Name: Için yüksek performanslı bir Kompakt Fotoakustik Tomografi Sistemi Küçük Hayvanlı Beyin Görüntüleme (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 32 s
Description: Keşfedin kompakt fotoakustik tomografi sistemini sıçan beyni görüntüleme için. Bu yöntem, sinirbilim araştırmalarında yüksek optik kontrastlı derin doku görüntülemesi sağlar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Araştırma, Singapur Eğitim Bakanlığı (ARC2 / 15: M4020238) ve Singapur Sağlık Bakanlığı Ulusal Tıbbi Araştırma Konseyi (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012) tarafından finanse edilen 2. Aşama hibe tarafından desteklenmektedir. Yazarlar, makine dükkanı yardımı için Bay Chow Wai Hoong Bobby&#39;ye teşekkür etmek istiyorlar.

Tüm hayvan deneyleri, Nanyang Technological University, Singapur&#39;da (Hayvan Protokol Numarası ARF-SBS / NIE-A0263) Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanan yönergelere ve yönetmeliklere uygun olarak gerçekleştirildi. 1. Sistem Açıklamaları <ol><li> Şekil 1a&#39;da gösterildiği gibi PLD&#39;yi dairesel tarayıcı içine monte edin. PLD&#39;yi lazer sürücü ünitesine (LDU) bağlayın. NOT: PLD, ~ 1.42 mJ&#39;lik bir maksimum darbe enerjisi ve 7 kHz&#39;e kadar bir tekrarlama oranı ile ~ 803 nm&#39;lik bir dalga boyunda ~ 136 ns darbeler sağlar. Lazer tahrik ünitesi (LDU) aşağıdakileri içerir: bir sıcaklık kontrolörü, değişken güç kaynağı, bir güç kaynağı (12 V) ve bir fonksiyon üreteci; Malzeme Tablosuna bakınız. Değişken güç kaynağı lazer gücünü kontrol etmek için kullanılır ve fonksiyon üreteci PLD&#39;nin tekrar hızını değiştirmek için kullanılır. </li><li> PLD lazerini açın. PLD yineleme oranını &quot;7000&quot; H&#39;ye ayarlayınZ LDU&#39;daki fonksiyon üreteci kullanılarak. Değişken güç kaynağının voltajını &quot;3.1&quot; V&#39;ye ayarlayarak darbe enerjisini 1.42 mJ&#39;ye yükseltin. </li><li> Şekil 1a&#39;da gösterildiği gibi çıkış demetini homojen yapmak için optik difüzörü (OD) PLD çıkış penceresinin önüne monte edin. NOT: İnce bir kum ile bir difüzör kullanın ( yani, 1.500 taş cila). </li><li> Odaklanmış UST&#39;yi Şekil 1a&#39;da gösterildiği gibi tarama alanının ortasına bakacak şekilde UST tutacağı üzerine monte edin. NOT: UST&#39;nin merkezi frekansı 2,25 MHz&#39;dir ve odak uzaklığı 1,9 inçtir. </li><li> Ultrason dedektörünü Şekil 1a&#39;da gösterildiği gibi akrilik tankın içine yerleştirin. UST tamamen dalmış olacak şekilde tankı suyla doldurun. NOT: Beyinden (örnek) gelen fotoakustik sinyali UST&#39;ye birleştirmek için bir su ortamı kullanılır. Bir akrilik su tankı (WT, Malzeme Tablosuna bakınız) özel idi- küçük hayvansal görüntüleme için tasarlanmıştır. Su tankı tasarımının şeması Şekil 1b&#39;de gösterilmektedir. </li><li> Bir titreşim / alıcı ünitesi (PRU , Malzeme Tablosu&#39;na bakın) kullanarak numunedeki PA sinyalini kontrol edin. NOT: Bu sinyaller 100 MS / s&#39;lik bir örnekleme hızında 12 bit DAQ kartı ile sayısallaştırılmıştır ( Tablo Tablosuna bakın) ve bir bilgisayara kaydedilmiştir. </li></ol> 2. Sıçan Beyin Görüntüleme için Hayvan Hazırlama NOT: Yukarıda açıklanan PLD-PAT sistemi, küçük hayvan beyinlerini görüntülemek için gösterilmiştir. Bu deneyler için, sağlıklı dişi sıçanlar kullanılmıştır (Malzeme Tablosuna bakınız). <ol><li> 2 mL ketamin, 1 mL ksilazin ve 1 mL salin içeren bir kokteyl (0.2 mL / 100 g dozaj) intraperitoneal olarak enjekte ederek hayvana anestezi uygulayın. </li><li> Bir saç kesme makinesi kullanarak kafa derisinin üzerindeki kürkü çıkarın. Tıraşlı tüylere hafifçe epilasyon kremi uygulayın.Kürkün