Методическая статья

Переключаемая акустическая и оптическая разрешающая фотоакустическая микроскопия для В Виво Масштабная картинка клеток

DOI:

10.3791/55810

⸱

26 июня 2017 г.

 ,  , 
1School of Chemical and Biomedical Engineering, Nanyang Technological University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Показана возможность переключения системы акустического разрешения (AR) и оптической разрешающей (OR) фотоакустической микроскопии (AR-OR-PAM), которая позволяет получать изображения с высоким разрешением на мелкой глубине и глубокое изображение глубокой ткани с низким разрешением на одном и том же образце in vivo .

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Фотоакустическая микроскопия (PAM) - это быстрорастущая мода визуализации, которая сочетает в себе как оптику, так и ультразвук, обеспечивая проникновение за пределы оптической длины свободного пробега (~ 1 мм в коже) с высоким разрешением. Комбинируя контраст оптического поглощения с высоким пространственным разрешением ультразвука в одной модальности, этот метод может проникать в глубокие ткани. Системы фотоакустической микроскопии могут иметь низкое акустическое разрешение и зонд глубоко или высокое оптическое разрешение и зонд. Очень сложно добиться высокого пространственного разрешения и большого проникновения глубины с помощью единой системы. Эта работа представляет собой систему AR-OR-PAM, способную как с высоким разрешением, на мелкой глубине, так и с глубоким отображением глубокой ткани с низким разрешением одного и того же образца in vivo . Боковое разрешение 4 мкм с глубиной изображения 1,4 мм с использованием оптической фокусировки и боковое разрешение 45 мкм с глубиной изображения 7,8 мм с использованием акустической фокусировки были успешнымиПродемонстрированный с использованием комбинированной системы. Здесь, in vivo, визуализацию сосудистой сети животного мира проводят, чтобы продемонстрировать свою биологическую способность к визуализации.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Модификации оптического изображения с высоким разрешением, такие как оптическая когерентная томография, конфокальная микроскопия и многофотонная микроскопия, имеют многочисленные преимущества. Однако пространственное разрешение значительно уменьшается по мере увеличения глубины изображения. Это связано с диффузным характером переноса света в мягких тканях 1 , 2 . Интеграция оптического возбуждения и ультразвукового обнаружения обеспечивает решение для преодоления проблемы оптической визуализации с высоким разрешением в глубоких тканях. Фотоакустическая микроскопия (PAM) - одна из таких модальностей, которая может обеспечить более глубокое изображение, чем другие оптические методы визуализации. Он успешно применяется для структурной, функциональной, молекулярной и клеточной визуализации in vivo 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , объединив сильный контраст оптического поглощения с высоким пространственным разрешением от ультразвука.

В PAM короткий лазерный импульс облучает ткань / образец. Поглощение света хромофорами ( например, меланин, гемоглобин, вода и т. Д. ) Приводит к увеличению температуры, что, в свою очередь, приводит к образованию волн давления в виде волн акустики (фотоакустических волн). Сгенерированные фотоакустические волны могут быть обнаружены широкополосным ультразвуковым преобразователем вне границы ткани. Используя слабую оптическую и плотную акустическую фокусировку, глубокая тканная визуализация может быть достигнута в акустическом разрешении фотоакустической микроскопии (AR-PAM) 14 , 15 , 16 . В AR-PAM, было показано поперечное разрешение 45 мкм и глубина изображения до 3 мм. 15 . Для того чтобы разрешить одиночные капилляры (~ 5 мкм) акустически, необходимы ультразвуковые преобразователи, работающие на частотах> 400 МГц. На таких высоких частотах глубина проникновения составляет менее 100 мкм. Проблема, вызванная плотной акустической фокусировкой, может быть решена с использованием плотной оптической фокусировки. Фотоакустическая микроскопия с оптическим разрешением (OR-PAM) способна разрешать одиночные капилляры или даже одну ячейку 17 , а латеральное разрешение 0,5 мкм было достигнуто 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 . Использование фотонного наноэлемента может помочь достичь разрешения, выходящего за пределы разрешающей способности дифракцииN 25 , 26 . В OR-PAM глубина проникновения ограничена из-за фокусировки света, и она может достигать до 1,2 мм внутри биологической ткани 23 . Таким образом, AR-PAM может изображение глубже, но с более низким разрешением, а OR-PAM может иметь изображение с очень высоким разрешением, но с ограниченной глубиной изображения. Скорость формирования изображения AR и OR-PAM в основном зависит от частоты повторения импульсов лазерного источника 27 .

