Name: Tomografia fotoacústica de desktop com base em diodo laser pulsada para monitoramento de lavagem e lavagem de corante em vasculatura cortical de ratos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-30T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 46 s
Description: Aprenda a usar tomografia fotoacústica de desktop com diodo laser pulsado para imagem dinâmica da vasculatura cortical de ratos. Este sistema híbrido óptico-ultrassônico oferece alta velocidade e baixo custo 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 Ministério da saúde de Singapura do Conselho Nacional de pesquisa médica (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). Os autores gostariam de agradecer ao Sr. Chow Wai Hoong Bobby pelo apoio da oficina de máquinas.

Todos os experimentos com animais foram realizados de acordo com as diretrizes e regulamentos aprovados pelo Comitê institucional de cuidado e uso de animais da Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (número de protocolo animal ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Descrição do sistema
<ol><li>Monte o laser PLD no scanner circular e monte o difusor óptico (OD) na frente da janela de saída PLD para tornar o feixe de saída homogêneo, como mostrado na Figura 1a. Conecte o PLD à unidade do excitador do laser (LDU). Nota: o PLD gera ~ 816 nm pulsos de comprimento de onda, pulsos de ~ 107 NS de duração, e até uma taxa de repetição de 2 KHz com uma energia máxima de pulso de ~ 3,4 mJ. O LDU consiste no refrigerador, fonte de alimentação de 12 V, fonte de alimentação de alta tensão variável para controlar o poder do laser, e o gerador da função para mudar a taxa da repetição do pulso.</li>
	<li>Monte todos os oito SUTRs em cada suporte SUTR um-por-um de tal forma que a superfície de cada refletor acústico enfrenta em direção ao centro da área de digitalização, como mostrado na Figura 1b. Ligue cada cabo SUTR ao amplificador de sinal de baixo ruído com a ajuda de cabos de ligação. Nota: a frequência central do transdutor de ultra-som é de 5 MHz e tem uma área ativa de 13 mm de diâmetro. Dois amplificadores cada um do ganho de 24 dB são conectados em série para cada canaleta.</li>
	<li>Ligue a fonte de alimentação do chiller e, em seguida, ligue o interruptor do chiller para definir a temperatura entre 20 ° c e 25 ° c.</li>
	<li>Ligue o fornecimento da fonte de alimentação de baixa tensão e gire lentamente o controle atual para definir o limite atual em 0,3 a. defina a voltagem para 12 V. Verifique se a corrente não excede 0,1 A.</li>
	<li>Ligue a fonte de alimentação de alta tensão. Pressione o botão "PRESET" e defina a corrente para 1 a e tensão para 0 V. Ative o botão "output": 0 V/0 A.</li>
	<li>Ligue a fonte de alimentação do gerador de funções. Pressione o botão "Recall" e escolha uma configuração de 2 KHz para gerar os pulsos de laser a esta taxa de repetição.</li>
	<li>Coloque o tanque de acrílico dentro do scanner, como mostrado na Figura 1a e encha o tanque com água de tal forma que a superfície de detecção dos sutrs são imersos completamente dentro de água.</li>
	<li>Certifique-se de que todos os SUTRs detectando superfícies estão dentro do meio de água. Ligue a fonte de alimentação do amplificador de sinal de baixo ruído.</li>