daha da tükenmesi için alan. <ol><li> Pamuklu bir bezle 4-5 dakika sonra uygulanan kremi çıkartın. </li><li> Anestezi ve lazer aydınlatması nedeniyle kuruluğu önlemek için hayvanın gözlerine suni gözyaşı merhemi uygulayın. </li></ol></li><li> Bir laboratuar soketi üzerinde bulunan solunum maskesiyle donatılmış ısmarlama hayvan taşıyıcıyı ( Malzeme Tablosuna bakın) monte edin ( Malzeme Tablosuna bakın). </li><li> Hayvanı tutamağın üzerinde eğilimli konuma getirin. Görüntüleme sırasında hayvanın hareket etmesini önlemek için ameliyat bandını kullanarak tutucuyu sabitleyin. </li><li> Solunum maskesi, inhale anestezi sağlamak için sıçanın burun ve ağzını kapladığından emin olun. </li></ol> 3. In Vivo Rat Beyin Görüntüleme <ol><li> Solunum maskesini anestezi makinesine takın. Anestezi makinesini açın ve% 0.75 izofluran ile 1.0 L / dakika oksijen verecek şekilde ayarlayın. <ol><li> Nabız oksimetresini ona sıkıştırınHayvan fizyolojik durumunu izlemek için kuyruk. </li></ol></li><li> Sıçanın kafa derisine renksiz bir ultrason jeli katın. Laboratuar krikosu konumunu tarayıcının ortasına getirin. Solunum maskesi görüntüleme penceresine uyacak şekilde uyarlanmıştır. Ticari olarak bulunan burun konisinin% 10&#39;u kesilir ve bir eldivene bağlanır. <ol><li> Laboratuar kriko yüksekliğini, görüntüleme düzleminin UST&#39;nin odak noktasında olduğu şekilde manüel olarak ayarlayın. </li></ol></li><li> Gerekirse veri toplama yazılımındaki parametreleri ayarlayın (Malzeme Tablosuna bakın). Edinimi başlatmak için veri toplama yazılımı programını çalıştırın ( yani, görüntüleme). NOT: Program, UST&#39;yi döndürmek ve A-line PA sinyalleri toplamak için kullanılır. Toplanan A-çizgileri bilgisayara kaydedilecektir. </li><li> Görüntüleme periyodu boyunca hayvana dikkat edin ve görüntüleme tamamlandıktan sonra PAT rekonstrüksiyonuna geçin. </li><li> Veri toplama işlemi bittikten sonra,Yeniden yapılandırma yazılımı programını kullanarak A-çizgilerinden kesitsel beyin görüntüsünü yeniden oluşturun. </li><li> Anestezi sistemini kapatın, hayvanı sahneden çıkarın, kafesine geri gönderin ve bilinçleninceye kadar onu izleyin. NOT: Örneğin, UST 5 s boyunca döndürülürse, PLD 35.000 (= 5 x 7.000) darbe verir ve UST 35.000 A-çizgileri toplar. 35.000 A-satırı, 70 sinyali ortalamakla (A-çizgileri ortalaması = 35.000 / 70 = 500 sonra) 500&#39;e düşürüldü. Şekil lc , lazer darbelerinin ve A-çizgi koleksiyonunun aydınlatılmasını göstermektedir. Gecikme-ve-toplam geri yansıtma algoritmasına dayanan bir yeniden yapılandırma programı kullanılmalıdır. </li></ol><img alt="Şekil 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig1.jpg" /> Şekil 1: PLD-PAT Sisteminin Şematiği. ( A ) PLD-PAT şeması. PLD: darbeli lazer diyodu, CSP: circuL: lazer sürücü ünitesi, PRU: pulser / alıcı ünitesi, UST: ultrason transdüseri, WT: su deposu, PF: polimer film ve DAQ: püskürtme tabancası / alıcı ünitesi, Veri toplama kartı. ( B ) İn vivo küçük hayvan beyin görüntülemesi için su haznesinin şeması, üstten görünüş (1) ve kesit görünümü (2). A: metrik vida, B: akrilik halka şeklinde levha, C: silikon &quot;O&quot; halka, D: 100 μm kalınlığında şeffaf polietilen kapak. Deponun tabanı 9 cm çapında bir delik vardı ve ultrasonik ve optik olarak şeffaf, 100 um kalınlığında bir polietilen membran ile kapatılmıştır. ( C ) Lazer darbelerinin PLD ve A-çizgilerinden aydınlatılması şeması, 5 saniyelik sürekli tarama süresi içinde toplanması. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55811/55811fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a>

