Summary
Kompakt bir darbeli Lazer diyot tabanlı masaüstü fotoakustik tomografi (PLD-PAT) sistemi, küçük hayvan kortikal damarının yüksek hızlı dinamik in vivo görüntülemesinde gösterilmiştir.
Abstract
Fotoakustik (PA) tomografi (PAT) görüntüleme, çeşitli preklinik ve klinik uygulamalarda yararlı olan bir biyomedikal görüntüleme yöntemidir. Özel yapılmış dairesel halka dizi tabanlı dönüştürüceler ve konvansiyonel hantal ND: YAG/OPO lazerleri, PAT sisteminin kliniklere çevirisini inhibe eder. Ultra kompakt darbeli Lazer diyotlar (PLD 'ler) Şu anda PA görüntüleme için yakın kızılötesi uyarma alternatif bir kaynak olarak kullanılmaktadır. Yüksek hızlı dinamik in vivo görüntüleme, kompakt PLD tabanlı masaüstü PAT sistemi (PLD-PAT) kullanılarak gösterilmiştir. Dinamik in vivo beyin görüntüleme için bu çalışmada masaüstü PLD-PAT sistemini kullanan bir görselleştirilmiş Deneysel protokol sağlanmıştır. Protokol, masaüstü PLD-Pat sistem yapılandırmasını, beyin vasküler görüntüleme için hayvanın hazırlanması ve fare kortikal damarında İndosiyanin Yeşil (ICG) boya alımı ve boşluk sürecinin dinamik görselleştirme için prosedür açıklanmaktadır.
Introduction
Fotoakustik bilgisayarlı tomografi (pakt/Pat) yüksek ultrason çözünürlüğü ile zengin optik kontrast birleştiren umut verici bir non-invaziv Biyomedikal görüntüleme modalitesi1,2,3,4, 5. ne zaman bir nanosecond darbeli Lazer mevduat enerji üzerine ışık emici chromophores mevcut herhangi bir biyolojik doku, yerel sıcaklık artar önde gelen termoelastik genişleme ve kasılma doku, elde edilen nesil basınç dalgaları. Bu basınç dalgaları, numune etrafında ultrason dönüştürücülleri tarafından tespit edilebilir ultrason dalgaları veya fotoakustik (PA) dalgalar olarak bilinir. Algılanan PA sinyalleri, çapraz kesit PA görüntüleri oluşturmak için çeşitli yeniden yapılanma algoritmaları6,7,8,9 kullanılarak yeniden oluşturulur. PA görüntüleme, vücudun içinde bulunan endojen chromophorların dalga boyu bağımlılığı nedeniyle makroskopik organlardan mikroskobik organlara yapısal ve fonksiyonel bilgiler sağlar10. Pat görüntüleme başarıyla meme kanseri tespiti için kullanılan1, Sentinel lenf nodu görüntüleme11, oksihemoglobin haritalama (HbO2), deoxyhemoglobin (HBR), Total hemoglobin konsantrasyonu (HBT), oksijen Doygunluk (so 2) 12 tane , 13, tümör anjiyogenezi14, küçük hayvan tüm vücut görüntüleme15, ve diğer uygulamalar.
ND: YAG/OPO lazerleri, küçük hayvan görüntüleme ve derin doku görüntüleme16için fotoakustik toplumda yaygın olarak kullanılan Ilk nesil Pat sistemleri için konvansiyonel uyarma kaynaklarıdır. Bu lazerler ~ 10-100 Hz düşük tekrarlama oranlarında mJ enerji darbeleri ~ 100 sağlar. Bu pahalı ve hantal lazerleri kullanan PAT görüntüleme sistemleri, sınırlı darbe tekrarlama oranı nedeniyle tek elemanlı ultrason dönüştürücüleri (SUTs) ile yüksek hızlı görüntüleme için uygun değildir. Bu, hayvan içinde yüksek hızlarda meydana gelen fizyolojik değişikliklerin gerçek zamanlı izlenmesi inhibe. ND: YAG lazer uyarma ile doğrusal, yarı dairesel, dairesel ve hacimsel diziler gibi dizi tabanlı dönüştürücütleri kullanarak, yüksek hızlı görüntüleme mümkündür. Ancak, bu dizi dönüştürücüleri pahalıdır ve SUTs ile karşılaştırıldığında daha düşük hassasiyetler sağlar; henüz, görüntüleme hızı lazer düşük tekrarlama oranı ile sınırlıdır. Özelleştirilmiş tam halka dizi dönüştürücü ile son teknolojiye sahip tek impuls pakt sistemleri 50 Hz 'lik kare oranlarında PA verilerini17' ye elde eder. Bu dizi dönüştürücü karmaşık arka uç alma elektronik ve sinyal amplifikatörleri, genel sistem daha pahalı ve klinik kullanım için zor hale gerekir.
