Summary
Se demuestra un sistema compacto de tomografía fotoacústica por diodos láser pulsado (PLD-PAT) para la obtención de imágenes cerebrales in vivo de alta velocidad en animales pequeños.
Abstract
La formación de imágenes de animales pequeños in vivo tiene un papel importante que desempeñar en los estudios preclínicos. La tomografía fotoacústica (PAT) es una modalidad emergente de imágenes híbridas que muestra un gran potencial tanto para aplicaciones preclínicas como clínicas. Los sistemas PAT (OPO-PAT) basados en osciladores paramétricos ópticos convencionales son voluminosos y caros y no pueden proporcionar imágenes de alta velocidad. Recientemente, diodos láser pulsado (PLDs) han sido demostrados con éxito como una fuente de excitación alternativa para PAT. El diodo láser pulsado PAT (PLD-PAT) ha sido demostrado con éxito para imágenes de alta velocidad en fantasmas fotoacústicos y tejidos biológicos. Este trabajo proporciona un protocolo experimental visualizado para la imagenología cerebral in vivo utilizando PLD-PAT. El protocolo incluye la configuración compacta del sistema PLD-PAT y su descripción, la preparación de los animales para la obtención de imágenes cerebrales y un procedimiento experimental típico para la obtención de imágenes en 2D de cerebro de rata en sección transversal. El sistema PLD-PAT es compacto y económicoY puede proporcionar alta velocidad, imágenes de alta calidad. Se presentan imágenes cerebrales recogidas in vivo a diversas velocidades de exploración.
Introduction
La tomografía fotoacústica (PAT) es una modalidad de imagen híbrida que tiene muchas aplicaciones tanto en estudios clínicos como preclínicos 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . En PAT, los pulsos láser de nanosecondos irradian tejido biológico. La absorción de la luz incidente por los cromóforos del tejido conduce a un aumento local de la temperatura, que luego produce ondas de presión emitidas en forma de ondas sonoras. Un detector de ultrasonidos recoge las señales fotoacústicas en varias posiciones alrededor de la muestra. Las señales fotoacústicas (PA) se reconstruyen utilizando varios algoritmos (como un algoritmo de retardo y suma) 6 para generar la imagen fotoacústica.
Esta modalidad de imagen híbrida ofrece alta resolución, imágenes de tejidos profundos y contraste de absorción óptica alta 7 ,Class = "xref"> 8. Recientemente, se consiguió una profundidad de formación de imágenes de ~ 12 cm en el tejido del pecho de pollo con la ayuda de una longitud de onda más larga (~ 1.064 nm) y un agente de contraste exógeno llamado ftalocianina de fósforo. Esta sensibilidad a la profundidad es mucho mayor que la sensibilidad a la profundidad de otros métodos ópticos, como la microscopía confocal de fluorescencia, la microscopía de fluorescencia de dos fotones, la tomografía de coherencia óptica 11 , etc. Utilizando más de una longitud de onda, PAT puede demostrar cambios estructurales y funcionales en los órganos . Para muchas enfermedades humanas, los modelos de animales pequeños han sido bien establecidos 12 , 13 , 14 , 15 . Para la imagen de animales pequeños, se han demostrado varias modalidades. De todos estos enfoques, la imagen de PA ha ganado atención con bastante rapidez debido a las ventajas mencionadas anteriormente. PensilvaniaT ha demostrado su potencial para la imagen de los vasos sanguíneos en los tejidos y órganos ( es decir, el corazón, los pulmones, el hígado, los ojos, el bazo, el cerebro, la piel, la médula espinal, el riñón, etc ) de los animales pequeños 4 , 16 , 17 , 18 . PAT es una modalidad bien establecida para la imagen de cerebro de animales pequeños. PA ondas se producen debido a la absorción de luz por los cromóforos, por lo que de múltiples longitudes de onda PAT permite la cartografía de la concentración total de hemoglobina (HbT) y saturación de oxígeno (SO 2 ) 19 , 20 , 21 , 22 . La imagen neurovascular del cerebro se logró con la ayuda de agentes de contraste exógenos 12 , 23 , 24 . La modalidad PA puede ayudar a dar una mejor comprensión de la salud del cerebroProporcionando información a nivel molecular y genético.