Объединение AR-PAM и OR-PAM будет иметь большую выгоду для приложений, для которых требуется как высокое разрешение, так и более глубокое изображение. Были предприняты небольшие усилия для объединения этих систем. Обычно для визуализации используются два разных сканера изображения, что требует, чтобы образец перемещался между обеими системами, что затрудняло выполнение визуализации in vivo . Однако гибридное изображение с AR и OR PAM позволяет получать изображения с масштабируемыми разрешениямиЙ глубины. В одном подходе пучок оптических волокон используется для подачи света для AR и OR PAM. В этом подходе используются два отдельных лазера (высокоэнергетический лазер при 570 нм для AR и низкоэнергетический лазер с высокой частотой повторения при 532 нм для OR), что делает систему неудобной и дорогостоящей 28 . Длина волны лазера OR-PAM фиксирована, и многие исследования, такие как насыщение кислородом, невозможны с использованием этой комбинированной системы. Сравнительные исследования между AR и OR PAM также невозможны из-за разницы в длинах волн лазера между AR и OR. Кроме того, AR-PAM использует подсветку яркого поля; Следовательно, сильные фотоакустические сигналы с поверхности кожи ограничивают качество изображения. По этой причине система не может использоваться для многих приложений для биоизображения. В другом подходе к выполнению AR и OR PAM оптический и ультразвуковой фокус смещается, что делает фокус и фокусировку ультразвука неравнозначными. Таким образом, качество изображения не является оптимальным 29. Используя этот метод, AR-PAM и OR-PAM могут достичь только разрешений 139 мкм и 21 мкм соответственно, что делает его системой с низким разрешением. Сообщалось, что другой подход, который включает в себя изменение оптического волокна и коллимирующей оптики, переключается между AR и OR PAM, что затрудняет процесс выравнивания 30 . Во всех этих случаях AR-PAM не использовал подсветку темного поля. Использование освещения темного поля может уменьшить генерацию сильных фотоакустических сигналов с поверхности кожи. Поэтому глубокое изображение может быть выполнено с использованием кольцевой подсветки, поскольку чувствительность обнаружения глубоких фотоакустических сигналов будет более высокой, чем чувствительность яркого поля.

В этой работе сообщается о сменевой системе визуализации AR и OR PAM (AR-OR-PAM), способной получать изображения с высоким разрешением и изображения глубокой ткани с низким разрешением одного и того же образца, используя тот же лазер и сканер для обеих системЭмс. Производительность системы AR-OR-PAM характеризовалась определением пространственного разрешения и глубины изображения с использованием фантомных экспериментов. In vivo визуализация сосудистой сети крови проводилась на ухе мыши, чтобы продемонстрировать свою биологическую способность к визуализации.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все эксперименты на животных проводились в соответствии с утвержденными правилами и руководящими принципами Комитета по институциональному уходу и использованию животных Технологического университета Наньян в Сингапуре (номер протокола по борьбе с животными ARF-SBS / NIE-A0263).

1. Система AR-OR-PAM ( рисунок 1 )

