Kompakt bir darbeli Lazer diyot tabanlı masaüstü fotoakustik tomografi (PLD-PAT) sistemi, küçük hayvan kortikal damarının yüksek hızlı dinamik in vivo görüntülemesinde gösterilmiştir.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Kompakt bir darbeli Lazer diyot tabanlı masaüstü fotoakustik tomografi (PLD-PAT) sistemi, küçük hayvan kortikal damarının yüksek hızlı dinamik in vivo görüntülemesinde gösterilmiştir.
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.
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.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
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
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.
3. fare beyninde ıCG 'nin Alım ve temizleme sürecinin dinamik olarak vivo görüntüleme
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.
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.

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.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
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 ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
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 m...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar ilgili mali çıkarları veya ifşa etmek ilgi potansiyel çatışmalar var.
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.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 12 V güç kaynağı | Voltcraft | PPS-11810 | PLD için çalışma voltajı sağlamak için |
| Akustik reflektör | Olympus | F102 | Ultrason dönüştürücüsüne güçlendirilmiş 45 derece reflektör |
| Akrilik su deposu | NTU atölyesi | Özel yapım | Hayvan beyni ile dedektör arasında akustik bir bağlantı ortamı görevi gören suyu tutmak için kullanılır |
| Anestezik Makinesi | Medical plus pte ltd | Oksijen konsantratörlü Solunmayan Anestezi makinesi. | Hayvana oksijen ve izofluran sağlar |
| Hayvan distribütörü | Vivos Pte Ltd, Singapur'da | Araştırma amaçlı küçük hayvanlar tedarik eden hayvan distribütörü | |
| Hayvan tutucu | NTU atölyesi | Ismarlama | Hayvanı karnında tutmak için kullanılır |
| Solunum maskesi | NTU atölyesi | Özel yapım | Hayvana anestezi karışımı sağlamak için hayvan tutucu ile birlikte kullanılır |
| Dairesel Tarayıcı | NTU atölyesi | Özel yapım | Tarayıcı, alüminyum |
| DAQ (Veri toplama) Kart | Spektrumu | M2i.4932-exp | 16 bit, 30 Ms/s, 8 kanal, 1 Gs, PCIe |
| Veri toplama yazılımından | National Instruments Corporation,Austin,TX,ABD) | NI LabVIEW 2015 SP1 (32 bit) | Step motorun kontrol edilmesi ve dedektörden PA sinyallerinin alınması için laboratuvarımızda geliştirilen LabVIEW tabanlı program |
| Veri işleme yazılım | Matlab (Mathworks, Natick, MA, ABD) | Matlab R2015b | Kesitsel PA görüntülerinin yeniden yapılandırılması için laboratuvarımızda geliştirilen Matlab kodu |
| Fonksiyon üreteci | RIGOL | DG1022 | PLD'nin tekrarlama oranını değiştirmek için. DAQ'yu lazer uyarımı ile senkronize etmek için TTL sinyali sağlayacaktır. |
| Düşük gürültülü sinyal amplifikatörü | Genetron | Mini devreler kullanılarak özel yapım, ZFL-500LN-BNC | SUTR'den PA sinyalini almak ve yükseltmek için. Kazancı 24 dB'dir. |
| Optik difüzör | Thorlabs | DG-120 | Lazer ışınını homojen hale getirmek için kullanılır |
| Darbeli lazer diyot | Quantel, Fransa | QD-Q1924-ILO-SU | 816 nm dalga boyu, darbe enerjisi başına 3.4 mJ, 107 ns darbe genişliği, 2 KHz maksimum darbe tekrarlama oranı, boyutlar: 13.0 x 7.6 x 5.0 cm özelliklerine sahip uyarma lazer kaynağıdır |
| Sıçanlar | In Vivos Pte Ltd, Singapur | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Kadın, ağırlık 100± 10g, sıçan türü: Sprague Dawley, yaş: 4-5 hafta |
| Şanzımanlı step motor | LIN Mühendislik (Servo Dinamik) | Motor: CO-5718L-01P-RO, Şanzıman: DPL64/1; Güç kaynağı PW-100-24 | Dedektör tutucuyu dairesel bir geometride hareket ettirmek için. Tork: 2.08 N-m, Rotor ataleti: 2.6 kg-cm2 |
| Ultrason jeli | Progress/parker acquasonic jel | PA-GEL-CLEA-5000 | Şeffaf ultrason jeli |
| Ultrason Dönüştürücü | Olympus | V309-SU/ U8423013 | Fotoakustik algılama için kullanılan ultrasonik sensörler. Merkezi frekans 5 MHz, 0.5 inç |
| Değişken yüksek voltajlı güç kaynağı | Elektro-Automatik | EA-PS 8160-04 T | Lazer çıkış gücünü değiştirmek için |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.