Kompakt boyutu, düşük maliyet gereksinimleri ve daha yüksek darbe tekrarlama oranı (KHz sırası), gerçek zamanlı görüntüleme için daha umut verici olan darbeli Lazer diyotlar (PLD) yapar. Bu avantajlar nedeniyle, PLD 'Ler ikinci nesil PAT sistemlerinde alternatif bir uyarma kaynağı olarak aktif olarak kullanılmaktadır. PLD tabanlı Pat sistemleri, dizi dönüştürücerleri kullanılarak yüksek kare hızı görüntüleme için başarıyla gösterildi18, derin doku ve beyin görüntüleme19,20,21, kardiyovasküler hastalık tanı22 ve Romatoloji tanısı23. SUTs son derece hassas ve daha az pahalı olarak dizi dönüştürücüleri karşılaştırıldığında, onlar hala yaygın PAT görüntüleme için kullanılır. Fiber tabanlı PLD sistemi Phantom Imaging24için gösterilmiştir. Taşınabilir bir PLD-PAT sistemi daha önce PLD 'yi PAT tarayıcısı25' in içine monte ederek gösterilmiştir. Bir SUT dairesel tarayıcı ile, 3 s Tarama süresi sırasında hayalet görüntüleme yapıldı ve bu PLD-PAT sistemi19kullanılarak 5 s dönemde in vivo sıçan beyin görüntüleme yapıldı.
Dahası, bu PLD-Pat sistemine daha kompakt hale getirmek ve sekiz akustik reflektör tabanlı tek elemanlık ultrason dönüştürücülleri (SUTRS)26,27kullanarak bir masaüstü modeli oluşturmak için iyileştirmeler yapılmıştır. Burada, SUTs, 90° akustik reflektör28' in yardımıyla yatay yön yerine dikey olarak yerleştirilmiştir. Bu sistem, 0,5 s ve ~ 3 cm derinlik doku görüntüleme ve in vivo küçük hayvan beyin görüntüleme kadar tarama süreleri için kullanılabilir. Bu çalışma, bu masaüstü PLD-Pat sistemi, küçük hayvanların in vivo beyin görüntüleme ve gıda ve İlaç İdaresi (FDA) onaylı İndosiyanin Alım ve temizleme sürecinin dinamik görselleştirme için deneylerin görsel gösteri sağlamak için kullanılır Yeşil (ıCG) sıçan beyinde boya.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm hayvan deneyleri, Nanyang teknolojik Üniversitesi, Singapur (hayvan Protokolü numarası ARF-SBS/NIE-A0331) Kurumsal hayvan bakımı ve kullanım Komitesi tarafından onaylanan yönergeler ve yönetmeliklere göre yapılmıştır.
1. Sistem açıklaması
- PLD lazerini dairesel tarayıcıya monte edin ve Şekil 1a'da gösterildiği gibi çıkış ışını homojen hale getirmek için PLD çıkış penceresinin önüne optik difüzör (OD) takın. PLD 'yi lazer sürücü birimine (LDU) bağlayın.
