Name: Um sistema de tomografia fotoacústica compacta de alto desempenho para In Vivo Imagem de cérebro de animais pequenos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 32 s
Description: Aprenda a usar tomografia fotoacústica com diodo laser pulsado para imagem cerebral in vivo em ratos. Este sistema compacto e de baixo custo permite visualização em tempo real de vasos cerebrais para pesquisas em neurociência.

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

A pesquisa é apoiada pelo subsídio de Nível 2 financiado pelo Ministério da Educação em Cingapura (ARC2 / 15: M4020238) e pelo Conselho Nacional de Pesquisa Médica do Ministério da Saúde de Singapura (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012). Os autores agradecem ao Sr. Chow Wai Hoong Bobby pela ajuda da maquina.

Todas as experiências com animais foram realizadas de acordo com as diretrizes e regulamentos aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura (Número de Protocolo Animal ARF-SBS / NIE-A0263). 1. Descrição do sistema <ol><li> Monte o PLD dentro do scanner circular, como mostrado na Figura 1a . Conecte o PLD à unidade de driver a laser (LDU). NOTA: O PLD fornece pulsos ~ 136-ns a um comprimento de onda de ~ 803 nm, com uma energia de pulso máxima de ~ 1,42 mJ e uma taxa de repetição de até 7 kHz. A unidade de condução a laser (LDU) inclui: um controlador de temperatura, uma fonte de alimentação variável, uma fonte de alimentação (12 V) e um gerador de função; Veja a Tabela de Materiais. A fonte de alimentação variável é usada para controlar a potência do laser e o gerador de função é usado para alterar a taxa de repetição do PLD. </li><li> Ligue o laser PLD. Defina a taxa de repetição PLD para &quot;7.000&quot; HZ usando o gerador de função no LDU. Aumente a energia de pulso para 1,42 mJ ajustando a tensão da fonte de alimentação variável para &quot;3.1&quot; V. </li><li> Monte o difusor óptico (OD) na frente da janela de saída PLD para tornar o feixe de saída homogêneo, como mostrado na Figura 1a . NOTA: Use um difusor com um grão fino ( ou seja, um polimento de 1.500 grãos). </li><li> Monte o UST focado no suporte do UST, de modo que ele enfrente o centro da área de digitalização, como mostrado na Figura 1a . NOTA: A freqüência central do UST é 2,25 MHz e a distância focal é de 1,9 pol. </li><li> Coloque o detector de ultra-som dentro do tanque de acrílico, como mostrado na Figura 1a . Encha o tanque com água de modo que o UST esteja totalmente imerso. NOTA: Um meio de água é usado para acoplar o sinal fotoacústico do cérebro (amostra) ao UST. Um tanque de água acrílica (WT, veja a Tabela de Materiais) foi personalizado- projetado para imagens de animais pequenos. O esquema do desenho do tanque de água é mostrado na Figura 1b . </li><li> Verifique o sinal de PA da amostra usando uma unidade de pulsador / receptor (PRU, veja a Tabela de Materiais ). NOTA: esses sinais foram digitalizados por um cartão DAQ de 12 bits (veja a Tabela de Materiais ) a uma taxa de amostragem de 100 MS / s e foram salvos em um computador. </li></ol> 2. Preparação de animais para imagens de cérebro de ratos NOTA: O sistema PLD-PAT descrito acima foi demonstrado para imaginar cérebros de pequenos animais. Para estas experiências, foram utilizadas ratos fêmeas saudáveis ​​(ver Tabela de Materiais ). <ol><li> Anestesiar o animal por injeção intraperitoneal de um coquetel de 2 mL de cetamina, 1 mL de xilazina e 1 mL de solução salina (dose de 0,2 mL / 100 g). </li><li> Remova a pele no couro cabeludo do animal usando uma cortadora de cabelo. Aplique suavemente o creme de depilação ao raspadoÁrea para maior depleção do pêlo. <ol><li> Retire o creme aplicado após 4-5 min usando um cotonete de algodão. </li><li> Aplique pomada de