Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Bioengineering

Ett högpresterande kompaktfotoakustiskt tomografisystem för doi: 10.3791/55811 Published: June 21, 2017

Summary

Ett kompakt pulserande laserdiodbaserat fotoakustiskt tomografi (PLD-PAT) -system för höghastighets in vivo hjärnbilder i små djur demonstreras.

Abstract

In vivo har små djurbilder en viktig roll att spela i prekliniska studier. Photoacoustic tomography (PAT) är en framväxande hybridbildningsmodalitet som visar stor potential för både prekliniska och kliniska tillämpningar. Konventionella optiska parametriska oscillatorbaserade PAT-system (OPO-PAT) är skrymmande och dyra och kan inte ge snabb bildbehandling. Nyligen har pulserande laserdioder (PLDs) framgångsrikt demonstrerats som en alternativ excitationskälla för PAT. Pulserad-laserdioden PAT (PLD-PAT) har framgångsrikt visats för snabb bildbehandling på fotoakustiska fantom och biologiska vävnader. Detta arbete ger ett visualiserat försöksprotokoll för in vivo hjärnbildning med PLD-PAT. Protokollet innehåller den kompakta PLD-PAT-systemkonfigurationen och dess beskrivning, djurberedning för hjärnbildning och ett typiskt experimentellt förfarande för 2D tvärsektions råttans hjärnavbildning. PLD-PAT-systemet är kompakt och kostnadseffektivtFektiv och kan ge höghastighets, högkvalitativ bildbehandling. Hjärnbilder uppsamlade in vivo vid olika skanningshastigheter presenteras.

Introduction

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

Photoacoustic tomography (PAT) är en hybridbildningsmodalitet som har många tillämpningar i både kliniska och prekliniska studier 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . I PAT bestrålar nanosekund laserpulser biologisk vävnad. Absorptionen av infallande ljus av vävnadskromoforerna leder till en lokal temperaturökning, som sedan ger tryckvågor som utsänds i form av ljudvågor. En ultraljudsdetektor samlar de fotoakustiska signalerna vid olika positioner runt provet. De fotoakustiska (PA) signalerna rekonstrueras med hjälp av olika algoritmer (såsom en fördröjnings-och-sum-algoritm) 6 för att generera den fotoakustiska bilden.

Denna hybridbildningsmodalitet erbjuder högupplösta bilder med djupvävnad och hög optisk absorptionskontrast 7 ,Class = "xref"> 8. Nyligen uppnåddes ett ~ 12 cm bilddjup 9 i kycklingbröstvävnad med hjälp av en längre våglängd (~ 1.064 nm) och ett exogent kontrastmedel kallfosforftalocyanin. Denna djupkänslighet är mycket högre än djupkänsligheten hos andra optiska metoder, såsom konfokal fluorescensmikroskopi, tvåfoton fluorescensmikroskopi, 10 optisk koherens-tomografi, 11 etc. Med mer än en våglängd kan PAT visa strukturella och funktionella förändringar i organ . För många mänskliga sjukdomar har små djurmodeller varit väletablerade 12 , 13 , 14 , 15 . För avbildning av små djur har flera modaliteter visats. Av alla dessa tillvägagångssätt har PA bildbehandling uppnåtts ganska snabbt på grund av de ovan nämnda fördelarna. ÅRLIGENT har visat sin potential för avbildning av blodkärl i vävnaderna och organen ( dvs. hjärta, lungor, lever, ögon, mjälte, hjärna, hud, ryggmärg, njure etc. ) hos små djur 4 , 16 , 17 , 18 . PAT är en väletablerad modalitet för små-djur hjärnbilder. PA-vågor produceras på grund av ljusabsorptionen av kromoforerna, så att flera våglängder PAT möjliggör kartläggning av total hemoglobinkoncentration (HbT) och syremättnad (SO2) 19 , 20 , 21 , 22 . Hjärn-neurovaskulär avbildning uppnåddes med hjälp av exogena kontrastmedel 12 , 23 , 24 . PA-modalitet kan bidra till att bättre förstå hjärnhälsan genomTillhandahålla information på molekylära och genetiska nivåer.