<ol><li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+toward+preclinical+and+clinical+translation+of+photoacoustic+tomography%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review.</a> J Biomed Opt. 22 (4), 041006(2017).</li>
<li>Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/7317491/">Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review.</a> IEEE Sel Top Quantum Electron. 22 (3), 6801215(2016).</li>
<li>Valluru, K. S., Willmann, J. K. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5040138/">Clinical photoacoustic imaging of cancer.</a> Ultrasonography. 35 (4), 267(2016).</li>
<li>Zhou, Y., Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://biomedicaloptics.spiedigitallibrary.org/article.aspx?articleid=2516208">Tutorial on photoacoustic tomography.</a> J Biomed Opt. 21 (6), 061007(2016).</li>
<li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+Brain+Imaging%3A+from+Microscopic+to+Macroscopic+Scales%5BTitle%5D)+AND+%22Neurophotonics%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic Brain Imaging: from Microscopic to Macroscopic Scales.</a> Neurophotonics. 1 (1), 011003(2014).</li>
<li>Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+tangential+resolution+improvement+in+photoacoustic+tomography+using+a+modified+delay-and-sum+reconstruction+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm.</a> J Biomed Opt. 21 (8), 086011(2016).</li>
<li>Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+resolution+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+of+single+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">High resolution ultrasound and photoacoustic imaging of single cells.</a> Photoacoustics. 4 (1), 36-42 (2016).</li>
<li>Upputuri, P. K., Wen, Z. -B., Wu, Z., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-resolution+photoacoustic+microscopy+using+photonic+nanojets%3A+a+simulation+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Super-resolution photoacoustic microscopy using photonic nanojets: a simulation study.</a> J Biomed Opt. 19 (11), 116003(2014).</li>
<li>Zhou, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Phosphorus+Phthalocyanine+Formulation+with+Intense+Absorbance+at+1000+nm+for+Deep+Optical+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging.</a> Theranostics. 6 (5), 688-697 (2016).</li>
<li>Upputuri, P. K., Wu, Z., Gong, L., Ong, C. K., Wang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-resolution+coherent+anti-Stokes+Raman+scattering+microscopy+with+photonic+nanojets%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Super-resolution coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy with photonic nanojets.</a> Opt Express. 22 (11), 12890-12899 (2014).</li>
<li>Raghunathan, R., Singh, M., Dickinson, M. E., Larin, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+coherence+tomography+for+embryonic+imaging%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Optical coherence tomography for embryonic imaging: a review.</a> J Biomed Opt. 21 (5), 050902(2016).</li>
<li>Burton, N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+opto-acoustic+tomography+%28MSOT%29+of+the+brain+and+glioblastoma+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Multispectral opto-acoustic tomography (MSOT) of the brain and glioblastoma characterization.</a> Neuroimage. 65 (2), 522-528 (2013).</li>
<li>Su, R., Ermilov, S. A., Liopo, A. V., Oraevsky, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+optoacoustic+imaging+as+a+new+noninvasive+technique+to+study+long-term+biodistribution+of+optical+contrast+agents+in+small+animal+models%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional optoacoustic imaging as a new noninvasive technique to study long-term biodistribution of optical contrast agents in small animal models.</a> J Biomed Opt. 17 (10), 101506(2012).</li>
<li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+functional+chronic+imaging+of+a+small+animal+model+using+optical-resolution+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">In vivo functional chronic imaging of a small animal model using optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Med Phys. 36 (6), 2320-2323 (2009).</li>
<li>Zhang, E. Z., Laufer, J., Pedley, R. B., Beard, P. 3D photoacoustic imaging system for in vivo studies of small animal models. Proc SPIE. 6856, 68560(2008).</li>
<li>Deng, Z., Li, W., Li, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slip-ring-based+multi-transducer+photoacoustic+tomography+system%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Slip-ring-based multi-transducer photoacoustic tomography system.</a> Opt Lett. 41 (12), 2859-2862 (2016).</li>
<li>Tang, J., Coleman, J. E., Dai, X., Jiang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wearable+3-D+Photoacoustic+Tomography+for+Functional+Brain+Imaging+in+Behaving+Rats%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Wearable 3-D Photoacoustic Tomography for Functional Brain Imaging in Behaving Rats.</a> Sci Rep. 6, 25470(2016).</li>
<li>Pramanik, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+carbon+nanotube-enhanced+non-invasive+photoacoustic+mapping+of+the+sentinel+lymph+node%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">In vivo carbon nanotube-enhanced non-invasive photoacoustic mapping of the sentinel lymph node.</a> Phys Med Biol. 54 (11), 3291-3301 (2009).</li>
<li>Yao, J., Xia, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiscale+Functional+and+Molecular+Photoacoustic+Tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrason+Imaging%22%5BJournal%5D)">Multiscale Functional and Molecular Photoacoustic Tomography.</a> Ultrason Imaging. 38 (1), 44-62 (2016).</li>
<li>Huang, S., Upputuri, P. K., Liu, H., Pramanik, M., Wang, M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TB/C5TB02367J#!divAbstract">A dual-functional benzobisthiadiazole derivative as an effective theranostic agent for near-infrared photoacoustic imaging and photothermal therapy.</a> J Mat Chem B. 4 (9), 1696-1703 (2016).</li>
<li>Olefir, I., Mercep, E., Burton, N. C., Ovsepian, S. V., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+multispectral+optoacoustic+and+ultrasound+tomography+for+morphological+and+physiological+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Hybrid multispectral optoacoustic and ultrasound tomography for morphological and physiological brain imaging.</a> J Biomed Opt. 21 (8), 086005(2016).</li>
<li>Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+transcranial+brain+imaging+by+optical-resolution+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> J Biomed Opt. 14 (4), 040503(2009).</li>
<li>Yao, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+photoacoustic+computed+tomography+of+mouse+brain+metabolism+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo.</a> Neuroimage. 64 (1), 257-266 (2013).</li>
<li>Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurovascular+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neuroenergetics%22%5BJournal%5D)">Neurovascular photoacoustic tomography.</a> Front Neuroenergetics. 2, 10(2010).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+characterization+of+low-cost%2C+high-speed%2C+portable+pulsed+laser+diode+photoacoustic+tomography+%28PLD-PAT%29+system%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Performance characterization of low-cost, high-speed, portable pulsed laser diode photoacoustic tomography (PLD-PAT) system.</a> Biomed Opt Express. 6 (10), 4118-4129 (2015).</li>
<li>Yang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography+of+small+animal+brain+with+a+curved+array+transducer%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography of small animal brain with a curved array transducer.</a> J Biomed Opt. 14 (5), 054007(2009).</li>
<li>Sivasubramanian, K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+frame+rate+photoacoustic+imaging+at+7000+frames+per+second+using+clinical+ultrasound+system%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed+Opt+Express%22%5BJournal%5D)">High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system.</a> Biomed Opt Express. 7 (2), 312-323 (2016).</li>
<li>Allen, J. S., Beard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+near-infrared+laser+diode+excitation+system+for+biomedical+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging.</a> Opt Lett. 31 (23), 3462-3464 (2006).</li>
<li>Kolkman, R. G. M., Steenbergen, W., van Leeuwen, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+photoacoustic+imaging+of+blood+vessels+with+a+pulsed+laser+diode%5BTitle%5D)+AND+%22Lasers+Med+Sci%22%5BJournal%5D)">In vivo photoacoustic imaging of blood vessels with a pulsed laser diode.</a> Lasers Med Sci. 21 (3), 134-139 (2006).</li>
<li>Daoudi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Handheld+probe+integrating+laser+diode+and+ultrasound+transducer+array+for+ultrasound%2Fphotoacoustic+dual+modality+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Express%22%5BJournal%5D)">Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging.</a> Opt Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).</li>
<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2057-1976/1/4/045010/pdf">Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues.</a> Biomed Phys Eng Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).</li>
<li><a target="_blank" href="https://www.amazon.com/American-National-Standard-Safe-Lasers/dp/091203565X">American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1-2000</a>. , American National Standards Institute, Inc. New York, NY. (2000).</li>
</ol>