lágrima artificial aos olhos do animal para evitar a secura devido à anestesia e à iluminação a laser. </li></ol></li><li> Monte o suporte para animais feito sob medida (veja a Tabela de Materiais ) equipado com uma máscara de respiração (veja a Tabela de Materiais ) em um laboratório. </li><li> Coloque o animal em posição inclinada no suporte. Fixe-o ao suporte usando fita cirúrgica para evitar o movimento do animal durante a imagem. </li><li> Certifique-se de que a máscara de respiração cobre o nariz e a boca do rato para administrar anestesia inalada. </li></ol> 3. In Vivo Rat Brain Imaging <ol><li> Conecte a máscara de respiração à máquina de anestesia. Ligue a máquina de anestesia e ajuste-a para fornecer 1,0 L / min de oxigênio com 0,75% de isoflurano. <ol><li> Aperte o oxímetro de pulsoS tail para monitorar a condição fisiológica do animal. </li></ol></li><li> Aplique uma camada de gel ultra-som incolor ao couro cabeludo do rato. Ajuste a posição lab-jack no centro do scanner. A máscara de respiração é personalizada para se adequar à janela de imagem. 10% do cone do nariz comercialmente disponível é cortado e conectado a um pedaço de luva. <ol><li> Ajuste a altura do lab-jack manualmente para que o plano de imagem esteja no foco da UST. </li></ol></li><li> Defina os parâmetros no software de aquisição de dados (consulte a Tabela de Materiais) conforme necessário. Execute o programa de software de aquisição de dados para iniciar a aquisição ( ou seja, imagens). NOTA: O programa é usado para girar o UST e coletar os sinais de A-line PA. As linhas A coletadas serão salvas no computador. </li><li> Observe o animal durante todo o período de imagem e proceda à reconstrução do PAT após a conclusão da imagem. </li><li> Após a conclusão da aquisição de dados,Reconstruir a imagem do cérebro transversal das linhas A usando o programa de software de reconstrução. </li><li> Desligue o sistema de anestesia, remova o animal do palco, entregue-o à sua gaiola e monitore-o até recuperar a consciência. NOTA: Por exemplo, se o UST for girado por 5 s, o PLD entrega 35.000 (= 5 x 7.000) pulsos e a UST coleta 35.000 linhas A. As 35.000 linhas A são reduzidas para 500 por média de mais de 70 sinais (após a média de linhas A = 35,000 / 70 = 500). A Figura 1c ilustra a iluminação dos pulsos de laser e da coleção de linhas A. Um programa de reconstrução baseado em algoritmo de retroprojeção de atraso e soma deve ser usado. </li></ol><img alt="figura 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig1.jpg" /> Figura 1: Esquemas do sistema PLD-PAT. (A) Esquema do PLD-PAT. PLD: diodo laser pulsado, CSP: circuPlaca de varredura, AM: máquina de anestesia, M: motor, MPU: unidade de polia do motor, LDU: unidade de driver a laser, PRU: unidade de pulsador / receptor, UST: transdutor de ultra-som, WT: tanque de água, PF: filme de polímero e DAQ: Cartão de aquisição de dados. ( B ) Esquema do tanque de água, vista superior (1) e vista em corte transversal (2) para imagens cerebrais de animais pequenos in vivo . A: métrico Parafuso, B: placa anular acrílica, C: anel &quot;O&quot; de silicone, D: tampa de polietileno transparente de 100 μm de espessura. O tanque tinha um orifício de 9 cm de diâmetro na parte inferior e foi selado com uma membrana de polietileno 100 μm de espessura ultra-sônica e opticamente transparente. ( C ) Esquema da iluminação de pulsos a laser das linhas PLD e A, coleta em um tempo de varredura contínua de 5 s. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55811/55811fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</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>

Os autores não têm interesses financeiros relevantes no manuscrito e nenhum outro potencial conflito de interesse para divulgar.