För bildning av små djur används Nd: YAG / OPO-lasrar ofta som PAT-exciteringskällor. Dessa lasrar levererar ~ 5 ns nära infraröda pulser med energi (~ 100 mJ vid OPO-utgångsfönstret) vid en ~ 10 Hz-repetitionshastighet 25 . PA-systemet som är utrustat med sådana lasrar är kostsamt och skrymmande och möjliggör bildvisning med låga hastigheter med enstaka ultraljudsgivare (UST) på grund av den låga repetitionshastigheten för laserkällan. En typisk A-linje förvärvstid i sådana PA-system är ~ 5 min per tvärsnitt 25 . Ett bildsysningssystem med en sådan lång mättid är inte idealisk för bildning av små djur, eftersom det är svårt att kontrollera de fysiologiska parametrarna för bildkroppar i hel kropp, tidsupplöst funktionell bildbehandling etc. Genom att anta flera enkelelement-UST, Baserade UST, eller en laser med hög repetitionshastighet, är det möjligt att öka bildhastigheten hos PAsystem. Användning av endast en enda element UST för att samla alla PA-signaler runt provet begränsar bildhastigheten hos systemet. Multipla single-element USTs arrangerade i cirkulär eller halvcirkelformig geometri demonstreras för höghastighets, högkänslig bildteknik. Array-baserade USTs 26 , såsom linjära, halvcirkelformade, cirkulära och volymetriska arrays, har framgångsrikt använts för realtidsbildsbehandling 1 . Dessa arraybaserade UST-filer kommer att öka bildhastigheten och minska mätkänsligheten, men de är dyra. Imaginghastigheten hos PA-system som använder arraybaserade UST-värden begränsas dock fortfarande av laserrepetitionshastigheten.

Pulserad laserteknik avancerad för att göra pulserande laserdioder med hög repetitionshastighet (PLD). 7000 bilder / s B-scan fotoakustisk bildbehandling visades med PLDs med en klinisk ultraljudsplattform 27 . Sådana PLD kan förbättra bildhastigheten hos thE PAT-systemet, även med enstaka UST-cirkulär avsökningsgeometri. Enkel-element USTs är billigare och mycket känsliga, till skillnad från array-baserade USTs. Under det senaste decenniet rapporterades lite forskning om användningen av PLD-repeteringshastighet som excitationskälla för PA-bildbehandling. En fiberbaserad nära-infraröd PLD demonstrerades för PA-bildning av fantom 28 . In vivo avbildning av blodkärl på ett djup av 1 mm under den mänskliga huden demonstrerades med användning av låg-energi PLD 29 . Ett PLD-baserat optiskt upplösningsfotoakustiskt mikroskop (ORPAM) rapporterades. Användning av PLD-skivor visade ~ 1,5 cm djup bildbehandling vid en bildhastighet på 0,43 Hz 30 . Mycket nyligen rapporterades ett PLD-PAT-system som gav bilder på så kort som ~ 3 s och vid ett ~ 2 cm bilddjup i biologisk vävnad 25 , 31 . Denna studie visade att ett så lågt pris, kompakt system kan ge högkvotLikhetsbilder, även vid höga hastigheter. PLD-PAT-systemet kan användas för fotokamera med hög bildhastighet (7000 bilder / sek.), Akut bildbehandling av blodkärl, fingeravbildning, 2 cm djup vävnadsbildning, bildning av små djur hjärnor etc. Enkelvåglängden och Lågpuls-energipulser från PLD begränsar dess tillämpning till multispektral och djupvävnadsbildning. Experiment har utförts på små djur med samma PLD-PAT-system som används för prekliniska tillämpningar. Syftet med detta arbete är att tillhandahålla den visuella experimentella demonstrationen av PLD-PAT-systemet för in vivo 2D tvärsnittshjärna avbildning av små djur.

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

Alla djurförsök utfördes enligt de riktlinjer och föreskrifter som godkänts av Institutionen för djurvård och användning av Nanyang Technological University, Singapore (Animal Protocol Number ARF-SBS / NIE-A0263).