Para la obtención de imágenes de animales pequeños, los láseres Nd: YAG / OPO son ampliamente utilizados como fuentes de excitación PAT. Estos láseres suministran ~ 5 ns pulsos de infrarrojo cercano con energía (~ 100 mJ en la ventana de salida OPO) a una frecuencia de repetición de ~ 10 Hz 25 . El sistema de PA equipado con tales láseres es costoso y voluminoso y permite la formación de imágenes a baja velocidad con transductores de ultrasonido de un solo elemento (UST) debido a la baja tasa de repetición de la fuente láser. Un tiempo típico de adquisición de línea A en tales sistemas de PA es ~ 5 min por sección transversal 25 . Un sistema de imágenes con un tiempo de medición tan largo no es ideal para la formación de imágenes de animales pequeños, ya que es difícil controlar los parámetros fisiológicos para la imagen de todo el cuerpo, imágenes temporales resueltas en el tiempo, etc. , O un láser de alta frecuencia de repetición, es posible aumentar la velocidad de formación de imágenes de PASistemas. El uso de un solo UST de un solo elemento para recoger todas las señales PA alrededor de la muestra limitará la velocidad de imagen del sistema. Múltiples UST de un solo elemento dispuestos en geometría circular o semicircular se demuestran para técnicas de imagen de alta velocidad y altamente sensibles. Los UST 26 basados en matrices, tales como arrays lineales, semicirculares, circulares y volumétricos, se han utilizado con éxito para la obtención de imágenes en tiempo real 1 . Estos USTs basados en array incrementarán la velocidad de imagen y reducirán la sensibilidad de medición, pero son caros. Sin embargo, la velocidad de formación de imágenes de los sistemas de PA que usan USTs basados en array está todavía limitada por la velocidad de repetición del láser.
La tecnología de láser pulsado avanzó para producir diodos láser pulsado de alta frecuencia (PLD). 7.000 imágenes / s de imagen B-scan fotoacústica se demostró con PLDs utilizando una plataforma clínica de ultrasonido [ 27] . Tales PLD pueden mejorar la velocidad deE PAT, incluso con la geometría de exploración circular UST de un solo elemento. Los UST de un solo elemento son menos costosos y altamente sensibles, a diferencia de los UST basados en array. Durante la última década, se informó poca investigación sobre el uso de PLDs de alta tasa de repetición como la fuente de excitación para la imagenología PA. Una fibra basada en el infrarrojo cercano-PLD se demostró para la imagen de PA fantasmas [ 28] . La imagen in vivo de los vasos sanguíneos a una profundidad de ~ 1 mm por debajo de la piel humana se demostró utilizando PLD de baja energía [ 29] . Se informó de un microscopio fotoacústico de resolución óptica basado en PLD (ORPAM). Utilizando PLDs, se demostró una imagen de 1,5 cm de profundidad a una velocidad de fotogramas de 0,43 Hz 30 . Muy recientemente, se informó de un sistema PLD-PAT que proporcionó imágenes en tan corto como ~ 3 sy a ~ 2 cm de profundidad de imagen en el tejido biológico [ 25 , 31] . Este estudio demostró que un sistema compacto de bajo costo puede proporcionarIncluso a altas velocidades. El sistema PLD-PAT puede utilizarse para la imagen fotoacústica de alta velocidad de fotogramas (7,000 fps), imágenes de vasos sanguíneos superficiales, imágenes de las articulaciones de los dedos, imágenes de tejidos de 2 cm de profundidad, imágenes cerebrales de animales pequeños, etc. Los pulsos de energía de pulsos bajos de PLD limitan su aplicación a imágenes multi-espectrales y de tejidos profundos. Se han llevado a cabo experimentos en animales pequeños utilizando el mismo sistema PLD-PAT usado para aplicaciones preclínicas. El propósito de este trabajo es proporcionar la demostración experimental visualizada del sistema PLD-PAT para la obtención de imágenes en vivo en 2D en vivo de animales pequeños.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Todos los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con las directrices y reglamentos aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (Número de Protocolo Animal ARF-SBS / NIE-A0263).
1. Descripción del sistema
- Monte el PLD dentro del escáner circular, como se muestra en la Figura 1a . Conecte el PLD a la unidad de control del láser (LDU).