Este trabalho apresenta um protocolo para realização de imagens cerebrais in vivo em ratos usando um sistema PLD-PAT. O protocolo inclui uma descrição detalhada do sistema de imagem e seu alinhamento, bem como uma ilustração da imagem cerebral em ratos. Os sistemas de PAT baseados em OPO existentes são caros e volumosos e podem fornecer uma imagem transversal em 5-10 min. O sistema PLD-PAT é compacto, portátil e de baixo custo e pode fornecer imagens de boa qualidade em 3 s. O desempenho do sistema foi previame...

<html> A tomografia fotoacústica (PAT) é uma modalidade de imagem híbrida que tem muitas aplicações em estudos clínicos e pré-clínicos 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . Em PAT, pulsos de laser de nanosegundo irradiam tecido biológico. A absorção de luz incidente pelos cromóforos de tecido leva a um aumento de temperatura local, que então produz ondas de pressão emitidas sob a forma de ondas sonoras. Um detector de ultra-som coleta os sinais fotoacústicos em várias posições ao redor da amostra. Os sinais fotoacústicos (PA) são reconstruídos usando vários algoritmos (como um algoritmo de atraso e soma) 6 para gerar a imagem fotoacústica. Esta modalidade de imagem híbrida oferece imagens de alta resolução e de tecido profundo e alto contraste de absorção óptica 7 ,Class = &quot;xref&quot;&gt; 8. Recentemente, uma profundidade de imagem de ~ 12 cm 9 foi alcançada no tecido mamário de frango com o auxílio de um comprimento de onda mais longo (~ 1,064 nm) e um agente de contraste exógeno chamado ftalocianina de fósforo. Essa sensibilidade de profundidade é muito maior do que a sensibilidade de profundidade de outros métodos ópticos, como a microscopia de fluorescência confocal, a microscopia de fluorescência de dois fótons, a tomografia de coerência 10 , 11 , etc. Usando mais de um comprimento de onda, PAT pode demonstrar mudanças estruturais e funcionais nos órgãos . Para muitas doenças humanas, modelos de animais pequenos foram bem estabelecidos 12 , 13 , 14 , 15 . Para a imagem de animais pequenos, várias modalidades foram demonstradas. Fora de todas essas abordagens, a imagem em PA ganhou atenção com bastante rapidez devido às vantagens mencionadas acima. PAT mostrou seu potencial para imaginar vasos sanguíneos nos tecidos e órgãos ( ie coração, pulmões, fígado, olhos, baço, cérebro, pele, medula espinhal, rim, etc. ) de pequenos animais 4 , 16 , 17 , 18 . O PAT é uma modalidade bem estabelecida para imagens cerebrais de animais pequenos. As ondas PA são produzidas devido à absorção de luz pelos cromóforos, portanto, PAT de múltiplas ondas permite o mapeamento da concentração total de hemoglobina (HbT) e saturação de oxigênio (SO 2 ) 19 , 20 , 21 , 22 . A imagem neurovascular do cérebro foi conseguida com a ajuda de agentes de contraste exógenos 12 , 23 , 24 . A modalidade de PA pode ajudar a melhorar a compreensão da saúde do cérebroFornecendo informações nos níveis molecular e genético. Para imagens de animais pequenos, os láseres Nd: YAG / OPO são amplamente utilizados como fontes de excitação PAT. Esses laser fornecem pulsos de infravermelho próximo do ~ 5 ns com energia (~ 100 mJ na janela de saída OPO) com uma taxa de repetição de ~ 10 Hz 25 . O sistema de PA equipado com tais láser é caro e volumoso e permite imagens de baixa velocidade