Yazarların el yazmasıyla ilgili herhangi bir mali çıkarları yoktur ve açığa çıkacak diğer olası çıkar çatışmaları yoktur.

Bu çalışma, PLD-PAT sistemi kullanılarak sıçanlarda in vivo beyin görüntülemenin gerçekleştirilmesi için bir protokol sunmaktadır. Protokol, sıçanlar üzerinde beyin görüntülemesinin yanı sıra görüntüleme sisteminin ve hizalamasının ayrıntılı bir tasvirini de içerir. Mevcut OPO tabanlı PAT sistemleri pahalıdır ve hantaldır ve 5-10 dakikada bir kesitsel görüntü sağlayabilir. PLD-PAT sistemi kompakt, taşınabilir ve düşük maliyetlidir ve 3 s&#39;de kaliteli görüntüler sağlayabilir. Sistemin performansı daha önce fa...

<html> Fotoakustik tomografi (PAT), klinik ve preklinik çalışmalarda 1 , 2 , 3 , 4 , 5 birçok uygulamaya sahip olan bir hibrid görüntüleme yöntemidir. PAT&#39;de nanosaniye lazer darbeleri biyolojik dokuyu ışınlar. Olay ışığının doku kromoforları tarafından absorbe edilmesi lokal bir sıcaklık artışı ile sonuçlanır ve bu da daha sonra ses dalgaları şeklinde yayılan basınç dalgalarına yol açar. Bir ultrason dedektörü, fotoakustik sinyalleri numunenin etrafındaki çeşitli konumlarda toplar. Fotakustik (PA) sinyaller, fotoakustik görüntüyü üretmek için çeşitli algoritmalar (gecikmeli-ve-toplam algoritması gibi) kullanılarak yeniden oluşturulmuştur. Bu hibrid görüntüleme modeli, yüksek çözünürlüklü, derin doku görüntüleme ve yüksek optik absorpsiyon kontrastı sunar 7 ,Class = &quot;xref&quot;&gt; 8. Son zamanlarda, tavuk göğsü dokusunda ~ 12 cm&#39;lik bir görüntüleme derinliği 9 daha uzun bir dalga boyu (~ 1.064 nm) ve fosfor ftalosiyanin denilen eksojen bir kontrast ajan yardımıyla elde edildi. Bu derinlik hassasiyeti, konfokal flüoresan mikroskopisi, iki fotonlu floresan mikroskopisi, 10 optik koherens tomografi, 11 vb. Gibi diğer optik yöntemlerin derinlik hassasiyetinden çok daha yüksektir. PAT birden fazla dalga boyunu kullanarak, organlarda yapısal ve işlevsel değişiklikler gösterebilir . Birçok insan hastalığı için, küçük hayvan modelleri iyi kurulmuş 12 , 13 , 14 , 15 . Küçük hayvanların görüntülenmesi için çeşitli yöntemler gösterilmiştir. Bütün bu yaklaşımlardan, yukarıda belirtilen avantajlar nedeniyle PA görüntüleme çok hızlı bir şekilde dikkat çekti. PAT 4 , 16 , 17 , 18 küçük hayvanların doku ve organlarında ( yani kalp, akciğerler, karaciğer, gözler, dalak, beyin, deri, omurilik, böbrek vb. ) Kan damarlarını görüntüleme potansiyelini göstermiştir. PAT küçük hayvanlarda beyin görüntülemede iyi kurulmuş bir yöntemdir. PA dalgaları, kromoforların ışığı absorbe etmesi nedeniyle üretildiğinden, çoklu dalga boyundaki PAT, toplam hemoglobin konsantrasyonunun (HbT) ve oksijen doyumunun (SO 2 ) 19 , 20 , 21 , 22 haritalamasına izin verir. Beyin nörovasküler görüntüleme, ekzojen kontrast madde 12 , 23 , 24 yardımıyla sağlandı. PA modalitesi, beyin sağlığını daha iyi anlamak için aşağıdaki yöntemlerle yardımcı olabilir:Moleküler ve genetik seviyelerde bilgi sağlama. Küçük hayvansal görüntüleme için Nd: YAG / OPO lazerler PAT uyarma kaynakları olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu lazerler, ~ 10 Hz tekrarlama oranı 25 ile ~ 5 ns yakın kızılötesi darbeler (OPO çıkış penceresinde ~ 100 mJ) sağlarlar. Bu tür lazerlerle donatılmış PA sistemi