  1. Конфигурация системы: AR-PAM
    1. Используйте наносекундную перестраиваемую лазерную систему, состоящую из твердотельного Nd-YAG-лазера на диодной накачке (532 нм) и лазера на красителе с диапазоном перестраиваемости 559-576 нм в качестве источника оптического облучения. Установите длину волны лазера на 570 нм с использованием внешнего контроллера и частотой повторения лазерного излучения до 1 кГц с использованием лазерного программного обеспечения.
    2. Поместите пробоотборник луча под углом 45 ° перед лазером, чтобы отвести 5% мощности лазера на фотодиод через фильтр с переменной нейтральной плотностью (NDF1; OD = 0-4,0).
    3. Отверните лазерный луч после пробоотборника луча при 90 °, используяПрямоугольную призму (RAP1).
    4. Используйте другую прямоугольную призму (RAP2), чтобы позволить лучу проходить через переменный фильтр нейтральной плотности (NDF2; OD = 0-4,0) и на многомодовое волокно (MMF), направляя его через волоконный соединитель (FC) -a Комбинация целей (числовая апертура (NA): 0,25) и переводчик XY.
    5. Закрепите волокно на стадии сканирования с помощью XY-транслятора. Поместите плоско-выпуклую линзу (L1) на расстоянии 25 мм от выходного конца волокна, чтобы выровнять луч из волокна.
    6. Пропустите коллимированный луч через коническую линзу с углом вершины 130 °, чтобы сформировать кольцевой пучок. Слабо фокусируйте кольцевой луч на объект, используя самодельный оптический конденсатор (OC) с углами конуса 70 ° и 110 ° и с отверстием в центре.
    7. Поместите ультразвуковой преобразователь на 50 МГц (UST) с акустической линзой (AL) в центре самодельного конденсатора.
  2. Конфигурация системы: OR-PAM
    1. ИспользоватьНаносекундная перестраиваемая лазерная система, состоящая из твердотельного Nd-YAG-лазера на диодной накачке (532 нм) и лазера на красителе с диапазоном перестраиваемости 559 - 576 нм в качестве источника оптического облучения. Установите длину волны лазера на 570 нм с использованием внешнего контроллера и частоту повторения лазера на частоте 5 кГц с использованием лазерного программного обеспечения.
    2. Поверните управляемый компьютером этап вращения (удерживая RAP1) на 90 °, чтобы отвести лазерный луч на радужную оболочку для изменения формы.
    3. Ослабьте лазерный луч, поместив на лучу переменный фильтр с нейтральной плотностью (OD: 0-4,0), а затем сфокусируйте луч с помощью конденсаторной линзы (CL). Пропустите его через отверстие (PH) на расстоянии 75 мм от CL для пространственной фильтрации.
    4. Запустите пространственно фильтрованный пучок на одномодовое волокно (SMF) с использованием одномодового волоконного соединителя (FC), состоящего из объектива 0,1 NA для фокусировки светового луча на SMF.
    5. Отрегулируйте волоконную муфту для достижения максимальной эффективности сцепления.
    6. Закрепите волокно на tОн сканирует сцену, используя пластину скольжения (SP). Поместите ахроматическую линзу (L2) на расстоянии 50 мм от волокна SM, чтобы объединить лазерный луч.
    7. Переверните коллимированный луч на 90 °, используя кинематическое управляемое эллиптическое зеркало (M), чтобы заполнить заднюю апертуру другой идентичной ахроматической линзы (L3). Поместите ахроматическую линзу, используемую для фокусировки на держателе для трансляции (TM2), используя линзную трубку (LT).
    8. Передайте фокусирующий луч через самодельный оптоакустический пучковый сумматор, состоящий из прямоугольной призмы (RA) и ромбовидной призмы (RP) со слоем силиконового масла (SO) между ними.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Силиконовый масляный слой будет действовать как оптически прозрачная и акустически отражающая пленка.
    9. Прикрепите акустическую линзу (AL) для обеспечения акустической фокусировки (фокусный диаметр: ~ 46 мкм) в нижней части ромбовидной призмы.
    10. Поместите ультразвуковой преобразователь с центральной частотой 50 МГц поверх ромбовидной призмы; Используйте эпоксидный слой для эффективной муфты.