Not: PLD ~ 816 nm dalga boyu Bakliyat, süresi ~ 107 NS darbeleri ve ~ 3,4 mJ maksimum darbe enerjisi ile 2 KHz tekrarlama oranı kadar üretir. LDU soğutucu oluşur, 12 V güç kaynağı, lazer gücünü kontrol etmek için değişken yüksek voltaj güç kaynağı, ve fonksiyon jeneratör darbe tekrarlama hızını değiştirmek için. - Her bir SUTR tutucusu üzerinde sekiz SUTRs, her bir akustik reflektör yüzeyinin, Şekil 1B'de gösterildiği gibi tarama alanının merkezine doğru karşı karşıya olduğu şekilde tek tek monte edin. Her SUTR kablosunu, Bağlantı kablolarının yardımıyla düşük gürültülü sinyal amplifikatörüne bağlayın.
Not: ultrason dönüştürücün merkezi frekansı 5 MHz 'dir ve 13 mm çapında aktif alana sahiptir. Her kanal için her 24 dB kazanımı iki amplifikatörde seride bağlanır. - Soğutucu güç kaynağını açın, sonra 20 °C ile 25 °C arasındaki sıcaklığı ayarlamak için soğutucu anahtarını açın.
- Düşük voltaj güç kaynağının kaynağını açın ve 0,3 A 'da geçerli sınırı ayarlamak için geçerli kontrolü yavaşça açın. voltajı 12 V olarak ayarlayın. geçerli 0,1 A. aşmadığından emin olun.
- Yüksek voltaj güç kaynağının kaynağını açın. "PRESET" düğmesine basın ve geçerli 1 A ve voltaj 0 V olarak ayarlayın. "çıkış" düğmesini etkinleştirin: 0 V/0 A.
- Fonksiyon jeneratörü güç kaynağını açın. "Geri çağırma" düğmesine basın ve bu tekrarlama hızında lazer darbeleri oluşturmak için 2 KHz yapılandırma seçin.
- Şekil 1a 'da gösterildiği gibi tarayıcı içine akrilik tankı yerleştirin ve SUTRs algılama yüzeyi tamamen suya batırılmış gibi su ile tankı doldurun.
- Tüm SUTRs algılama yüzeylerinin su ortamının içinde olduğundan emin olun. Düşük gürültü sinyali amplifikatörünün güç kaynağını açın.
2. sıçan beyin görüntüleme için hayvan hazırlama
Not: sağlıklı dişi fareler (bkz. malzeme tablosu) yukarıda açıklanan masaüstü PLD-Pat sistem görüntüleme için küçük hayvan kortikal damar sistemi göstermek için kullanıldı.
- Kafa ve vücut hareketini tutuklayarak hayvanı arkasına tutun. 2 ml ketamin (100 mg/mL), 2 ml xylazine (20 mg/mL) ve 1 mL tuzlu (doz 0,2 mL/100 g) karışımı intraperitoneal enjeksiyon ile hayvanı anestezize.
Not: enjeksiyon sonra, hayvanın ayak bacak veya vücut hareketleri, seslendirme gibi herhangi bir pozitif refleksleri test etmek için sıkılır veya solunum artar işaretlenmiş. Böyle bir refleks eylemlerinin olmaması, hayvanın başarılı anestezizasyonunu doğrular. - Anestezi ve lazer aydınlatma nedeniyle kuruluğu önlemek için, çok dikkatle sıçan gözleri suni gözyaşı merhem uygulayın. Çalışma tezgah üzerinde meyilli konumda hayvan yerleştirin ve bir saç düzeltici kullanarak hayvanın kafa derisi üzerinde kürk kaldırmak ve yavaşça tıraş alanına epilasyon krem uygulamak ve tamamen kürk kaldırmak.
- 4 – 5 dakika sonra, uygulanan kremi bir pamuklu çubuk kullanarak çıkarın.
- Bir laboratuvar jakında (bkz. malzeme tablosu) bir nefes maskesi ile donatılmış özel hayvan tutucu ( malzeme tablosunabakın) Mount.
- Hayvanın tutucunun yatay platformuna oturabilmesi için, hayvanı tutucusu üzerine meyilli pozisyona yerleştirin. Hayvanı tutucuya sabitlemek için cerrahi bant kullanın.