com transdutores de ultra-som de um elemento (UST) devido à baixa taxa de repetição da fonte do laser. Um tempo típico de aquisição da linha A em tais sistemas de PA é ~ 5 min por seção transversal 25 . Um sistema de imagem com um tempo de medição tão longo não é ideal para imagens de animais pequenos, pois é difícil controlar os parâmetros fisiológicos para a imagem completa do corpo, imagens funcionais resolvidas no tempo, etc. Ao adotar vários USTs de um único elemento, matriz Com base em USTs, ou um laser de alta taxa de repetição, é possível aumentar a velocidade de imagem da PASistemas. Usar apenas um UST de um único elemento para coletar todos os sinais de PA em torno da amostra irá limitar a velocidade de imagem do sistema. Múltiplos UST de um único elemento dispostos em geometria circular ou semi-circular são demonstrados para técnicas de imagem de alta velocidade e altamente sensíveis. Os USTs 26 baseados em matriz, como matrizes lineares, semi-circulares, circulares e volumétricas, foram utilizados com sucesso na imagem em tempo real 1 . Esses USTs baseados em matriz aumentarão a velocidade de imagem e reduzirão a sensibilidade de medição, mas são caros. No entanto, a velocidade de imagem dos sistemas de PA que usam USTs baseados em matriz ainda está limitada pela taxa de repetição do laser. Tecnologia de laser pulsado avançada para fazer diodos de laser pulsado de alta taxa de repetição (PLDs). 7,000 quadros / s A imagem fotoacústica B-scan foi demonstrada com PLDs usando uma plataforma de ultra-som clínica 27 . Tais PLDs podem melhorar a velocidade de imagem daE sistema PAT, mesmo com geometria de varredura circular UST de um elemento. Os UST de elemento único são menos caros e altamente sensíveis, ao contrário dos USTs baseados em matrizes. Ao longo da última década, poucas pesquisas foram relatadas sobre o uso de PLD de alta taxa de repetição como fonte de excitação para imagens de PA. Foi demonstrado um PLD de infravermelho próximo a fibra para imagem PA de fantasmas 28 . A imagem in vivo de vasos sanguíneos a uma profundidade de ~ 1 mm abaixo da pele humana foi demonstrada usando PLD de baixa energia 29 . Foi relatado um microscópio fotoacústico de resolução óptica baseado em PLD (ORPAM). Usando PLDs, foi demonstrada uma imagem de imagem de 1,5 cm de profundidade a uma taxa de quadros de 0,43 Hz 30 . Muito recentemente, um sistema PLD-PAT foi relatado que forneceu imagens em tão curto quanto ~ 3 s e a uma profundidade de imagem de ~ 2 cm em tecido biológico 25 , 31 . Este estudo revelou que um sistema tão baixo e compacto pode fornecer alta qualidadeImagens, mesmo em altas velocidades. O sistema PLD-PAT pode ser usado para imagens fotoacústicas de alta taxa de quadros (7.000 fps), imagem de vasos sanguíneos superficiais, imagem de junção de dedos, imagem de tecido de 2 cm de profundidade, imagens de cérebro de animais pequenos, etc. O único comprimento de onda e Os impulsos de pouca pulsação de energia da PLD limitam sua aplicação a imagens multi-espectrales e de tecidos profundos. Experimentos foram realizados em pequenos animais usando o mesmo sistema PLD-PAT usado para aplicações pré-clínicas. O objetivo deste trabalho é fornecer a demonstração experimental visualizada do sistema PLD-PAT para imagens cerebrais transversais 2D in vivo de animais pequenos.