    3. 2. Переключение и выравнивание системы

    1. Закрепите (плотно прикрутите) самодельную переключаемую пластину к 3-осевой моторизованной ступени, управляемой 3-осевым контроллером, подключенным к компьютеру.
    2. Прикрепите систему AR и OR к домашней пластине, используя монтажные кронштейны для установки в клетку, чтобы обеспечить удобное переключение между головками сканирования AR и OR. Сдвиньте сканирующую головку поверх области формирования изображения.
    3. Используйте Z-ступицу для погружения нижней части головки сканера AR-OR-PAM в акриловый резервуар с водой (13 см х 30 см х 3 см) для акустической связи.
    4. Откройте окно изображения с диаметром 7 см на нижней пластине бака и закрепите его полиэтиленовой мембраной для оптической и акустической передачи.
    5. Используйте импульсно-эхо-усилитель и осциллограф, чтобы выровнять ультразвуковой преобразователь в фокусе.
      1. Установите усиление в импульсном эхо-усилителе на 24 дБ в режиме передачи / приема.
      2. Использовать сигнал синхронизации frOm импульсно-эхо-усилитель в качестве триггера и детектирование обратного рассеянного сигнала со стеклянного слайда (вставленного со дна бака для воды) с помощью осциллографа.
        ПРИМЕЧАНИЕ. На слайде должна быть прикреплена черная лента.
      3. Переместите ось Z, чтобы максимизировать амплитуду сигнала импульсного эха (см. Осциллограф).
        ПРИМЕЧАНИЕ. Когда стеклянная пластина находится в фокусе, эхо будет иметь максимальную амплитуду.
    6. Включите лазер и подключите UST к двум усилителям, каждый с фиксированным усилением 24 дБ, используя BNC-кабели.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Выходы усилителей подключаются к карте сбора данных (DAQ).
    7. Используйте сигнал от фотодиода (PD), расположенного перед лазером, в качестве триггера для системы сбора данных.
    8. В AR-PAM измените расстояние между конической линзой (con.L) и оптическим конденсатором (OC), чтобы максимизировать амплитуду фотоакустического сигнала, генерируемого тестовым объектом (черная лента застряла на стеклянном слайде).Убедитесь, что оптическая и акустическая фокусировки конфокальны, определяя максимальную амплитуду фотоакустического (PA) сигнала.
      1. Обратите внимание на задержку максимальных сигналов PA; Используйте это позже, чтобы проверить фокус в программном обеспечении для сбора данных.
    9. Ослабьте винт сканирующей головки и вручную переключите сканирующую головку с AR-PAM на OR-PAM. Затем затяните винты.
    10. В OR-PAM измените расстояние между фокусирующим ахроматическим дублетом (внутри трубки объектива (LT)) и оптоакустическим комбайнером, чтобы максимизировать амплитуду сигнала PA, показанную на осциллографе.
      1. Обратите внимание на задержку максимальных сигналов PA.
        ПРИМЕЧАНИЕ. Финализация необходима для определения конфокальной компоновки.