</ol>2. preparação animal para a imagem latente do cérebro do rato
Nota: ratos fêmeas saudáveis (ver tabela de materiais) foram usados para demonstrar o sistema de desktop PLD-Pat descrito acima para a vasculatura cortical animal pequena da imagem latente.
<ol><li>Segure o animal nas costas, prendendo o movimento da cabeça e do corpo. Anestesie o animal por injeção intraperitoneal de uma mistura de 2 mL de cetamina (100 mg/mL), 2 mL de xilazina (20 mg/mL), e 1 mL de soro fisiológico (dosagem de 0,2 mL/100 g). Nota: após a injecção, o dedo do pé do animal é beliscado para testar quaisquer reflexos positivos, tais como movimentos do pé ou do corpo, vocalização, ou aumentos marcados nas respirações. A ausência de tais ações reflexas confirma a anestesiação bem-sucedida do animal.</li>
	<li>Para evitar o secura devido à anestesia e à iluminação do laser, aplique muito com cuidado a pomada artificial do rasgo aos olhos do rato. Coloque o animal em posição prona no banco de trabalho e retire a pele no couro cabeludo do animal usando um aparador de cabelo e aplique suavemente o creme de depilação para a área raspada e retire a pele completamente.<ol>
<li>Após 4 – 5 min, retire o creme aplicado com um cotonete.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Monte o suporte animal feito-à-medida (veja a tabela dos materiais) equipado com uma máscara de respiração (veja a tabela de materiais) em um laboratório-jaque.</li>
	<li>Coloque o animal em posição prona no suporte para que a cabeça repouse sobre a plataforma horizontal do suporte. Use a fita cirúrgica para fixar o animal ao suporte.</li>
	<li>Assegure-se de que a máscara respiratória cubra o nariz e a boca do rato para entregar a mistura da anestesia. A máscara de respiração é personalizada para se adequar à janela de imagem. 10% do cone de nariz disponível comercialmente é cortado e então conectado a um pedaço de luva.</li>
	<li>Ligue a máscara respiratória à máquina de anestesia antes de ligá-la.</li>
	<li>Ligue a máquina de anestesia e configurá-lo para entregar a mistura anestésica contendo 1,0 L/min de oxigênio com 0,75% isoflurano para a máscara de respiração animal.<ol>
<li>Prenda o oxímetro de pulso a uma das patas traseiras do animal para monitorizar a sua condição fisiológica.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Aplique uma camada de gel incolor do ultra-som ao escalpe do rato usando um aplicador derrubado algodão. Ajuste a posição do laboratório-jaque ao centro do varredor e ajuste a altura do laboratório-jaque manualmente de modo que o plano da imagem latente esteja no centro do refletor acústico.</li>
</ol>3. imagem latente dinâmica in vivo do processo da captação e do afastamento de ICG no cérebro do rato
<ol><li>Defina os parâmetros no software de aquisição de dados (consulte a tabela de materiais) para uma verificação de aquisição de 360 °.</li>
	<li>Gire sobre a emissão do laser de PLD permitindo a saída do gerador da função (a emissão do laser começará). Então, Aumente lentamente a tensão da fonte de alimentação de alta tensão variável a 120 V para o máximo por a energia do pulso.</li>
