Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Роман Фотоакустическая микроскопии и оптическая когерентная томография Dual модальности хориоретинальной изображений в жизни кролика глаза

doi: 10.3791/57135 Published: February 8, 2018

Summary

Эта рукопись описывает Роман установки и эксплуатации процедура Фотоакустическая микроскопии и оптическая когерентная томография двойной модальности системы для неинвазивной, лейбл бесплатный хориоретинальной воображения более крупных животных, таких как кролики.

Abstract

Фотоакустическая глазной изображений является возникающие глазные imaging технологии, что неинвазивно может визуализировать глазных тканей путем преобразования световой энергии в звуковые волны и в настоящее время ведется интенсивное расследование. Однако большинство сообщили, работа на сегодняшний день сосредоточена на изображений заднего сегмента глаза мелких животных, таких как крыс и мышей, который создает проблемы для клинических человека перевода из-за размеров малых глазного яблока. Эта рукопись описывает Роман Фотоакустическая микроскопии (PAM) и оптическая когерентная томография (Окт) двойной модальности системы для заднего сегмента изображений глаз более крупных животных, таких как кролики. Конфигурации системы, система выравнивания, животных подготовки и двойной модальности экспериментальные протоколы для в vivo, неинвазивный, лейбл свободный хориоретинальной изображений в кроликов подробно. Эффективность метода проявляется через представителя экспериментальные результаты, включая сетчатки и хориоидеи сосудистую, полученные Пэм и октября. Эта рукопись обеспечивает практическое руководство для воспроизведения изображений результаты у кроликов и продвижения Фотоакустическая глазной изображений в крупных животных.

Introduction

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

Последние десятилетия были свидетелями взрывное развитие области биомедицинских Фотоакустическая изображений1,2,3,4,5,6,7 ,8. На основе преобразования энергии света в звук, возникающих Фотоакустическая изображений можно визуализировать биологических образцов в масштабах от Органеллы клетки, тканей, органов малого животное тело и может раскрыть ее анатомические, функциональных, молекулярные, генетических, и метаболической информации1,2,9,10,,1112. Фотоакустическая изображений нашла уникальных приложений в широкий спектр биомедицинских полей, таких как ячейки биологии13,14,15,сосудистая биология16, неврологии17,18 , онкология19,20,21,22, Дерматология23, фармакологии24и гематологии25,26. Его применение в офтальмологии, то есть, Фотоакустическая глазной imaging, привлекает существенные интересы от ученых и клиницистов и в настоящее время проводится активное расследование.

В отличие от обычно используются глазной визуализации технологии27, например fluorescein ангиография (FA) и зеленый indocyanine ангиография (ICGA) (основанный на контраст флуоресценции), оптическая когерентная томография (Окт) (на основе оптического рассеяния контраст) и его производные OCT ангиография (основанный на движении контраст красных кровяных клеток), Фотоакустическая глазной изображений использует оптического поглощения как механизм контраст. Это отличается от обычных технологий глазной визуализации и представляет собой уникальный инструмент для изучения свойств оптического поглощения глаза, которые обычно ассоциируются с патофизиологических состояние глазных тканей28. На сегодняшний день, значительный отличную работу было сделано в Фотоакустическая глазной изображений29,30,,3132,33,34,35, 36,37, но эти исследования сосредоточены на задний сегмент глаза мелких животных, таких как мыши и крысы. Новаторские исследования также продемонстрировать возможности Фотоакустическая изображений в офтальмологии, но есть еще долгий путь к клинической перевод с размеров глазного яблока крыс и мышей технологии являются намного меньше (менее чем одна треть) чем людей. Вследствие распространения ультразвуковых волн на значительно более дальние расстояния сигнал интенсивность и качество изображения может сильно страдают, когда техника используется для визуализации заднего сегмента больших глаз.

К этой цели, мы недавно сообщили неинвазивный, лейбл бесплатно хориоретинальной изображений в живых кроликов с помощью комплексного Фотоакустическая микроскопии (PAM) и спектральной области октября (SD-Окт)38. Система имеет отличную производительность и может визуализировать сетчатки и сосудистой оболочки глаза крупных животных, основанные на эндогенные поглощения и рассеяния контраст глазных тканей. Предварительные результаты в кроликов показывают, что PAM неинвазивно мог различить с помощью лазерной экспозиционной дозы отдельных кровеносных сосудов сетчатки и хориоидеи (~ 80 nJ) значительно ниже предела безопасности американский национальный институт стандартов (ANSI) (160 nJ) на 570 Нм39; и OCT может явно разрешить различных слоях сетчатки, сосудистое и склеры. Это очень первая демонстрация заднего сегмента изображения крупных животных с помощью PAM и может быть крупным шагом к клинической перевод технологии, учитывая, что почти 80% осевой длины глазного яблока размер кроликов (18,1 мм)40 люди (23,9 мм).