- Solunum maskesi, anestezi karışımı sağlamak için sıçan burun ve ağız kapsar emin olun. Solunum maskesi, görüntüleme penceresine uyacak şekilde özelleştirilebilir. piyasada bulunan burun koni% 10 kesilir ve sonra bir eldiven parçası bağlı.
- Solunum maskesini açmadan önce anestezi makinesine bağlayın.
- Anestezi makinesini açın ve 1,0 L/dk oksijen içeren anestezik karışımı teslim etmek için ayarlayın 0,75% Isoflurane hayvan solunum maskesi.
- Fiziksel durumunu izlemek için Nabız oksimetresini hayvanın arka bacaklarından birine kelepçeli.
- Bir pamuk uçlu aplikatör kullanarak sıçan kafa derisi için renksiz Ultrason jeli tabakası uygulayın. Laboratuvar jakı pozisyonunu tarayıcının merkezine ayarlayın ve görüntüleme düzleminin akustik reflektör merkezinde olması için laboratuvar jakının yüksekliğini manuel olarak ayarlayın.
3. fare beyninde ıCG 'nin Alım ve temizleme sürecinin dinamik olarak vivo görüntüleme
- 360 ° edinme taraması için veri edinme yazılımında parametreler (bkz. malzeme tablosu) ayarlayın.
- Fonksiyon jeneratörü çıkışını etkinleştirerek PLD lazer emisyonunu açın (lazer emisyonu başlayacaktır). Ardından, değişken yüksek voltaj güç kaynağının voltajını yavaşça 120 V 'ye kadar maksimum darbe enerjisi başına artırın.
- Bir 4 s Tarama süresi üzerinden 360 ° tüm sekiz SUTRs döndürmek için veri edinme yazılımı ( malzeme tablosunabakın) programı çalıştırın.
Not: Örneğin, SUTRs 4S için döndürülürse, PLD 8.000 (= 4 x 2.000) darbeleri sunar ve her SUTR 8000 A-hatları toplar. Bu 8.000 A-Lines 400 için 20 sinyalin üzerinde ortalamasını (A-Lines = 8000/20 = 400) ortalamasını aldıktan sonra azalır. Gecikme ve toplamı geri projeksiyon algoritması dayalı bir yeniden yapılanma programı her SUTR tarama yarıçapı bulmak için kullanılır. - Lazer emisyonu kapatmak için fonksiyon jeneratör çıkışını devre dışı bırakın.
- Veri işleme yazılımında yeniden yapılanma algoritmasını kullanarak (bkz. malzeme tablosu), arka projeksiyon algoritmasını kullanarak tüm sekiz SUTRs 'in deneme-hata ile tarama yarıçapı olduğunu öğrenin.
- Bir 0,5 s Tarama süresi üzerinden 45 ° edinme için veri edinme yazılımı ( malzeme tablosunabakın) parametrelerini ayarlayın.
Not: Örneğin, SUTRS 0.5 s için döndürülürse, PLD 1.000 (= 0,5 x 2.000) bakliyat sunar ve her Sutr 1000 A-Lines toplar. Bu 1.000 A-hatları 20 sinyalleri (ortalama A-Lines = 1000/20 = 50) ortalamasını alarak 400 için azalır. - Lazer emisyonunu açmak için fonksiyon jeneratörü çıkışını etkinleştirin.
- ICG yönetmeden önce ilk kontrol verilerini elde etmek için 45 ° ' de sekiz SUTRs tüm döndürmek için veri toplama yazılımı (bkz. malzeme tablosu) programı çalıştırın.
- Lazer emisyonu kapatmak için fonksiyon jeneratör çıkışını devre dışı bırakın.
- Hayvanın kuyruk ven tanımlayın ve 0,3 mL ıCG enjekte (bkz. malzeme tablosu) (323 μM) sıçan kuyruk ven içine.
4.
Not: 1,25 mg ıCG tozu, bir mikro tartım makinesi kullanılarak tartılarak, ıCG çözeltisi için 323 μM konsantrasyonu elde etmek için 5 mL distile suyla karıştırılır.
- Lazer emisyonunu açmak için fonksiyon jeneratörü çıkışını etkinleştirin.
