Summary
Se ha demostrado un sistema compacto de tomografía fotoacústica de sobremesa (PLD-PAT) basado en diodos láser pulsado para obtener imágenes dinámicas in vivo de alta velocidad de la vasculatura cortical de animales pequeños.
Abstract
Las imágenes por tomografía fotoacústica (PA) son una modalidad de imagen biomédica emergente útil en diversas aplicaciones preclínicos y clínicas. Los transductores circulares basados en matrices de anillo circular y los láseres de gran volumen convencionales Nd: YAG/OPO inhiben la traducción del sistema PAT a las clínicas. Los diodos láser pulsados ultracompactos (PLDs) se están utilizando actualmente como una fuente alternativa de excitación de infrarrojo cercano para imágenes de PA. La imagen dinámica in vivo de alta velocidad se ha demostrado utilizando un sistema de sobremesa PAT compacto basado en PLD (PLD-PAT). Un protocolo experimental visualizado utilizando el sistema de sobremesa PLD-PAT se proporciona en este trabajo para imágenes cerebrales dinámicas in vivo. El protocolo describe la configuración del sistema PLD-PAT de sobremesa, la preparación de animales para la imagen vascular cerebral y el procedimiento para la visualización dinámica de la captación y el proceso de aclaramiento de verde indoyanino (ICG) en la vasculatura cortical de rata.
Introduction
La tomografía computarizada fotoacústica (PACT/PAT) es una prometedora modalidad de imagen biomédica no invasiva que combina un rico contraste óptico con una alta resolución de ultrasonidos1,2,3,4, 5. cuando un láser pulsado nanosegundo deposita energía en los cromóforos que absorben la luz presentes dentro de cualquier tejido biológico, los aumentos de temperatura locales conducen a la expansión y contracción termoelástica del tejido, lo que resulta en la generación de ondas de presión. Estas ondas de presión se conocen como ondas de ultrasonido o ondas fotoacústicas (PA), que se pueden detectar mediante transductores de ultrasonido alrededor de la muestra. Las señales PA detectadas se reconstruyen utilizando varios algoritmos de reconstrucción6,7,8,9 para generar imágenes de PA de sección transversal. La imagen de PA proporciona información estructural y funcional de órganos macroscópicos a orgánulos microscópicos debido a la dependencia de la longitud de onda de los cromos endógenos presentes en el interior del cuerpo10. La toma de imágenes PAT se ha utilizado con éxito para la detección de cáncer de mama1, diagnóstico de ganglios linfáticos centinela11, mapeo de oxihemoglobina (HbO2), desoxihemoglobina (HBR), concentración total de hemoglobina (HBT), saturación de oxígeno (SO 2) 12 , 13, angiogénesis tumoral14, imagen del cuerpo entero de un animal pequeño15, y otras aplicaciones.
Los láseres Nd: YAG/OPO son fuentes de excitación convencionales para sistemas PAT de primera generación que son ampliamente utilizados en la comunidad fotoacústica para imágenes de animales pequeños y imágenes de tejidos profundos16. Estos láseres proporcionan ~ 100 mJ pulsos de energía a bajas tasas de repetición de ~ 10-100 Hz. Los sistemas de imágenes PAT que utilizan estos láseres costosos y voluminosos no son adecuados para imágenes de alta velocidad con transductores de ultrasonido de un solo elemento (SUTs), debido a la tasa de repetición de pulso limitada. Esto inhibe la monitorización en tiempo real de los cambios fisiológicos que ocurren a altas velocidades dentro del animal. Utilizando transductores basados en arreglos de discos como matrices lineales, semicirculares, circulares y volumétricas con excitación láser Nd: YAG, es posible la creación de imágenes de alta velocidad. Sin embargo, estos transductores de matriz son caros y proporcionan sensibilidades más bajas en comparación con los SUTs; sin embargo, la velocidad de imagen está limitada por la baja tasa de repetición del láser. Los sistemas PACT de impulso único de vanguardia con transductor de matriz de anillo completo personalizado obtienen los datos de PA a una velocidad de fotogramas de 50 Hz17. Estos transductores de matriz necesitan dispositivos electrónicos de recepción de back-end complejos y amplificadores de señal, lo que hace que el sistema general sea más costoso y difícil para el uso clínico.