В этой работе, мы предоставляем подробное описание съемочной системы двойной модальности и экспериментальных протоколов, используемых для неинвазивной, лейбл бесплатный хориоретинальной изображений в живых кроликов и продемонстрировать производительность системы на основе представительной сетчатки и хориоидеи визуализации результатов.

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

Кролики являются Департамент сельского хозяйства США (USDA) охватываемых видов. Его использование в биомедицинских исследованиях необходимо соблюдать строгие правила. Все кролик эксперименты были проведены в соответствии с заявлением ARVO (Ассоциация исследований зрения и офтальмологии) для использования животных в глазной и видение исследований, после утверждения протокола лабораторных животных в университете Комитет по использованию и заботиться о животных (UCUCA) из университета штата Мичиган (протокол PRO00006486, PI Yannis Paulus).

1. системы конфигурации

  1. Фотоакустическая микроскопии (PAM)
    1. Использование лазерной оптический параметрический генератор (OPO) накачкой твердотельный лазер с диодной накачкой как источник света PAM. Select надлежащих технических спецификаций, такие как импульсов скорость 1 кГц, пульс продолжительность 3-6 ns и диапазон длин волн перестраиваемых 405-2600 Нм.
    2. Отразить вытекающих луч от лазера на 570 Нм, два зеркала (M1 и M2), затем пройти Полуволновые пластины аттенюатора, установленный на моторизованных вращения этапе и, наконец, фокус, фильтр и collimate его на Луч коллиматора (рис. 1). Оптимизируйте дизайн Луч коллиматора. Пример конфигурации Луч коллиматора включает фокусирующей линзы L1 (Фокусное расстояние 250 мм), отверстие (диаметр 50 мкм) и коллиматорный рассеивателя L2 (Фокусное расстояние 30 мм).
    3. Разделите коллимированном пучке splitter луча (BS1) с коэффициентом Сплит 90/10 (отражение/передача). Запись части передаваемой на фотодиод для мониторинга энергии лазерного импульса пульс. Последовательно отвлечь отраженного часть зеркалом (м3) и дихроичное зеркало (DM) и растровые сканирования с помощью двумерных гальванометра. Гальванометр — это общий компонент с спектральной области (SD)-система Окт (описано ниже).
    4. Доставить отсканированные пучка через телескоп состоит из сканирования объектива (Фокусное расстояние 36 мм) и глазной линзы (OL, фокусное расстояние 10 мм) и наконец сосредоточить его на дно по оптике глаза кролика.
    5. Выберите игольчатые ультразвукового преобразователя с надлежащей технические характеристики, например, Центральная частота 27 МГц, двусторонний −6 dB пропускания 60%. Поместите его контакте с конъюнктивы у центральной зрительной оси для захвата сигнала возбужденных Фотоакустическая.
    6. Усилить сигнал с помощью ультразвуковой усилителя (например, получить 57 дБ), фильтр, фильтр низких частот (например, частота среза 32 МГц) и оцифровки, высокоскоростной дигитайзер с частотой дискрети 200 мс/сек.
    7. Место измеритель мощности выше кролика глаза и измерить лазерного импульса энергии на роговице кролика держать его ниже ANSI безопасности ограничить 160 nJ 570 Нм38. Блокировать луч, чтобы избежать передержки лазера с помощью лазера затвора, управляемые из Matlab посредством синхронизации электроники.
    8. Синхронизируйте лазер, показания гальванометра и дигитайзер через доску приобретение (DAQ) данных. Программа программного обеспечения для системы контроля и сбора данных в Matlab.
  2. Спектральная домена оптическая когерентная томография (SD-Октябрь)
    1. Адаптировать SD-Окт системы, основанной на коммерчески доступные системы, добавив глазной линзы (OL) после сканирования объектив (SL) и кусок компенсации дисперсии стекла (DCG) в ссылке руку (рис. 1). Модификация позволяет системе OCT можно изображения заднего отрезка глаза кролика.
    2. Используйте масштабирование жилья трубки для регулировки длины ссылка руку, чтобы обеспечить его матч с длиной оптического пути образца руку. Используйте iris для контроля интенсивности света ретро отражение ссылки для обеспечения ее соответствия с обратно рассеянного света от кролика глазного дна для достижения максимальной контрастности.
    3. Использовать камеру зарядовой (связью ПЗС), инкапсулированных в голову сканирования в реальном времени визуализации кролик глазного дна с освещением, Светоиспускающий диод (LED) как источник внешнего освещения.