NOTA: El PLD proporciona impulsos ~ 136-ns a una longitud de onda de ~ 803 nm, con una energía de impulso máxima de ~ 1,42 mJ y una tasa de repetición de hasta 7 kHz. La unidad de accionamiento de láser (LDU) incluye: un controlador de temperatura, una fuente de alimentación variable, una fuente de alimentación (12 V) y un generador de funciones; Ver la Tabla de Materiales. La fuente de alimentación variable se utiliza para controlar la potencia del láser, y el generador de funciones se utiliza para cambiar la tasa de repetición del PLD. - Encienda el láser PLD. Establezca la tasa de repetición de PLD en "7,000" HZ utilizando el generador de funciones en la LDU. Aumentar la energía del pulso a 1,42 mJ ajustando la tensión de la fuente de alimentación variable a "3,1" V.
- Monte el difusor óptico (OD) delante de la ventana de salida PLD para hacer el haz de salida homogéneo, como se muestra en la Figura 1a .
NOTA: Utilice un difusor con un grano fino ( es decir, pulimento de grano 1.500). - Monte la UST enfocada en el soporte UST, de tal manera que se encuentre en el centro del área de exploración, como se muestra en la Figura 1a .
NOTA: La frecuencia central de la UST es 2,25 MHz, y la distancia focal es 1,9 pulg. - Coloque el detector de ultrasonidos dentro del tanque de acrílico, como se muestra en la Figura 1a . Llene el tanque con agua de modo que el UST esté totalmente sumergido.
NOTA: Se utiliza un medio acuoso para acoplar la señal fotoacústica del cerebro (muestra) a la UST. Un tanque de agua de acrílico (WT, véase la tabla de materiales) era costumbre-designado para imágenes de animales pequeños. El esquema del diseño del tanque de agua se muestra en la Figura 1b . - Compruebe la señal de PA de la muestra usando una unidad de pulsador / receptor (PRU, vea la Tabla de Materiales ).
NOTA: Estas señales fueron digitalizadas por una tarjeta DAQ de 12 bits (ver la Tabla de Materiales ) a una velocidad de muestreo de 100 MS / s y se guardaron en una computadora.
2. Preparación de animales para imágenes cerebrales de ratas
NOTA: Se demostró el sistema PLD-PAT descrito anteriormente para la formación de imágenes de cerebros de animales pequeños. Para estos experimentos, se utilizaron ratas hembra sanas (véase la Tabla de Materiales ).
- Anestesiar al animal inyectando intraperitonealmente un cóctel de 2 ml de ketamina, 1 ml de xilazina y 1 ml de solución salina (dosificación de 0,2 ml / 100 g).
- Quitar la piel en el cuero cabelludo del animal con una podadora de pelo. Aplicar suavemente la crema depilatoria en el afeitadoPara el agotamiento de la piel.
- Retire la crema aplicada después de 4-5 min usando un hisopo de algodón.
- Aplicar ungüento desgarrante artificial a los ojos del animal para evitar la sequedad debido a la anestesia y la iluminación láser.
- Montar el soporte para animales (ver la Tabla de Materiales ) equipado con una máscara respiratoria (ver la Tabla de Materiales ) en un gato de laboratorio.
- Coloque el animal en posición prona sobre el soporte. Asegúrelo al soporte usando cinta quirúrgica para evitar el movimiento del animal durante la formación de imágenes.
- Asegúrese de que la máscara respiratoria cubre la nariz y la boca de la rata para administrar anestésico inhalado.
3. In Vivo Rat Brain Imaging
- Conecte la máscara de respiración a la máquina de anestesia. Encienda la máquina de anestesia y colóquela para suministrar 1,0 L / min de oxígeno con isoflurano al 0,75%.
- Sujete el oxímetro de pulsoS para controlar la condición fisiológica del animal.
- Aplicar una capa de gel de ultrasonido incoloro en el cuero cabelludo de la rata. Ajuste la posición del gato de laboratorio al centro del escáner. La máscara de respiración se personaliza para adaptarse a la ventana de imagen. El 10% del cono de la nariz comercialmente disponible se corta y luego se conecta a un trozo de guante.
- Ajuste la altura del gato de laboratorio manualmente para que el plano de imagen esté en el foco de la UST.
- Ajuste los parámetros en el software de adquisición de datos (consulte la Tabla de Materiales) según sea necesario. Ejecute el programa de adquisición de datos para iniciar la adquisición ( es decir, imágenes).