1. Systembeskrivning

  1. Montera PLD inuti den cirkulära skannern, som visas i Figur 1a . Anslut PLD till laserdrivrutinenheten (LDU).
    OBS: PLD ger ~ 136 ns pulser vid en våglängd på ~ 803 nm, med en maximal puls energi på ~ 1,42 mJ och en repetitionshastighet upp till 7 kHz. Laser drivenheten (LDU) innehåller: en temperaturregulator, en variabel strömförsörjning, en strömförsörjning (12 V) och en funktionsgenerator; Se materialet. Den variabla strömförsörjningen används för att styra laserkraften, och funktionsgeneratorn används för att ändra repetitionshastigheten hos PLD.
  2. Slå på PLD-lasern. Ställ in PLD-repetitionshastigheten till "7.000" HZ genom att använda funktionsgeneratorn i LDU. Öka pulsenergin till 1,42 mJ genom att ställa in spänningen hos den variabla strömförsörjningen till "3.1" V.
  3. Montera den optiska diffusorn (OD) framför PLD-utgångsfönstret för att göra utmatningsstrålen homogen, som visas i figur 1a .
    ANMÄRKNING: Använd en diffusor med fint grit ( dvs 1 500 grit polish).
  4. Montera den fokuserade UST-enheten på UST-hållaren så att den vetter mot centrum av avsökningsområdet, som visas i Figur 1a .
    OBS: UST: s centrala frekvens är 2,25 MHz och brännvidden är 1,9 tum.
  5. Placera ultraljuddetektorn inuti akryltanken, som visas i figur 1a . Fyll tanken med vatten så att UST är helt nedsänkt.
    OBS! Ett vattenmedium används för att koppla den fotoakustiska signalen från hjärnan (provet) till UST. En akrylvattentank (WT; se materialet) var anpassad-designad för bildning av små djur. Schematisk av vattentankens konstruktion visas i figur 1b .
  6. Kontrollera PA-signalen från provet med hjälp av en puls / mottagarehet (PRU, se materialet ).
    OBS! Dessa signaler digitaliserades med ett 12-bitars DAQ-kort (se materialet ) vid en samplingsfrekvens på 100 MS / s och sparades på en dator.

2. Förberedelse av djur för ryggradsbildning

OBS! Det ovan beskrivna PLD-PAT-systemet visades för avbildning av små djurharts. För dessa försök användes friska kvinnliga råttor (se tabell över material ).

  1. Bedöda djuret genom att intraperitonealt injicera en cocktail av 2 ml ketamin, 1 ml xylazin och 1 ml saltlösning (dosering av 0,2 ml / 100 g).
  2. Ta bort pälsen på djurets hårbotten med hjälp av en hårklippare. Applicera försiktigt hårborttagningskräm till det rakadeOmråde för ytterligare uttömning av pälsen.
    1. Ta bort den applicerade grädden efter 4-5 min med en bomullspinne.
    2. Applicera artificiell tårsalva till djurets ögon för att förhindra torrhet på grund av anestesi och laserbelysning.
  3. Montera den skräddarsydda djurhållaren (se Materialetabellen ) utrustad med andningsmask (se Materialetabellen ) på en lab-jack.
  4. Placera djuret i benäget på hållaren. Säkra det till hållaren med hjälp av kirurgisk tejp för att undvika att djuret rör sig under bildbehandling.
  5. Se till att andningsmasken täcker råttans näsa och mun för att ge inhalationsanestetik.

3. In vivo rått hjärnbilder

  1. Anslut andningsmasken till anestesimaskinen. Slå på anestesimaskinen och sätt den till att leverera 1,0 L / min syre med 0,75% isofluran.
    1. Kläm puls oximetern till denS svans för att övervaka djurets fysiologiska tillstånd.
  2. Applicera ett lager av färglös ultraljudsgel till råttans hårbotten. Justera läget för lab-jack till mitten av scannern. Andningsmasken är anpassad för att passa bildbildningsfönstret. 10% av den kommersiellt tillgängliga näskonan skärs sedan ansluten till en handske.
    1. Justera höjden på lab-jacken manuellt så att bildbildningsplanet ligger i fokus för UST.
  3. Ställ in parametrarna i datainsamlingsprogrammet (se Materialetabellen) efter behov. Kör programmet för programupptagning för att starta förvärv ( dvs. bildbehandling).
    OBS: Programmet används för att rotera UST och samla in A-line PA-signaler. De samlade A-linjerna sparas på datorn.
  4. Observera djuret under hela avbildningsperioden och fortsätt till PAT-rekonstruktion efter det att avbildningen är klar.
  5. Efter datainsamlingen är över,Rekonstruera tvärsnittshjärnbilden från A-linjerna med hjälp av programmet för återuppbyggnadsprogram.
  6. Stäng av anestesi systemet, ta bort djuret från scenen, returnera det till buret och övervaka det tills det återfår medvetandet.
    OBS! Om UST roteras i 5 s, levererar PLD 35 000 (= 5 x 7 000) pulser och UST samlar 35 000 A-linjer. De 35 000 A-linjerna reduceras till 500 genom att medeltala över 70 signaler (efter medelvärdena A-linjer = 35 000/70 = 500). Figur 1c illustrerar belysningen av laserpulserna och A-linjesamlingen. Ett rekonstruktionsprogram baserat på fördröjning och summa backprojektionsalgoritm borde användas.

