Name: Gepulseerde laser diode-gebaseerde desktop fotoakoestische tomografie voor het toezicht op Wash-in en wassen-out van kleurstof in de rat corticale Vasculatuur (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-30T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 46 s
Description: Leer fotoakoestische tomografie voor het monitoren van dynamische veranderingen in de corticale vasculatuur van ratten. Dit compacte lasersysteem biedt snelle beeldvorming 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 Singapore ministerie van volksgezondheid van de nationale Raad voor medisch onderzoek (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). De auteurs willen de heer Chow Wai Leif Bobby bedanken voor de machine winkel te ondersteunen.

Alle dierproeven werden uitgevoerd volgens de richtlijnen en verordeningen goedgekeurd door de Institutional Animal zorg en het gebruik Comite van Nanyang technologische universiteit, Singapore (Animal protocol nummer ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Beschrijving van het systeem
<ol><li>Monteer de PLD laser in de circulaire scanner en monteer de optische diffusor (OD) voor het PLD exit venster om de uitgangs straal homogeen te maken, zoals weergegeven in Figuur 1a. Sluit de PLD aan op de laser driver unit (LDU). Opmerking: de PLD genereert ~ 816 nm golflengte pulsen, pulsen van ~ 107 NS in duur, en tot een 2 KHz herhaling tarief met een maximale puls energie van ~ 3,4 mJ. De LDU bestaat uit chiller, 12 V voeding, variabele hoogspanning voeding om de laser macht controle, en functiegenerator om de puls herhaling tarief te veranderen.</li>
	<li>Monteer alle acht SUTRs op elke SUTR houder een-voor-een zodanig dat het oppervlak van elke akoestische reflector gezichten naar het midden van het scangebied, zoals weergegeven in Figuur 1b. Sluit elke SUTR kabel aan op de signaal versterker met geringe geluidssterkte met behulp van aansluitkabels. Opmerking: de centrale frequentie van de ultrasone transducer is 5 MHz en heeft een 13 mm diameter actief gebied. Twee versterkers elk van 24 dB Gain zijn aangesloten in serie voor elk kanaal.</li>
	<li>Schakel de stroomtoevoer van de chiller in en zet vervolgens de schakelaar van de chiller in om de temperatuur tussen 20 °C en 25 °C in te stellen.</li>
	<li>Schakel het aanbod van de laagspanningsvoeding in en draai de huidige regelaar langzaam om de huidige limiet in te stellen op 0,3 A. Stel de spanning in op 12 V. Controleer of de stroom niet hoger is dan 0,1 A.</li>
	<li>Schakel de toevoer van de hoogspannings stroom in. Druk op de "Preset" knop en stel de huidige op 1 A en spanning op 0 V. enable de "output" knop: 0 V/0 A.</li>
	<li>Schakel de voeding van de functiegenerator in. Druk op de "recall" knop en kies een 2 KHz configuratie om de laserpulsen te genereren op dit herhalings percentage.</li>
	<li>Plaats acryl tank in de scanner zoals weergegeven in Figuur 1a en vul de tank met water zodanig dat het detecteren oppervlak van de SUTRs zijn volledig ondergedompeld in het water.</li>
	<li>Zorg ervoor dat alle SUTRs detecteren oppervlakken zijn in het water medium. Schakel de voeding van de geluidssignaal versterker in.</li>
</ol>2. dierlijke voorbereiding voor rat Brain Imaging
Opmerking: gezonde vrouwelijke ratten (Zie tabel van materialen) werden gebruikt om de hierboven beschreven Desktop PLD-Pat-systeem voor de beeldvorming kleine dierlijke corticale vasculatuur aan te tonen.
<ol><li>Houd het dier op zijn rug door het arresteren van het hoofd en het lichaam beweging. Verdoven het dier door intraperitoneale injectie van een mengsel van 2 mL ketamine (100 mg/mL), 2 mL xylazine (20 mg/mL) en 1 mL zoutoplossing (dosering van 0,2 mL/100 g). Nota: na de injectie, wordt de teen van het dier geknepen om voor om het even welke positieve reflexen zoals been of lichaamsbewegingen, vocalisatie, of duidelijke verhogingen van ademhalingen te testen. Het ontbreken van dergelijke reflex acties bevestigt succesvolle anesthetization van het dier.</li>
	<li>Om te voorkomen dat droogte als gevolg van anesthesie en laser verlichting, zeer zorgvuldig van toepassing kunstmatige traan zalf aan de rat ogen. Plaats het dier in gevoelige positie op de werkbank en verwijder de vacht op de hoofdhuid van het dier met behulp van een tondeuse en zachtjes van toepassing Ontharingscrème op de geschoren gebied en verwijder de vacht volledig.<ol>
<li>Na 4 – 5 min, verwijder de toegepaste crème met behulp van een wattenstaafje.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Monteer de op maat gemaakte dier houder (Zie de lijst van materialen) uitgerust met een ademhalingsmasker (Zie de lijst van materialen) op een Lab-Jack.</li>
	<li>Plaats het dier in een gevoelige positie op de houder, zodat het hoofd berust op het horizontale platform van de houder. Gebruik chirurgische tape om het dier te beveiligen aan de houder.</li>
