Показана компактная система фотоакустической томографии на основе диодов на основе импульсного лазерного излучения (PLD-PAT) для высокоскоростной визуализации мозга in vivo у мелких животных.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Высокопроизводительная компактная фотоакустическая томография для
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
В животноводстве in vivo важную роль играют доклинические исследования. Фотоакустическая томография (PAT) - это новый гибридный метод визуализации, который демонстрирует большой потенциал как для доклинических, так и для клинических применений. Обычные системы PAT (OPO-PAT) на основе оптического параметрического осциллятора являются громоздкими и дорогими и не могут обеспечить высокоскоростную визуализацию. Недавно импульсы с импульсным лазером (PLD) были успешно продемонстрированы как альтернативный источник возбуждения для PAT. Импульсно-лазерный диод PAT (PLD-PAT) был успешно продемонстрирован для высокоскоростного изображения на фотоакустических фантомах и биологических тканях. Эта работа представляет собой визуализированный экспериментальный протокол для визуализации мозга in vivo с использованием PLD-PAT. Протокол включает в себя компактную конфигурацию системы PLD-PAT и ее описание, подготовку животных к визуализации головного мозга и типичную экспериментальную процедуру для двумерного изображения мозга головного мозга с поперечным сечением. Система PLD-PAT компактна и экономичнаЭффективно и может обеспечить высокоскоростную высококачественную визуализацию. Представлены изображения мозга, собранные in vivo при различных скоростях сканирования.
Введение
Фотоакустическая томография (PAT) представляет собой гибридный метод визуализации, который имеет множество применений в клинических и доклинических исследованиях 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . В PAT наносекундные лазерные импульсы облучают биологическую ткань. Поглощение падающего света тканевыми хромофорами приводит к локальному повышению температуры, которое затем дает волны давления, излучаемые в виде звуковых волн. Ультразвуковой детектор собирает фотоакустические сигналы в разных положениях вокруг образца.....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Все эксперименты на животных проводились в соответствии с руководящими принципами и положениями, одобренными Комитетом по уходу за больными и их использованием в Технологическом университете Наньяна в Сингапуре (номер протокола животных ARF-SBS / NIE-A0263).
1. Описание системы
- Установите PLD внутри кругового сканера, как показано на рисунке 1a . Подключите PLD к блоку драйвера лазера (LDU).
ПРИМЕЧАНИЕ. PLD обеспечивает импульсы ~ 136 нс на длине волны ~ 803 нм с максимальной энергией импульса ~ 1,42 мДж и частотой повторения до 7 кГц. Блок лазерного привода (LDU) включает в себя: контроллер....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Результаты визуализации мозга in vivo , демонстрирующие возможности описанной системы PLD-PAT, демонстрируются в этом разделе. Чтобы продемонстрировать высокоскоростные возможности визуализации системы PLD-PAT, была выполнена визуализация мозга in vivo двух разных здоровых крыс. На рисунке 2 показаны изображения головного мозга крысы (93 г) на разных скоростях сканирования. На рисунках 2a и b показаны фотографи.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
В этой работе представлен протокол для визуализации изображений мозга in vivo на крысах с использованием системы PLD-PAT. Протокол включает подробное описание системы формирования изображения и ее выравнивание, а также иллюстрацию изображения мозга на крысах. Существующие системы PAT на основе OPO являются дорогостоящими и громоздкими и могут обеспечить одно поперечное изображение через 5-10 мин. Система PLD-PAT компактна, портативна и недорогая и может обеспечить высококачественные изображения за 3 с. Производ.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
У авторов нет соответствующих финансовых интересов в рукописи и других потенциальных конфликтов интересов для раскрытия.