Figur 1
Figur 1: Schema över PLD-PAT-systemet. (A) Schematisk av PLD-PAT. PLD: pulserad laserdiod, CSP: circuLU: laser drivenhet, PRU: puls / mottagare enhet, UST: ultraljudsgivare, WT: vattentank, PF: polymerfilm och DAQ: Datainsamlingskort. ( B ) Schematisk av vattentanken, toppvy (1) och tvärsektionsvy (2) för in-vivo smådjurs hjärnbilder. A: metrisk skruv, B: akryl ringformad platta, C: silikon "O" ring, D: 100 μm tjockt, genomskinligt polyetenhölje. Tanken hade ett hål på 9 cm i botten och förseglades med ett ultraljud och optiskt transparent 100 μm tjockt polyetenmembran. ( C ) Schematisk av belysningen av laserpulser från PLD och A-linjerna, samling i en 5 s kontinuerlig avsökningstid. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

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

In vivo- hjärnbildningsresultaten som visar förmågan hos det beskrivna PLD-PAT-systemet visas i detta avsnitt. För att demonstrera PLD-PAT-systemets höghastighetsbildningsförmåga utfördes in vivo- hjärnbildningen av två olika friska råttor. Figur 2 visar hjärnbilden av en kvinnlig råtta (93 g) vid olika skanningshastigheter. Figur 2a och b visar fotografierna av råtthjärnan före och efter borttagning av hårbotten över hjärnområdet. PAT-bildbehandling gjordes icke-invasivt ( dvs med hud och skalle intakt). PA-signaler från hjärnans tvärsnitt uppsamlades genom cirkulär rotation av UST under 5 s, 10 s, 20 s och 30 s. Figur 2c -f visar de PAT-rekonstruerade tvärsnittsbilderna av råtthjärnan, erhållen i 5 s, 10 s, 20 s och 30 s skanningstider. I alla dessa hjärnbilder, Tvärgående sinus (TS), överlägsen sagittal sinus (SS) och cerebrala vener (CV), inklusive grenar, är tydligt synliga. Dessa funktioner anges på bilden som visas i Figur 2f . Dessa resultat lovar att systemet kan leverera högkvalitativa in vivo- bilder, även vid höga skanningshastigheter.

Figur 2
Figur 2: Non-invasiva in vivo PLD-PAT-bilder. Non-invasiva PLD-PAT-bilder av kärl i en 93 g kvinnlig råtthjärna. Foto av råtthjärnan före ( a ) och efter ( b ) avlägsnande av hårbotten. In vivo hjärnbilder vid olika avsökningstider: ( c ) 5 s, ( d ) 10 s, ( e ) 20 s och ( f ) 30 s. SS: sagittal sinus, TS: tvärgående sinus och CV: cerebrala åder. Les / ftp_upload / 55811 / 55811fig2large.jpg "target =" _ blank "> Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.

Ett liknande bildningsexperiment utfördes på en annan hundrot (95 g) och motsvarande hjärnbilder erhållna i 5 s, 10 s, 20 s och 30 s visas i figur 3 .

Figur 3
Figur 3 : Non-invasiva in vivo PLD-PAT-bilder. Non-invasiva PLD-PAT-bilder av kärl i en 95 g kvinnlig råtthjärna. Foto av råtthjärnan före ( a ) och efter ( b ) avlägsnande av hårbotten. In vivo hjärnbilder vid olika avsökningstider: ( c ) 5 s, ( d ) 10 s, ( e ) 20 s och ( f ) 30 s.Rce.jove.com/files/ftp_upload/55811/55811fig3large.jpg "target =" _ blank "> Vänligen klicka här för att se en större version av den här siffran.