NOTA: El programa se utiliza para girar el UST y recoger las señales PA de una línea. Las líneas A recogidas se guardarán en el ordenador. - Observe al animal durante todo el período de formación de imágenes y proceda a la reconstrucción PAT después de completar la imagen.
- Una vez finalizada la adquisición de datos,Reconstruir la imagen del cerebro transversal de las líneas A utilizando el programa de software de reconstrucción.
- Apague el sistema de anestesia, retire al animal del escenario, devuélvalo a su jaula, y vigírelo hasta que recupere la conciencia.
NOTA: Por ejemplo, si el UST se gira durante 5 s, el PLD entrega 35.000 pulsos (= 5 x 7.000) y el UST recoge 35.000 líneas A. Las 35.000 líneas A se reducen a 500 en un promedio de más de 70 señales (después de promediar líneas A = 35.000 / 70 = 500). La figura 1c ilustra la iluminación de los pulsos de láser y la recopilación de líneas A. Se debe utilizar un programa de reconstrucción basado en el algoritmo de retroproyección de demora y suma.
Figura 1: Esquemas del sistema PLD-PAT. (A) Esquema del PLD-PAT. PLD: diodo láser pulsado, CSP: circuUnidad de impulsión del láser, unidad de pulsador / receptor, UST: transductor de ultrasonido, WT: depósito de agua, PF: película de polímero y DAQ: Tarjeta de adquisición de datos. ( B ) Esquema del tanque de agua, vista superior (1) y vista en sección transversal (2) para imágenes de cerebro de animal pequeño in vivo . A: tornillo métrico, B: placa anular de acrílico, C: anillo de silicona "O", D: 100 μm de espesor, cubierta de polietileno transparente. El tanque tenıa un orificio de 9 cm de diámetro en su fondo y se selló con una membrana de polietileno de 100 μm de grosor ultrasónica y ópticamente transparente. ( C ) Esquema de la iluminación de pulsos láser de las líneas PLD y A, recogida en un tiempo de exploración continua de 5 s. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
En esta sección se presentan los resultados in vivo de la obtención de imágenes cerebrales que demuestran las capacidades del sistema PLD-PAT descrito. Para demostrar las capacidades de formación de imágenes a alta velocidad del sistema PLD-PAT, se realizó la formación de imágenes en vivo de dos ratas sanas diferentes en vivo . La Figura 2 muestra las imágenes cerebrales de una rata hembra (93 g) a diversas velocidades de exploración. Las figuras 2a yb muestran las fotografías del cerebro de rata antes y después de retirar el cuero cabelludo sobre el área del cerebro. PAT imagen se realizó de forma no invasiva ( es decir, con la piel y el cráneo intacto). Las señales de PA de la sección transversal del cerebro se recogieron girando circularmente la UST durante 5 s, 10 s, 20 s y 30 s. La Figura 2c -f muestra las imágenes en sección transversal reconstruidas por PAT del cerebro de rata, obtenidas en tiempos de exploración de 5 s, 10 s, 20 s y 30 s. En todas estas imágenes cerebrales, la El seno transverso (TS), el seno sagital superior (SS) y las venas cerebrales (CV), incluyendo las ramas, son claramente visibles. Estas características se indican en la imagen mostrada en la Figura 2f . Estos resultados prometen que el sistema puede proporcionar imágenes in vivo de alta calidad, incluso a altas velocidades de exploración.
Figura 2: Imágenes de PLD-PAT In-Vivo no invasivas. Imágenes PLD-PAT no invasivas de la vasculatura en un cerebro femenino de rata de 93 g. Fotografía del cerebro de rata antes ( a ) y después ( b ) remoción del cuero cabelludo. Imágenes in vivo del cerebro a diferentes tiempos de exploración: ( c ) 5 s, ( d ) 10 s, ( e ) 20 s, y ( f ) 30 s. SS: seno sagital, TS: seno transverso, y CV: venas cerebrales. Les / ftp_upload / 55811 / 55811fig2large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Se llevó a cabo un experimento de formación de imágenes similar en otra rata hembra (95 g), y las imágenes cerebrales correspondientes obtenidas en 5 s, 10 s, 20 s y 30 s se muestran en la Figura 3 .