- 45 ° döndürme bir 0,5 s Tarama süresi üzerinden A-Lines almak için veri edinme yazılımı (bkz. malzeme tablosu) programı çalıştırın.
5.
Not: A-0,5 s Tarama süresi sırasında alınan satırlar, bir kesit görüntüsü oluşturmak için kullanılır. Her tarama arasında ~ 0.4 – 0.6 s zaman boşluğu vardır.
- Veri alma işleminden sonra, veri işleme yazılımında arka projeksiyon algoritmasını kullanarak ( malzeme tablosunabakın), kaydedilmiş A satırlarından çapraz kesit beyin görüntüsünü yeniden oluşturun.
- Lazeri kapatın ve sonra anestezi makinesini kapatın, laboratuar-jakını indirin ve hayvanı sahneden çıkarın. Hayvanı kafese geri dönün ve bilinç gelene kadar izleyin.
Resim 1: Masaüstü PLD-Pat sisteminin şematik. (A) Masaüstü PLD-Pat şematik kurmak. PLD: darbeli Lazer diyot, OD: optik difüzör, Sutr: akustik reflektör bazlı tek eleman ultrason dönüştürücü, am: anestezi makinesi, CSP: dairesel tarama plakası, SM: Step motor, LDU: lazer sürüş ünitesi, amp: amplifikatör, Daq: veri edinme kartı. (B) tarama merkezi etrafında sekiz SUTRS dairesel düzenleme. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dinamik in vivo beyin görüntüleme için açıklanan masaüstü PLD-PAT sisteminin Potansiyellik ilgili sonuçlar ile bu protokolde sergilenmiştir. Masaüstü PLD-PAT sisteminin yüksek hızlı görüntüleme kabiliyeti, sağlıklı dişi farelerin in vivo beyin görüntülemesinde performans göstermiştir. PA sinyalleri, sırasıyla 4 s ve 0,5 s tarama hızlarda sıçan beyni etrafında 360 ° ve 45 ° dönen sekiz SUTRs kullanılarak toplanır. Şekil 2a, B , sırasıyla 4 s ve 0,5 s tarama hızlarında bir dişi sıçan (98 g) beyin görüntülerini gösterir. Sagittal sinüs (SS) ve enine sinüs (TS) her iki görüntüde de açıkça görülebilir. Şekil 2C , D önce ve beyin alanı üzerinde kafa derisi kaldırdıktan sonra fare beynin fotoğraflarını göster, sırasıyla. PAT görüntüleme bozulmamış cilt ve kafatası ile invazif olmayan yapıldı.
Şekil 2: Non-invazif in vivo masaüstü PLD-Pat görüntüleri. In vivo (A) 4 s ve (B) 0,5 s. ss: sagittal sinüs, TS: enine sinüs tarama dönemlerinde kortikel damar görüntüleri. (C) ve (D), sırasıyla kafa derisi çıkarmadan önce ve sonra sıçan beynin fotoğrafları vardır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
ICG 'i aynı sıçan kuyruk damarına enjekte etmeden önce kontrol verisi elde edildi. ICG enjekte ettikten sonra, PA verileri 0,5 Tarama süresi ile ilk 5 dakika boyunca sürekli olarak elde edilmiştir. Daha sonra, PA veri 0,5 s tarama kez her bir sonraki 15-20 dk. Şekil 3 ile ~ 2-3 dk aralıklarla elde edildi sagittal SINÜS ortalama PA sinyal artışları temsil Arsa gösterır (SS) ICG tarafından optik emilimi artar nedeniyle 816 Nm dalga boyları ve daha sonra zaman içinde azalır.