	<li>Zorg ervoor dat het ademhalingsmasker de neus en de mond van de rat behandelt om anesthesie mengsel te leveren. De ademhaling masker is aangepast aan de Imaging venster past. 10% van de in de handel verkrijgbare neuskegel wordt gesneden en vervolgens aangesloten op een stuk handschoen.</li>
	<li>Sluit het ademhalingsmasker aan op de anesthesie machine voordat u deze inschakelt.</li>
	<li>Schakel de anesthesie machine en zet deze op verdoving mengsel met 1,0 L/min van zuurstof met 0,75% Isofluraan aan de dierlijke ademhaling masker te leveren.<ol>
<li>Klem de puls Oximeter aan een van de achterpoten van het dier om de fysiologische toestand te controleren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Breng een laag van kleurloze echografie gel op de hoofdhuid van de rat met behulp van een katoen getipt applicator. Pas de Lab-Jack positie aan het midden van de scanner aan en pas de hoogte van de Lab-aansluiting handmatig aan zodat het beeldvlak zich in het midden van de akoestische reflector bevindt.</li>
</ol>3. Dynamic in vivo beeldvorming van opname en klaring proces van ICG in de rat hersenen
<ol><li>Stel de parameters in de Data Acquisition software (Zie de lijst van materialen) voor een 360 ° acquisitie scan.</li>
	<li>Zet de PLD Laser emissie door het inschakelen van de output van de functiegenerator (laser emissie zal starten). Dan, Verhoog langzaam de voltage van de veranderlijke hoogspanning machtslevering aan 120 V voor maximum per impulsenergie.</li>
	<li>Voer de Data Acquisition software (Zie de tabel van materialen) programma om alle acht SUTRs draaien in 360 ° over een 4 s scantijd. Opmerking: als de SUTRs bijvoorbeeld voor 4s worden gedraaid, levert de PLD 8.000 (= 4 x 2.000) pulsen en elke SUTR verzamelt 8000 A-lijnen. Deze 8.000 A-lijnen worden gereduceerd tot 400 door middel van meer dan 20 signalen (na gemiddeld A-lijnen = 8000/20 = 400). Een reconstructie programma op basis van vertraging-en-Sum back projectie-algoritme wordt gebruikt om uit te vinden het scannen straal van elke SUTR.</li>
	<li>Schakel de output van de functiegenerator uit om de laser emissie uit te schakelen.</li>
	<li>Gebruikend het algoritme van de wederopbouw in gegevens-verwerkingssoftware (Zie lijst van materialen) vind de het aftasten straal van alle acht SUTRs door proef-en-fout, gebruikend het achter-projectie algoritme.</li>
	<li>Stel de parameters in de Data Acquisition software (Zie tabel van materialen) voor 45 ° acquisitie over een 0,5 s scantijd. Opmerking: bijvoorbeeld, als de SUTRs worden gedraaid voor 0,5 s, de PLD levert 1.000 (= 0,5 x 2.000) pulsen en elke SUTR verzamelt 1000 A-lijnen. Deze 1.000 A-lijnen worden gereduceerd tot 400 door middel van meer dan 20 signalen (na gemiddeld A-lijnen = 1000/20 = 50).</li>
	<li>Schakel de output van de functiegenerator in om de laser emissie in te schakelen.</li>
	<li>Voer de Data Acquisition software (Zie tabel van materialen) programma om alle acht SUTRs in 45 ° draaien om de eerste controlegegevens te verkrijgen voordat het beheer van ICG.</li>
	<li>Schakel de output van de functiegenerator uit om de laser emissie uit te schakelen.</li>
	<li>Identificeer de staart ader van het dier en injecteren 0,3 mL ICG (Zie tabel van materialen) (323 μM) in de staart ader van de rat.</li>
</ol>4.
Opmerking: 1,25 mg ICG poeder werd gewogen met behulp van een micro-weegmachine en gemengd met 5 mL gedestilleerd water om een concentratie van 323 μM voor de ICG oplossing te verkrijgen.
<ol><li>Schakel de output van de functiegenerator in om de laser emissie in te schakelen.</li>
	<li>Voer de Data Acquisition software (Zie tabel van materialen) programma om a-lijnen te verwerven over een 0,5 s scantijd in 45 ° rotatie.</li>
</ol>5.
Opmerking: A-lijnen verworven tijdens een 0,5 s scantijd worden gebruikt om een cross-sectionele beeld te genereren. Er is tijdhiaat van ~ 0.4-0.6 s tussen elke scan.
<ol><li>Na de data-acquisitie is voorbij, met behulp van de back-projectie algoritme in data processing software (Zie tabel van materialen), reconstrueren de cross-sectionele hersen beeld van de opgeslagen A-lijnen.</li>
	<li>Zet de laser en vervolgens uit te schakelen anesthesie machine, lager de Lab-Jack en verwijder het dier uit het podium. Breng het dier terug naar de kooi en monitor totdat het bewustzijn herwint.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59764/59764fig1.jpg"> Figuur 1: schematische van de Desktop PLD-Pat-systeem. (A) schematische van het bureaublad PLD-Pat ingesteld. PLD: gepulseerde laser diode, OD: optische diffuser, SUTR: akoestische reflector gebaseerd single-element echografie transducer, AM: anesthesie machine, CSP: circulaire scannen plaat, SM: Stappenmotor, LDU: Laser Driving unit, AMP: versterker, DAQ: data acquisitie kaart. (B) circulaire opstelling van acht SUTRs rond het scancentrum. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59764/59764fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.</a>