<table><tbody><tr><td>Diodo laser pulsado</td><td>Quantel, França</td><td>QD-Q1910-SA-TEC</td><td>É a fonte de laser de excitação com especificações 803 nm, 1,4 mJ por pulso, pulso de 136 ns, máximo de 7 kHz, dimensões: 11,0 x 6,0 x 3,6 cm, peso: ~150 gm</td></tr><tr><td>Motor de passo com caixa de engrenagens</td><td>LIN Engineering (Servo Dynamics)</td><td>Motor: CO-5718-01P, Caixa de velocidades: DPL64/1, I = 10 para NEMA 23; fonte de alimentação PW100-48</td><td>Para mover o suporte do detector em uma geometria circular. Torque: 2,08 Nm, Inércia do rotor: 2,6 kg-cm2</td></tr><tr><td>Pulsador/receptor ultrassônico</td><td>Olympus</td><td>5072PR</td><td>Para receber, filtrar e amplificar o sinal PA do UST. Sua largura de banda é de 35 MHz e o ganho é &plusmn; 59 dB.</td></tr><tr><td>Transdutor de ultrassom</td><td>Olympus</td><td>V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069</td><td>Sensores ultrassônicos usados para detecção fotoacústica. Frequência central 2,25 MHz, 0,5 pol, foco cilíndrico 1,9 polegadas</td></tr><tr><td>PCIe DAQ (aquisição de dados) Cartão</td><td>GaGe</td><td>CSE4227/ A6000610/B0E00610</td><td>12 bits, 100 Ms/s, 2 canais, 1 Gs de memória a bordo, interface PCIe x16</td></tr><tr><td>Rats</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td><td>NTac:SD, Sprague Dawley / SD</td><td>Fêmea, peso 100 &plusmn; Tanque</td></tr><tr><td>de água de acrílico de 10g&nbsp;</td><td>Oficina NTU</td><td>Feita sob</td> medida <td>Contém a água que atua como um meio de acoplamento acústico entre o cérebro e o detector</td></tr><tr><td>Scanner Circular&nbsp;</td>O scanner <td>personalizado</td> da <td>oficina NTU</td><td>é feito de Alluminum&nbsp;</td></tr><tr><td>Máquina anestésica</td><td>médica plus pte ltd</td><td>Máquina de anestesia sem reinalação com concentrador de oxigênio.</td><td>Fornece oxigênio e isoflurano ao animal</td></tr><tr><td>Oxímetro de pulso portátil</td><td>Medtronic</td><td>PM10N com sensor veterinário</td><td>Monitora a oximetria de pulso do animal Gel de</td></tr><tr><td>ultrassom</td><td>Progress/parker gel aquosônico</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>Gel de ultrassom transparente</td></tr><tr><td>Software de aquisição de dados</td><td>National Instruments Corporation,Austin,TX,EUA)NI</td> <td>LabVIEW 2015 SP1</td><td>O programa baseado em LabVIEW foi desenvolvido em nosso laboratório para controlar o motor de passo e adquirir os sinais de PA do detector</td></tr><tr><td>Software de processamento de dados</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, EUA)</td><td>Matlab R2012b</td><td>O código Matlab para reconstrução de imagens PA foi desenvolvido em nosso laboratório</td></tr><tr><td>Controlador de temperatura&nbsp;</td><td>LaridTech, MO, EUA</td><td>MTTC1410</td><td>Ele controlará constantemente a temperatura do PLD&nbsp;</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação de 12 V&nbsp;</td><td>Voltcraft&nbsp;</td><td>PPS-11810</td><td>Para fornecer tensão de operação para</td></tr><tr><td>fonte de alimentação variável PLD&nbsp;</td><td>BASETech</td><td>BT-153</td><td>Para alterar a potência de saída do laser</td></tr><tr><td>Gerador de funções</td><td>Gerador de Funktions,</td><td>FG250D</td><td>Para alterar a taxa de repetição do PLD. Ele fornecerá sinal TTL para sincronizar o DAQ com a excitação do laser.</td></tr><tr><td>Distribuidor de animais</td><td>In Vivos Pte Ltd, Cingapura</td><td></td><td>Distribuidor de animais que fornece pequenos animais para fins de pesquisa.</td></tr><tr><td>Oficina de suporte de animais</td><td>NTU</td><td>Feito sob medida</td><td>Usado para segurar o animal em seu abdômen</td></tr><tr><td>Máscara de respiração</td><td>Oficina de NTU</td><td>Feito sob medida</td><td>Usado junto com o suporte de animais para fornecer mistura de anestesia ao animal</td></tr><tr><td>Pentobarbital sódico</td><td>Valabarb</td><td></td><td>Usado para eutanásia do animal após o expeirment.</td></tr><tr><td>Difusor óptico</td><td>Thorlabs</td><td>DG10-1500</td><td>Usado para tornar o feixe de laser homogêneo</td></tr></tbody></table>

um sistema de tomografia fotoacústica compacta de alto desempenho para<em&gt; in vivo</em&gt; imagem de cérebro de animais pequenos