pahalıdır ve hacimlidir ve lazer kaynağının düşük tekrarlama oranına bağlı olarak tek elemanlı ultrason transdüserleri (UST) ile düşük hızlı görüntüleme yapılmasına izin verir. Bu tür PA sistemlerinde tipik bir A hattı edinme süresi kesit başına ~ 5 dakika sürmektedir 25 . Böyle uzun bir ölçüm süresine sahip bir görüntüleme sistemi, küçük gövde görüntüleme için ideal değildir, çünkü tam vücut görüntüleme, zaman çözünür fonksiyonel görüntüleme vb . Fizyolojik parametrelerin kontrol edilmesi zordur. Birden çok tek elemanlı UST&#39;leri kabul ederek dizi Tabanlı UST&#39;ler veya yüksek tekrarlama hızı lazer ile PA görüntüleme hızını artırmak mümkündürsistemleri. Numunenin etrafındaki tüm PA sinyallerinin toplanması için yalnızca tek elemanlı bir UST kullanılması sistemin görüntüleme hızını sınırlar. Yüksek hızda, oldukça hassas görüntüleme teknikleri için dairesel veya yarı dairesel geometride düzenlenmiş çoklu tek elemanlı UST&#39;ler gösterilmektedir. Doğrusal, yarı dairesel, dairesel ve hacimsel diziler gibi dizi tabanlı UST&#39;ler 26 , gerçek zamanlı görüntüleme 1 için başarıyla kullanılmıştır. Bu dizi tabanlı UST&#39;ler görüntüleme hızını artıracak ve ölçüm duyarlılığını düşürecek, ancak pahalı. Bununla birlikte, dizi tabanlı UST&#39;leri kullanan PA sistemlerinin görüntüleme hızı hala lazer tekrar hızı yüzünden sınırlıdır. Darbeli lazer teknolojisi, yüksek tekrarlama hızı darbeli lazer diyotları (PLD&#39;ler) üretmek için geliştirildi. 7.000 kare / s Klinik bir ultrason platformu kullanan PLD&#39;lerde B-tarama fotoakustiksel görüntüleme gösterildi 27 . Bu tür PLD&#39;ler, görüntüleme hızını artırabilir.E PAT sistemi, tek elemanlı UST dairesel tarama geometrisi ile bile. Tek elemanlı UST&#39;ler, dizi tabanlı UST&#39;lerin aksine daha ucuz ve oldukça hassasdır. Son on yılda PA görüntüleme için uyarı kaynağı olarak yüksek tekrarlama hızı PLD&#39;lerin kullanımı hakkında çok az araştırma yapıldı. Fantomların PA görüntülemesi için fiber tabanlı bir yakın kızılötesi PLD gösterildi 28 . İnsan cildinin ~ 1 mm derinliklerinde kan damarlarının in vivo görüntülemesi, düşük enerjili PLD&#39;ler 29 kullanılarak gösterildi. Bir PLD tabanlı optik çözünürlüklü fotoakustiksel mikroskop (ORPAM) bildirildi. PLD&#39;leri kullanarak 0.43 Hz&#39;lik bir kare hızında ~ 1.5 cm&#39;lik derin görüntüleme gösterildi 30 . Kısa süre önce ~ 3 s kadar kısa bir sürede ve biyolojik dokuda 25 cm görüntü derinliğinde görüntü sağladığı bildirilen bir PLD-PAT sistemi bildirildi. Bu çalışma, düşük maliyetli, kompakt bir sistemin yüksek kaliteyi sağlayabileceğini kanıtladı.Yüksek hızda bile görüntüler. PLD-PAT sistemi, yüksek kare hızı (7.000 fps) fotoakustik görüntüleme, yüzeysel kan damarı görüntüleme, parmak eklem görüntüleme, 2 cm derinliğinde doku görüntüleme, küçük hayvan beyin görüntüleme, vb. Için kullanılabilir. Tek dalga boyu ve PLD&#39;den düşük darbeli enerji darbeleri, çoklu-spektral ve derin doku görüntüleme uygulamasını sınırlar. Deneyler, klinik öncesi uygulamalar için kullanılan aynı PLD-PAT sistemini kullanarak küçük hayvanlar üzerinde gerçekleştirildi. Bu çalışmanın amacı, küçük hayvanlarda in vivo 2D kesitsel beyin görüntülemesi için PLD-PAT sisteminin görselleştirilmiş deneysel gösterimini sağlamaktır.