<ol><li>Lin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-breath-hold+photoacoustic+computed+tomography+of+the+breast%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Single-breath-hold photoacoustic computed tomography of the breast.</a> Nature Communications. 9 (1), 2352(2018).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+photoacoustic+imaging+systems+using+pulsed+laser+diodes%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Engineering+Letters%22%5BJournal%5D)">Fast photoacoustic imaging systems using pulsed laser diodes: a review.</a> Biomedical Engineering Letters. 8 (2), 167-181 (2018).</li>
<li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+progress+in+photoacoustic+molecular+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Chemical+Biology%22%5BJournal%5D)">Recent progress in photoacoustic molecular imaging.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 45, 104-112 (2018).</li>
<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+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (4), 041006(2017).</li>
<li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+%26+Photonics+Reviews%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic microscopy.</a> Laser & Photonics Reviews. 7 (5), 758-778 (2013).</li>
<li>Awasthi, N., Kalva, S. K., Pramanik, M., Yalavarthy, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image+Guided+Filtering+for+Improving+Photoacoustic+Tomographic+Image+Reconstruction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Image Guided Filtering for Improving Photoacoustic Tomographic Image Reconstruction.</a> Journal of Biomedical Optics. 23 (9), 091413(2018).</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+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm.</a> Journal of Biomedical Optics. 21 (8), 086011(2016).</li>
<li>Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+tangential+resolution+with+a+modified+delay-and-sum+reconstruction+algorithm+in+photoacoustic+and+thermoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+the+Optical+Society+of+America%22%5BJournal%5D)">Improving tangential resolution with a modified delay-and-sum reconstruction algorithm in photoacoustic and thermoacoustic tomography.</a> The Journal of the Optical Society of America. 31 (3), 621-627 (2014).</li>
<li>Xu, M., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Universal+back-projection+algorithm+for+photoacoustic+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Universal back-projection algorithm for photoacoustic computed tomography.</a> Physical Review E. 71 (1), 016706(2005).</li>
<li>Wang, L. 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>Sivasubramanian, K., Periyasamy, V., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+sentinel+lymph+node+mapping+and+needle+guidance+using+clinical+handheld+photoacoustic+imaging+system+in+small+animal%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biophotonics%22%5BJournal%5D)">Non-invasive sentinel lymph node mapping and needle guidance using clinical handheld photoacoustic imaging system in small animal.</a> Journal of Biophotonics. 11 (1), e201700061(2018).</li>
<li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Second-generation+optical-resolution+photoacoustic+microscopy+with+improved+sensitivity+and+speed%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed.</a> Optics Letters. 36 (7), 1134-1136 (2011).</li>
<li>Stein, E. W., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive%2C+in+vivo+imaging+of+blood-oxygenation+dynamics+within+the+mouse+brain+using+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Noninvasive, in vivo imaging of blood-oxygenation dynamics within the mouse brain using photoacoustic microscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 020502(2009).</li>
<li>Ku, G., Wang, X. D., Xie, X. Y., Stoica, G., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+tumor+angiogenesis+in+rat+brains+in+vivo+by+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Imaging of tumor angiogenesis in rat brains in vivo by photoacoustic tomography.</a> Applied Optics. 44 (5), 770-775 (2005).</li>
<li>Ma, R., Taruttis, A., Ntziachristos, V., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+optoacoustic+tomography+%28MSOT%29+scanner+for+whole-body+small+animal+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Multispectral optoacoustic tomography (MSOT) scanner for whole-body small animal imaging.</a> Optics Express. 17 (24), 21414-21426 (2009).</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>Li, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-impulse+panoramic+photoacoustic+computed+tomography+of+small-animal+whole-body+dynamics+at+high+spatiotemporal+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Single-impulse panoramic photoacoustic computed tomography of small-animal whole-body dynamics at high spatiotemporal resolution.</a> Nature Biomedical Engineering. 1 (1), 0071(2017).</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+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system.</a> Biomedical Optics Express. 7 (2), 312-323 (2016).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+in+vivo+imaging+of+small+animal+brain+using+pulsed+laser+diode-based+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Dynamic in vivo imaging of small animal brain using pulsed laser diode-based photoacoustic tomography system.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (9), 090501(2017).</li>
<li>Upputuri, P. K., Periyasamy, V., Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+High-performance+compact+photoacoustic+tomography+system+for+in+vivo+small-animal+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">A High-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging.</a> Journal of Visualized Experiments. (124), e55811(2017).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+laser+diode+based+optoacoustic+imaging+of+biological+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Physics+%26+Engineering+Express%22%5BJournal%5D)">Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues.</a> Biomedical Physics & Engineering Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).</li>
<li>Arabul, M. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+the+detection+of+intraplaque+hemorrhage+in+carotid+artery+lesions+using+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Toward the detection of intraplaque hemorrhage in carotid artery lesions using photoacoustic imaging.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (4), (2016).</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+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging.</a> Optics Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).</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+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging.</a> Optics Letters. 31 (23), 3462-3464 (2006).</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>Kalva, S. K., Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-speed%2C+low-cost%2C+pulsed-laser-diode-based+second-generation+desktop+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Lett%22%5BJournal%5D)">High-speed, low-cost, pulsed-laser-diode-based second-generation desktop photoacoustic tomography system.</a> Optics Lett. 44 (1), 81-84 (2019).</li>
<li>Kalva, S. K., Hui, Z. Z., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calibrating+reconstruction+radius+in+a+multi+single-element+ultrasound-transducer-based+photoacoustic+computed+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22J+Opt+Soc+Am+A%22%5BJournal%5D)">Calibrating reconstruction radius in a multi single-element ultrasound-transducer-based photoacoustic computed tomography system.</a> J Opt Soc Am A. 35 (5), 764-771 (2018).</li>
<li>Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+acoustic+reflector+to+make+compact+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Use of acoustic reflector to make compact photoacoustic tomography system.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (2), 026009(2017).</li>
<li>American National Standard for Safe Use of Lasers. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22ANSI+Standard+Z136.1-2007%22">ANSI Standard Z136.1-2007</a>. , NY. (2007).</li>
</ol>

