgische tape op een labkrik. Plaats het dier in buikligging op de beeldvormingstafel, waarbij de neus en mond in het masker worden geplaatst. Zet het dier met chirurgische tape vast op de beeldvormingstafel.Plaats de imagingbed-assemblage op de optische tafel. Sluit het beademingsmasker aan op een anesthesieapparaat en begin met het toedienen van het inhalatieanestheticum. Bevestig een pulsoximeter aan de staart of achterpoot van het dier om de fysiologische toestand gedurende de procedure te bewaken.Breng een kleurloze echogel aan op de hoofdhuid van het dier. Zorg ervoor dat de imagingbed-assemblage stevig onder de scanner is geplaatst, waarbij de hoofdhuid van het dier gecentreerd is onder het imagingvenster. Til het imagingbed voorzichtig op tot de echogel het imagingvenster raakt, waarbij u er op let de druk op de kop van het dier te minimaliseren.Neem testbeelden op en pas de verticale positie van de tafel aan totdat het beeldgevingsvlak van de dwarsdoorsnede van de hersenen zich op het brandpunt van de ultrasone transducer bevindt. Stel vervolgens de parameters voor het experiment in en start de scan. Houd het dier gedurende de beeldgevingsperiode in de gaten.Gebruik reconstructiesoftware om de dwarsdoorsnedebeeld van de hersenen te verkrijgen. Zodra de beeldvorming is voltooid, wordt de anesthesie gestaakt en krijgt het dier de gelegenheid om volledig te herstellen onder observatie. Dwarsdoorsnedebeelden van de hersenen van een gezonde vrouwelijke rat werden verkregen met niet-invasieve PLD PAT-beeldvorming.De scantijden varieerden van vijf tot 20 seconden. De sinus transversus, de sinus sagittalis superior en de cerebrale venen waren zichtbaar bij alle geteste scansnelheden. Dezelfde prestaties werden waargenomen toen de procedure werd herhaald bij een tweede gezonde vrouwelijke rat.Dit compacte fotoakoestische systeem wordt gebruikt voor het verkrijgen van fotoakoestische beelden van de cerebrale vasculatuur. De resultaten laten zien dat het systeem in staat is om hoogwaardige individuele hersenbeelden te leveren met een scantijd van slechts vijf seconden. Toekomstige toepassingen van het ontwikkelde PAT-systeem omvatten beeldvorming van hersentumoren, beeldvorming van organen bij kleine dieren, het volgen van contrastmiddelen die het lichaam in- en uitstromen en andere therapeutische toepassingen.

a-high-performance-compact-photoacoustic-tomography-system-for-vivo

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

Diffuse fluorescentie tomografie biedt een relatief goedkope en potentieel hoge hele benadering van de...

Computed Tomography-begeleide tijd-domein Diffuus fluorescentie tomografie in kleine dieren voor het lokaliseren van Cancer Biomarkers

Source: Upputuri, P. K., et al. A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging. J. Vis. Exp. (2017)This video demonstrates a protocol for in vivo non-invasive rat brain imaging using photoacoustic tomography, showcasing the preparation, imaging system setup, and data acquisition to reconstruct 2D brain images for visualizing vascular structures and neurovascular health.

In Vivo Imaging of a Rat Brain Using Photoacoustic Tomography

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

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

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 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

Een compacte Pulsed laser diode-gebaseerde desktop fotoakoestische tomografie (PLD-PAT) systeem is aangetoond voor High-Speed dynamische in vivo beeldvorming van kleine dierlijke corticale vasculatuur.

Gepulseerde laser diode-gebaseerde desktop fotoakoestische tomografie voor het toezicht op Wash-in en wassen-out van kleurstof in de rat corticale Vasculatuur

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

Hier presenteren we een experimenteel beeldvormingsprotocol voor de kwantificering van de hartfunctie en morfologie met behulp van hoge resolutie positronemissietomografie / computertomografie voor kleine dieren. Zowel muizen als ratten worden overwogen en bespreken de verschillende vereisten van computertomografiecontrastmiddelen voor de twee soorten.

Hoge resolutie cardiale positronemissietomografie/computertomografie voor kleine dieren

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

Leer een compact, hoogwaardig fotoakoestisch tomografiesysteem voor in vivo hersenbeeldvorming bij kleine dieren. Deze methode maakt real-time visualisatie van hersenvaten mogelijk voor neurowetenschappelijk onderzoek.

Een hoogwaardig Compact Photo Acoustic Tomography System voor

Meer video's verkennen