Su tamaño compacto, requisitos de menor costo y mayor tasa de repetición de pulsos (orden de KHz) hacen que los diodos láser pulsados (PLDs) sean más prometedores para la creación de imágenes en tiempo real. Debido a estas ventajas, los PLD se utilizan activamente como fuente de excitación alternativa en sistemas PAT de segunda generación. Los sistemas Pat basados en PLD se han demostrado con éxito para imágenes de alta velocidad de fotogramas utilizando transductores de matriz18, imágenes de tejido profundo y de cerebro19,20,21, diagnóstico de enfermedades cardiovasculares22 , y el diagnóstico de Reumatología23. Como los SUTs son altamente sensibles y menos costosos en comparación con los transductores de matriz, todavía se utilizan extensivamente para la toma de imágenes PAT. Se ha demostrado el sistema PLD basado en fibra para imágenes fantasma24. Un sistema portátil PLD-PAT se ha demostrado previamente mediante el montaje del PLD dentro del escáner PAT25. Con un escáner circular SUT, la imagen fantasma se realizó durante 3 s de tiempo de escaneo, y la imagen del cerebro de rata in vivo se realizó durante un período de 5 s usando este sistema PLD-PAT19.
Además, se han realizado mejoras en este sistema PLD-Pat para hacerla más compacta y crear un modelo de escritorio utilizando ocho transductores de ultrasonido de un solo elemento basados en Reflector acústico (SUTRS)26,27. Aquí, los SUTs fueron colocados en una dirección vertical en lugar de horizontal con la ayuda de un reflector acústico de 90° 28. Este sistema se puede emplear para tiempos de escaneo de hasta 0,5 s y ~ 3 cm de profundidad en imágenes de tejidos e imágenes cerebrales de animales pequeños in vivo. En este trabajo, este sistema de sobremesa PLD-Pat se utiliza para proporcionar la demostración visual de los experimentos para la imagen cerebral in vivo en animales pequeños y para la visualización dinámica de la captación y el proceso de despacho de la administración de alimentos y medicamentos (FDA)-indocianina aprobado tinte verde (ICG) en cerebros de rata.
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Protocol
Todos los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con las pautas y regulaciones aprobadas por el Comité institucional de cuidado y uso de animales de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (número de protocolo animal, ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Descripción del sistema
- Monte el láser PLD en el escáner circular y Monte el difusor óptico (OD) delante de la ventana de salida PLD para que el haz de salida sea homogéneo, como se muestra en la figura 1A. Conecte el PLD a la unidad de controlador láser (LDU).
Nota: el PLD genera pulsos de longitud de onda de ~ 816 nm, pulsos de ~ 107 NS en duración, y hasta una velocidad de repetición de 2 KHz con una energía de pulso máxima de ~ 3,4 mJ. El LDU consiste en enfriador, fuente de alimentación de 12 V, fuente de alimentación variable de alto voltaje para controlar la potencia del láser, y el generador de funciones para cambiar la tasa de repetición de pulso. - Monte los ocho SUTRs en cada soporte SUTR uno por uno de tal manera que la superficie de cada Reflector acústico se enfrente al centro del área de escaneo, como se muestra en la figura 1B. Conecte cada cable SUTR al amplificador de señal de bajo ruido con la ayuda de cables de conexión.
Nota: la frecuencia central del transductor de ultrasonido es de 5 MHz y tiene un área activa de 13 mm de diámetro. Dos amplificadores cada uno de 24 dB de ganancia están conectados en serie para cada canal. - Encienda la fuente de alimentación del enfriador y, a continuación, encienda el interruptor del enfriador para ajustar la temperatura entre 20 ° c y 25 ° c.
- Encienda el suministro de la fuente de alimentación de baja tensión y gire lentamente el control actual para establecer el límite de corriente en 0,3 a. Fije la tensión a 12 V. Verifique que la corriente no exceda de 0,1 A.
- Encienda el suministro de la fuente de alimentación de alta tensión. Pulse el botón "PRESET" y ajuste la corriente a 1 a y el voltaje a 0 V. Habilite el botón "salida": 0 V/0 A.
- Encienda la fuente de alimentación del generador de funciones. Presione el botón "Recall" y elija una configuración de 2 KHz para generar los pulsos de láser a esta velocidad de repetición.
- Coloque el tanque de acrílico dentro del escáner como se muestra en la figura 1A y llene el tanque con agua de tal manera que la superficie de detección de los SUTRS se sumerja completamente dentro del agua.
- Asegúrese de que todos los SUTRs que detectan superficies están dentro del medio de agua. Encienda la fuente de alimentación del amplificador de señal de bajo ruido.
2. preparación de animales para la imagen del cerebro de rata
Nota: se utilizaron ratas hembra sanas (ver tabla de materiales) para demostrar el sistema de sobremesa PLD-Pat descrito anteriormente para la creación de imágenes de la vasculatura cortical de animales pequeños.