<table><tbody><tr><td>Darbeli lazer diyot</td><td>Quantel, Fransa</td><td>QD-Q1910-SA-TEC</td><td>803 nm, darbe başına 1.4 mJ, 136 ns darbe, maksimum 7 kHz, boyutlar: 11.0 x 6.0 x 3.6 cm, ağırlık: ~150 gm</td></tr><tr><td>Şanzımanlı step motor</td><td>LIN Mühendislik (Servo Dinamik)</td><td>Motor: CO-5718-01P, Şanzıman: DPL64/1, NEMA 23 için I = 10; güç kaynağı PW100-48</td><td>Dedektör tutucuyu dairesel bir geometride hareket ettirmek için. Tork: 2.08 N-m, Rotor ataleti: 2.6 kg-cm2</td></tr><tr><td>Ultrasonik pulser/alıcı</td><td>Olympus</td><td>5072PR</td><td>UST'den PA sinyalini almak, filtrelemek ve yükseltmek için. Bant genişliği 35 MHz'dir ve kazancı &plusmn'dir; 59 dB'dir.</td></tr><tr><td>Ultrason Dönüştürücü</td><td>Olympus</td><td>V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069</td><td>Fotoakustik algılama için kullanılan ultrasonik sensörler. Merkezi frekans 2,25 MHz, 0,5 inç, Silindirik odak 1,9 inç</td></tr><tr><td>PCIe DAQ (Veri toplama) Kartı</td><td>GaGe</td><td>CSE4227/ A6000610/B0E00610</td><td>12 bit, 100 Ms/s, 2 kanal, 1 Gs yerleşik bellek, PCIe x16 arabirimi</td></tr><tr><td>Rats</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapur</td><td>NTac:SD, Sprague Dawley / SD</td><td>Dişi, ağırlık 100 &plusmn; 10g</td></tr><tr><td>Akrilik su deposu ve nbsp;</td><td>NTU atölyesi</td><td>Özel yapım</td><td>Beyin ve dedektör arasında akustik bir bağlantı ortamı görevi gören suyu içerir</td></tr><tr><td>Dairesel Tarayıcı&nbsp;</td><td>NTU atölyesi</td><td>Ismarlama</td><td>Tarayıcı Alluminum'dan yapılmıştır ve nbsp;</td></tr><tr><td>Anestezik Makinesi</td><td>medikal plus pte ltd</td><td>Oksijen konsantratörlü Solunmayan Anestezi makinesi.</td><td>Hayvana oksijen ve izofluran sağlar</td></tr><tr><td>Nabız Oksimetresi taşınabilir</td><td>Medtronic</td><td>PM10N veteriner sensörlü</td><td>Hayvanın nabız oksimetrisini izler</td></tr><tr><td>Ultrason jeli</td><td>İlerleme / parker acquasonic jel</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>Şeffaf ultrason jeli</td></tr><tr><td>Veri toplama yazılımı</td><td>National Instruments Corporation, Austin, TX, ABD)</td> <td>NI LabVIEW 2015 SP1</td><td>Laboratuvarımızda step motorun kontrolü ve dedektörden PA sinyallerinin alınması için LabVIEW tabanlı bir program geliştirilmiştir</td></tr>. <tr><td>Veri işleme yazılımı</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>Matlab R2012b</td><td>PA görüntülerinin yeniden yapılandırılması için Matlab kodu laboratuvarımızda geliştirilmiştir</td></tr><tr><td>.</td><td>LaridTech, MO, ABD</td><td>MTTC1410</td><td>PLD'nin sıcaklığını sürekli olarak kontrol edecektir.</td></tr><tr><td>12 V güç kaynağı&nbsp;</td><td>Voltcraft&nbsp;</td><td>PPS-11810</td> PLD Değişken güç kaynağı <td>için çalışma voltajı sağlamak için</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>BASETech</td><td>BT-153</td><td>Lazer çıkış gücünü değiştirmek için</td></tr><tr><td>İşlev jeneratörü&nbsp;</td><td>Funktionsgenerator</td><td>FG250D</td><td>PLD'nin tekrarlama oranını değiştirmek için. DAQ'yu lazer uyarımı ile senkronize etmek için TTL sinyali sağlayacaktır.</td></tr><tr><td>Hayvan distribütörü</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapur</td><td>Araştırma amaçlı küçük hayvanlar tedarik eden hayvan</td><td></td> distribütörü.</tr><tr><td>Hayvan tutucu</td><td>NTU atölyesi</td><td>Ismarlama</td><td>Hayvanı karnında tutmak için kullanılır</td></tr><tr><td>Solunum maskesi</td><td>NTU atölyesi</td><td>Ismarlama</td><td>Hayvana anestezi karışımı sağlamak için hayvan tutucu ile birlikte kullanılır</td></tr><tr><td>Pentobarbital sodyum</td><td>Valabarb</td><td></td><td>Son kullanma tarihinden sonra hayvana ötenazi yapmak için kullanılır.</td></tr><tr><td>Optik difüzör</td><td>Thorlabs</td><td>DG10-1500</td><td>Lazer ışınını homojen hale getirmek için kullanılır</td></tr></tbody></table>