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

A imagem in vivo de animais pequenos tem um papel importante a desempenhar em estudos pré-clínicos. A tomografia fotoacústica (PAT) é uma modalidade de imagem híbrida emergente que mostra grande potencial para aplicações clínicas e pré-clínicas. Os sistemas convencionais PAT (OPO-PAT) baseados em osciladores paramétricos convencionais são volumosos e caros e não podem fornecer imagens de alta velocidade. Recentemente, os díodos a laser pulsado (PLDs) foram demonstrados com sucesso como uma fonte de excitação alternativa para PAT. O DIP de laser pulsado PAT (PLD-PAT) foi demonstrado com sucesso para imagens de alta velocidade em fantasmas fotoacústicos e tecidos biológicos. Este trabalho fornece um protocolo experimental visualizado para imagens cerebrais in vivo usando PLD-PAT. O protocolo inclui a configuração compacta do sistema PLD-PAT e sua descrição, preparação animal para imagens cerebrais e um procedimento experimental típico para imagens cerebrais de ratos 2D de seção transversal. O sistema PLD-PAT é compacto e custo-efeEficaz e pode fornecer imagens de alta velocidade e alta qualidade. Imagens de cérebro coletadas in vivo a várias velocidades de varredura são apresentadas.

Os resultados de imagens cerebrais in vivo que demonstram as capacidades do sistema PLD-PAT descrito são exibidos nesta seção. Para demonstrar as capacidades de imagem de alta velocidade do sistema PLD-PAT, realizou-se a imagem cerebral in vivo de dois ratos saudáveis ​​diferentes. A Figura 2 mostra as imagens cerebrais de um rato fêmea (93 g) a várias velocidades de varredura. As figuras 2a e b mostram as foto...

É demonstrado um sistema compacto de tomografia fotoacústica baseada em diodos a laser pulsado (PLD-PAT) para imagens cerebrais in vivo de alta velocidade em pequenos animais.

Um sistema de tomografia fotoacústica compacta de alto desempenho para<em&gt; In Vivo</em&gt; Imagem de cérebro de animais pequenos