De auteurs hebben geen relevante financiële belangen of mogelijke belangenconflicten te onthullen.

Dit werk presenteert een protocol om een desktop PLD-PAT-systeem te gebruiken voor het uitvoeren van experimenten op kleine dieren zoals ratten voor in vivo hersen beeldvorming en dynamische snelle opname en ontruiming proces van contrastmiddelen zoals ICG. Omvangrijke, dure OPO-PAT systemen nemen enkele minuten (2-5 min) om een enkele cross-sectionele in vivo beeld te verwerven. Een compacte, goedkope, eerste generatie draagbare PLD-PAT systeem biedt enkele cross-sectionele in vivo beelden in 5 s. In tegenstelling, een ...

Fotoakoestische computertomografie (pact/Pat) is een veelbelovende niet-invasieve biomedische Imaging modaliteit combinatie van rijk optisch contrast met hoge ultrasond resolutie1,2,3,4, 5. Wanneer een nanoseconde doordringt gepulseerde Laser deposito's energie op licht absorberende chromophores aanwezig in een biologisch weefsel, lokale temperatuurstijgingen die leiden tot thermoelastic expansie en samentrekking van het weefsel, wat resulteert in de productie van drukgolven. Deze drukgolven staan bekend als ultrasone golven of fotoakoestische (PA) golven, die kunnen worden gedetecteerd door ultrasone omvormers rond het monster. De gedetecteerde pa signalen worden gereconstrueerd met behulp van verschillende wederopbouw algoritmen6,7,8,9 tot cross-sectionele pa beelden te genereren. PA Imaging biedt structurele en functionele informatie van macroscopische organen aan microscopische organellen als gevolg van de golflengte afhankelijkheid van endogene chromophores aanwezig in het lichaam10. PAT Imaging is met succes gebruikt voor de opsporing van borstkanker1, Sentinel lymfeklieren Imaging11, mapping van oxyhemoglobine (HBO2), deoxyhemoglobin (HbR), totale hemoglobineconcentratie (HbT), zuurstofverzadiging (dus 2) 12 , 13, tumor bloedvat14, kleine dierlijke hele lichaam Imaging15, en andere toepassingen.
ND: YAG/OPO lasers zijn conventionele excitatie bronnen voor de eerste generatie PAT systemen die op grote schaal worden gebruikt in de fotoakoestische Gemeenschap voor kleine dierlijke beeldvorming en Deep tissue Imaging16. Deze lasers bieden ~ 100 mJ energie pulsen bij lage herhalings percentages van ~ 10-100 Hz. De PAT imaging systemen met behulp van deze dure en volumineuze lasers zijn niet geschikt voor high-speed imaging met single-element echografie transducers (SUTs), als gevolg van de beperkte Pulse herhaling tarief. Dit remt real-time monitoring van fysiologische veranderingen die zich bij hoge snelheden in het dier. Met behulp van array-gebaseerde transducers zoals lineaire, semi-circulaire, circulaire, en volumetrische arrays met ND: YAG laser excitatie, high-speed imaging is mogelijk. Echter, deze array transducers zijn duur en bieden lagere gevoeligheden ten opzichte van SUTs; Toch is de Imaging snelheid beperkt door de lage herhaling tarief van de laser. Ultramoderne single-impuls PACT-systemen met aangepaste Full-ring array transducer verkrijgen van de PA gegevens op 50 Hz frame rates17. Deze array transducers moeten complexe back-end ontvangen van elektronica en signaal versterkers, waardoor het algehele systeem duurder en moeilijk voor klinisch gebruik.
Hun compacte formaat, lagere kosten eisen, en hogere Pulse herhaling tarief (volgorde van KHz) te maken gepulseerde laser diodes (PLDs) meer veelbelovend voor real-time Imaging. Door deze voordelen, PLDs worden actief gebruikt als een alternatieve excitatie bron in de tweede generatie PAT systemen. PLD-based Pat-systemen zijn aangetoond met succes voor high-frame rate Imaging met behulp van array transducers18, diep-weefsel en de hersenen Imaging19,20,21, cardiovasculaire ziektediagnose22 , en Reumatologie diagnose23. Als SUTs zijn zeer gevoelig en minder duur in vergelijking met array transducers, ze zijn nog steeds veelvuldig gebruikt voor PAT Imaging. Fiber-based PLD systeem zijn aangetoond voor Phantom Imaging24. Een draagbaar PLD-PAT systeem is eerder aangetoond door de montage van de PLD in de PAT scanner25. Met een SUT circulaire scanner, Phantom Imaging werd uitgevoerd tijdens 3 s van de scantijd, en in vivo rat Brain Imaging werd uitgevoerd tijdens een periode van 5 s met behulp van dit PLD-PAT systeem19.
Verder zijn er verbeteringen aangebracht in dit PLD-Pat systeem om het compacter te maken en een desktop model te maken met acht akoestische reflector-gebaseerde single-element Ultrasound transducers (SUTRs)26,27. Hier werden SUTs geplaatst in een verticale in plaats van horizontale richting met behulp van een 90° akoestische reflector28. Dit systeem kan worden gebruikt voor scantijden van maximaal 0,5 s en ~ 3 cm diep in weefsel Imaging en in vivo kleine dierlijke hersen beeldvorming. In dit werk, dit bureaublad PLD-PAT-systeem wordt gebruikt om de visuele demonstratie van experimenten voor in vivo Brain Imaging in kleine dieren en voor dynamische visualisatie van de opname en goedkeuring proces van Food and Drug Administration (FDA)-goedgekeurde indocyanine groen (ICG) kleurstof in rat hersenen.