    3. Экспериментальные этапы

    1. Боковое разрешение и количественная оценка глубины изображения
      1. Используйте наночастицы золота диаметром 100 нм для определения бокового разрешения ARD OR.
      2. Разбавьте 0,1 мл раствора наночастиц с равным количеством воды. Распределите 0,1 мл разбавленного раствора на крышке и поместите его в контакт с полиэтиленовой мембраной под баком.
      3. Перед сканированием убедитесь, что AR-PAM и OR-PAM находятся в фокусе программного обеспечения для сбора данных (см. Таблицу материалов) (шаги 2.8 и 2.10).
        ПРИМЕЧАНИЕ. Зная микросекундную задержку максимальных сигналов PA с шагов 2.9 и 2.10, умноженную на частоту дискретизации (250 MS / s), изображение будет в фокусе в программном обеспечении для сбора данных. Задержка, которая должна быть опущена во время сбора данных, может быть определена в программном обеспечении, чтобы сохранить только необходимые точки данных для последующей обработки.
      4. Задайте параметры сканирования для AR-PAM и нажмите кнопку «Сканирование», чтобы запустить растровое сканирование.
        1. Задайте параметры сканирования для AR-PAM в программном обеспечении для сбора данных со скоростью сканирования 4 "мм / с в скорости"; Вкладку «1» кГц на вкладке «Частота повторения импульсов», «0,5» мм на вкладке «Диапазон сканирования Y» и «0,5» мм на вкладке «Диапазон сканирования X». Установите размер шага в направлении x на «4» мкм на вкладке «dx».
          ПРИМЕЧАНИЕ. Размер шага в направлении y автоматически определяется по скорости сканирования скорости ступени и частоте повторения импульсов (в данном случае 4000 мкм / 1000 Гц = 4 мкм)
      5. Задайте параметры сканирования для OR-PAM и нажмите кнопку сканирования, чтобы начать сканирование растра.
        1. Задайте параметры сканирования в программном обеспечении сбора данных со скоростью сканирования 2,5 "мм / с на вкладке« Скорость »,« 5 »кГц на вкладке« Частота повторения импульсов »,« 0,5 »мм в« диапазоне Y-сканирования », Вкладку и «0,5» мм на вкладке «X-scan range». Задайте размер шага в направлении x «0,5» мкм на вкладке «dx».
          ПРИМЕЧАНИЕ.Размер тепа в направлении y автоматически определяется по скорости сканирующей скорости ступени и частоте повторения импульсов (в данном случае 2500 мкм / 5000 Гц = 0,5 мкм).
      6. Убедитесь, что в процессе сканирования данные непрерывно захватываются и сохраняются на компьютере
        ПРИМЕЧАНИЕ. Данные будут записываться только в одном направлении движения Y-сцены.
      7. Используйте множественные данные B-сканирования, хранящиеся на компьютере, для получения изображений максимальной амплитудной проекции (MAP) с помощью программного обеспечения для обработки изображений (см. Таблицу материалов ).
      8. Используйте одно изображение наночастиц (из нескольких изображений) из сканирования, чтобы определить боковое разрешение, вручную построив линию через центральную область изображения наночастиц, чтобы получить функцию с расширением точки, которая выглядит как гауссова кривая. См. Рисунок 2 .
      9. Установите функцию распределения точек, полученную из одного изображения наночастиц с помощью GauSsian fit и измерить полную ширину в половине максимума (FWHM) с помощью программного обеспечения для обработки изображений (см. Таблицу материалов ). Используйте это как боковое разрешение. См. Рисунок 2 .
      10. Вставьте кусок черной ленты наискось на кусочек нарезанной куриной ткани в качестве целевого объекта для обработки глубины. Поместите ткань лентой в резервуар для воды.
        ПРИМЕЧАНИЕ. Черная лента прикреплена к металлической пластине с острым наконечником, что помогает прикрепить ленту к ткани.
      11. Задайте параметры сканирования для AR-PAM в программное обеспечение для сбора данных, а затем нажмите кнопку «Сканирование», чтобы захватить одно изображение B-сканирования, чтобы определить максимальную глубину изображения.