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

O objetivo geral deste procedimento é demonstrar o desempenho de um sistema fotoacústico compacto e de baixo custo para imagem cerebral in vivo de pequenos animais. A tomografia fotoacústica ou PAT é uma modalidade de imagem híbrida que combina luz e som. A PAT oferece imagem in vivo de tecidos profundos, do órgão até as organelas, com contraste óptico muito elevado.Este trabalho apresenta um sistema compacto e de alta velocidade de tomografia fotoacústica baseado em um laser de diodo pulsado para imagem cerebral em corte transversal in vivo em ratos. O procedimento será demonstrado pelo Dr. Paul Kumar Upputuri, pesquisador visitante, Sandeep Kumar Kalva, aluno de doutorado, e Vijitha Periyasamy, oficial de projeto do nosso laboratório. Para iniciar a preparação do sistema, ligue o diodo a laser pulsado montado no conjunto do scanner circular.Use a unidade do driver do laser para definir a taxa de repetição em 7.000 hertz. Ajuste a fonte de alimentação do laser para 3,1 volts para obter a energia de pulso de 1,42 milijoules. Em seguida, conecte um transdutor ultrassônico de imersão focalizado a uma unidade pulser-receptor.Monte o transdutor em seu suporte abaixo da placa de varredura circular, com o transdutor orientado em direção ao centro da placa. Coloque o conjunto de varredura em um tanque de acrílico, com uma janela de imagem de polietileno na parte inferior do tanque. Adicione água ao tanque até que o transdutor esteja completamente imerso.Verifique se o sinal fotoacústico está sendo detectado pela unidade pulsadora-receptora antes de prosseguir para a imagem. Para iniciar o procedimento de imagem, obtenha uma rata fêmea saudável. Após a anestesia, aparar o pelo do couro cabeludo com uma tesoura elétrica.Aplique suavemente o creme depilatório na área aparada. Após quatro a cinco minutos, remova o creme com um cotonete. Aplique pomada ocular estéril nos olhos da rata para prevenir ressecamento e bloquear feixes de laser espalhados.Fixe uma maca de imagem personalizada equipada com uma máscara respiratória em um macaco de laboratório usando fita cirúrgica. Coloque o animal em posição prona sobre a maca de imagem, com o nariz e a boca dentro da máscara. Fixe o animal na maca de imagem com fita cirúrgica.Posicione o conjunto da maca de imagem sobre a mesa óptica. Conecte a máscara respiratória a uma máquina de anestesia e comece a administrar o anestésico inalatório. Fixe um oxímetro de pulso na cauda ou na pata traseira do animal para monitorar sua condição fisiológica durante todo o procedimento.Aplique um gel incolor de ultrassom no couro cabeludo do animal. Certifique-se de que o conjunto da cama de imagem esteja firmemente posicionado sob o scanner, com o couro cabeludo do animal centralizado sob a janela de imagem. Levante cuidadosamente a cama de imagem até que o gel de ultrassom entre em contato com a janela de imagem, tomando cuidado para minimizar a pressão contra a cabeça do animal.Adquira imagens de teste e ajuste a posição vertical da mesa até que o plano de imagem transversal do cérebro esteja no ponto focal do transdutor ultrassônico. Em seguida, configure os parâmetros para o experimento e inicie a varredura. Monitore o animal durante o período de aquisição de imagens.Utilize um software de reconstrução para obter a imagem cerebral em corte transversal. Após a conclusão da aquisição de imagens, interrompa a anestesia e permita que o animal se recupere completamente sob observação. Imagens em corte transversal do cérebro de uma rata saudável foram obtidas por meio de imagem não invasiva por PAT com marcação por deslocamento de pulso (PLD).Os tempos de varredura variaram de cinco a 20 segundos. O seio transverso, o seio sagital superior e as veias cerebrais foram visíveis em todas as velocidades de varredura testadas. O mesmo desempenho foi observado quando o procedimento foi repetido com uma segunda rata saudável.Este sistema fotoacústico compacto é utilizado para adquirir imagens fotoacústicas da vasculatura cerebral. Os resultados indicam que o sistema pode fornecer imagens cerebrais individuais de alta qualidade em um tempo de varredura tão baixo quanto cinco segundos. Aplicações futuras do sistema PAT desenvolvido incluem imagem de tumores cerebrais, imagem de órgãos em animais pequenos, contraste circulando dentro e fora do corpo e outras aplicações terapêuticas.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

Óptico com resolução de microscopia fotoacústica (OR-PAM) é uma tecnologia emergente capaz de imagem absorção óptica...

Tridimensional Optical resolução Microscopia Fotoacústica

Tomografia de fluorescência difusa oferece uma abordagem de custo relativamente baixo e com elevado potencial de todo a...

Tomografia Computadorizada guiada por tomografia difusa no domínio do tempo de fluorescência em pequenos animais para localização de biomarcadores de câncer

Fonte: Upputuri, P. K., et al. Um sistema de tomografia fotoacústica compacto de alto desempenho para imagens cerebrais de pequenos animais in vivo. J. Vis. Exp. (2017)Este vídeo demonstra um protocolo para imagens cerebrais de ratos não invasivas in vivo usando tomografia fotoacústica, mostrando a preparação, configuração do sistema de imagem e aquisição de dados para reconstruir imagens cerebrais 2D para visualizar estruturas vasculares e saúde neurovascular.