Şekil 3: ıCG 'Nin farmakokinetiği. Alım ve temizleme sürecini gösteren ıCG farmakokinetiği. Kırmızı ok işareti, ıCG 'nin kuyruk damarına enjeksiyonu süresini gösterir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışma, In vivo beyin görüntüleme ve ıCG gibi kontrast ajanlar dinamik hızlı Alım ve temizleme süreci için fareler gibi küçük hayvanlar üzerinde deneyler yapmak için bir masaüstü PLD-PAT sistemi kullanmak için bir protokol sunar. Hantal, pahalı OPO-PAT sistemleri birkaç dakika sürer (2-5 dk) tek bir çapraz-kesit içinde vivo görüntü elde etmek. Kompakt, düşük maliyetli, ilk nesil taşınabilir PLD-PAT sistemi, 5 s 'de tek çapraz kesit içinde vivo görüntüler sağlar. Buna karşılık, yüksek hızlı, kompakt, düşük maliyetli masaüstü PLD-PAT sistemi, sadece 0,5 s26' da yüksek kalitede 2B çapraz kesit içinde vivo görüntü oluşturur. Burada, aynı masaüstü PLD-PAT sistemi hızlı in vivo dinamik beyin görüntüleme için gösterildi. Bu sistemi kullanarak, hızla değişen fizyolojik olayların sürekli izlenmesi, ıCG alımı ve Temizleme süreçleri nedeniyle PA sinyallerinin hızlı yükselmesi ve düşüşü için küçük hayvanların içinde gerçekleştirilir. Ancak, PLDs fonksiyonel görüntüleme yasaklayan tek dalga boyu nesil gibi birkaç sınırlamaları vardır. Ayrıca, işlevsel bilgileri elde etmek için birden fazla dalga boyu aydınlatma gereklidir. Ayrıca görüntüleme derinliği, görüntüleme derinliğini arttırmak için eksojen fotoakustik kontrast maddeleri kullanarak kaçınılabilir PLD 'nin nabız başına düşük enerjisi nedeniyle sınırlıdır.
Masaüstü PLD-PAT sistemini kullanarak deneyler yaparken, belirli önlemlerin alınması gerekir: (a) PLD lazerin düzgün olmayan kiriş profili nedeniyle, lazer çıkış penceresinde bir optik difüzör kullanılmalıdır, (b) PLD lazer ışını tarama merkezinde ve tüm SUTRs PAT tarayıcı merkezine doğru karşı karşıya olduğunu, (c) mesane, böbrek ve bağırsak gibi çevredeki organlar etkilenmez, böylece anestezi enjeksiyon sırasında bakım alınmalıdır, (d) uygun bir miktar anestezi karışımı, hayvanın ağırlığına göre enjekte edilmelidir, (e) hayvan kafası üzerinde saç kesme prosedürü sırasında, kafa derisi üzerinde çizikler kaçınılmalıdır, ve (f) Bu sıçan beynin görüntüleme düzleminin akustiği merkezinde olduğu sağlanmalıdır c reflektör, SUTRs. Görüntü kalitesi düşükse sorun giderme gerekebilir. Bu sistemin ana uygulamaları yüksek kare hızı görüntüleme (1 çerçeve 0,5 s), küçük hayvan beyin tümörü görüntüleme, subkütan tümör görüntüleme ve potansiyel PA kontrast ajanlar ve terapötik uygulamalar için Biyomalzemeler araştırma içerir.
İn vivo görüntüleme için izin verilen maksimum pozlama (MPE) güvenlik limiti, American National Standards Institute (ANSI) lazer güvenlik standartları29ile yönetilir. Bu güvenlik sınırlamaları lazer darbe genişliği, aydınlatma alanı, pozlama süresi ve aydınlatma dalga boyu, yanı sıra diğer birçok faktörlere bağlıdır. Daha yüksek bir 700-1050 nm dalga boyu aralığı ve cilt yüzeyinde darbe enerji yoğunluğu başına maksimum 20 x 102 (λ-700)/1000 MJ/cm2, burada λ (Nm) aydınlatma dalga boyu geçmemelidir. Yani, kullanılan PLD lazer 816 nm dalga boyu MPE güvenlik sınırı ~ 34,12 mJ/cm2. T = 0,5 s 'lik bir dönemde lazerin sürekli aydınlatılması için MPE güvenlik limiti 1,1 x 102 (λ-700)/1000 × t0,25 J/cm2 (= 1,58 J/cm2) olur. PLD 'nin nabız tekrarlama oranı tüm deneylerde 2.000 Hz 'de tutulur. 0,5 s Tarama süresi boyunca, numunenin toplam 1.000 (0,5 x 2.000) darbeleri teslim edildi. Bu, nabız başına, MPE 1,58 mJ/cm2olduğu anlamına gelir. Masaüstü PLD-PAT sistemi ~ 3,4 mJ nabız enerjisi başına sunar. Lazer enerji yoğunluğu ~ 20 cm2 alan üzerinde genişletilmiş lazer ışını olarak beyin bölgesinde ~ 0,17 MJ/cm2 ' de tutulur. Bu lazer enerji yoğunluğu 0,5 s bir süre içinde ANSI güvenlik sınırı iyi altındadır. Darbe tekrarlama hızını azaltarak, lazer gücünü azaltarak veya lazer ışını genişleterek, masaüstü PLD-PAT sistemi için ANSI lazer emniyet limiti değiştirilebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ilgili mali çıkarları veya ifşa etmek ilgi potansiyel çatışmalar var.
