Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Bioengineering

Высокопроизводительная компактная фотоакустическая томография для doi: 10.3791/55811 Published: June 21, 2017

Summary

Показана компактная система фотоакустической томографии на основе диодов на основе импульсного лазерного излучения (PLD-PAT) для высокоскоростной визуализации мозга in vivo у мелких животных.

Abstract

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.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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. Сигналы фотоакустики (ПА) восстанавливаются с использованием различных алгоритмов (таких как алгоритм задержки и суммирования) 6 для генерации фотоакустического изображения.

Этот гибридный способ визуализации предлагает изображение с высоким разрешением, глубокой тканью и высокий контраст оптического поглощения 7 ,Class = "xref"> 8. В последнее время в ткани куриной грудки с помощью более длинной длины волны (~ 1 064 нм) и экзогенного контрастного вещества, называемого фосфаровым фталоцианином, была достигнута глубина 9 -мм изображения. Эта чувствительность по глубине намного выше чувствительности по глубине других оптических методов, таких как конфокальная флуоресцентная микроскопия, двухфотонная флуоресцентная микроскопия, 10-я оптическая когерентная томография и т. Д. Используя более одной длины волны, ПАТ может демонстрировать структурные и функциональные изменения в органах , Для многих заболеваний человека были разработаны модели с малым животным 12 , 13 , 14 , 15 . Для визуализации мелких животных было продемонстрировано несколько модальностей. Из всех этих подходов визуализация ПА получила довольно быстрое внимание благодаря преимуществам, упомянутым выше. ПенсильванияT показал свой потенциал для визуализации кровеносных сосудов в тканях и органах ( например, сердца, легких, печени, глаз, селезенки, мозга, кожи, спинного мозга, почек и т. Д. ) Мелких животных 4 , 16 , 17 , 18 . PAT - это хорошо зарекомендовавшая себя мода для визуализации головного мозга мелких животных. PA-волны возникают из-за поглощения света хромофорами, поэтому многоволновое PAT позволяет отображать общую концентрацию гемоглобина (HbT) и насыщение кислородом (SO 2 ) 19 , 20 , 21 , 22 . С помощью экзогенных контрастных агентов 12 , 23 , 24 достигалась нейрососудистая визуализация головного мозга. Модификация ПА может помочь лучше понять состояние здоровья мозгаПредоставляя информацию на молекулярном и генетическом уровнях.

Для изображений с малым животным лазеры Nd: YAG / OPO широко используются в качестве источников возбуждения PAT. Эти лазеры доставляют ~ 5 нс ближнего инфракрасного импульса с энергией (~ 100 мДж в окне вывода OPO) при частоте повторения ~ 10 Гц. Система PA, оборудованная такими лазерами, является дорогостоящей и громоздкой и обеспечивает низкоскоростную визуализацию с помощью одноэлементных ультразвуковых преобразователей (UST) из-за низкой частоты повторения лазерного источника. Типичное время получения A-линии в таких системах PA составляет ~ 5 минут на поперечное сечение 25 . Система визуализации с таким длительным временем измерения не идеальна для изображений с малым животным, поскольку трудно контролировать физиологические параметры для полнообъемной визуализации, функционального изображения с временным разрешением и т. Д. Принимая множество одноэлементных UST, массив На основе UST, или лазер с высокой частотой повторения, можно увеличить скорость формирования изображения PAсистемы. Использование только одного элемента UST для сбора всех сигналов PA вокруг образца будет ограничивать скорость формирования изображения в системе. Для высокоскоростных высокочувствительных методов визуализации демонстрируются множественные одноэлементные UST, расположенные в круговой или полукруглой геометрии. На основе массивов UST 26 , таких как линейные, полукруглые, круговые и объемные массивы, были успешно использованы для визуализации в реальном времени 1 . Эти массивные USTs увеличивают скорость обработки изображений и уменьшают чувствительность измерения, но они дороги. Тем не менее, скорость формирования изображений в системах PA, использующих устройства на основе массива, по-прежнему ограничена частотой повторения работы лазера.

