Üç boyutlu optik çözünürlük foto akustik Mikroskopi
3 Mayıs 2011
Optik çözünürlüklü foto akustik mikroskobu (OR-PAM), görüntüleme optik soğurma yeteneğine sahip gelişmekte olan bir teknoloji tezat In vivo Hücresel çözünürlük ve hassasiyet. İşte, biz, sistem konfigürasyonuna, sistem hizalama da dahil olmak üzere, OR-PAM deneysel protokolleri, görüntülenmiştir bir talimat tipik In vivo Deneysel prosedürleri ve fonksiyonel görüntüleme programları.
Bu prosedürün genel amacı, in vivo optik çözünürlüklü fotoakustik mikroskopi ve/veya non-invaziv ve etiketsiz mikrosirkülasyonun Pam'ını göstermektir. Bu, önce deney hayvanının uyuşturulmasıyla gerçekleştirilir. Prosedürün ikinci adımı, optik çözünürlüğün görüntüleme kafasını çevirerek ilgilenilen bölgeyi konumlandırmaktır, fotoakustik mikroskop tarama parametreleri daha sonra ayarlanır ve görüntü alımı başlatılır.
Sonuç olarak, hemoglobinin toplam oksijen konsantrasyonu ve oksijen doygunluğunun dağılımları, çok dalga boylu deneysel verilerin hesaplanmasıyla elde edilir. Optik çözünürlüklü fotoakustik mikroskopi, lazer uyarma ve ultrasonik algılamaya dayanır. Kısa bir lazer ışını sonrası biyolojik dokuya odaklanır.
Işık absorpsiyonu, bir görüntü oluşturmak için alınan geçici ısıtma ve ardından ultrasonik emisyon üretir. Pam'in benzersiz Avantajı, topraksız algılama ve optik absorpsiyona karşı mükemmel hassasiyetidir. Buna karşılık, optik mikroskopi teknolojileri değil, mevcut yansıma teknolojileri öncelikle optik saçılmaya veya floresansa duyarlıdır Optik absorpsiyon veya RPM'nin vavo etiketsiz yüksek çözünürlüklü görüntülemesini sağlayabilen nöroloji, oftalmoloji, vasküler biyoloji ve dermatolojide geniş biyomedikal uygulamalar bulmuştur.
Optik çözünürlüklü fotoakustik mikroskopi veya, veya pamm hem optik hem de ultrasonik bileşenlerden oluşur. Optik ışınlama kaynağı, katı hal darbeli lazer tarafından pompalanan bir boya lazeridir. Çıkış lazer ışını, bir nötr yoğunluk filtresi ile zayıflatılır ve çok modlu lazer ışınını tek modlu bir optik fibere etkili bir şekilde bağlamak için canlı nesne yerine mikroskop görüntüleme kafasının mekanik olarak taranmasına izin vermek için ışık iletimi için tek modlu bir optik fibere bağlanır.
İlk olarak 50 mikrometre çapında bir iğne deliği ile süzülür. İğne deliği, çapını temel mod ışın çapıyla eşleştirmek için kondansatör merceğinin odağından biraz uzağa yerleştirilmiştir. Neredeyse kırınım sınırlı bir optik odak oluşturmak için, tek modlu fiberin çıkışı harmanlanır ve bir mikroskobun arka açıklığını doldurur. Nesnel.
Ultrasonik algılama, bir ultrasonik dönüştürücüye bağlı ev yapımı bir akustik optik ışın birleştirici içerir. Birleştirici, optik ışınlamayı ve akustik algılamayı koaksiyel olarak hizalar. 50 megahertz merkezi frekansta 43 mikrometrelik bir akustik odak çapı sağlayan, suda sayısal açıklığı 0,5 olan bir akustik lens üretmek için birleştiricinin altına küresel bir boşluk taşlanır.
İlk hizalama için, akustik odak düzleminin konumunu belirlemek için nabız yankı ultrasonunun kullanılmasına yardımcı olur. Görüntüleme kafası, maksimum nabız yankı ultrasonik sinyali gözlenene kadar dikey olarak ayarlanır. Algılama hassasiyetini en üst düzeye çıkarmak için optik ve akustik odaklar hizalanır. Konfokal.
Akustik odak düzlemine bir parça siyah elektrik bandı gibi optik olarak emici bir hedef yerleştirilir. Ardından, fotoğraf akustik sinyalini en üst düzeye çıkarmak için optik odak konumu ayarlanır. Or PAM sistemi ayrıca elektronik amplifikatörler ve analog dijital dönüştürücü, mekanik bir tarayıcı ve bir tarayıcı kontrolörü içerir.
Sayısallaştırılmış sinyal, görüntü oluşumu için bir bilgisayara aktarılır. Yazılım, ham verileri bir dizi kesitsel bcan görüntüsüne dönüştürür. Mikroskop kafası raster nesneyi tararken, kaydedilen görüntüler daha sonra ayrı kesit görüntüleri, 2D maksimum genlikli projeksiyon görüntüleri veya 3D işlemeler olarak görüntülenebilir.