Acknowledgments
Araştırma, Singapur Sağlık Bakanlığı Ulusal Tıp Araştırma Konseyi (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012) tarafından desteklenmektedir. Yazarlar, Bay Chow Wai Hoong Bobby 'e makine dükkanı desteği için teşekkür etmek ister.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 12 V power supply | Voltcraft | PPS-11810 | To supply operating voltage for PLD |
| Acoustic reflector | Olympus | F102 | 45 degree reflector augmented to the ultrasound transducer |
| Acrylic water tank | NTU workshop | Custom-made | It is used to hold water that acts as an acoustic coupling medium between animal brain and detector |
| Anesthetic Machine | Medical plus pte ltd | Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator. | Supplies oxygen and isoflurane to animal |
| 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 animal on its abdomen |
| Breathing mask | NTU workshop | Custom-made | Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal |
| Circular Scanner | NTU workshop | Custom-made | Scanner is made out of aluminum |
| DAQ (Data acquisition) Card | Spectrum | M2i.4932-exp | 16 bit, 30 Ms/s, 8 channels, 1 Gs, PCIe |
| Data acqusition software | National Instruments Corporation,Austin,TX,USA) | NI LabVIEW 2015 SP1 (32 bit) | LabVIEW based program 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 R2015b | Matlab code developed in our laboratory for reconstructing cross-sectional PA images |
| Function generator | RIGOL | DG1022 | To change the repetition rate of the PLD. It will provide TTL signal to synchronize the DAQ with the laser excitation. |
| Low noise signal amplifier | Genetron | Custom-made using Mini-circuits, ZFL-500LN-BNC | To receive, and amplify the PA signal from SUTR. Its gain is 24 dB. |
| Optical diffuser | Thorlabs | DG-120 | Used to to make the laser beam homogeneous |
| Pulsed laser diode | Quantel, France | QD-Q1924-ILO-WATER | It is the excitation laser source with specifications of 816 nm wavelength, 3.4 mJ per pulse energy, 107 ns pulse width, 2 KHz maximum pulse repitition rate, dimensions : 13.0 x 7.6 x 5.0 cm |
| Rats | In Vivos Pte Ltd, Singapore | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Female, weight 100±10g, strain of rats: Sprague Dawley, age: 4-5 weeks |
| Stepper motor with gearbox | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Motor: CO-5718L-01P-RO, Gearbox: DPL64/1; Power supply PW-100-24 | To move the detector holder in a circular geometry. Torque: 2.08 N-m, Rotor inertia: 2.6 kg-cm2 |
| Ultrasound gel | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Clear ultrasound gel |
| Ultrasound Transducer | Olympus | V309-SU/ U8423013 | Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection. Central freqency 5 MHz, 0.5 in |
| Variable high voltage power supply | Elektro-Automatik | EA-PS 8160-04 T | To change the laser output power |
References
- Lin, L., et al. Single-breath-hold photoacoustic computed tomography of the breast. Nature Communications. 9 (1), 2352 (2018).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Fast photoacoustic imaging systems using pulsed laser diodes: a review. Biomedical Engineering Letters. 8 (2), 167-181 (2018).