Благодарности
Исследование поддерживается грантом уровня 2, финансируемым Министерством образования Сингапура (ARC2 / 15: M4020238) и Национальным советом медицинских исследований Министерства здравоохранения Сингапура (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012). Авторы 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
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Импульсный лазерный диод | Quantel, Франция | QD-Q1910-SA-TEC | Это возбуждающий лазерный источник со спецификациями 803 нм, 1,4 мДж в импульсе, 136 нс в импульсе, 7 кГц максимум, размеры: 11,0 x 6,0 x 3,6 см, вес: ~150 г |
| Шаговый двигатель с редуктором | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Двигатель: CO-5718-01P, Редуктор: DPL64/1, I = 10 для NEMA 23; источник питания PW100-48 | Переместить держатель детектора по круговой геометрии. Крутящий момент: 2,08 Н-м, Инерция ротора: 2,6 кг-см2 |
| Ультразвуковой генератор/приемник | Olympus | 5072PR | Для приема, фильтрации и усиления сигнала PA от UST. Его полоса пропускания составляет 35 МГц, а коэффициент усиления — ± 59 дБ. |
| Ультразвуковой преобразователь | Olympus | V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069 | Ультразвуковые датчики, используемые для фотоакустического детектирования. Центральная частота 2,25 МГц, 0,5 дюйма, цилиндрический фокус 1,9 дюйма |
| PCIe DAQ (сбор данных) Карта | GaGe | CSE4227/ A6000610/B0E00610 | 12 бит, 100 Мвыб/с, 2 канала, 1 Gs встроенная память, интерфейс PCIe x16 |
| Rats | In Vivos Pte Ltd, Сингапур | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Female, вес 100 & 10 г |
| Акриловый бак для воды | Мастерская NTU | Custom-made | Содержит воду, которая выступает в качестве акустической связующей среды между мозгом и детектором |
| Circular Scanner | Мастерская NTU | Сканер на заказ | изготовлен из алюминия |
| Аппарат для анестезии | медицинский плюс pte ltd | аппарат для нередыхающей анестезии с кислородным концентратором. | Поставляет кислород и изофлуран животным |
| Пульсоксиметр портативный | Medtronic | PM10N с ветеринарным датчиком | Контролирует пульсоксиметрию животного |
| Ультразвуковой гель | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Прозрачный ультразвуковой гель |
| acqusison программное обеспечение | National Instruments Corporation,Остин,Техас,США | NI LabVIEW 2015 SP1 | В нашей лаборатории разработана программа на базе LabVIEW для управления шаговым двигателем и получения сигналов ПА от детектора |
| Программное обеспечение для обработки данных | Matlab (Mathworks, Natick, MA, США) | Matlab R2012b | Код Matlab для реконструкции изображений ПА был разработан в нашей лаборатории |
| Регулятор температуры | LaridTech, MO,США | MTTC1410 | Он будет постоянно контролировать температуру PLD |
| Источник питания 12 В | Voltcraft | PPS-11810 | Для подачи рабочего напряжения для |
| ПЛС Переменный источник питания | BASETech | BT-153 | Для изменения выходной мощности лазера |
| Функция генератора | Funktionsgenerator | FG250D | Для изменения повторяемости PLD. Он будет подавать сигнал TTL для синхронизации сбора данных с лазерным возбуждением. |
| Дистрибьютор животных | In Vivos Pte Ltd, Сингапур | Дистрибьютор животных, поставляющий мелких животных для исследовательских целей. | |
| Держатель для животных | NTU мастерская | Изготовлен на заказ | Используется для удержания животного на животе |
| Дыхательная маска | NTU мастерская | Изготовлен | на заказ Используется вместе с держателем животного для подачи анестезиологической смеси животному |
| Пентобарбитал натрия | Валабарб | Используется для усыпления животного после сеанса. | |
| Оптический диффузор | Thorlabs | DG10-1500 | Используется для придания лазерному лучу однородности |
Ссылки
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review. J Biomed Opt. 22 (4), 041006(2017).
- Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review. IEEE Sel Top Quantum Electron. 22 (3), 6801215(2016).
- Valluru, K. S., ....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