Mikroskop görüntüleme kafasını barındırmak için bir su deposu kullanılır. Bir görüntüleme penceresi bir Petri kabına kesilir ve ultrasonik ve optik olarak şeffaf bir polietilen membran ile kapatılır. Nesneden üretilen foto akustik dalga, önce nesne ile polietilen membran arasındaki ultrasonik jel ile ve daha sonra Petri kabındaki deiyonize su ile ultrasonik dedektöre akustik olarak bağlanır.
Mevcut optiklerin, lazerlerin ve ultrason dönüştürücüsünün bu icatları ve uygulamaları, veya pam sistemini oluşturur. Bir sonraki bölümde, bu sistemle yaşayan bir farenin mikro damar sistemini görüntüleyeceğiz. Görüntülenen hayvan çıplak bir fare değilse, deneyden 24 saat önce dete yapmak idealdir.
Böylece cilt damar sistemindeki tahriş geri kazanılır. Fare, tıbbi sınıf oksijende buharlaştırılmış% 3 ISO flor ile uyuşturuldu. Tipik akış hızı dakikada bir ila 1,5 litre arasındadır.
Hayvanın vücut ağırlığına bağlı olarak. Anesteziyi %1 ISO flor ile koruyun Deney boyunca, farenin tamamen uyuşturulduğundan emin olmak için bir ayak parmağınızı çimdikleyin. Vücut ısısını 37 santigrat derecede tutmak için fareyi bir ısıtma yastığı ile stereotaktik bir aşamaya aktarın.
Şimdi kulağı plastik plakanın üzerine düzleştirin. Ardından kulağın üstüne bir tabaka ultrason jeli uygulayın. Jelin içinde hava kabarcıkları sıkışmasını önleyin.
Ayrıca kurumayı veya kazara lazer hasarını önlemek için gözlere oftalmik merhem sürün. Aplikatörle doğrudan göze dokunmaktan kaçının. Ardından kulağı görüntüleme penceresinin altına yerleştirin ve ultrason jeli zarın dibine temas edene kadar hayvan aşamasını yavaşça kaldırın.
Kulağı zara bastırmak kulaktaki kan akışını etkileyebileceğinden yumuşak temas gereklidir. Ardından, fizyolojik durumunu izlemek için hayvanla birkaç önlem alın. Fareye, bacağına veya kuyruğuna bir nabız oksimetresi sıkıştırın.
Şimdi akustik lens deiyonize suya daldırılana kadar görüntüleme kafasını indirin ve akustik lensin altında sıkışan kabarcıkları çıkarın. Lazeri harici tetikleme moduna ayarlayın ve deneme taramasını başlatın. Optik ve akustik ikili odaklar kulağın ortasına oturana kadar görüntüleme kafasının Z konumunu ayarlayın.
Şimdi tarama parametrelerini ayarlayın ve resmi görüntü alımına başlayın. Toplam hemoglobin konsantrasyonunu ölçmek için. Dalga boyunu, oksihemoglobin ve deoksihemoglobinin eşit molar sönme katsayılarına sahip olduğu bir ISO spastik noktasına ayarlayın.
Hemoglobin oksijen doygunluğunu ölçmek için, ikinci dalga boyunu oksihemoglobin ve deoksihemoglobinin molar sönme katsayılarının belirgin bir farka sahip olduğu yere ayarlayın. İşiniz bittiğinde, farenin kulağını temizleyin ve fareyi bir kuluçka makinesine yerleştirin. Çevre sıcaklığı 37 santigrat dereceye ayarlandığında, uyandığında fareyi doğal olarak hayvan tesisine geri koyun.
Bu maksimum genlikli projeksiyon görüntüsü, 570 nanometrede veya Pam kullanılarak görüntülenen canlı bir çıplak fare kulağının vasküler anatomisini gösterir. Bu projeksiyon görüntüsü, aynı kulaktaki hemoglobin oksijen doygunluğunu göstermektedir. 570 nanometre ISO spastik dalga boyunda ve 561 nanometre deoksihemoglobin absorpsiyon baskın dalga boyunda elde edilen görüntülerden hesaplanır.
Kutulu bölgeye daha yakından bakıldığında oramm'ın çözünürlüğü görülmektedir. Yoğun bir şekilde paketlenmiş bir kılcal yatak net bir şekilde çözülür. Bu videoda, sistem konfigürasyonu, sistem hizalama in vivo deneysel prosedür ve fonksiyonel görüntüleme şeması dahil olmak üzere OVM için tipik deneysel protokolü gösterdik.