- Sostenga al animal en su espalda al detener el movimiento de la cabeza y el cuerpo. Anestesiar el animal mediante inyección intraperitoneal de una mezcla de 2 mL de ketamina (100 mg/mL), 2 mL de xilazina (20 mg/mL) y 1 mL de solución salina (dosis de 0,2 mL/100 g).
Nota: después de la inyección, el dedo del pie del animal es pellizcado para probar cualquier reflejo positivo como movimientos de la pierna o del cuerpo, vocalización, o aumentos marcados en las respiraciones. La ausencia de tales acciones reflejas confirma la anestesitización exitosa del animal. - Para prevenir la sequedad debida a la anestesia y a la iluminación láser, aplicar con mucho cuidado ungüento de lágrima artificial a los ojos de rata. Coloca el animal en posición propensa en el Banco de trabajo y retira el pelaje del cuero cabelludo del animal usando una podadora y aplica suavemente la crema de depilación al área afeitada y retira la piel por completo.
- Después de 4 – 5 min, retire la crema aplicada usando un hisopo de algodón.
- Monte el soporte de animal hecho a medida (ver tabla de materiales) equipado con una mascarilla respiratoria (ver tabla de materiales) en un conector de laboratorio.
- Colocar el animal en posición propensa en el soporte para que la cabeza se apoye en la plataforma horizontal del soporte. Utilice cinta quirúrgica para sujetar el animal al soporte.
- Asegúrese de que la mascarilla cubra la nariz y la boca de la rata para suministrar la mezcla de anestesia. La mascarilla de respiración se personaliza para adaptarse a la ventana de imágenes. 10% del cono de nariz comercialmente disponible se corta y luego se conecta a un pedazo de guante.
- Conecte la mascarilla de respiración a la máquina de anestesia antes de encenditarla.
- Encienda la máquina de anestesia y establezca para entregar la mezcla anestésica que contiene 1,0 L/min de oxígeno con 0,75% isoflurano a la mascarilla de respiración animal.
- Sujete el oxímetro de pulso a una de las patas traseras del animal para monitorear su condición fisiológica.
- Aplique una capa de gel de ultrasonido incoloro al cuero cabelludo de la rata utilizando un aplicador con punta de algodón. Ajuste la posición del conector de laboratorio al centro del escáner y ajuste la altura del conector de laboratorio manualmente para que el plano de imagen se sitúe en el centro del reflector acústico.
3. imágenes dinámicas in vivo del proceso de captación y despacho de ICG en el cerebro de rata
- Fije los parámetros en el software de adquisición de datos (ver tabla de materiales) para un escaneo de adquisición de 360 °.
- Encienda la emisión láser PLD habilitando la salida del generador de funciones (se iniciará la emisión láser). A continuación, aumente lentamente el voltaje de la fuente de alimentación variable de alta tensión a 120 V para obtener la máxima energía por pulso.
- Ejecute el programa de adquisición de datos (consulte la tabla de materiales) para rotar los ocho SUTRS en 360 ° durante un tiempo de escaneo de 4 s.
Nota: por ejemplo, si los SUTRs se giran para 4S, el PLD ofrece pulsos 8.000 (= 4 x 2.000) y cada SUTR recopila 8000 líneas A. Estas 8.000 a-Lines se reducen a 400 promediando más de 20 señales (después de promediar a-Lines = 8000/20 = 400). Un programa de reconstrucción basado en el algoritmo de retroproyección de retardo y suma se utiliza para averiguar el radio de escaneo de cada SUTR. - Desactive la salida del generador de funciones para apagar la emisión del láser.
- Utilizando el algoritmo de reconstrucción en el software de procesamiento de datos (ver tabla de materiales) averiguar el radio de escaneo de los ocho SUTRS por ensayo y error, utilizando el algoritmo de retroproyección.
- Fije los parámetros en el software de adquisición de datos (ver tabla de materiales) para la adquisición de 45 ° durante un tiempo de escaneo de 0,5 s.
Nota: por ejemplo, si los SUTRs se giran para 0.5 s, el PLD ofrece pulsos 1.000 (= 0,5 x 2.000) y cada SUTR recopila 1000 líneas A. Estas 1.000 a-Lines se reducen a 400 promediando más de 20 señales (después de promediar a-Lines = 1000/20 = 50). - Habilite la salida del generador de funciones para encender la emisión del láser.
- Ejecute el programa de adquisición de datos (ver tabla de materiales) para rotar los ocho SUTRS en 45 ° para obtener los datos de control iniciales antes de administrar ICG.
- Desactive la salida del generador de funciones para apagar la emisión del láser.