        1. Задайте параметры сканирования со скоростью сканирования «15» мм / с на вкладке «Скорость», «1» кГц на вкладке «Частота повторения импульсов», «5» см на вкладке «Диапазон сканирования Y» и «0,1 "Мм на вкладке« X-scan range ». Установите tРазмер шага в направлении x на «0,1» мм на вкладке «dx».
      12. Задайте параметры сканирования для OR-PAM и нажмите кнопку «Сканировать», чтобы захватить одно изображение B-scan, чтобы определить максимальный уровень обработки изображений.
        1. Задайте параметры сканирования в программном обеспечении для сбора данных как скорость сканирования «15» мм / с на вкладке «Скорость», «5» кГц на вкладке «Частота повторения импульсов», «2» см в «диапазоне Y-сканирования», Вкладку и «0,1» мм на вкладке «X-scan range». Задайте размер шага в направлении x на «0,1» мм на вкладке «dx».
          ПРИМЕЧАНИЕ. Поскольку диапазон X-scan и dx одинаковы, будет снято только одно B-сканирование. Сигналы PA с временным разрешением, умноженные на скорость звука в мягких тканях (1540 м / с), получат изображение A-линии. Множество A-линий фиксируются во время непрерывного движения Y-сцены для создания B-сканирования.
    2. In vivo </ Em> визуализация сосудистой системы сосудистой системы мыши
      1. Используйте женскую мышь с массой тела 25 г и возрастом 4 недели.
      2. Анестезируйте животное с помощью коктейля кетамина (120 мг / кг) и ксилазина (16 мг / кг), вводимого внутрибрюшинно (доза 0,1 мл / 10 г).
      3. Удалите волосы из ушей животных, используя крем для удаления волос. Протрите область чистой. Накройте глаз животного стерильной глазной мазью, чтобы избежать попадания рассеянного лазерного луча на глаза.
      4. Поместите животное на сцену, в которой также имеется миниатюрная пластина для размещения уха.
      5. Поддержание анестезии с помощью ингаляционного изофлурана (0,75% в 1 л / мин кислорода) в течение периода визуализации.
      6. Закрепите пульсоксиметр на ноге или хвосте мыши и контролируйте физиологический статус. Позвольте области изображения контактировать с полиэтиленовой мембраной с помощью ультразвукового геля.
      7. Задайте параметры сканирования для AR-PAM и нажмите кнопку «Сканировать», чтобы запустить растровый сканерING.
        1. Задайте параметры сканирования для AR-PAM в программном обеспечении для сбора данных со скоростью сканирования «15» мм / с на вкладке «Скорость», «1» кГц на вкладке «Частота повторения импульсов», «10 мм» в поле « Y-scan range "и" 6 "мм на вкладке« X-scan range ». Задайте размер шага в x-направлении как «30» мкм на вкладке «dx».
          ПРИМЕЧАНИЕ. Размер шага в направлении y определяется автоматически со скоростью сканирования на этапе и частотой повторения импульсов (в данном случае 15 000 мкм / 1000 Гц = 15 мкм).
      8. После завершения сканирования AR-PAM переключите положение головки изображения из AR-PAM в OR-PAM (как описано в разделе 2).
      9. Задайте параметры сканирования для OR-PAM и нажмите кнопку сканирования, чтобы начать сканирование растра.
        1. Задайте параметры сканирования для OR-PAM в программном обеспечении для сбора данных со скоростью сканирования «15» мм / с в режиме «velocityit»Y "," 5 "кГц на вкладке« Частота повторения импульсов »,« 10 »мм на вкладке« Диапазон сканирования Y »и« 6 »мм на вкладке« X-scan range ». Установите размер шага В x-направлении как «6» мкм на вкладке «dx».
          ПРИМЕЧАНИЕ. Размер шага в направлении y автоматически определяется по скорости сканирования скачка ступени и частоте повторения импульсов (в данном случае 15 000 мкм / 5000 Гц = 2 мкм).
      10. Используйте множественные данные B-сканирования, хранящиеся на компьютере, для извлечения изображений MAP с помощью программного обеспечения для обработки изображений.
      11. Наблюдайте за животным в течение всего периода визуализации.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Схема AR-OR-PAM показана на рисунке 1 . В этой установке все компоненты были интегрированы и собраны в установку оптического сепаратора. Использование каркасной системы делает сканирующую головку AR-OR-PAM компактной и легко собранной, выровненной и интегрированной на одну ступень сканирования.