Технология импульсных лазеров усовершенствована для создания импульсных импульсных лазерных диодов с высокой повторяемостью (PLD). 7000 кадров / с. Фотоакустическая визуализация B-scan была продемонстрирована с помощью PLD с использованием клинической ультразвуковой платформы 27 . Такие PLD могут улучшить скорость обработки изображенийE PAT, даже с одноэлементной геометрией сканирования UST. Одноэлементные USTs являются менее дорогостоящими и высокочувствительными, в отличие от UST. В течение последнего десятилетия было мало исследований по использованию PLD с высокой частотой повторения в качестве источника возбуждения для изображений PA. Для визуализации PA фантомов 28 была продемонстрирована PLD на основе волокон на основе инфракрасного излучения. Показания in vivo кровеносных сосудов на глубине ~ 1 мм ниже кожи человека были продемонстрированы с использованием PLD с низкой энергией 29 . Сообщалось о фотоакустическом микроскопе с оптическим разрешением на основе PLD (ORPAM). Используя PLD, было показано изображение глубиной ~ 1,5 см при частоте кадров 0,43 Гц. 30 . Совсем недавно сообщалось о системе PLD-PAT, которая обеспечивала изображения через ~ 3 с и глубину формирования изображения размером 2 см в биологической ткани 25 , 31 . Это исследование показало, что такая недорогая компактная система может обеспечить высокий уровеньДаже на высоких скоростях. Система PLD-PAT может использоваться для фотоакустической визуализации с высоким кадром (7000 кадров в секунду), визуализации поверхностного кровеносного сосуда, визуализации пальцевого сустава, двухслойной визуализации ткани, визуализации головного мозга мелких животных и т . Д. Одноволновые и Импульсы с малой пульсовой энергией от PLD ограничивают его применение в мультиспектральном и глубоком изображении тканей. Эксперименты проводились на мелких животных с использованием той же системы PLD-PAT, которая использовалась для доклинических применений. Цель этой работы - предоставить визуализированную экспериментальную демонстрацию системы PLD-PAT для двумерного поперечного срединного визуализации мозга мелких животных.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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

  1. 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 температуры, переменный источник питания, источник питания (12 В) и генератор функций; См. Таблицу материалов. Переменный источник питания используется для управления мощностью лазера, а функциональный генератор используется для изменения частоты повторения PLD.
  2. Включите PLD-лазер. Установите частоту повторения PLD на "7000" HZ, используя генератор функций в LDU. Увеличьте энергию импульса до 1,42 мДж, установив напряжение переменного источника питания на «3,1» В.
  3. Установите оптический диффузор (OD) перед окном выхода PLD, чтобы сделать выходной луч однородным, как показано на рисунке 1a .
    ПРИМЕЧАНИЕ. Используйте диффузор с мелким зерном ( т. Е. 1,500-шлифовальный лак).
  4. Установите сфокусированный UST на держатель UST, чтобы он оказался в центре области сканирования, как показано на рисунке 1a .
    ПРИМЕЧАНИЕ. Центральная частота UST составляет 2,25 МГц, а фокусное расстояние составляет 1,9 дюйма.
  5. Поместите ультразвуковой детектор внутри акрилового резервуара, как показано на рисунке 1a . Заполните резервуар водой так, чтобы UST полностью погрузился в воду.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Водная среда используется для соединения фотоакустического сигнала от головного мозга (образца) до UST. Акриловый резервуар для воды (WT, см. Таблицу материалов) был обычным- предназначен для визуализации мелких животных. Схема конструкции резервуара для воды показана на рисунке 1b .
  6. Проверьте сигнал PA от образца с помощью блока пульсатора / приемника (PRU, см. Таблицу материалов ).
    ПРИМЕЧАНИЕ. Эти сигналы были оцифрованы 12-битной DAQ-картой (см. Таблицу ) со скоростью дискретизации 100 Мбит / с и были сохранены на компьютере.

2. Подготовка животных к визуализации головного мозга крыс

ПРИМЕЧАНИЕ. Система PLD-PAT, описанная выше, была продемонстрирована для визуализации небольших животных животных. Для этих экспериментов использовали здоровых самок крыс (см. Таблицу материалов ).