2. Система выравнивания

  1. Инициализировать позицию гальванометра и выровняйте OCT системы, регулируя винты горе коллиматор волокна и светоделитель куб.
    Примечание: Пошаговые процедуры доступны в руководстве по системе коммерчески приобретенных OCT и не будут покрыты здесь. Этот шаг является главным образом для обеспечения правильного выравнивания волокна коллиматор, ссылка руку и сканирования объектив, чтобы максимизировать производительность системы OCT.
  2. Отрегулируйте положение x, yи z обскуры вокруг фокус фокусирующей линзы пространственно отфильтровывать лазерного луча и максимально передать лазерной энергии. Проверьте высот лазерного луча до и после обскуры, используя инструмент измерения высоты для обеспечения, что они одинаковы.
  3. Отрегулируйте наклон, decenter и позиции z коллиматорный рассеивателя L2 для collimate отфильтрованные луча. Убедитесь, что луч имеет приблизительно тот же размер и высоты, когда наблюдается в области ближнего и дальнего поля.
  4. Co аксиально объединить PAM лазерного луча и луч света OCT, тюнинг наклоняется зеркало и DM. После этого шага Пэм лазерных и OCT свет должен быть полностью совпадающей и сканирования областей на глазном дне кролика одинаковы.
  5. Отрегулируйте наклон и decenter OL линзы правильно выровнять в оптического пути. После этого, двойной модальности система готова к визуализации.
    Примечание: Можно использовать метод auto коллимации для достижения этой цели, то есть, проверка света, отраженного обратно на поверхности объектива OL, чтобы убедиться, что она восходит вдоль так же, как падающего света.

3. кролик подготовка

  1. Возьмите Новой Зеландии белый кролик от животных фонда и записи индивидуальную информацию, например номер кузова веса и животных.
  2. Смонтируйте кролик платформ, включая поддержку тела и головы поддержку на оптических таблице ниже система электронного фотографирования. Наденьте электроодеяло водо циркуляционные поддержки тела и установите температуру циркулирующей воды до 38 ° C, чтобы помочь держать температуру тела кролика теплой в течение всего эксперимента и восстановления.
  3. Запись DGK TI светлый предварительной процедуры, включая целом животного состояния, цвет слизистой, частоты сердечных сокращений, дыхания и температуру ректально тела. Анестезировать кролика с смесью кетамин (40 мг/кг) и ксилазина (5 мг/кг) посредством внутримышечной инъекции (IM) и записи использования кетамина (график III регулируемого вещества). Подтвердите уровень анестезии, проверяя его пульс, частота дыхания и общее состояние.
  4. Разбавить кролик учащихся, используя одну каплю каждый Тропикамид 1 офтальмологический и фенилэфрин гидрохлорид 2,5% офтальмологический.
  5. Используйте зеркало из-за способа провести веки и применить капли глаз смазки для увлажнения роговицы. Привить капля актуальные тетракаин 0,5% в глаза перед процедурой обработки изображений.
    Примечание: Для более процедур или процедур с возможным дискомфортом для животного, дать кролика подкожно Мелоксикам до эксперимента для обеспечения комфорта животных.

4. SD-Окт изображений

  1. Передать изображений платформы клинических фундус-Камера кролика и принимать 50 степень глазного дна, красный бесплатно и аутофлюоресценция изображения до октября изображений сессии. Это помогает проверить оптической прозрачности глаза и признать глазного дна корабля морфологии и достопримечательности, такие как сердцевинного луча сосудистую сетчатки и зрительного нерва.
  2. Передача кролика на платформе системы OCT и отрегулировать его поза для примерно позиции одного из глаз под пр. Загорелись глаза, используя светодиодный свет.
    Примечание: Чтобы облегчить клинический перевод технику, кролика глаза не стабилизированы с помощью любых других методов, и голова кролика просто положить на голову поддержку без каких-либо фиксации.
  3. Откройте OCT программного обеспечения и сначала проверить изображения CCD камеры глазного дна. Тонко настройте высоту и угол головы поддержки при необходимости обеспечить область интересов (ROI), такие как хориоидальные сосуды и сосудов сетчатки, находятся в поле зрения (FOV) камеры.
    Примечание: Если кролик под уровнем хорошее обезболивание, один из последовательных изображений сессии может длиться столько, сколько 10 мин без необходимости повторной корректировке головы кролика.
  4. Рисование прямой линии представляют OCT Б-скан интерес и начать сканирование. Отрегулируйте длину руки ссылку для визуализации изображения OCT и оптимизировать фактор компенсации дисперсии в OCT программного обеспечения для получения четкого изображения.
    Примечание: При корректировке опорная длина руку, два зеркальные изображения OCT появится один за другим. Правильное изображение можно различить на основании предварительного знания анатомии глазного дна.
  5. Задать параметры сбора данных, например количество пикселей и средние и сохранять изображения.
  6. Соблюдать частоты дыхания и пульса кролика, чтобы оценить уровень анестезии и животное комфорт. Для более продолжительных сессий одна треть дозы дополнительного кетамин или вдыхании изофлюрановая можно рассматривать с эндотрахеальной интубации, V-гель или маску для поддержания плоскости анестезии при необходимости.
  7. Промойте кролик роговицы с очковтирательство каждые 2 мин в ходе эксперимента, чтобы предотвратить обезвоживание роговицы поверхности и роговицы Поверхностная Кератопатия пунктата эпителия. Мониторинг и запись животных DGK TI светлый каждые 15 мин.