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

Detta arbete presenterar ett protokoll för att utföra in vivo hjärnavbildning på råttor med användning av ett PLD-PAT-system. Protokollet innehåller en detaljerad beskrivning av bildsystemet och dess anpassning, liksom en illustration av hjärnbilder på råttor. De befintliga OPO-baserade PAT-systemen är dyra och skrymmande och kan ge en tvärsnittsbild på 5-10 min. PLD-PAT-systemet är kompakt, bärbart och billigt och kan ge bra bilder på 3 s. Systemets prestanda studerades tidigare i fantomer och jämfördes med konventionella PAT-system 25 . Här demonstrerades samma PLD-PAT för snabb in vivo hjärnbildning. Resultatet visar att systemet kan leverera högkvalitativa in vivo- bilder, även om 5 s.

Medan det finns flera fördelar, har PLD-PAT-systemet flera nackdelar. PLD som används i denna studie ger pulser i en enda våglängd, så det kan inte ge funcTionell bildbehandling, som kräver belysning med flera våglängder. För funktionell bildbehandling krävs en PLD med belysningsfunktioner med flera våglängder. De lågenergiska PLD-pulserna begränsar bildningsdjupet. Med användning av ett exogent kontrastmedel är det dock möjligt att förbättra bilddiamet hos PLD-PAT-systemet.

Vanligtvis är PLD-laserstrålen inte likformig, så en lämplig optisk diffusor kan användas framför laservinduet för att förbättra bildkvaliteten. Se till att mitten av laserstrålen och mitten av bildområdet sammanfaller. När du skannar UST runt hjärnan, se till att UST alltid står inför skanningscentret. Vid genomförandet av protokollet måste ytterligare vård vidtas: (a) mängden anestesi-cocktail ska administreras enligt djurets vikt, B) Anestesiinjektionen måste vara exakt så att organen ( t.ex. urinblåsan, tarmarna och njurarna) inte påverkas. (C) under hårclIppning, se till att djurets hårbotten inte är repad D) Vattentankens tryck på djuret måste vara så minimalt som möjligt. Och (e) när du placerar djuret under skannern, se till att hjärnans bildbildningsplan är mitt i UST. Framtida tillämpningar av systemet innefattar bildning av hjärntumörer, avbildning av olika organ i små djur, snabb bildbehandling på mindre än 5 s, undersökning av biomaterial för kontrastmedel och behandlingsapplikationer. Felsökning kan behövas om bildkvaliteten är låg.

Lasersäkerhet för in- vivo bildbehandling av små djur

Den maximala tillåtna exponeringsgränsen för hud beror på flera parametrar, såsom exciteringsvåglängd, pulsbredd, exponeringstid, belysningsområde etc. MPE-gränserna för in vivo- avbildning regleras av den amerikanska nationella standardenS Institute (ANSI) 32 . I 700-15050 nm våglängdsområdet bör energitätheten på huden som levereras av en enda puls vara mindre än 20 x 10 2 (A-700) / 1000 mJ / cm2 (A: excitationsvåglängd i nm). För 803 nm PLD våglängden är gränsen ~ 31 mJ / cm 2 . Om lasern används kontinuerligt under en period av t = 5 s blir MPE 1,1 x 10 2 (A-700) / 1000 × t 0,25 J / cm 2 (= 2,6 J / cm 2 ). I detta försök användes PLD vid 7000 Hz. I en 5-s skanningstid levererades totalt 35 000 (5 × 7 000) pulser till provet, så per puls var MPE 0,07 mJ / cm 2 . I det beskrivna avbildningssystemet levererar PLD pulser med energi vid ~ 1,05 mJ per puls, och laserstrålen expanderades över en area av 12,6 cm ^ . Följaktligen var laserenergidensiteten ~ 0,08 mJ / cm 2 på hjärnområdet. ANSI-laserns säkerhetsgräns för PAT-systemet kan vara chVinklad genom att reducera laserkraften, genom att expandera laserstrålen eller genom att minska pulsrepetitionshastigheten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inga relevanta ekonomiska intressen i manuskriptet och inga andra potentiella intressekonflikter att avslöja.

Acknowledgments

Forskningen stöds av Tier 2-bidraget som finansieras av utbildningsdepartementet i Singapore (ARC2 / 15: M4020238) och Singapores hälsoministers nationella medicinska forskningsråd (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012). Författarna vill tacka mr. Chow Wai Hoong Bobby för hjälp med maskinbutiken.

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).
Ett högpresterande kompaktfotoakustiskt tomografisystem för<em&gt; In vivo</em&gt; Små djurhårbilder
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