Figura 3 : Imágenes de PLD-PAT In-Vivo no invasivas. Imágenes PLD-PAT no invasivas de la vasculatura en un cerebro femenino de rata de 95 g. Fotografía del cerebro de rata antes ( a ) y después ( b ) remoción del cuero cabelludo. Imágenes in vivo del cerebro a diferentes tiempos de exploración: ( c ) 5 s, ( d ) 10 s, ( e ) 20 s, y ( f ) 30 s.Rce.jove.com/files/ftp_upload/55811/55811fig3large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Este trabajo presenta un protocolo para la realización de imágenes cerebrales in vivo en ratas utilizando un sistema PLD-PAT. El protocolo incluye una descripción detallada del sistema de imagen y su alineación, así como una ilustración de imágenes cerebrales en ratas. Los sistemas de PAT existentes basados en OPO son caros y voluminosos y pueden proporcionar una imagen en sección transversal en 5-10 min. El sistema PLD-PAT es compacto, portátil y de bajo costo y puede proporcionar imágenes de buena calidad en 3 s. El rendimiento del sistema fue estudiado previamente en fantasmas y en comparación con el sistema convencional PAT 25 . Aquí, el mismo PLD-PAT se demostró para la rápida in vivo imágenes del cerebro. El resultado demuestra que el sistema puede proporcionar imágenes in vivo de alta calidad, incluso en 5 s.
Si bien existen varias ventajas, el sistema PLD-PAT tiene varios inconvenientes. El PLD utilizado en este estudio proporciona pulsos a una sola longitud de onda, por lo que no puede proporcionar funcQue requiere una iluminación multi-longitud de onda. Para la imagen funcional, se necesita un PLD con capacidades de iluminación de múltiples longitudes de onda. Los pulsos PLD de baja energía limitan la profundidad de formación de imágenes. Sin embargo, utilizando un agente de contraste exógeno, es posible mejorar la profundidad de formación de imágenes del sistema PLD-PAT.
Por lo general, el haz láser PLD no es uniforme, por lo que se puede utilizar un difusor óptico adecuado delante de la ventana láser para mejorar la calidad de la imagen. Asegúrese de que el centro del haz de láser y el centro del área de imagen coinciden. Al escanear el UST alrededor del cerebro, asegúrese de que el UST siempre se enfrenta al centro de exploración. Cuando se implemente el protocolo, se debe tener cuidado adicional: (a) la cantidad de cóctel de anestesia debe administrarse de acuerdo con el peso del animal; (B) la inyección de anestesia debe ser precisa para que los órganos ( por ejemplo, la vejiga urinaria, el intestino y el riñón) no se vean afectados; (C) durante el pelo clAsegúrese de que el cuero cabelludo del animal no está rayado; D) la presión del depósito de agua en el animal debe ser lo más mínima posible; Y (e) mientras se coloca al animal bajo el escáner, asegúrese de que el plano transversal de formación de imágenes del cerebro está en el centro de la UST. Las aplicaciones futuras del sistema incluyen imágenes de tumores cerebrales, imágenes de diferentes órganos en animales pequeños, imágenes de alta velocidad en menos de 5 s, investigando biomateriales para agentes de contraste y aplicaciones terapéuticas. Si la calidad de la imagen es baja, puede ser necesaria una solución de problemas.
Seguridad láser para imágenes en vivo de animales pequeños
El límite máximo de exposición permisible (MPE) para la piel depende de varios parámetros, tales como la longitud de onda de excitación, el ancho de pulso, el tiempo de exposición, el área de iluminación, etc. Los límites MPE para la formación de imágenes in vivo se rigen por la American National StandardS Institute (ANSI) 32 . En el rango de longitud de onda de 700 a 1.050 nm, la densidad de energía sobre la piel suministrada por un solo impulso debe ser menor que 20 x 10 2 (λ-700) / 1.000 mJ / cm2 (λ: longitud de onda de excitación en nm). Para la longitud de onda PLD de 803 nm, el lımite es ~ 31 mJ / cm2. Si el láser se usa continuamente durante un periodo de t = 5 s, entonces el MPE se convierte en 1,1 x 10 2 (λ-700) / 1000 x t 0,25 J / cm2 (= 2,6 J / cm2). En este experimento, el PLD se operó a 7.000 Hz. En un tiempo de exploración de 5 s, un total de 35.000 (5 × 7.000) pulsos fueron entregados a la muestra, por lo que por pulso, el MPE fue de 0,07 mJ / cm 2 . En el sistema de formación de imágenes descrito, el PLD suministra impulsos con energía a ~ 1,05 mJ por impulso y el haz de láser se expandió sobre un área de ~ 12,6 cm2. Por lo tanto, la densidad de energía láser fue ~ 0,08 mJ / cm 2 en el área del cerebro. El límite de seguridad láser ANSI del sistema PAT puede ser chReduciendo la potencia del láser, expandiendo el rayo láser o reduciendo la tasa de repetición de los impulsos.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Los autores no tienen intereses financieros relevantes en el manuscrito y no hay otros posibles conflictos de interés que revelar.