<table><tbody><tr><td>12 V voeding</td><td>Voltcraft</td><td>PPS-11810</td><td>Voor de voedingsspanning voor PLD</td></tr><tr><td>Akoestische reflector</td><td>Olympus</td><td>F102</td><td>45 graden reflector die is toegevoegd aan de ultrasone transducer</td></tr><tr><td>Acrylen watertank</td><td>NTU workshop</td><td>Op maat gemaakt</td><td>Wordt gebruikt om water te bevatten dat dient als akoestisch koppelmedium tussen dierenhersenen en detector</td></tr><tr><td>Anesthesieapparaat</td><td>Medical plus pte ltd</td><td>Niet-rebreathing anesthesieapparaat met zuurstofconcentrator.</td><td>Voedt zuurstof en isofluraangegeven aan dieren</td></tr><tr><td>Dierenverdeler</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td><td></td><td>Dierenverdeler die kleine dieren levert voor onderzoeksdoeleinden</td></tr><tr><td>Dierhouders</td><td>NTU workshop</td><td>Op maat gemaakt</td><td>Wordt gebruikt om dieren op hun buik vast te houden</td></tr><tr><td>Ademmasker</td><td>NTU workshop</td><td>Op maat gemaakt</td><td>Wordt gebruikt samen met dierhouders om een anesthesiegemeng aan het dier te leveren</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>DAQ (Data acquisitiekaart)</td><td>Spectrum</td><td>M2i.4932-exp</td><td>16 bit, 30 Ms/s, 8 kanalen, 1 Gs, PCIe</td></tr><tr><td>Data acquisitiesoftware</td><td>National Instruments Corporation, Austin, TX, USA)</td><td>NI LabVIEW 2015 SP1 (32 bit)</td><td>LabVIEW-programma ontwikkeld in ons laboratorium voor het besturen van de stapmotor en het verzamelen van de PA-signalen van de detector</td></tr><tr><td>Dataverwerkingssoftware</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>Matlab R2015b</td><td>Matlab-code ontwikkeld in ons laboratorium voor het reconstrueren van dwarsdoorsnede PA-beelden</td></tr><tr><td>Functiegenerator</td><td>RIGOL</td><td>DG1022</td><td>Om de herhalingssnelheid van de PLD te wijzigen. Het geeft een TTL-signaal om de DAQ te synchroniseren met de laser-excitatio.</td></tr><tr><td>Lage ruissignaalversterker</td><td>Genetron</td><td>Op maat gemaakt met Mini-circuits, ZFL-500LN-BNC</td><td>Om het PA-signaal van SUTR te ontvangen en te versterken. De versterking is 24 dB.</td></tr><tr><td>Optische diffuser</td><td>Thorlabs</td><td>DG-120</td><td>Wordt gebruikt om de laserstraal homogeen te maken</td></tr><tr><td>Gepulsaerde laserdiode</td><td>Quantel, Frankrijk</td><td>QD-Q1924-ILO-WATER</td><td>Het is de excitatielaserbron met specificaties van 816 nm golflengte, 3,4 mJ per pulsenergie, 107 ns pulsbreedte, 2 KHz maximale herhalingssnelheid, afmetingen: 13,0 x 7,6 x 5,0 cm</td></tr><tr><td>Ratten</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td><td>NTac:SD, Sprague Dawley / SD</td><td>Vrouwelijk, gewicht 100&plusmn;10g, rattenstam: Sprague Dawley, leeftijd: 4-5 weken</td></tr><tr><td>Stapmotor met versnellingsbak</td><td>LIN Engineering (Servo Dynamics)</td><td>Motor: CO-5718L-01P-RO, Versnellingsbak: DPL64/1; Voeding PW-100-24</td><td>Om de detectorhouder in een cirkelvormige geometrie te verplaatsen. Koppel: 2,08 N-m, Rotor traagheid: 2,6 kg-cm2</td></tr><tr><td>Ultrasoon gel</td><td>Progress/parker acquasonic gel</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>Helder ultrasoon gel</td></tr><tr><td>Ultrasone transducer</td><td>Olympus</td><td>V309-SU/ U8423013</td><td>Ultrasone sensoren gebruikt voor foto-akoestische detectie. Centrale frequentie 5 MHz, 0,5 inch</td></tr><tr><td>Variabele hoogspanningsvoeding</td><td>Elektro-Automatik</td><td>EA-PS 8160-04 T</td><td>Om de laseruitgangsvermogen te wijzigen</td></tr></tbody></table>

gepulseerde laser diode-gebaseerde desktop fotoakoestische tomografie voor het toezicht op wash-in en wassen-out van kleurstof in de rat corticale vasculatuur

Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature

Fotoakoestische (PA) tomografie (PAT) Imaging is een opkomende biomedische Imaging modaliteit nuttig in verschillende preklinische en klinische toepassingen. Op maat gemaakte circulaire ring array-gebaseerde transducers en conventionele omvangrijke ND: YAG/OPO lasers remmen de vertaling van het PAT-systeem naar klinieken. Ultra-compacte gepulseerde laser diodes (PLDs) worden momenteel gebruikt als een alternatieve bron van near-infrarood excitatie voor PA Imaging. High-Speed dynamic in vivo imaging is aangetoond met behulp van een compact PLD-based desktop PAT-systeem (PLD-PAT). Een gevisualiseerd experimenteel protocol met behulp van de Desktop PLD-PAT systeem is voorzien in dit werk voor dynamic in vivo Brain Imaging. Het protocol beschrijft de Desktop PLD-PAT systeemconfiguratie, de voorbereiding van het dier voor de hersenen vasculaire beeldvorming, en de procedure voor dynamische visualisatie van indocyanine Green (ICG) kleurstof opname en klaring proces in de rat corticale vasculatuur.

De potentie van het beschreven Desktop PLD-PAT systeem voor dynamic in vivo Brain Imaging is in dit protocol met overeenkomstige resultaten tentoongesteld. High-speed imaging vermogen van de Desktop PLD-PAT-systeem werd aangetoond door het uitvoeren van in vivo hersen beeldvorming van gezonde vrouwelijke ratten. PA signalen werden verzameld met behulp van acht SUTRs roterende in 360 ° en 45 ° rond de rat hersenen bij scansnelheden van 4 s en 0,5 s, respectievelijk. Figuur 2a, B </...

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

Photoacoustic (PA) tomography (PAT) imaging is an emerging biomedical imaging modality useful in various preclinical and clinical applications. ...

Foto-akoestische tomografie, of PAT, is een beeldvorming hybride biomedische beeldvorming modaliteit, een combinatie van zowel optische en echografie voor het toezicht op dynamische veranderingen in kleine dierlijke hersenen. Dit is een kosteneffectief, draagbaar high speed imaging systeem dat gebruik maakt van beeldsnelheid zo kort als een halve seconde. Het aantonen van de procedure met Sandeep zal Praveen, een promovendus, Dr.Paul, een onderzoeker, en Rhonnie, een onderzoeksassistent.Begin met het monteren van alle ultrasone transducers van één element op elke transducerhouder, zodat het oppervlak van elke akoestische reflector naar het midden van het scangebied kijkt. Gebruik verbindingskabels om elke transducerkabel aan te sluiten op de geluidsarme signaalversterker. Schakel de voeding van de koelmachine in en schakel de koelschakelaar in om de temperatuur tussen de 20 en 25 graden Celsius in te stellen.Schakel de laagspanningsvoeding in en zet de huidige regel langzaam op 0,3 ampère. Stel de spanning in op 12 volt en controleer of de stroom niet hoger is dan 0,1 ampère. Schakel de hoogspanningsvoeding in en druk op de vooraf ingestelde knop om de stroom op één versterker en de spanning op nulvolt in te stellen.Schakel de uitgangsknop in en schakel de voeding van de functiegenerator in. Druk op de terugroepknop en selecteer een configuratie van twee kilohertz om de laserpulsen met deze herhalingssnelheid te genereren. Plaats de acryltank in de scanner en vul de tank met water totdat de detectieoppervlakken van de transducers volledig zijn ondergedompeld.Schakel vervolgens de voeding van de low noise signaalversterker in. Plaats de verdoofde rat in de gevoelige positie op de werkbank. Na bevestiging van een gebrek aan reactie op teen knijpen, gebruik maken van een haartrimmer om de vacht te verwijderen op de hoofdhuid.Breng voorzichtig