Imagem in vivo de um cérebro de rato usando tomografia fotoacústica

Fornecemos aqui uma descrição detalhada do protocolo experimental para imagens com um sistema optoacústico (fotoacústico) portátil recém-desenvolvido para imagens tridimensionais funcionais e moleculares em tempo real. O poderoso desempenho e versatilidade demonstrados podem definir novas áreas de aplicação da tecnologia optoacústica na pesquisa pré-clínica e na prática clínica.

Universal de mão tridimensional Optoacoustic imagem Sonda para Deep Tissue Angiografia Humano e Estudos pré-clínicos funcionais em Tempo Real

O presente trabalho descreve um novo protocolo para realizar ultrassom não invasivo de alta frequência e imagens fotoacústicas no cérebro de ratos, para visualizar com eficiência regiões subcorticais profundas e seus padrões vasculares, direcionando sinais nos forames cranianos naturalmente presentes no crânio do animal.

Parênquima não-invasivo, Vascular e Metabólica alta freqüência ultra-som e Fotoacústica Rat Cerebral Profunda Imagem

Aqui é demonstrado um sistema de resolução acústica (AR) e resolução óptica (OR) de microscopia fotoacústica (AR-OR-PAM) capaz de obter imagens de alta resolução em profundidade superficial e baixa resolução de imagens de tecido profundo na mesma amostra in vivo .

Microscopia fotoacústica de resolução acústica e óptica comutável para<em&gt; In Vivo</em&gt; Imagem de Vasculatura de Sangue de Pequeno Animal

Um clínico fotoacústico portátil sistema de imagem será demonstrado para em tempo real imagens de animal pequena não-invasiva.

Hand-Held fotoacústico clínico sistema de imagem para imagens de animais em tempo real não-invasiva pequenas

Um sistema laser pulsado compacto do tomography fotoacústica do desktop (PLD-Pat) é demonstrado para A imagem latente dinâmica in vivo de alta velocidade do vasculature cortical animal pequeno.

Tomografia fotoacústica de desktop com base em diodo laser pulsada para monitoramento de lavagem e lavagem de corante em vasculatura cortical de ratos

Foi projetado um imager fotoacoustic de varredura dupla rastering, que integrou imagens de campo amplo e imagens em tempo real.

Imagem fotoacoustic de pequeno animal de varredura dupla raster-scaning para visualização vascular

Aqui, apresentamos um protocolo de imagem experimental para a quantificação da função cardíaca e morfologia utilizando tomografia por emissão de pósitrons de alta resolução/tomografia computadorizada para animais de pequeno porte. Tanto camundongos quanto ratos são considerados, discutindo os diferentes requisitos de agentes de contraste da tomografia computadorizada para as duas espécies.

Tomografia por Emissão de Pósitrons Cardíacos de Alta Resolução/Tomografia Computadorizada para Animais de Pequeno Porte

Este trabalho demonstra o uso de uma plataforma multimodal de imagem baseada em ultrassom para imagens não invasivas de acidente vascular cerebral isquêmico. Este sistema permite a quantificação da oxigenação sanguínea através de imagens fotoacústicas e a perfusão prejudicada no cérebro através da angiografia acústica.

Fotoacústica, Ultrassonografia e Angiotomografia Integradas (PAUSAT) para Imagem Não Invasiva do Cérebro Inteiro do Acidente Vascular Cerebral Isquêmico

Aprenda a usar tomografia fotoacústica com diodo laser pulsado para imagem cerebral in vivo em ratos. Este sistema compacto e de baixo custo permite visualização em tempo real de vasos cerebrais para pesquisas em neurociência.

Um sistema de tomografia fotoacústica compacta de alto desempenho para

Explorar mais vídeos