Acknowledgments
La investigación está respaldada por la subvención de Nivel 2 financiada por el Ministerio de Educación de Singapur (ARC2 / 15: M4020238) y el Consejo Nacional de Investigación Médica del Ministerio de Salud de Singapur (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012). Los autores desean agradecer al Sr. Chow Wai Hoong Bobby por la ayuda de la tienda de maquinaria.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Pulsed laser diode | Quantel, France | QD-Q1910-SA-TEC | It is the excitation laser source with specifications 803 nm, 1.4 mJ per pulse, 136 ns pulse, 7 kHz maximum, dimentions : 11.0 x 6.0 x 3.6 cm, weight: ~150 gm |
| Stepper motor with gearbox | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Motor: CO-5718-01P, Gearbox: DPL64/1, I = 10 for NEMA 23; power supply PW100-48 | To move the detector holder in a circular geometry. Torque: 2.08 N-m, Rotor inertia: 2.6 kg-cm2 |
| Ultrasonic pulser/receiver | Olympus | 5072PR | To receive, filter and ampligy the PA signal from UST. Its bandwidth is 35 MHz, and gain is ±59 dB. |
| Ultrasound Transducer | Olympus | V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069 | Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection. Central freqency 2.25 MHz, 0.5 in, Cylindrical focus 1.9 inch |
| PCIe DAQ (Data acquisition) Card | GaGe | CSE4227/ A6000610/B0E00610 | 12 bit, 100 Ms/s, 2 channels, 1 Gs on board memory, PCIe x16 interface |
| Rats | In Vivos Pte Ltd, Singapore | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Female, weight 100 ±10g |
| Acrylic water tank | NTU workshop | Custom-made | It contains the water that acts as an acoustic coupling medium between brain and detector |
| Circular Scanner | NTU workshop | Custom-made | Scanner is made out of Alluminum |
| Anesthetic Machine | medical plus pte ltd | Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator. | Supplies oxygen and isoflurane to animal |
| Pulse Oxymeter portable | Medtronic | PM10N with veterinary sensor | Monitors the pulse oxymetry of the animal |
| Ultrasound gel | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Clear ultrasound gel |
| Data acqusison software | National Instruments Corporation,Austin,TX,USA) | NI LabVIEW 2015 SP1 | LabVIEW based program was developed in our laboratory for controlling the stepper motor and acquring the PA singnals from the detector |
| Data processing software | Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA) | Matlab R2012b | Matlab code for reconstruction of PA images was developed in our lab |
| Temperature controller | LaridTech, MO,USA | MTTC1410 | It will constantly control temperature of the PLD |
| 12 V power supply | Voltcraft | PPS-11810 | To supply operating voltage for PLD |
| Variable power supply | BASETech | BT-153 | To change the laser output power |
| Funtion generator | Funktionsgenerator | FG250D | To change the repetetion rate of the PLD. It will provide TTL signal to synchronize the DAQ with the laser excitation. |
| Animal distributor | In Vivos Pte Ltd, Singapore | Animal distributor that supplies small animals for research purpose. | |
| Animal holder | NTU workshop | Custom-made | Used for holding the animal on its abdomen |
| Breathing mask | NTU workshop | Custom-made | Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal |
| Pentobarbital sodium | Valabarb | Used for euthanizing the animal after the expeirment. | |
| Optical diffuser | Thorlabs | DG10-1500 | Used to to make the laser beam homogeneous |
References
- 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., Willmann, J. K. Clinical photoacoustic imaging of cancer. Ultrasonography. 35 (4), 267 (2016).