- Yao, J., Wang, L. V. Recent progress in photoacoustic molecular imaging. Current Opinion in Chemical Biology. 45, 104-112 (2018).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review. Journal of Biomedical Optics. 22 (4), 041006 (2017).
- Yao, J., Wang, L. V. Photoacoustic microscopy. Laser & Photonics Reviews. 7 (5), 758-778 (2013).
- Awasthi, N., Kalva, S. K., Pramanik, M., Yalavarthy, P. K. Image Guided Filtering for Improving Photoacoustic Tomographic Image Reconstruction. Journal of Biomedical Optics. 23 (9), 091413 (2018).
- Kalva, S. K., Pramanik, M. Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm. Journal of Biomedical Optics. 21 (8), 086011 (2016).
- Pramanik, M. Improving tangential resolution with a modified delay-and-sum reconstruction algorithm in photoacoustic and thermoacoustic tomography. The Journal of the Optical Society of America. 31 (3), 621-627 (2014).
- Xu, M., Wang, L. V. Universal back-projection algorithm for photoacoustic computed tomography. Physical Review E. 71 (1), 016706 (2005).
- Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs. Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).
- Sivasubramanian, K., Periyasamy, V., Pramanik, M. Non-invasive sentinel lymph node mapping and needle guidance using clinical handheld photoacoustic imaging system in small animal. Journal of Biophotonics. 11 (1), e201700061 (2018).
- Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed. Optics Letters. 36 (7), 1134-1136 (2011).
- Stein, E. W., Maslov, K., Wang, L. V. Noninvasive, in vivo imaging of blood-oxygenation dynamics within the mouse brain using photoacoustic microscopy. Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 020502 (2009).
- Ku, G., Wang, X. D., Xie, X. Y., Stoica, G., Wang, L. V. Imaging of tumor angiogenesis in rat brains in vivo by photoacoustic tomography. Applied Optics. 44 (5), 770-775 (2005).
- Ma, R., Taruttis, A., Ntziachristos, V., Razansky, D. Multispectral optoacoustic tomography (MSOT) scanner for whole-body small animal imaging. Optics Express. 17 (24), 21414-21426 (2009).
- Zhou, Y., et al. A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging. Theranostics. 6 (5), 688-697 (2016).
- Li, L., et al. Single-impulse panoramic photoacoustic computed tomography of small-animal whole-body dynamics at high spatiotemporal resolution. Nature Biomedical Engineering. 1 (1), 0071 (2017).
- Sivasubramanian, K., Pramanik, M. High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system. Biomedical Optics Express. 7 (2), 312-323 (2016).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Dynamic in vivo imaging of small animal brain using pulsed laser diode-based photoacoustic tomography system. Journal of Biomedical Optics. 22 (9), 090501 (2017).
- Upputuri, P. K., Periyasamy, V., Kalva, S. K., Pramanik, M. A High-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging. Journal of Visualized Experiments. (124), e55811 (2017).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues. Biomedical Physics & Engineering Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).
- Arabul, M. U., et al. Toward the detection of intraplaque hemorrhage in carotid artery lesions using photoacoustic imaging. Journal of Biomedical Optics. 22 (4), (2016).
- Daoudi, K., et al. Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging. Optics Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).
- Allen, J. S., Beard, P. Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging. Optics Letters. 31 (23), 3462-3464 (2006).
- 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).
- Kalva, S. K., Upputuri, P. K., Pramanik, M. High-speed, low-cost, pulsed-laser-diode-based second-generation desktop photoacoustic tomography system. Optics Lett. 44 (1), 81-84 (2019).
- Kalva, S. K., Hui, Z. Z., Pramanik, M. Calibrating reconstruction radius in a multi single-element ultrasound-transducer-based photoacoustic computed tomography system. J Opt Soc Am A. 35 (5), 764-771 (2018).
- Kalva, S. K., Pramanik, M. Use of acoustic reflector to make compact photoacoustic tomography system. Journal of Biomedical Optics. 22 (2), 026009 (2017).
- American National Standard for Safe Use of Lasers. ANSI Standard Z136.1-2007. , NY. (2007).