- Identificar la vena de cola del animal e inyectar 0,3 mL de ICG (ver tabla de materiales) (323 μm) en la vena de la cola de la rata.
4.
Nota: 1,25 mg de ICG en polvo se pesó con una máquina de micropesaje y se mezcló con 5 mL de agua destilada para obtener una concentración de 323 μM para la solución de ICG.
- Habilite la salida del generador de funciones para encender la emisión del láser.
- Ejecute el programa de adquisición de datos (ver tabla de materiales) para adquirir líneas a sobre un tiempo de escaneo de 0,5 s en rotación de 45 °.
5.
Nota: las líneas a adquiridas durante un tiempo de escaneo de 0,5 s se utilizan para generar una imagen de sección transversal. Hay un intervalo de tiempo de ~ 0.4 – 0.6 s entre cada escaneo.
- Una vez finalizada la adquisición de datos, utilizando el algoritmo de retroproyección en el software de procesamiento de datos (consulte tabla de materiales), reconstruya la imagen del cerebro de sección transversal de las líneas a guardadas.
- Apague el láser y luego apague la máquina de anestesia, baje el conector de laboratorio y retire el animal del escenario. Devuelva el animal a la jaula y monitoree hasta que recupere la consciencia.
Figura 1: esquema del sistema PLD-Pat de escritorio. (A) esquema del escritorio PLD-Pat configurado. PLD: diodo láser pulsado, OD: difusor óptico, SUTR: transductor de ultrasonido de un solo elemento basado en Reflector acústico, AM: máquina de anestesia, CSP: placa de escaneo circular, SM: motor de paso, LDU: unidad de conducción láser, AMP: amplificador, DAQ: tarjeta de adquisición de datos. (B) disposición circular de ocho SUTRS alrededor del centro de escaneo. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Representative Results
La potencialidad del sistema de sobremesa PLD-PAT descrito para la imagen cerebral dinámica in vivo ha sido exhibida en este protocolo con los resultados correspondientes. La capacidad de imagen de alta velocidad del sistema de sobremesa PLD-PAT se demostró mediante la realización de imágenes cerebrales in vivo de ratas hembra sanas. Las señales PA fueron recolectadas usando ocho SUTRs girando en 360 ° y 45 ° alrededor del cerebro de la rata a velocidades de escaneo de 4 s y 0,5 s, respectivamente. Figura 2A, B Mostrar imágenes cerebrales de una rata hembra (98 g) a velocidades de escaneo de 4 s y 0,5 s, respectivamente. El seno sagital (SS) y el seno transversal (TS) son claramente visibles en ambas imágenes. Figura 2C , D mostrar fotografías del cerebro de la rata antes y después de retirar el cuero cabelludo sobre el área del cerebro, respectivamente. La imagen de PAT se realizó de forma no invasiva con la piel y el cráneo intactos.
Figura 2: imágenes de escritorio PLD-Pat no invasivas in vivo. Imágenes in vivo de vasculatura cortical en tiempos de escaneo de (A) 4 s y (B) 0,5 s. SS: seno sagital, TS: seno transversal. (C) y (D) son fotografías del cerebro de la rata antes y después de retirar el cuero cabelludo, respectivamente. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Antes de inyectar ICG en la vena de la cola de la misma rata, se adquirieron datos de control. Después de inyectar ICG, los datos de PA se adquirieron continuamente durante los primeros 5 minutos con un tiempo de escaneo de 0,5. Luego, los datos de PA se adquirieron a intervalos de ~ 2-3 min con 0,5 s de tiempo de escaneo cada uno para el siguiente 15-20 min. figura 3 muestra la trama que representa los aumentos en la señal promedio de PA en el seno sagital (SS) debido a aumentos en la absorción óptica por icg a 816 nm longitudes de onda y, posteriormente, disminuye con el tiempo.