Во время получения изображения использовалось двумерное непрерывное растровое сканирование изображения. ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В заключение была разработана переключаемая система AR и OR PAM, которая позволяет получать изображения с высоким разрешением на более низких глубинах изображения и изображения с более низким разрешением на более высоких глубинах изображения. Определено боковое разрешение и глубина изображения переключаемой системы. Преимущества этой переключаемой системы PAM включают: (1) изображение с высоким разрешением с использованием плотной оптической фокусировки; (2) глубокое изображение с использованием акустической фокусировки...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все эксперименты на животных проводились в соответствии с утвержденными руководящими принципами и положениями Комитета по институциональному уходу и использованию животных Технологического университета Наньян в Сингапуре (номер протокола по борьбе с животными ARF-SBS / NIE-A0263). У авторов нет соответствующих финансовых интересов в рукописи и других потенциальных конфликтов интересов для раскрытия.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы хотели бы признать финансовую поддержку гранта уровня 2, финансируемого Министерством образования в Сингапуре (ARC2 / 15: M4020238). Авторы также хотели бы поблагодарить г-на Чоу Вай Хоонга Бобби за помощь в механическом магазине.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Nd:YAG лазер с модуляцией добротности EdgewaveBX80-2-LЛазер с накачкой 
Credo-High Repetition Лазер Спектры КрасителейФизика CREDO-DYE-NЛазер на красителях
Прецизионный линейный столикPhysik InstrumentePLS 85 Этап сканирования растра XY
Этап переводаPhysik InstrumenteVT 80 Конфокальное определение
Смонтированный кремниевый фотодиодThorlabsSM05PD1Aзапуском/изменением импульсов
Моторизованный непрерывный вращающийся столикThorlabsCR1/M-Z7Отводящий лазерный луч
Установленный бесступенчатый нейтральный фильтрThorlabsNDC-50C-4MРегулируемый
интенсивность волоконный патч-кабельThorlabsM29L01Многомодовый волоконный
микроскоп объективNewportM-10XObjective 
XY переводческое креплениеThorlabsCXY1Переводящее крепление
Plano выпуклый объективThorlabsLA1951Коллимационный объектив
Конический объектив AltechnaAPX-2-B254Кольцевая форма луча
Трансляционный столикThorlabsCT1Трансляционный столик
Оптический конденсаторСамодельный
ультразвуковой преобразовательOlympus-NDTV214-BB-RMПреобразователь 50 МГц
Вогнутая линза Plano Вогнутая линзаThorlabsLC4573Акустическая линза
Генератор/ПриемникOlympus-NDT5073PRУсилитель эхо-импульса 
Установленная стандартная радужная оболочкаThorlabsID12/MФормирование луча
Плоская выпуклая линзаThorlabsLA4327Конденсорная линза
Установленная прецизионная точечная дыраThorlabsP50SПространственная фильтрация
Одномодовый оптоволоконный патч-кабельThorlabsP1-460B-FC-1Одномодовый оптоволоконный
соединительNewportF-91-C1Одномодовый муфта
Ахроматический дуплетобъектива Edmund Optics32-317Ахроматический дублет
Защищенное серебряное эллиптическое зеркалоThorlabsPFE10-P01Зеркало
Прямоугольное кинематическое креплениеThorlabsKCB1Крепление для зеркала
Z-оси Трансляционное креплениеThorlabsSM1Zz транслятор
Трубка объективаThorlabs
УФ-плавленая кремнеземная прямоугольная призмаThorlabsPS615Прямоугольная призма
Ромбовидная призмаEdmund Optics47-214Сдвиговая волна
ДиметилполисилоксанSigma AldrichDMPS1MУсилитель силиконового масла
Мини-схемыZFL-500LNУсилитель
16 бит высокоскоростной дигитайзерSpectrumM4i.4420Плата сбора данных
ОсциллографAgilent TechnologiesDS06014A
мышей;InVivos Pte.LtdICRAnimal model
Ультразвуковой гель Progress/parker acquasonic gelPA-GEL-CLEA-5000Акустическая муфта
Резервуар для водыСамодельный
Сцена для переводаДомашняякоммутация AR-OR
Золотые наночастицыSigma Aldrich742031Боковое разрешение
Стерильная глазная мазьAlconDuratearsВизуализация животных
1951 ВВС США разрешение тестовой мишениEdmund Optics38257Конфокальная юстировка
Программное обеспечение для сбора данныхNationalInstrument LabviewДомашнее программное обеспечение с использованием программного
обеспечения для обработки изображенийLabview MathworksMatlabДомашнее программное обеспечение с использованием Matlab
зеркала SM05L10