için yüksek performanslı bir kompakt fotoakustik tomografi sistemi<emin vivo</em&gt; küçük hayvanlı beyin görüntüleme

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

In vivo küçük hayvan görüntüleme, klinik öncesi araştırmalarda oynamak için önemli bir role sahiptir. Fotoakustik tomografi (PAT) hem preklinik hem de klinik uygulamalar için büyük potansiyel gösteren gelişmekte olan bir hibrid görüntüleme modalitesidir. Konvansiyonel optik parametrik osilatör tabanlı PAT (OPO-PAT) sistemleri hantal ve pahalıdır ve yüksek hızlı görüntüleme sağlayamaz. Kısa süre önce PAT için alternatif bir uyarma kaynağı olarak darbeli lazer diyotlar (PLD&#39;ler) başarıyla gösterildi. Foto akustik fantomlar ve biyolojik dokulardaki yüksek hızlı görüntüleme için Darbeli Lazer Diyot PAT (PLD-PAT) başarıyla gösterildi. Bu çalışma PLD-PAT kullanılarak in vivo beyin görüntüleme için görselleştirilmiş bir deney protokolü sağlar. Protokol, kompakt PLD-PAT sistem konfigürasyonunu ve açıklamasını, beyin görüntüleme için hayvan hazırlığını ve 2D kesitsel sıçan beyin görüntüleme için tipik bir deneysel prosedürü içerir. PLD-PAT sistemi kompakt ve masrafsızFektif ve yüksek hızlı, yüksek kaliteli görüntüleme sağlayabilir. Çeşitli tarama hızlarında in vivo toplanan beyin görüntüleri sunulmuştur.

Tarif edilen PLD-PAT sisteminin yeteneklerini gösteren in vivo beyin görüntüleme sonuçları bu bölümde sergilenmektedir. PLD-PAT sisteminin yüksek hızlı görüntüleme yeteneklerini göstermek için, iki farklı sağlıklı sıçanın in vivo beyin görüntülemesi yapıldı. Şekil 2 , çeşitli tarama hızlarında bir dişi sıçanın (93 g) beyin görüntülerini göstermektedir. Şekil 2a ve b, sıçan beyninin beyin bölgesinden kafa derisi...

Küçük hayvanlarda hızlı in vivo beyin görüntüleme için kompakt darbeli lazer diyot tabanlı bir fotoakustik tomografi (PLD-PAT) sistemi gösterilmiştir.

Için yüksek performanslı bir Kompakt Fotoakustik Tomografi Sistemi<emIn vivo</em&gt; Küçük Hayvanlı Beyin Görüntüleme

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality ...

Bu prosedürün genel amacı, küçük hayvanların in vivo beyin görüntülemesi için düşük maliyetli, kompakt bir fotoakustik sistemin performansını göstermektir. Fotoakustik tomografi veya PAT, ışık ve sesi birleştiren hibrit bir görüntüleme yöntemidir. PAT, organlardan organellere kadar in vivo derin doku görüntülemesini çok yüksek optik kontrastla sunar.Bu çalışma, sıçanlarda in vivo kesitsel beyin görüntüleme için kompakt, yüksek hızlı, impuls lazer diyot tabanlı bir fotoakustik tomografi sistemini sunmaktadır. Prosedür; laboratuvarımızdan araştırma görevlisi Dr. Paul Kumar Upputuri, doktora öğrencisi Sandeep Kumar Kalva ve proje sorumlusu Vijitha Periyasamy tarafından gösterilecektir. Sistem hazırlığına başlamak için, dairesel tarayıcı düzeneğine monte edilmiş impuls lazer diyotu açın.Tekrar hızını 7.000 Hertz olarak ayarlamak için lazer sürücü ünitesini kullanın. 1,42 milijoule darbe enerjisi elde etmek için lazer güç kaynağını 3,1 volt değerine ayarlayın. Ardından, odaklanmış bir ultrasonik daldırma transdüserini bir darbeleyici-alıcı ünitesine bağlayın.Transduseri, dairesel tarama plakasının altındaki tutucusuna, transduser plakanın merkezine bakacak şekilde monte edin. Tarama düz

a-high-performance-compact-photoacoustic-tomography-system-for-vivo

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Optik çözünürlüklü foto akustik mikroskobu (OR-PAM), görüntüleme optik soğurma yeteneğine sahip gelişmekte olan bir teknoloji...