ontharingscrème aan om de vacht volledig van de blootgestelde huid te verwijderen met behulp van een wattenstaafje om de crème na vier tot vijf minuten te verwijderen. Breng zalf aan op de ogen van het dier en monteer een op maat gemaakte dierenhouder uitgerust met een ademhalingsmasker op een labjack. Plaats de rat in de gevoelige positie op de houder met het hoofd rustend op het horizontale platform van de houder.Gebruik chirurgische tape om het dier vast te zetten aan de houder. Klem de pulsoximeter vast aan één achterpoot om de fysiologische toestand te controleren. Gebruik een katoenen kip applicator om een laag van kleurloze ultrasone gel toe te passen op de hoofdhuid.Pas vervolgens de labaansluitingspositie aan het midden van de scanner aan. Pas de hoogte van de aansluiting handmatig aan, zodat het beeldvlak zich in het midden van de akoestische reflector bevindt. Na het instellen van de parameters in de data acquisition software voor een 360 graden acquisitie scan, u de output van de functie generator in te schakelen op de gepulseerde laser diode laser emissie.Verhoog langzaam de spanning van de variabele hoogspanningsvoeding tot 120 volt voor maximaal per pulsenergie. Voer het softwareprogramma voor gegevensverwerving uit om alle acht transducers 360 graden te draaien gedurende een scantijd van vier seconden. Schakel de output van de functiegenerator uit om de laseremissie uit te schakelen.Met behulp van de reconstructie algoritme in de gegevensverwerking software, bepalen van de scanradius van alle acht van de transducers door trial and error, met behulp van de back-projectie algoritme. Stel de parameters in de data-acquisitie software voor een 45 graden acquisitie over een 0,5 seconden scantijd. Schakel de output van de functiegenerator in om de laseremissie in te schakelen.Voer het softwareprogramma voor gegevensverwerving uit om alle acht transducers 45 graden te roteren om de initiële controlegegevens te verkrijgen. Schakel de output van de functiegenerator uit om de laseremissie uit te schakelen. Injecteer vervolgens 0,3 milliliter indocyaninegroen in de staartader van de rat.Schakel de output van de functiegenerator in om de laseremissie in te schakelen. Voer vervolgens de data-acquisitiesoftware uit om A-lijnen over een scantijd van 0,5 seconden te verwerven in een rotatie van 45 graden. Gebruik aan het einde van de overname het back-projection algoritme om het dwarsdoorsnedebeeld van de opgeslagen A-lijnen te reconstrueren.Hier worden hersenbeelden getoond van een vrouwelijke rat van 98 gram, verzameld op vier en 0,5 seconde scansnelheden. De sagittale sinus en de overdracht sinus zijn duidelijk zichtbaar in beide beelden. De foto's tonen hetzelfde gebied van de rat hersenen voor en na het verwijderen van de hoofdhuid.Fotoakoestische tomografie beeldvorming kan bereiken dezelfde visualisatie niet-invasief met de huid en schedel intact. In dit perceel kan een toename van het gemiddelde fotoakoetische signaal in de sagittale sinus als gevolg van toenamen en vervolgens afnames in de optische absorptie door indocyaninegroen op 860 nanometergolflengten in de tijd worden waargenomen. Let altijd extra op bij het injecteren van de ICG-kleurstof in de staartader van het dier.Dit goedkope desktop fotoakoestische tomografiesysteem kan worden gebruikt voor de dynamische beeldvorming van kleine dierlijke hersenen vasculaturen met hoge speciale resolutie op 0,5 seconden scansnelheid. Andere toepassingen van dit beeldvormingssysteem zijn hersentumorbeeldvorming, de beeldvorming van verschillende organen bij kleine dieren en andere therapeutische toepassingen.

pulsed-laser-diode-based-desktop-photoacoustic-tomography-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Corticale doorbloeding dynamiek kan worden bestudeerd in vivo door beeldvorming fluorescente kleurstoffen dextran geïnjecteerd in de staartader van knaagdieren met twee-foton microscopie. Deze video laat zien hoe u foto doorbloeding dynamiek in neocortex van muizen door middel van een met glas overdekt craniale venster voorbereiding.

Een methode voor 2-Photon Imaging van de bloedstroom in de neocortex door middel van een Cranial Window

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

Drie-dimensionale Optische resolutie Fotoakoestisch Microscopie

Source: Kalva, S. K., et al., Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature. J. Vis. Exp. (2019)This video demonstrates the procedure for using photoacoustic imaging to observe changes in the cortical vessels of an anesthetized rat. The process includes baseline imaging, dye injection, and analysis of dye absorption and clearance during wash-in and wash-out.

Photoacoustic Monitoring of Dye Movement in Cortical Blood Vessels

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

Fotoakoestische cystography (PAC) heeft een groot potentieel om urineblazen, een straling gevoelige intern orgaan bij pediatrische patiënten, in kaart zonder gebruik van ioniserende straling of giftige contrastmiddel. Hier laten we zien het gebruik van PAC voor het in kaart brengen urineblazen met een injectie van optische-opake tracers bij...

Fotoakoestische cystography

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 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

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

Leer fotoakoestische tomografie voor het monitoren van dynamische veranderingen in de corticale vasculatuur van ratten. Dit compacte lasersysteem biedt snelle beeldvorming voor neurowetenschappelijk onderzoek.

Gepulseerde laser diode-gebaseerde desktop fotoakoestische tomografie voor het toezicht op Wash-in en wassen-out van kleurstof in de rat corticale Vasculatuur (Video) | JoVE Journal

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

Meer video's verkennen