  1. Анестезируйте животное путем внутрибрюшинного введения коктейля из 2 мл кетамина, 1 мл ксилазина и 1 мл физиологического раствора (доза 0,2 мл / 100 г).
  2. Удалите шерсть на скальпе животного с помощью машинки для стрижки волос. Аккуратно нанесите крем для удаления волос на выбритыйПлощадь для дальнейшего истощения меха.
    1. Удалите наносимый крем через 4-5 минут, используя ватный тампон.
    2. Нанести искусственную слезоточивую мазь на глаза животного, чтобы предотвратить сухость, вызванную анестезией и лазерным освещением.
  3. Установите держатель животного на заказ (см. Таблицу материалов ), снабженный дыхательной маской (см. Таблицу материалов ) на лабораторном гнезде.
  4. Поместите животное в положение лежа на держателе. Закрепите его держателем с помощью хирургической ленты, чтобы избежать движения животного во время визуализации.
  5. Убедитесь, что дыхательная маска покрывает нос и рот крысы для доставки вдыхаемого анестетика.

3. В визуализации мозга крыс Vivo

  1. Подключите дыхательную маску к машине для анестезии. Включите аппарат для анестезии и поставьте его на 1,0 л / мин кислорода с 0,75% изофлюрана.
    1. Закрепите на нем пульсоксиметрЧтобы контролировать физиологическое состояние животного.
  2. Нанесите слой бесцветного ультразвукового геля на кожу головы крысы. Отрегулируйте положение лабораторного гнезда в центре сканера. Дыхательная маска настраивается в соответствии с окном формирования изображения. 10% коммерчески доступного носового конуса разрезают, затем соединяют с куском перчатки.
    1. Отрегулируйте высоту лабораторного гнезда вручную, чтобы плоскость изображения находилась в фокусе UST.
  3. Задайте параметры в программном обеспечении для сбора данных (см. Таблицу материалов) по мере необходимости. Запустите программу сбора данных, чтобы начать сбор ( т. Е. Изображение).
    ПРИМЕЧАНИЕ. Программа используется для вращения UST и сбора сигналов A-линии PA. Собранные A-строки будут сохранены на компьютере.
  4. Наблюдайте за животным в течение всего периода визуализации и приступайте к восстановлению PAT после завершения обработки изображений.
  5. После завершения сбора данных,Восстановить изображение поперечного сечения мозга из линий A с помощью программы восстановления.
  6. Выключите систему анестезии, удалите животное со сцены, верните его в клетку и следите за ним, пока он не достигнет сознания.
    ПРИМЕЧАНИЕ. Например, если UST вращается в течение 5 с, PLD обеспечивает 35 000 (= 5 × 7000) импульсов, а UST собирает 35 000 линий A. 35 000 линий A сокращаются до 500 путем усреднения более 70 сигналов (после усреднения A-линий = 35 000/70 = 500). На рис. 1с показано освещение лазерных импульсов и сборник A-линий. Следует использовать программу реконструкции, основанную на алгоритме обратной проекции задержки и суммы.

Рисунок 1
Рисунок 1: Схема системы PLD-PAT. (A) Схема PLD-PAT. PLD: импульсный лазерный диод, CSP: circuЛазерная сканирующая пластина, AM: анестезиологическая машина, M: двигатель, MPU: моторный шкив, LDU: блок лазерного драйвера, PRU: блок пульсатора / приемника, UST: ультразвуковой преобразователь, WT: резервуар для воды, PF: полимерная пленка и DAQ: Карта сбора данных. ( Б ) Схема резервуара для воды, вид сверху (1) и вид в поперечном разрезе (2) для визуализации головного мозга мелких животных животных in vivo . A: метрический винт, B: акриловая кольцевая пластина, C: силиконовое кольцо «O», D: прозрачная полиэтиленовая крышка толщиной 100 мкм. У резервуара имелось отверстие диаметром 9 см на его дне и было запечатано с помощью ультразвуковой и оптически прозрачной полиэтиленовой мембраны толщиной 100 мкм. ( C ) Схема освещения лазерных импульсов от PLD и A-линий, сбор в течение 5 с непрерывного сканирования. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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 фотографии мозга крыс до и после удаления скальпа по области мозга. Изображение PAT было сделано неинвазивно ( т. Е. С неповрежденной кожей и черепом). PA сигналы из поперечного сечения головного мозга собирали путем кругового вращения UST в течение 5 с, 10 с, 20 с и 30 с. На рисунке 2c -f показаны восстановленные PAT поперечные изображения мозга крысы, полученные через 5 с, 10 с, 20 с и 30 с. Во всех этих изображениях мозга Поперечный синус (TS), верхний сагиттальный синус (SS) и церебральные вены (CV), включая ветви, хорошо видны. Эти функции указаны на изображении, показанном на рисунке 2f . Эти результаты обещают, что система может обеспечить высококачественные изображения in vivo даже при высоких скоростях сканирования.