5. PAM изображений

  1. Носить соответствующий лазерный защитные очки и включите лазер OPO.
  2. Запустите программное обеспечение управления PAM, настраивать длина волны лазера к одной из вершин поглощения целевых хромофоры (например, 570 Нм для гемоглобина), инициализировать позицию гальванометра и лазерной энергии монитор перед кролика роговицы для обеспечения что это ниже предела безопасности ANSI.
  3. Маунт ультразвукового преобразователя на сцене трехмерный (3D) перевод и установите наконечник датчика при контакте с кролик конъюнктивы, указывая на дно. Используйте капли глаз смазки, чтобы лучше пара датчик наконечник и кролик конъюнктивы.
  4. Включите свет LED подсветки и визуализировать кролик глазного дна через Matlab программного обеспечения.
  5. Набор сканирования ROI (сосуды сетчатки или хориоидальные сосуды), включая центр и физический размер. Откройте затвор лазера и начать B-скан луча. От приблизительно выровняйте датчика, один должен иметь возможность видеть обнаруженные Фотоакустическая сигнал на осциллограф. Если нет, то слегка отрегулируйте положение глаз сканирования разных регионе роговицы или переключиться на другой глаз и повторите выше процессов.
  6. Наблюдать за обнаруженные Фотоакустическая сигнал на осциллограф и тонко настроить положение датчика максимизировать интенсивность сигнала вдоль всего B-скан.
    Примечание: Из-за ограниченного пучка ширины, ультразвуковой датчик обычно имеет небольшой ПЗ41. Этот шаг определяет фон модуляции окончательного изображения PAM. Рассогласование приведет к PAM изображений с гетерогенными фоном и значительно снизить качество изображения.
  7. Задать параметры сбора данных. Это включает количество точек (например., 256 × 256 пикселей), частота дискретизации (например., 200 мс/с) и время задержки. Начало сбора данных. Matlab программное обеспечение будет автоматически открывать затвор, чтобы пройти лазерного луча при запуске и закройте затвор, чтобы блокировать луча после завершения избежать чрезмерного воздействия лазера.
    Примечание: Ограничена частота следования импульсов (1 кГц) лазера, она занимает около 1 мин для завершения сбора данных изображения с 256 × 256 пикселей.
  8. Обрабатывать необработанные данные и визуализировать изображения PAM в двух измерениях (2D) по максимальной интенсивности проекции (MIP)13 или в 3D через объемный рендеринг38.
  9. Отключите ультразвуковой преобразователь, промойте кончик с использованием деионизированной воды и положил его обратно в футляр для хранения.
  10. Передать фундус-Камера кролика и пересмотреть глазного дна. Этот шаг помогает проверить, есть ли морфологические изменения глазного дна после визуализации сессии.
  11. Промойте кролик роговицы с очковтирательство каждые две минуты во время эксперимента, чтобы предотвратить обезвоживание роговицы поверхности и Кератопатия. Мониторинг и запись животных DGK TI светлый каждые 15 мин.
    Примечание: Пэм, OCT и глазного дна изображений сессий принимают примерно 1 час.

6. пост изображений

  1. После повторного осмотра глазного дна с помощью фундус-Камера отсоедините V-гель при подключении. Промыть глаза, используя для промывания глаз, применять флурбипрофен офтальмологический и неомицин и полимиксин B сульфаты и дексаметазон глазной мази и закрыть глаза.
  2. Передача кролика с водо циркуляционные одеяло восстановить камеру. Щит поле от света и подождать до тех пор, пока кролика естественно просыпается. В этот период контролировать животных DGK TI светлый каждые 15 минут и сохранить запись и возвращать копию животных центр для ведения.
  3. После того, как кролик просыпается и активен, оповещения и ходить нормально, транспортировать его обратно в объекте животных. Если острый эксперимент планируется, усыпить животных с помощью решения эвтаназии (например., Beuthanasia, 0.22 мл/кг, внутривенные инъекции в Вену маргинальных уха) и распоряжаться каркаса.
  4. Отключение программного обеспечения и лазера. Очистите оптическая скамья.

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

Двойной механизм визуализации системы и экспериментальный протокол были успешно протестированы в лаборатории авторов, используя четыре Новой Зеландии белый кролик. Следующие витрины некоторых представительных результатов.