Figura 3: farmacocinética de ICG. Farmacocinética de ICG que muestra el proceso de absorción y aclaramiento. La marca de flecha roja muestra el tiempo de inyección de ICG en la vena de la cola. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
Este trabajo presenta un protocolo para utilizar un sistema de sobremesa PLD-PAT para realizar experimentos en animales pequeños como ratas para imágenes cerebrales in vivo y proceso dinámico de captación y despacho de agentes de contraste como ICG. Los costosos y voluminosos sistemas OPO-PAT toman varios minutos (2-5 min) para adquirir una sola imagen transversal in vivo. Un sistema portátil PLD-PAT compacto, de bajo costo y de primera generación, proporciona imágenes de una sola sección transversal in vivo en 5 s. Por el contrario, un sistema de sobremesa PLD-PAT de alta velocidad, compacto y de bajo costo, presenta una imagen en vivo de sección transversal 2D de alta calidad en solo 0,5 s26. Aquí, se demostró el mismo sistema de sobremesa PLD-PAT para imágenes cerebrales dinámicas rápidas in vivo. Utilizando este sistema, la monitorización continua de fenómenos fisiológicos que cambian rápidamente se realiza dentro de animales pequeños para un rápido aumento y caída de las señales de PA debido a los procesos de absorción y despacho del ICG. Sin embargo, los PLDs tienen algunas limitaciones, como la generación de una sola longitud de onda, que prohíbe las imágenes funcionales. Además, se necesita una iluminación de longitud de onda múltiple para adquirir la información funcional. Además, la profundidad de imagen es limitada debido a una baja energía por pulso de PLD, que puede ser eludida usando agentes de contraste fotoacústicos exógenos para mejorar la profundidad de imagen.
Durante la realización de los experimentos utilizando el sistema de sobremesa PLD-PAT, se deben tomar ciertas precauciones: (a) debido al perfil de haz no uniforme del láser PLD, se debe utilizar un difusor óptico en la ventana de salida del láser, (b) debe garantizarse que el rayo láser PLD está en el centro de escaneo y todos los SUTRs están orientados hacia el centro del escáner PAT, (c) se debe tener cuidado durante la inyección de anestesia para que los órganos circundantes como la vejiga urinaria, los riñones y los intestinos no se vean afectados, (d) una cantidad adecuada de mezcla de anestesia se debe inyectar de acuerdo con el peso del animal, (e) durante el procedimiento de recorte del vello en la cabeza del animal, se deben evitar los arañazos en el cuero cabelludo, y (f) debe garantizarse que el plano de imagen del cerebro de la rata está en el centro del acousti c reflector de los SUTRs. Puede ser necesario solucionar problemas si la calidad de la imagen es baja. Las principales aplicaciones de este sistema incluyen imágenes de alta velocidad de fotogramas (1 fotograma en 0,5 s), imágenes de tumores cerebrales de animales pequeños, imágenes de tumores subcutáneos e investigación de Biomateriales para posibles agentes de contraste de PA y aplicaciones terapéuticas.
El límite de seguridad de exposición máxima admisible (MPE) para la creación de imágenes in vivo se rige por las normas de seguridad láser del Instituto Nacional de normalización de Estados Unidos (ANSI)29. Estas limitaciones de seguridad dependen del ancho de pulso láser, el área de iluminación, el tiempo de exposición y la longitud de onda de la iluminación, así como varios otros factores. Mayor que un rango de longitud de onda de 700-1050 nm y la densidad de energía máxima por pulso en la superficie de la piel no debe exceder 20 x 102 (λ-700)/1000 MJ/cm2, donde λ (en nm) es la longitud de onda de la iluminación. Por lo tanto, el límite de seguridad de MPE a una longitud de onda de 816 nm del láser PLD utilizado es ~ 34,12 mJ/cm2. Para la iluminación continua del láser durante un período de t = 0,5 s, el límite de seguridad MPE se convierte en 1,1 x 102 (λ-700)/1000 × t0,25 J/cm2 (= 1,58 J/cm2). La tasa de repetición del pulso del PLD se mantuvo a 2.000 Hz en todos los experimentos. En el transcurso de un tiempo de escaneo de 0,5 s, se entregaron un total de 1.000 pulsos (0,5 x 2.000) a la muestra. Esto implica que por pulso, el MPE fue 1,58 mJ/cm2. El sistema de sobremesa PLD-PAT ofrece una energía por pulso de ~ 3,4 mJ. La densidad de energía láser se mantuvo en ~ 0,17 mJ/cm2 en el área del cerebro como el rayo láser expandido sobre un ~ 20 cm área2 . Esta densidad de energía láser estaba muy por debajo del límite de seguridad ANSI durante un período de 0,5 s. Al reducir la velocidad de repetición del pulso, reduciendo la potencia del láser, o ampliando el rayo láser, se puede cambiar el límite de seguridad láser ANSI para el sistema de sobremesa PLD-PAT.
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Disclosures
Los autores no tienen intereses financieros relevantes o posibles conflictos de interés para revelar.
Acknowledgments
La investigación está respaldada por el Consejo Nacional de investigación médica del Ministerio de salud de Singapur (NMRC/OFIRG/0,005/2016: M4062012). A los autores les gustaría agradecer al Sr. Chow WAI Hoong Bobby por el apoyo de la tienda de máquinas.
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).