- Zhou, Y., Yao, J., Wang, L. V. Tutorial on photoacoustic tomography. J Biomed Opt. 21 (6), 061007 (2016).
- Yao, J., Wang, L. V. Photoacoustic Brain Imaging: from Microscopic to Macroscopic Scales. Neurophotonics. 1 (1), 011003 (2014).
- Kalva, S. K., Pramanik, M. Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm. J Biomed Opt. 21 (8), 086011 (2016).
- Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. High resolution ultrasound and photoacoustic imaging of single cells. Photoacoustics. 4 (1), 36-42 (2016).
- 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).
- Zhou, Y., et al. A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging. Theranostics. 6 (5), 688-697 (2016).
- Upputuri, P. K., Wu, Z., Gong, L., Ong, C. K., Wang, H. Super-resolution coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy with photonic nanojets. Opt Express. 22 (11), 12890-12899 (2014).
- Raghunathan, R., Singh, M., Dickinson, M. E., Larin, K. V. Optical coherence tomography for embryonic imaging: a review. J Biomed Opt. 21 (5), 050902 (2016).
- Burton, N. C., et al. Multispectral opto-acoustic tomography (MSOT) of the brain and glioblastoma characterization. Neuroimage. 65 (2), 522-528 (2013).
- Su, R., Ermilov, S. A., Liopo, A. V., Oraevsky, A. A. Three-dimensional optoacoustic imaging as a new noninvasive technique to study long-term biodistribution of optical contrast agents in small animal models. J Biomed Opt. 17 (10), 101506 (2012).
- Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. In vivo functional chronic imaging of a small animal model using optical-resolution photoacoustic microscopy. Med Phys. 36 (6), 2320-2323 (2009).
- 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).
- Deng, Z., Li, W., Li, C. Slip-ring-based multi-transducer photoacoustic tomography system. Opt Lett. 41 (12), 2859-2862 (2016).
- Tang, J., Coleman, J. E., Dai, X., Jiang, H. Wearable 3-D Photoacoustic Tomography for Functional Brain Imaging in Behaving Rats. Sci Rep. 6, 25470 (2016).
- Pramanik, M., et al. In vivo carbon nanotube-enhanced non-invasive photoacoustic mapping of the sentinel lymph node. Phys Med Biol. 54 (11), 3291-3301 (2009).
- Yao, J., Xia, J., Wang, L. V. Multiscale Functional and Molecular Photoacoustic Tomography. Ultrason Imaging. 38 (1), 44-62 (2016).
- Huang, S., Upputuri, P. K., Liu, H., Pramanik, M., Wang, M. A dual-functional benzobisthiadiazole derivative as an effective theranostic agent for near-infrared photoacoustic imaging and photothermal therapy. J Mat Chem B. 4 (9), 1696-1703 (2016).
- Olefir, I., Mercep, E., Burton, N. C., Ovsepian, S. V., Ntziachristos, V. Hybrid multispectral optoacoustic and ultrasound tomography for morphological and physiological brain imaging. J Biomed Opt. 21 (8), 086005 (2016).
- Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., Wang, L. V. Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy. J Biomed Opt. 14 (4), 040503 (2009).
- Yao, J. J., et al. Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo. Neuroimage. 64 (1), 257-266 (2013).
- Hu, S., Wang, L. V. Neurovascular photoacoustic tomography. Front Neuroenergetics. 2, 10 (2010).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Performance characterization of low-cost, high-speed, portable pulsed laser diode photoacoustic tomography (PLD-PAT) system. Biomed Opt Express. 6 (10), 4118-4129 (2015).
- Yang, X., et al. Photoacoustic tomography of small animal brain with a curved array transducer. J Biomed Opt. 14 (5), 054007 (2009).
- Sivasubramanian, K., Pramanik, M. High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system. Biomed Opt Express. 7 (2), 312-323 (2016).
- Allen, J. S., Beard, P. Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging. Opt Lett. 31 (23), 3462-3464 (2006).
- Kolkman, R. G. M., Steenbergen, W., van Leeuwen, T. G. In vivo photoacoustic imaging of blood vessels with a pulsed laser diode. Lasers Med Sci. 21 (3), 134-139 (2006).
- Daoudi, K., et al. Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging. Opt Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues. Biomed Phys Eng Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).
- American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1-2000. , American National Standards Institute, Inc. New York, NY. (2000).