	<li>Execute o software de aquisição de dados (consulte a tabela de materiais) programa para girar todos os oito sutrs em 360 ° ao longo de um tempo de digitalização 4 s. Nota: por exemplo, se os SUTRs são girados para 4S, o PLD entrega 8.000 (= 4 x 2.000) pulsos e cada SUTR recolhe 8000 A-Lines. Estas 8.000 a-Lines são reduzidas a 400 pela média sobre 20 sinais (após A média A-Lines = 8000/20 = 400). Um programa de reconstrução baseado em Delay-and-Sum volta algoritmo de projeção é usado para descobrir o raio de digitalização de cada SUTR.</li>
	<li>Desative a saída do gerador de função para desligar a emissão de laser.</li>
	<li>Usando o algoritmo de reconstrução em software de processamento de dados (ver tabela de materiais) descobrir o raio de digitalização de todos os oito sutrs por tentativa e erro, usando o algoritmo de retroprojeção.</li>
	<li>Defina os parâmetros no software de aquisição de dados (consulte a tabela de materiais) para aquisição de 45 ° ao longo de um tempo de digitalização de 0,5 s. Nota: por exemplo, se os SUTRs são girados para 0.5 s, o PLD entrega 1.000 (= 0,5 x 2.000) pulsos e cada SUTR recolhe 1000 A-Lines. Estas 1.000 a-Lines são reduzidas a 400 pela média sobre 20 sinais (após A média A-Lines = 1000/20 = 50).</li>
	<li>Ative a saída do gerador de função para ligar a emissão de laser.</li>
	<li>Execute o programa de aquisição de dados (consulte a tabela de materiais) para rodar todos os oito sutrs em 45 ° para obter dados de controle inicial antes da administração do ICG.</li>
	<li>Desative a saída do gerador de função para desligar a emissão de laser.</li>
	<li>Identifique a veia cauda do animal e injete 0,3 mL de ICG (ver tabela de materiais) (323 μm) na veia cauda do rato.</li>
</ol>4.
Nota: 1,25 mg de pó de ICG foi pesado usando uma máquina de MICROPESAGEM e misturado com 5 mL de água destilada para obter uma concentração de 323 μM para a solução de ICG.
<ol><li>Ative a saída do gerador de função para ligar a emissão de laser.</li>
	<li>Execute o software de aquisição de dados (ver tabela de materiais) programa para adquirir a-Lines sobre um 0,5 s tempo de digitalização em 45 ° rotação.</li>
</ol>5.
Nota: as linhas adquiridas durante um tempo de digitalização de 0,5 s são usadas para gerar uma imagem de corte transversal. Há um intervalo de tempo de ~ 0.4-0.6 s entre cada varredura.
<ol><li>Depois que a aquisição de dados for mais, usando o algoritmo de retroprojeção no software de processamento de dados (consulte tabela de materiais), reconstrua a imagem do cérebro transversal das linhas a salvas.</li>
	<li>Desligue o laser e, em seguida, desligue a máquina de anestesia, abaixe o laboratório-Jack e retire o animal do palco. Devolva o animal para a gaiola e monitore até que recupere a consciência.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59764/59764fig1.jpg"> Figura 1: esquema do sistema de desktop PLD-Pat. (A) esquema do desktop PLD-Pat criado. PLD: diodo de laser pulsado, OD: difusor óptico, SUTR: refletor acústico baseado transdutor de ultra-som de elemento único, AM: máquina de anestesia, CSP: placa de digitalização circular, SM: motor deslizante, LDU: unidade de condução a laser, AMP: amplificador, DAQ: cartão de aquisição de dados. (B) arranjo circular de oito sutrs em torno do centro de digitalização. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59764/59764fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</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>