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hu, S., Wang, L. V. Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature. J Biomed Opt. 15, 011101-01-011101-15 (2010).
  2. Ntziachristos, V. Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology. Nat Methods. 7 (8), 603-614 (2010).
  3. Wang, L. V., Yao, J. A practical guide to photoacoustic tomography in the life sciences. Nat Methods. 13, 627-638 (2016).
  4. Zhou, Y., Yao, J., Wang, L. V. Tutorial on photoacoustic tomography. J Biomed Opt. 21 (6), 061007(2016).
  5. Upputuri, P. K., Sivasubramanian, K., Mark, C. S. K., Pramanik, M. Recent Developments in Vascular Imaging Techniques in Tissue Engineering and Regenerative Medicine. BioMed Res Intl. 2015, (2015).
  6. Yao, J., Wang, L. V. Photoacoustic Brain Imaging: from Microscopic to Macroscopic Scales. Neurophotonics. 1 (1), 011003-1-011003-13 (2014).
  7. Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs. Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).
  8. Beard, P. Biomedical photoacoustic imaging. Interface Focus. 1 (4), 602-631 (2011).
  9. Pan, D. Molecular photoacoustic imaging of angiogenesis with integrin-targeted gold nanobeacons. FASEB J. 25 (3), 875-882 (2011).
  10. Cai, X., Kim, C., Pramanik, M., Wang, L. V. Photoacoustic tomography of foreign bodies in soft biological tissue. J Biomed Opt. 16 (4), 046017(2011).
  11. Pan, D. Near infrared photoacoustic detection of sentinel lymph nodes with gold nanobeacons. Biomaterials. 31 (14), 4088-4093 (2010).
  12. Wang, L. V. Multiscale photoacoustic microscopy and computed tomography. Nat. Photon. 3 (9), 503-509 (2009).
  13. Zhang, E. Z., Laufer, J. G., Pedley, R. B., Beard, P. C. In vivo high-resolution 3D photoacoustic imaging of superficial vascular anatomy. Phys. Med. Biol. 54 (4), 1035-1046 (2009).
  14. Park, S., Lee, C., Kim, J., Kim, C. Acoustic resolution photoacoustic microscopy. Biomed.l Eng. Lett. 4 (3), 213-222 (2014).
  15. Zhang, H. F., Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging. Nat. Biotechnol. 24 (7), 848-851 (2006).
  16. Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. In vivo dark-field reflection-mode photoacoustic microscopy. Opt Lett. 30 (6), 625-627 (2005).
  17. Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review. IEEE J Sel Top Quantum Electron. 22 (3), 6801215(2016).
  18. Kim, J. Y., Lee, C., Park, K., Lim, G., Kim, C. Fast optical-resolution photoacoustic microscopy using a 2-axis water-proofing MEMS scanner. Sci Rep. 5, 07932(2015).
  19. Matthews, T. P., Zhang, C., Yao, D. K., Maslov, K., Wang, L. V. Label-free photoacoustic microscopy of peripheral nerves. J Biomed Opt. 19 (1), 016004(2014).
  20. Hai, P., Yao, J., Maslov, K. I., Zhou, Y., Wang, L. V. Near-infrared optical-resolution photoacoustic microscopy. Opt Lett. 39 (17), 5192-5195 (2014).
  21. Danielli, A. Label-free photoacoustic nanoscopy. J Biomed Opt. 19 (8), 086006(2014).
  22. Zhang, C. Reflection-mode submicron-resolution in vivo photoacoustic microscopy. J Biomed Opt. 17 (2), 020501(2012).
  23. Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed. Opt Lett. 36 (7), 1134-1136 (2011).
  24. Maslov, K., Zhang, H. F., Hu, S., Wang, L. V. Optical-resolution photoacoustic microscopy for in vivo imaging of single capillaries. Opt Lett. 33 (9), 929-931 (2008).
  25. Upputuri, P. K., Krishnan, M., Pramanik, M. Microsphere enabled sub-diffraction limited optical resolution photoacoustic microscopy: a simulation study. J Biomed Opt. 22, 045001(2017).
  26. Upputuri, P. K., Wen, Z. B., Wu, Z., Pramanik, M. Super-resolution photoacoustic microscopy using photonic nanojets: a simulation study. J Biomed Opt. 19 (11), 116003(2014).
  27. Allen, T. J. Novel fibre lasers as excitation sources for photoacoustic tomography and microscopy et al. Proc SPIE. , 97080W(2016).
  28. Xing, W., Wang, L., Maslov, K., Wang, L. V. Integrated optical-and acoustic-resolution photoacoustic microscopy based on an optical fiber bundle. Opt Lett. 38 (1), 52-54 (2013).
  29. Estrada, H., Turner, J., Kneipp, M., Razansky, D. Real-time optoacoustic brain microscopy with hybrid optical and acoustic resolution. Laser Phys Lett. 11 (4), 045601(2014).
  30. Jeon, S., Kim, J., Kim, C. In vivo switchable optica- and acoustic - resolution photoacoustic microscopy. Proc SPIE. , 970845(2016).
  31. Song, W. Fully integrated reflection-mode photoacoustic, two-photon, and second harmonic generation microscopy in vivo. Sci Rep. 6, 32240(2016).
  32. Park, J., et al. Delay-multiply-and-sum-based synthetic aperture focusing in Photoacoustic microscopy. J Biomed Opt. 21 (3), 036010-10(2016).
  33. ANSI Standard Z136.1-2000. American National Standard for Safe Use of Lasers. , NY. (2000).
  34. Moothanchery, M., Pramanik, M. Performance Characterization of a Switchable Acoustic Resolution and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy System. Sensors. 17 (2), 357(2017).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

AR OR PAMin vivo

Похожие статьи