На рисунке 1 показана схема системы, Пэм и SD-Окт двойной модальности. Он состоит из следующих модулей: Фотоакустическая света источник, аттенюатора переменной лазер, Луч коллиматора, метр энергии, сканирования головы, модуль обнаружения и приобретение Фотоакустическая, октября подразделения и синхронизации электроники. Подробные системные настройки перечислены в разделе 1.1.

Рисунок 2 демонстрирует типичные изображений результаты кролик хориоидеи сосудистую, приобретенных с помощью двойного механизма визуализации системы. Рисунок 2 является Фундус фотография, показаны, что хориоидальные сосуды распространение над большей частью глазного дна кролика, пока сосудов сетчатки ограничены в пределах сердцевинного луча. Рисунок 2 (b) является типичной PAM изображением хориоидеи сосудистую в Фундус фотография. Хориоидальные сосуды были определены высоким боковыми разрешением. Рисунок 2 (c) это изображение OCT Б-скан, приобрел взглянуть на глазном дне анатомии и подтверждает наличие хориоидальные сосуды. Сетчатки, сосудистое и склера могут быть визуализированы с высоким разрешением осевой с хориоидальные сосуды ниже слой сетчатки пигментного эпителия (ПЭС).

Рисунок 3 показывает типичный изображений результаты кролик сетчатки сосудистую, приобретенных с помощью двойного механизма визуализации системы. Цифры 3(а) и 3(b) , 2D MIP и 3D рендеринга объемных сосудов сетчатки, полученные по PAM, соответственно. Рисунок 3 (c) показывает ортогональных срезов 3D изображения. Результаты показывают, что PAM также может визуализировать отдельных сосудов сетчатки, которые лежат над слоем ПЭС, и подтверждает, что сосуды сетчатки и хориоидальные сосуды находятся на разных глубинах. Рисунок 3 (d) иллюстрирует соответствующее изображение OCT Б-скан, показаны сечения отдельных сосудов сетчатки и слой нервных волокон (НФЛ).

Figure 1
Рисунок 1. Схема комплексной Фотоакустическая микроскопии и оптическая когерентная томография двойной механизм визуализации системы. OPO: Оптический параметрический осциллятор; BS: splitter луча; PD: фотодиод; МЕТЕЛЬСКИЙ: зеркало; DM: дихроичное зеркало; SL: объектив сканирования; OL: глазной линзы; SMF: одномодовое волокно; DCG: дисперсия компенсации стекла; ПЗС: зарядовой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2. Пэм и OCT двойного механизма визуализации хориоидеи кровеносных сосудов в кроликов. () Фундус фотография показаны, что хориоидальные сосуды (CVs) облетела весь глазного дна, пока сосудов сетчатки (РВ) ограничены в пределах сердцевинного луча, так как кролики merangiotic животных. (b) PAM C-скан изображения CVs, показаны, что Пэм можно описать CVs высоким боковыми разрешением. (c) OCT Б-скан изображения показаны анатомические структуры кролик, глазное дно и осевое положение хориоидальные сосуды. GCL: Слоя клеток ганглия; INL: Внутренний ядерный слой; IPL: внутренний сплетениевидный слой; ONL: наружный слой ядерной; ОБН: внешний сплетениевидный слой; ОЛМ: внешнее ограничение мембраны; EZ: эллипсоид зоны; MZ: myoid зоны; ОС: наружный сегмент; BM, мембраны Бруха; Interdigitation зоны IZ:38. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
На рисунке 3Пэм и OCT двойного механизма визуализации кровеносных сосудов сетчатки в кроликов. () PAM C-скан изображения внедорожников и CVs. (b) 3D объемного рендеринга изображения PAM. (c) 2D ортогональных срезов PAM изображения, показывающие, что внедорожников и CVs на разных глубинах. (d) OCT Б-скан изображения, иллюстрирующие RVs, НФЛ и склера38. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

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

Неповрежденными и регулярные слезной пленки имеет важное значение для изображений высокого качества глазного дна. Нерегулярные и ухудшилось слезоточивый фильмов может значительно ухудшить качество изображения42. Чтобы сохранить целостность слезной пленки и предотвратить роговицы Поверхностная Кератопатия пунктата, важно для смазывания роговицы с помощью промывания глаз очень часто, примерно каждые 2 мин. Если есть любые озабоченности относительно непрозрачность глаза, используйте щелевой лампы и флюоресцеином полосы для проверки условий роговицы.