Üç boyutlu optik çözünürlük foto akustik Mikroskopi

Diffüz floresans tomografi preklinik için yüksek boyunca nispeten düşük maliyetli ve potansiyel bir yaklaşım...

Kanser BİYOMARKÖRLERİN Yerelleştirme Küçük Hayvanlarda Bilgisayarlı Tomografi eşliğinde Zaman alanı Diffüz Floresans Tomografi

Kaynak: Upputuri, P. K.,  et al. In Vivo Küçük Hayvan Beyin Görüntüleme için Yüksek Performanslı Kompakt Fotoakustik Tomografi Sistemi. J. Vis. Uzm.  (2017)Bu video, fotoakustik tomografi kullanarak in vivo non-invaziv sıçan beyni görüntüleme protokolünü gösterir ve vasküler yapıları ve nörovasküler sağlığı görselleştirmek için 2D beyin görüntülerini yeniden oluşturmak için hazırlık, görüntüleme sistemi kurulumu ve veri toplamayı gösterir.

Fotoakustik Tomografi Kullanılarak Bir Sıçan Beyninin İn Vivo Görüntülenmesi

Burada, gerçek zamanlı olarak üç boyutlu fonksiyonel ve moleküler görüntüleme için yeni geliştirilmiş bir el tipi optoakustik (fotoakustik) sistemle görüntüleme için deneysel protokolün ayrıntılı bir tanımını sunuyoruz. Gösterilen güçlü performans ve çok yönlülük, optoakustik teknolojinin klinik öncesi araştırma ve klinik uygulamada yeni uygulama alanlarını tanımlayabilir.

Evrensel Real Time Derin Doku İnsan Anjiografi ve Fonksiyonel Preklinik Çalışmalar üç boyutlu Optoacoustic Görüntüleme Probe El

Bu çalışma, sıçan beyninde non-invaziv yüksek frekanslı ultrason ve fotoakustik tabanlı görüntüleme gerçekleştirmek, derin subkortikal bölgeleri ve vasküler modellerini verimli bir şekilde görselleştirmek için yeni bir protokolü açıklamaktadır.

Non-invaziv parankim, Vasküler ve Metabolik Yüksek frekanslı ultrason ve foto akustik Sıçan Derin Beyin Görüntüleme

Burada sığ derinlikte hem yüksek çözünürlüklü hem de in vivo aynı numunede düşük çözünürlüklü derin doku görüntülemeye muktedir anahtarlanabilir akustik çözünürlük (AR) ve optik çözünürlük (OR) fotoakustik mikroskopi (AR-OR-PAM) sistemi gösterilmiştir.

Için değiştirilebilir Akustik ve Optik Çözünürlük Fotoakustik Mikroskopi<emIn vivo</em&gt; Küçük Hayvan Kan Vaskülatür Görüntüleme

Klinik bir el photoacoustic görüntüleme sistemi gerçek zamanlı non-invaziv küçük hayvan görüntüleme için gösterilecektir.

Görüntüleme sistemi gerçek zamanlı Non-invaziv küçük hayvan görüntüleme için el klinik Photoacoustic

Geniş alan görüntüleme ve gerçek zamanlı görüntülemeyi entegre eden çift raster taramalı fotoakoustik görüntüleyici tasarlanmıştır.

Vasküler Görselleştirme için Çift Raster Taramalı Fotoakoustik Küçük Hayvan Görüntüleyici

Burada, küçük hayvanlar için yüksek çözünürlüklü pozitron emisyon tomografisi/bilgisayarlı tomografi kullanılarak kardiyak fonksiyon ve morfolojinin nicelleştirilmesi için deneysel bir görüntüleme protokolü sunulmaktadır. Hem fareler hem de sıçanlar, iki tür için bilgisayarlı tomografi kontrast maddelerinin farklı gereksinimlerini tartışarak göz önünde bulundurulur.

Yüksek Çözünürlüklü Kardiyak Pozitron Emisyon Tomografisi/Küçük Hayvanlar için Bilgisayarlı Tomografi

Bu çalışma, iskemik inmenin noninvaziv görüntülenmesi için multimodal ultrason tabanlı bir görüntüleme platformunun kullanımını göstermektedir. Bu sistem, fotoakustik görüntüleme yoluyla kan oksijenasyonunun ölçülmesine ve akustik anjiyografi ile beyindeki bozulmuş perfüzyonun ölçülmesine izin verir.

İskemik İnmenin Nonİnvaziv Tüm Beyin Görüntülemesi için Entegre Fotoakustik, Ultrason ve Anjiyografik Tomografi (PAUSAT)

Keşfedin kompakt fotoakustik tomografi sistemini sıçan beyni görüntüleme için. Bu yöntem, sinirbilim araştırmalarında yüksek optik kontrastlı derin doku görüntülemesi sağlar.

Için yüksek performanslı bir Kompakt Fotoakustik Tomografi Sistemi

Daha fazla video keşfet