Cihazın tasarımı ve işletimindeki en önemli hususlardan biri, görüntüleme hassasiyeti için çok önemli olan optik akustik konfokal hizalamadır, Optik çözünürlüklü fotoakustik mikroskopi, derin penetran akustik çözünürlüklü fotoakustik mikroskopi ve fotoakustik bilgisayarlı tomografi ile birlikte in vivo, fonksiyonel ve moleküler görüntüleme ve çoklu uç ölçekler, organ çivileri, hücreler, dokular, ve en fazla organlar aynı kontrastla görüntülenebilir. Origin, görüntüleme ölçeklenebilirliği gibi, çok ölçekli sistemler, biyoloji ve çeviri alanlarındaki araştırmalarda devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Mikroskobik laboratuvar keşiflerinden makroskopik klinik uygulamalara.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, in vivo hücresel çözünürlük sağlayan bir optik çözünürlüklü fotoakustik mikroskopi (OR-PAM) protokolünü detaylı bir şekilde sunmaktadır. Bu teknik, invaziv olmayan bir görüntüleme yöntemidir. Prosedür, hayvanın anestezi altına alınmasını, görüntüleme başlığının konumlandırılmasını ve mikrodolaşımı analiz etmek için görüntülerin elde edilmesini içerir.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Görüntüleme Teknikleri
- Fotoakustik Mikroskopi
Arka Plan
- OR-PAM yeni bir görüntüleme teknolojisidir.
- Optik absorpsiyon kontrastlarının görüntülenmesine izin verir.
- Teknik etiketsiz ve invaziv değildir.
- Dokulardaki mikrodolaşım ve oksijen seviyeleri hakkında bilgiler sağlar.
Çalışmanın Amacı
- OR-PAM'in in vivo kullanımını göstermek.
- Deneysel protokoller hakkında görselleştirilmiş bir talimat sağlamak.
- Mikrodolaşım dinamiklerinin anlaşılmasını artırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Deney hayvanının anestezi altına alınması.
- Görüntüleme için ilgi alanının konumlandırılması.
- Görüntü elde etmek için tarama parametrelerinin ayarlanması.
- Çok dalga boylu verilerden toplam oksijen konsantrasyonu ve doygunluğunun hesaplanması.
Ana Sonuçlar
- In vivo mikrodolaşımın başarılı görüntülemesinin sağlanması.
- Oksijen konsantrasyonu ve doygunluğu hakkında verilerin elde edilmesi.
- Tekniğin invaziv olmayan doğasının gösterilmesi.
- OR-PAM'in fonksiyonel görüntüleme için bir araç olarak doğrulanması.
Sonuçlar
- OR-PAM, mikrodolaşımın görüntülemesinde etkilidir.
- Teknik, doku oksijenizasyonu hakkında değerli bilgiler sağlar.
- Çeşitli biyomedikal araştırma alanlarında potansiyel uygulamaları vardır.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Three-dimensional optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) enables non-invasive, label-free, high-resolution imaging of tissue optical absorption, providing functional and physiological insights at the microvascular level. This capability addresses a critical gap in discovery-stage imaging by quantifying oxygenation and hemoglobin dynamics in vivo, supporting mechanistic de-risking and translational continuity. OR-PAM's integration of optical and acoustic detection offers unique value for target validation and predictive confidence in preclinical research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct visualization of tissue oxygenation and hemoglobin saturation for functional target interrogation.
- Supports biological de-risking by quantifying physiological responses in intact microvasculature.
- Facilitates predictive confidence in target engagement through quantitative, label-free imaging outputs.
Screening & Assay Development
- Prepares validated in vivo models for downstream compound screening and mechanistic studies.
- Delivers reproducible, quantitative measurements of microvascular function and oxygenation.
- Enables assay standardization and platform scalability for high-content imaging workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns imaging outputs with disease-relevant physiological biomarkers such as oxygen saturation.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by supporting multi-scale, functional imaging.
- De-risks advancement decisions by enabling direct measurement of tissue-level pharmacodynamics.
Pipeline & Workflow Integration
OR-PAM fits within the discovery-to-preclinical continuum, bridging early mechanistic studies and translational biomarker validation through quantitative, in vivo imaging.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by measuring real-time physiological changes in microcirculation.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible imaging of vascular and oxygenation parameters for compound evaluation.
- Analytics: Generates quantitative readouts of hemoglobin concentration and oxygen saturation for robust statistical comparison.
- Translational Research: Connects functional imaging data to preclinical biomarker strategies when aligned with disease models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform for multi-scale, multi-organ functional studies across R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable imaging workflows for in vivo studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by providing actionable physiological data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of candidates based on functional imaging evidence.
Implementation Considerations
- Requires expertise in optical and acoustic system alignment and in vivo imaging protocols.
- Demands access to specialized laser, ultrasound, and data acquisition instrumentation.
- Necessitates cross-team standardization of imaging parameters and data analysis workflows.
- May require adaptation for different tissue types or animal models based on optical properties.
- Imaging sensitivity and resolution depend on precise optical-acoustic confocal alignment.