Некоторые трудности могут присутствовать для заднего сегмента изображений глаз более крупных животных, в том числе Фотоакустическая затухание сигнала с расстоянием, особенно для высокочастотных компонентов, роговицы обезвоживания и оптические аберрации. Фотоакустическая амплитуда сигнала обычно испытывает значительное ослабление до будучи обнаруженным, игольчатые ультразвукового преобразователя. Чем больше размер глазного яблока, тем больше затухания. Размер глазного яблока кроликов (~18.1mm) примерно в три раза больше, чем у крыс и шесть раз больше, чем у мышей, которые делает кролик изображений глаз особенно сложным. Для достижения разумного изображения качества, лазерный луч с малого диаметра (2 мм после Луч коллиматора в этом исследовании) и коллимированных волнового фронта (в идеале Вселенский волнового фронта) является предпочтительным, поскольку он будет минимально затронуты внутренние оптические аберрации из роговицы и может быть также сосредоточены на сетчатку. Этот момент имеет решающее значение с точки зрения снижения дозы облучения лазерная и улучшения разрешения изображения. Кроме того ультразвуковой преобразователь с Центральная частота 27 МГц, вместо того, чтобы более высокой частоте центр связи экспериментальные результаты, указав, что это максимальное ультразвуковой сигнал на этом расстоянии.

Хотя OCT и оста устоявшихся технологий, используемых в клинике для анатомической и функциональной изображений глаза, их молекулярной визуализации возможность ограничена из-за контраста механизмы43. PAM является формирующейся глаз визуализации механизм на основе оптического поглощения контраст глазные ткани. Она чувствительна к эндогенных и экзогенных хромофоры, как гемоглобина, меланина и внешне администрируемых контрастного вещества. Визуализация сосудистого структуры продемонстрировали в этой работе является одним из многих приложений PAM. Другие важные приложения включают функциональные и молекулярной визуализации, например определение скорости потока крови, количественная оценка концентрации гемоглобина, сопоставление насыщения кислородом и визуализация биомаркеров, имеющие важное значение для изучения патофизиологии множества заболеваний сетчатки сосудов, включая диабетической ретинопатии, дегенерация желтого пятна, вены сетчатки окклюзии, окклюзии артерии сетчатки, серповидно-клеточная ретинопатии и предполагаемых глазной гистоплазмоз, чтобы назвать несколько. Кроме того PAM имеет большую глубину проникновения чем OCT, который делает его пригодным для изучения некоторых хориоидеи заболеваний, таких как polypoidal хориоидеи заболеванием, Центральная серозная хориоретинопатия, pachychoroid заболеваний и хориоидеи неоваскуляризации. С этих точек зрения, PAM может быть в состоянии предоставлять полезную дополнительную информацию для октября и оста дать более всеобъемлющую оценку глазных заболеваний в будущем.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана щедрой поддержке Национальный глазной институт 4K12EY022299 (YMP), бой для зрение-Международная сетчатки исследовательский фонд FFS GIA16002 (YMP), неограниченный департаментов поддержке исследований по предотвращению слепоты и Мичиганский университет кафедра офтальмологии и Visual наук. Эта работа используется основной центр видения исследований, финансируемых Р30 EY007003 из Национального института глаз.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dual-modality imaging system
OPO laser Ekspla (Vilnius, Lithuania) NT-242
Beam attenuator Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AHWP10M-600
Motorized rotation stage Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) PRM1/MZ8
Motorized rotation stage controller Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) TDC001
Focusing lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AC254-250-B
Pinhole Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) P50S
Collimating lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AC127-030-B
Photodiode Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) PDA36A 
Laser shutter Vincent Associates Inc. (Toronto, Canada) LS6S2T0
Laser shutter driver Vincent Associates Inc. (Toronto, Canada) VCM-D1
Dichroic mirror Semrock, Inc. (Rochester, NY, USA) Di03-R785-t3-25×36
Scan lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) OCT-LK3-BB
Ophthalmic lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AC080-010-B-ML
Ultrasonic transducer Optosonic Inc. (Arcadia, CA, USA) Custom
Amplifier L3 Narda-MITEQ (Hauppauge, NY, USA) AU-1647
Band-pass filter Mini-Circuits (Brooklyn, NY, USA) BLP-30+
Digitizer DynamicSignals LLC (Lockport, IL, USA) PX1500-4 
Synchronization electronics National Instruments Corporation (Austin, TX, USA) USB-6353
OCT module Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) Ganymede-II-HR
Dispersion compensation glass Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) LSM03DC
Illumination LED light Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) MCWHF2 
Power meter Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) S121C 
Power meter interface Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) PM100USB 
Height measurement tool  Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) BHM1
Fundus camera Topcon Corporation (Tokyo, Japan)  TRC 50EX
Matlab MathWorks (Natick, MA, USA) 2017a
Oscilloscope Teledyne LeCroy (Chestnut Ridge, NY, USA) WaveJet 354T
Animal experiment
Water-circulating blanket Stryker Corporation (Kalamazoo, MI, USA) TP-700
Ketamine hydrochloride injection Par pharmaceutical, Inc. (Woodcliff Lake, NJ, USA) NDC code 42023-115-10
Xylazine hydrochloride VetOne (Boise, ID, USA) NDC code 13985-704-10
Tropicamide ophthalmic Akorn Pharmaceuticals Inc. (Lake Forest, IL, USA) NDC code 17478-102-12
Phenylephrine hydrochloride ophthalmic Paragon BioTeck, Inc. (Portland, OR, USA) NDC code 42702-102-15
Eye lubricant Hub Pharmaceuticals LLC (Rancho Cucamonga, CA, USA) NDC code 17238-610-15
Eyewash Altaire Pharmaceuticals, Inc. (Aquebogue, NY, USA) NDC code 59390-175-18
Tetracaine hydrochloride ophthalmic solution Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) NDC code 24208-920-64
Flurbiprofen sodium ophthalmic solution Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) NDC code 24208-314-25
Neomycin and Polymyxin B Sulfates and Dexamethasone Ophthalmic Ointment Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) NDC code 24208-795-35
Meloxicam injection Henry Schein Inc. (Queens, NY, USA) NDC code 11695-6925-1

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic tomography: in vivo imaging from organelles to organs. Science. 335, (6075), 1458-1462 (2012).
  2. Beard, P. Biomedical photoacoustic imaging. Interface Focus. rsfs20110028 (2011).
  3. Taruttis, A., Ntziachristos, V. Advances in real-time multispectral optoacoustic imaging and its applications. Nat Photonics. 9, (4), 219-227 (2015).
  4. Tian, C., Xie, Z., Fabiilli, M. L., Wang, X. Imaging and sensing based on dual-pulse nonlinear photoacoustic contrast: a preliminary study on fatty liver. Opt Lett. 40, (10), 2253-2256 (2015).
  5. Tian, C., et al. Dual-pulse nonlinear photoacoustic technique: a practical investigation. Biomed Opt Express. 6, (8), 2923-2933 (2015).
  6. Tian, C., et al. Non-Contact Photoacoustic Imaging Using a Commercial Heterodyne Interferometer. IEEE Sens J. 16, (23), 8381-8388 (2016).
  7. Kim, K. H., et al. Air-coupled ultrasound detection using capillary-based optical ring resonators. Sci Rep. 7, 1 (2017).
  8. Feng, T., et al. Bone assessment via thermal photo-acoustic measurements. Opt Lett. 40, (8), 1721-1724 (2015).
  9. Chen, S. -L., Xie, Z., Carson, P. L., Wang, X., Guo, L. J. In vivo flow speed measurement of capillaries by photoacoustic correlation spectroscopy. Opt Lett. 36, (20), 4017-4019 (2011).
  10. Dean-Ben, X., Fehm, T. F., Razansky, D. Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time. J Vis Exp. (93), e51864 (2014).
  11. Galanzha, E. I., et al. In vivo magnetic enrichment and multiplex photoacoustic detection of circulating tumour cells. Nat Nanotechnol. 4, (12), 855-860 (2009).
  12. Xiang, L., Wang, B., Ji, L., Jiang, H. 4-D photoacoustic tomography. Sci Rep. 3, (2013).
  13. Tian, C., et al. Plasmonic nanoparticles with quantitatively controlled bioconjugation for photoacoustic imaging of live cancer cells. Adv Sci. 3, (12), (2016).
  14. Zhou, F., Wu, S., Yuan, Y., Chen, W. R., Xing, D. Mitochondria-Targeting Photoacoustic Therapy Using Single-Walled Carbon Nanotubes. Small. 8, (10), 1543-1550 (2012).
  15. Maslov, K., Zhang, H. F., Hu, S., Wang, L. V. Optical-resolution photoacoustic microscopy for in vivo imaging of single capillaries. Opt Lett. 33, (9), 929-931 (2008).
  16. Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy. J Vis Exp. (51), e2729 (2011).
  17. Yao, J., et al. High-speed label-free functional photoacoustic microscopy of mouse brain in action. Nat Methods. 12, (5), 407-410 (2015).
  18. Yang, X., Skrabalak, S. E., Li, Z. -Y., Xia, Y., Wang, L. V. Photoacoustic tomography of a rat cerebral cortex in vivo with au nanocages as an optical contrast agent. Nano Lett. 7, (12), 3798-3802 (2007).
  19. Agarwal, A., et al. Targeted gold nanorod contrast agent for prostate cancer detection by photoacoustic imaging. J Appl Phys. 102, (6), 064701 (2007).
  20. Zackrisson, S., van de Ven, S., Gambhir, S. Light in and sound out: emerging translational strategies for photoacoustic imaging. Cancer Res. 74, (4), 979-1004 (2014).
  21. Ermilov, S. A., et al. Laser optoacoustic imaging system for detection of breast cancer. J Biomed Opt. 14, (2), 024007 (2009).
  22. Mallidi, S., Luke, G. P., Emelianov, S. Photoacoustic imaging in cancer detection, diagnosis, and treatment guidance. Trends Biotechnol. 29, (5), 213-221 (2011).
  23. Zhang, H. F., Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging. Nat Biotechnol. 24, (7), 848 (2006).
  24. Keswani, R. K., et al. Repositioning Clofazimine as a Macrophage-Targeting Photoacoustic Contrast Agent. Sci Rep. 6, 23528 (2016).