фигура 2
Рисунок 2: Неинвазивные изображения PLD-PAT In Vivo . Неинвазивные изображения PLD-PAT сосудистой сети в головном мозге крысы 93 г. Фотография головного мозга крысы до ( а ) и после ( б ) удаления кожи головы. Изображения мозга in vivo при разных временах сканирования: ( c ) 5 с, ( d ) 10 с, ( e ) 20 с и ( f ) 30 с. SS: сагиттальный синус, TS: поперечный синус и CV: церебральные вены. Les / ftp_upload / 55811 / 55811fig2large.jpg "target =" _ blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Аналогичный эксперимент по визуализации был проведен на другой женской крысе (95 г), и соответствующие изображения мозга, полученные за 5 с, 10 с, 20 с и 30 с, показаны на рисунке 3 .

Рисунок 3
Рисунок 3 : Неинвазивные изображения In-Vivo PLD-PAT. Неинвазивные изображения PLD-PAT сосудистой сети в головном мозге крысы 95 г. Фотография головного мозга крысы до ( а ) и после ( б ) удаления кожи головы. Изображения мозга in vivo при разных временах сканирования: ( c ) 5 с, ( d ) 10 с, ( e ) 20 с и ( f ) 30 с.Rce.jove.com/files/ftp_upload/55811/55811fig3large.jpg «target =" _ blank "> Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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. Производительность системы ранее изучалась фантомами и сравнивалась с обычной системой PAT 25 . Здесь был продемонстрирован тот же самый PLD-PAT для быстрой визуализации мозга in vivo . Результат показывает, что система может обеспечить высококачественные изображения in vivo , даже через 5 с.

Хотя есть несколько преимуществ, система PLD-PAT имеет несколько недостатков. PLD, используемый в этом исследовании, обеспечивает импульсы на одной длине волны, поэтому он не может обеспечить функционированиеЧто требует многоволнового освещения. Для функционального изображения требуется PLD с многоволновым освещением. Низкоэнергетические импульсы PLD ограничивают глубину изображения. Однако, используя экзогенный контрастный агент, можно улучшить глубину обработки системы PLD-PAT.

Обычно лазерный луч PLD неравномерен, поэтому для улучшения качества изображения перед лазерным окном можно использовать подходящий оптический рассеиватель. Убедитесь, что центр лазерного луча и центр области формирования изображения совпадают. При сканировании UST вокруг мозга убедитесь, что UST всегда сталкивается с центром сканирования. При внедрении протокола необходимо принять дополнительную осторожность: (а) количество коктейлей для анестезии следует назначать в соответствии с весом животного; (Б) инъекция анестезии должна быть точной, чтобы не влиять на органы ( например, мочевой пузырь, кишечник и почка); (C) во время волоса clIpping, убедитесь, что скальп животного не поцарапан; (D) давление водяного бака на животное должно быть минимальным; И (д) при размещении животного под сканером, убедитесь, что плоскость поперечного сечения изображения мозга находится в центре UST. Будущие применения системы включают в себя визуализацию опухоли головного мозга, визуализацию различных органов у мелких животных, высокоскоростную визуализацию менее чем за 5 с, исследование биоматериалов для контрастных агентов и применение в терапии. Если качество изображения низкое, может потребоваться устранение неполадок.