Os autores não têm interesses financeiros relevantes ou potenciais conflitos de interesse para divulgar.

Este trabalho apresenta um protocolo para usar um sistema de desktop PLD-PAT para a realização de experimentos em pequenos animais como ratos para a imagem cerebral in vivo e rápido-captação dinâmica e processo de apuramento de agentes de contraste como ICG. Volumosos, caros sistemas OPO-PAT levam vários minutos (2-5 min) para adquirir uma única imagem transversal in vivo. Um sistema PLD-PAT portátil compacto, de baixo custo e de primeira geração fornece imagens in vivo transversais únicas em 5 s. Em contraste, um sistem...

O tomography computado fotoacústico (PACT/Pat) é uma modalidade biomédica não invasora prometedora da imagem latente que combina o contraste ótico rico com a definição elevada1,2,3,4de ultrasond, 5. When um nanossegundos o laser pulsado deposita a energia na luz que absorve cromóforos atual dentro de todo o tecido biológico, aumentos locais da temperatura que conduzem à expansão e à contração termoelástico do tecido, tendo por resultado a geração de ondas de pressão. Estas ondas de pressão são conhecidas como ondas de ultra-som ou ondas fotoacústicas (PA), que podem ser detectadas por transdutores de ultra-som em torno da amostra. Os sinais de PA detectados são reconstruídos usando vários algoritmos de reconstrução6, 7, 8,9 para gerar imagens de PA transversais. A imagem latente do PA fornece a informação estrutural e funcional dos órgãos macroscópicos às organelas microscópicas devido à dependência do comprimento de onda de cromóforos endógenos atuais dentro do corpo10. A imagem latente de PAT foi usada com sucesso para a deteção1do cancro da mama, imagem latente do nó de linfa da sentinela11, mapeando do oxyhemoglobina (HbO2), deoxyhemoglobina (HBR), concentração total da hemoglobina (HBT), saturação do oxigênio (so 2) o 12 anos de , 13, angiogênese14do tumor, imagem latente inteira15do corpo do animal pequeno, e outras aplicações.
Nd: os lasers de YAG/opo são fontes convencionais da excitação para sistemas da primeira geração Pat que são amplamente utilizados na Comunidade fotoacústica para a imagem latente animal pequena e a imagem latente profunda16do tecido. Estes lasers fornecem ~ 100 pulsos de energia mJ em baixas taxas de repetição de ~ 10-100 Hz. Os sistemas da imagem latente de PAT que usam estes lasers caros e volumosos não são apropriados para a imagem latente de alta velocidade com os transdutores do único-elemento do ultra-som (SUTs), devido à taxa limitada da repetição do pulso. Isso inibe o monitoramento em tempo real das alterações fisiológicas que ocorrem em altas velocidades dentro do animal. Usando transdutores baseados em array como matrizes lineares, semicirculares, circulares e volumétricas com excitação a laser Nd: YAG, a imagem de alta velocidade é possível. No entanto, estes transdutores de matriz são caros e proporcionam sensibilidades inferiores em comparação com os SUTs; ainda, a velocidade de imagem é limitada pela baixa taxa de repetição do laser. Os sistemas do PACT do único-impulso do estado---arte com o transdutor personalizado do cheio-anel da disposição obtêm os dados do PA em 50 taxas de frame de hertz17. Estes transdutores da disposição precisam o back-end complexo que recebe a eletrônica e os amplificadores de sinal, fazendo o sistema total mais caro e difícil para o uso clínico.
Seu tamanho compacto, exigências mais baixas do custo, e uma taxa mais elevada da repetição do pulso (ordem de KHz) fazem diodos de laser pulsado (PLDs) mais prometedores para a imagem latente tempo real. Devido a estas vantagens, os PLDs são usados ativamente como uma fonte alternativa da excitação em sistemas da segunda geração PAT. Os sistemas Pat baseados em PLD foram demonstrados com sucesso para a imagem latente da taxa do elevado-frame usando os transdutores18da disposição, profundamente-tecido e imagem latente do cérebro19,20,21, diagnóstico de doença cardiovascular22 e diagnóstico de Reumatologia23. Como os SUTs são altamente sensíveis e menos dispendiosos em comparação com os transdutores de matriz, eles ainda são amplamente utilizados para imagens PAT. O sistema PLD à base de fibra foi demonstrado para a imagem latente fantasma24. Um sistema portátil de PLD-PAT foi demonstrado previamente montando o PLD dentro do varredor25da pancadinha. Com um varredor circular de SUT, a imagem latente fantasma foi executada durante 3 s do tempo da varredura, e a imagem latente in vivo do cérebro do rato foi executada durante um período de 5 s usando este sistema de PLD-PAT19.
Além disso, foram feitas melhorias para este sistema PLD-Pat para torná-lo mais compacto e criar um modelo de desktop usando oito transdutores de ultra-som de elemento único baseado em refletor acústico (sutrs)26,27. Aqui, os SUTs foram coloc em um vertical em vez do sentido horizontal com a ajuda de um refletor 90° Acoustic28. Este sistema pode ser empregado para tempos da varredura de até 0,5 s e de ~ 3 cm profundamente na imagem latente do tecido e na imagem latente animal pequena in vivo do cérebro. Neste trabalho, este sistema de desktop PLD-PAT é usado para fornecer a demonstração visual de experimentos para imagiologia cerebral in vivo em pequenos animais e para visualização dinâmica do processo de captação e liberação de indocyanina aprovada pela administração de alimentos e drogas (FDA) corante verde (ICG) em cérebros de ratos.

<table><tbody><tr><td>Fonte de alimentação de 12 V</td><td>Voltcraft</td><td>PPS-11810</td><td>Para fornecer tensão de operação para PLD</td></tr><tr><td>Refletor acústico</td><td>Olympus</td><td>F102</td><td>Refletor de 45 graus aumentado para o transdutor de ultrassom</td></tr><tr><td>Tanque de água acrílico</td><td>Oficina NTU</td><td>Feito sob medida</td><td>É usado para reter a água que atua como um meio de acoplamento acústico entre o cérebro do animal e o detector</td></tr><tr><td>Máquina</td> <td>anestésicaMáquina de anestesia sem reinalação médica plus pte ltd</td><td>com concentrador de oxigênio.</td><td>Fornece oxigênio e isoflurano ao animal</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 NTU</td><td>de suporte de animais</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 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>Oficina <td>de NTU</td><td></td> <td>de scanner circularO scanner feito sob medida</td><td>é feito de alumínio</td></tr><tr><td>DAQ (aquisição de dados) Card</td><td>Spectrum</td><td>M2i.4932-exp</td><td>16 bits, 30 Ms/s, 8 canais, 1 Gs,</td></tr><tr><td>PCIe Software de aquisição de dados</td><td>National Instruments Corporation, Austin, TX, EUA)</td> <td>NI LabVIEW 2015 SP1 (32 bits)</td> <td>Programa baseado em LabVIEW desenvolvido em nosso laboratório para controlar o motor de passo e adquirir os sinais PA do detector</td></tr><tr><td>Processamento de dados software</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, EUA)</td><td>Matlab R2015b</td><td>Código Matlab desenvolvido no nosso laboratório para reconstrução de imagens PA transversais</td></tr><tr><td>Gerador de funções</td><td>RIGOL</td><td>DG1022</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>Amplificador de sinal de baixo ruído</td><td>Genetron</td><td>Feito sob medida usando Mini-circuitos, ZFL-500LN-BNC</td><td>Para receber e amplificar o sinal PA do SUTR. Seu ganho é de 24 dB.</td></tr><tr><td>Difusor óptico</td><td>Thorlabs</td><td>DG-120</td><td>Usado para tornar o feixe de laser homogêneo</td></tr><tr><td>Diodo laser pulsado</td><td>Quantel, França</td><td>QD-Q1924-ILO-WATER</td><td>É a fonte de laser de excitação com especificações de comprimento de onda de 816 nm, 3,4 mJ por energia de pulso, largura de pulso de 107 ns, taxa máxima de repetição de pulso de 2 KHz, dimensões: 13,0 x 7,6 x 5,0 cm</td></tr><tr><td>Ratos</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapura</td><td>NTac:SD, Sprague Dawley / SD</td><td>Feminino, peso 100&plusmn; 10g, linhagem de ratos: Sprague Dawley, idade: 4-5 semanas</td></tr><tr><td>Motor de passo com caixa de engrenagens</td><td>LIN Engineering (Servo Dynamics)</td><td>Motor: CO-5718L-01P-RO, Caixa de engrenagens: DPL64/1; Fonte de alimentação PW-100-24</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>Gel de ultrassom</td><td>Progress/parker gel aquosônico</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>Gel de ultrassom transparente</td></tr><tr><td>Transdutor de ultrassom</td><td>Olympus</td><td>V309-SU/ U8423013</td><td>Sensores ultrassônicos usados para detecção fotoacústica. Frequência central 5 MHz, 0,5 in</td></tr><tr><td>Fonte de alimentação variável de alta tensão</td><td>Elektro-Automatik</td><td>EA-PS 8160-04 T</td><td>Para alterar a potência de saída do laser</td></tr></tbody></table>

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

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

A imagem latente do tomography de photoacoustic (PA) (PAT) é uma modalidade biomédica emergente da imagem latente útil em várias aplicações pré-clínicas e clínicas. Personalizado-feito circular anel array-based transdutores e convencional volumoso Nd: YAG/OPO lasers inibir a tradução do sistema PAT para clínicas. Os diodos laser pulsado ultra-compactos (PLDs) estão sendo usados atualmente como uma fonte alternativa de excitação do próximo-infravermelho para a imagem latente do PA. A imagem latente dinâmica de alta velocidade in vivo foi demonstrada usando um sistema PLD-baseado compacto do PAT do desktop (PLD-PAT). Um protocolo experimental visualizado usando o sistema de desktop PLD-PAT é fornecido neste trabalho para a imagem latente dinâmica do cérebro in vivo. O protocolo descreve a configuração de sistema do desktop PLD-PAT, a preparação do animal para a imagem latente Vascular do cérebro, e o procedimento para o visualização dinâmico do verde do do indocyanine (ICG) o processo da tomada e do afastamento da tintura no vasculature cortical do rato.

A potencialidade do sistema desktop descrito de PLD-PAT para a imagem latente dinâmica do cérebro in vivo foi mostrada neste protocolo com resultados correspondentes. A capacidade de alta velocidade da imagem latente do sistema de desktop PLD-PAT foi demonstrada realizando a imagem latente in vivo do cérebro de ratos fêmeas saudáveis. Os sinais do PA foram coletados usando oito SUTRs que giram em 360 ° e em 45 ° em torno do cérebro do rato em velocidades da varredura de 4 s e de 0,5 s, re...

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

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

A tomografia fotoacoustic, ou PAT, é uma modalidade de imagem biomédica híbrida de imagem, combinando imagens ópticas e ultrassom para monitoramento de mudanças dinâmicas em cérebros de animais de pequeno porte. Este é um sistema de imagem portátil de alta velocidade que usa velocidade de imagem tão curta quanto meio segundo. Demonstrando o procedimento com Sandeep estarão Praveen, um estudante de doutorado, Dr. Paul, um pesquisador, e Rhonnie, um assistente de pesquisa.Comece montando todos os transdutores de ultrassom de elemento único em cada suporte de transdutor um de cada vez, de tal forma que a superfície de cada refletor acústico se descanse em direção ao centro da área de varredura. Use cabos de conexão para conectar cada cabo transdutor ao amplificador de sinal de baixo ruído. Ligue a fonte de alimentação do refrigerador e ligue o interruptor de refrigerador para definir a temperatura entre 20 e 25 graus Celsius.Ligue a fonte de alimentação de baixa tensão e gire lentamente o controle da corrente para 0,3 amperes. Defina a tensão para 12 volts e verifique se a corrente não excede 0,1 amp. Ligue a fonte de alimentação de alta tensão e pressione o botão predefinido para definir a corrente em um amplificador e a tensão a zero volts.Habilite o botão de saída e ligue a fonte de alimentação do gerador de funções. Pressione o botão de recall e selecione uma configuração de dois quilohertz para gerar os pulsos de laser nesta taxa de repetição. Coloque o tanque de acrílico dentro do scanner e encha o tanque com água até que as superfícies de detecção dos transdutores estejam completamente imersas.Em seguida, ligue a fonte de alimentação do amplificador de sinal de baixo ruído. Coloque o rato anestesiado na posição propensa na bancada. Depois de confirmar a falta de resposta ao aperto do dedo do pé, use um aparador de cabelo para remover a pele no couro cabeludo.Aplique suavemente creme depilatório para remover a pele completamente da pele exposta usando um cotonete para remover o creme após quatro a cinco minutos. Aplique pomada aos olhos do animal e monte um suporte animal feito sob medida equipado com uma máscara de respiração em um macaco de laboratório. Coloque o rato na posição propensa no suporte com a cabeça descansando na plataforma horizontal do suporte.Use fita cirúrgica para fixar o animal no suporte. Fixar o oxímetro de pulso em um membro traseiro para monitorar sua condição fisiológica. Use um aplicador de ponta de algodão para aplicar uma camada de gel de ultrassom incolor no couro cabeludo.Em seguida, ajuste a posição do macaco de laboratório para o centro do scanner. Ajuste a altura da tomada manualmente para que o plano de imagem esteja no centro do refletor acústico. Depois de definir os parâmetros no software de aquisição de dados para uma varredura de aquisição de 360 graus, permita que a saída do gerador de função ligue a emissão de laser de diodo a laser pulsado.Aumente lentamente a tensão da fonte de alimentação variável de alta tensão para 120 volts para energia máxima por pulso. Execute o programa de software de aquisição de dados para girar todos os oito transdutores 360 graus durante um tempo de varredura de quatro segundos. Desabilitar a saída do gerador de função para desligar a emissão de laser.Usando o algoritmo de reconstrução no software de processamento de dados, determine o raio de digitalização de todos os oito transdutores por tentativa e erro, usando o algoritmo de projeção traseira. Defina os parâmetros no software de aquisição de dados para uma aquisição de 45 graus durante um tempo de varredura de 0,5 segundo. Habilite a saída do gerador de função para ligar a emissão de laser.Execute o programa de software de aquisição de dados para girar todos os oito transdutores 45 graus para obter os dados de controle inicial. Desabilitar a saída do gerador de função para desligar a emissão de laser. Em seguida, injete 0,3 mililitros de verde indocyanina na veia traseira do rato.Habilite a saída do gerador de função para ligar a emissão de laser. Em seguida, execute o software de aquisição de dados para adquirir linhas A ao longo de um tempo de varredura de 0,5 segundo em uma rotação de 45 graus. No final da aquisição, use o algoritmo de projeção traseira para reconstruir a imagem do cérebro transversal das linhas A salvas.Aqui, imagens cerebrais de um rato fêmea de 98 gramas, coletadas a velocidades de varredura de 4 e 0,5 segundos são mostradas. O seio sagital e o seio de transferência são claramente visíveis em ambas as imagens. As fotografias mostram a mesma região do cérebro de rato antes e depois de remover o couro cabeludo.A tomografia fotoacâmica pode alcançar a mesma visualização não invasivamente com a pele e o crânio intactos. Nesta trama, aumenta o sinal fotoacústico médio no seio sagital devido a aumentos e posteriormente diminui na absorção óptica pelo verde indocyanina a 860 comprimentos de onda de nanômetros ao longo do tempo podem ser observados. Tome sempre cuidado extra ao injetar o corante ICG na veia traseira do animal.Este sistema de tomografia fotoacosa de desktop de baixo custo pode ser usado para a imagem dinâmica de vasculaturas cerebrais de pequenos animais com alta resolução especial a 0,5 segundos de velocidade de varredura. Outras aplicações deste sistema de imagem incluem imagem de tumor cerebral, a imagem de diferentes órgãos em animais pequenos e outras aplicações terapêuticas.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioengenharia

Dinâmica do fluxo sanguíneo cortical pode ser estudada in vivo por corantes fluorescentes imagem dextran injetado na veia da cauda dos roedores com 2-fótons microscopia. Este vídeo mostra como a dinâmica do fluxo sanguíneo na imagem neocórtex de ratos através de um vidro coberto de preparação janela craniana.

Um método para 2-Photon Imagens de Fluxo de Sangue no neocórtex através de uma janela Cranial

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

Tridimensional Optical resolução Microscopia Fotoacústica

Fonte: Kalva, S. K., et al., Tomografia fotoacústica de mesa baseada em diodo laser pulsado para monitoramento de lavagem e lavagem de corante na vasculatura cortical de ratos. J. Vis. Exp. (2019)Este vídeo demonstra o procedimento para usar imagens fotoacústicas para observar alterações nos vasos corticais de um rato anestesiado. O processo inclui imagens de linha de base, injeção de corante e análise de absorção e depuração de corante durante a lavagem e lavagem.

Monitoramento fotoacústico do movimento do corante em vasos sanguíneos corticais

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

Cystography fotoacústica (PAC) tem um grande potencial para mapear bexigas, um órgão interno sensível radiação em pacientes pediátricos, sem usar nenhum tipo de radiação ionizante ou de agente de contraste tóxico. Aqui vamos demonstrar o uso do PAC para o mapeamento de bexigas com uma injeção de traçadores óptica opacos em...

Cistografia 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

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

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

Aprenda a usar tomografia fotoacústica de desktop com diodo laser pulsado para imagem dinâmica da vasculatura cortical de ratos. Este sistema híbrido óptico-ultrassônico oferece alta velocidade e baixo custo para pesquisas em neurociência.

Tomografia fotoacústica de desktop com base em diodo laser pulsada para monitoramento de lavagem e lavagem de corante em vasculatura cortical de ratos (Vídeo) | JoVE Journal

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

Explorar mais vídeos