  25. Strohm, E. M., Berndl, E. S., Kolios, M. C. Probing red blood cell morphology using high-frequency photoacoustics. Biophys J. 105, (1), 59-67 (2013).
  26. Nguyen, V. P., Kim, J., Ha, K. -l, Oh, J., Kang, H. W. Feasibility study on photoacoustic guidance for high-intensity focused ultrasound-induced hemostasis. J Biomed Opt. 19, (10), 105010 (2014).
  27. Keane, P. A., Sadda, S. R. Retinal imaging in the twenty-first century: state of the art and future directions. Ophthalmology. 121, (12), 2489-2500 (2014).
  28. Keane, P., Sadda, S. Imaging chorioretinal vascular disease. Eye. 24, (3), 422-427 (2010).
  29. Jiao, S., et al. Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging. Opt Express. 18, (4), 3967-3972 (2010).
  30. Liu, T., et al. Near-infrared light photoacoustic ophthalmoscopy. Biomed Opt Express. 3, (4), 792-799 (2012).
  31. Song, W., et al. A combined method to quantify the retinal metabolic rate of oxygen using photoacoustic ophthalmoscopy and optical coherence tomography. Sci Rep. 4, 6525 (2014).
  32. Liu, W., Zhang, H. F. Photoacoustic imaging of the eye: a mini review. Photoacoustics. 4, (3), 112-123 (2016).
  33. de La Zerda, A., et al. Photoacoustic ocular imaging. Opt Lett. 35, (3), 270-272 (2010).
  34. Hu, S., Rao, B., Maslov, K., Wang, L. V. Label-free photoacoustic ophthalmic angiography. Opt Lett. 35, (1), 1-3 (2010).
  35. Silverman, R. H., et al. High-resolution photoacoustic imaging of ocular tissues. Ultrasound Med Biol. 36, (5), 733-742 (2010).
  36. Wu, N., Ye, S., Ren, Q., Li, C. High-resolution dual-modality photoacoustic ocular imaging. Opt Lett. 39, (8), 2451-2454 (2014).
  37. Hennen, S. N., et al. Photoacoustic tomography imaging and estimation of oxygen saturation of hemoglobin in ocular tissue of rabbits. Exp Eye Res. 138, 153-158 (2015).
  38. Tian, C., Zhang, W., Mordovanakis, A., Wang, X., Paulus, Y. M. Noninvasive chorioretinal imaging in living rabbits using integrated photoacoustic microscopy and optical coherence tomography. Opt Express. 25, (14), 15947-15955 (2017).
  39. Laser Institute of America. American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1 - 2007. American National Standards Institute, Inc. (2007).
  40. Hughes, A. A schematic eye for the rabbit. Vision Res. 12, (1), 123 (1972).
  41. Ma, T., et al. Systematic study of high-frequency ultrasonic transducer design for laser-scanning photoacoustic ophthalmoscopy. J Biomed Opt. 19, (1), 016015 (2014).
  42. Song, W., Wei, Q., Jiao, S., Zhang, H. F. Integrated photoacoustic ophthalmoscopy and spectral-domain optical coherence tomography. J Vis Exp. (71), (2013).
  43. Mattison, S., Kim, W., Park, J., Applegate, B. Molecular Imaging in Optical Coherence Tomography. Curr Mol Imaging. 3, (2), 88-105 (2014).
Роман Фотоакустическая микроскопии и оптическая когерентная томография Dual модальности хориоретинальной изображений в жизни кролика глаза
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tian, C., Zhang, W., Nguyen, V. P., Wang, X., Paulus, Y. M. Novel Photoacoustic Microscopy and Optical Coherence Tomography Dual-modality Chorioretinal Imaging in Living Rabbit Eyes. J. Vis. Exp. (132), e57135, doi:10.3791/57135 (2018).More

Tian, C., Zhang, W., Nguyen, V. P., Wang, X., Paulus, Y. M. Novel Photoacoustic Microscopy and Optical Coherence Tomography Dual-modality Chorioretinal Imaging in Living Rabbit Eyes. J. Vis. Exp. (132), e57135, doi:10.3791/57135 (2018).

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