Лазерная безопасность для визуализации мелких животных in vivo

Предел максимальной допустимой экспозиции (MPE) для кожи зависит от нескольких параметров, таких как длина волны возбуждения, ширина импульса, время экспозиции, область освещения и т . Д. Пределы MPE для визуализации in vivo регулируются Американским национальным стандартом(ANSI) 32 . В диапазоне длин волн от 700 до 1050 нм плотность энергии на коже, подаваемая одним импульсом, должна быть меньше 20 × 10 2 (λ-700) / 1000 мДж / см 2 (λ: длина волны возбуждения в нм). Для длины волны ППД 803 нм предел составляет ~ 31 мДж / см 2 . Если лазер используется непрерывно в течение периода t = 5 с, то MPE становится равным 1,1 × 10 2 (λ-700) / 1000 × t 0,25 Дж / см 2 (= 2,6 Дж / см 2 ). В этом эксперименте PLD работал при 7000 Гц. В течение 5-секундного сканирования в образец было доставлено в общей сложности 35 000 (5 × 7000) импульсов, поэтому на импульс МПЭ составлял 0,07 мДж / см 2 . В описанной системе формирования изображения ПЛИС доставляет импульсы с энергией ~ 1,05 мДж на импульс, а лазерный луч расширяется в области 12,6 см 2 . Следовательно, плотность энергии лазера составляла ~ 0,08 мДж / см 2 на площади мозга. Ограничение безопасности лазера ANSI системы PAT может быть chЗа счет уменьшения мощности лазера, путем расширения лазерного луча или уменьшения частоты повторения импульсов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

У авторов нет соответствующих финансовых интересов в рукописи и других потенциальных конфликтов интересов для раскрытия.

Acknowledgments

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.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Upputuri, P. K., Pramanik, M. Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review. J Biomed Opt. 22, (4), 041006 (2017).
  2. Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review. IEEE Sel Top Quantum Electron. 22, (3), 6801215 (2016).
  3. Valluru, K. S., Willmann, J. K. Clinical photoacoustic imaging of cancer. Ultrasonography. 35, (4), 267 (2016).
  4. Zhou, Y., Yao, J., Wang, L. V. Tutorial on photoacoustic tomography. J Biomed Opt. 21, (6), 061007 (2016).
  5. Yao, J., Wang, L. V. Photoacoustic Brain Imaging: from Microscopic to Macroscopic Scales. Neurophotonics. 1, (1), 011003 (2014).
  6. 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).
  7. Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. High resolution ultrasound and photoacoustic imaging of single cells. Photoacoustics. 4, (1), 36-42 (2016).
  8. 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).
  9. Zhou, Y., et al. A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging. Theranostics. 6, (5), 688-697 (2016).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Burton, N. C., et al. Multispectral opto-acoustic tomography (MSOT) of the brain and glioblastoma characterization. Neuroimage. 65, (2), 522-528 (2013).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Deng, Z., Li, W., Li, C. Slip-ring-based multi-transducer photoacoustic tomography system. Opt Lett. 41, (12), 2859-2862 (2016).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Yao, J., Xia, J., Wang, L. V. Multiscale Functional and Molecular Photoacoustic Tomography. Ultrason Imaging. 38, (1), 44-62 (2016).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Yao, J. J., et al. Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo. Neuroimage. 64, (1), 257-266 (2013).
  24. Hu, S., Wang, L. V. Neurovascular photoacoustic tomography. Front Neuroenergetics. 2, 10 (2010).
  25. 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).
  26. Yang, X., et al. Photoacoustic tomography of small animal brain with a curved array transducer. J Biomed Opt. 14, (5), 054007 (2009).
  27. 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).
  28. Allen, J. S., Beard, P. Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging. Opt Lett. 31, (23), 3462-3464 (2006).
  29. 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).
  30. 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).
  31. Upputuri, P. K., Pramanik, M. Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues. Biomed Phys Eng Express. 1, (4), 045010-045017 (2015).
  32. American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1-2000. American National Standards Institute, Inc. New York, NY. (2000).
Высокопроизводительная компактная фотоакустическая томография для<em&gt; В Виво</em&gt; Малое животное
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Upputuri, P. K., Periyasamy, V., Kalva, S. K., Pramanik, M. A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging. J. Vis. Exp. (124), e55811, doi:10.3791/55811 (2017).More

Upputuri, P. K., Periyasamy, V., Kalva, S. K., Pramanik, M. A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging. J. Vis. Exp. (124), e55811, doi:10.3791/55811 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter