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红外主塔中图像血液和脂质的光声断层扫描
 

红外主塔中图像血液和脂质的光声断层扫描

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光声断层扫描,PAT,有时被称为光声断层扫描,是一种新兴的生物医学成像模式,利用光产生的声波从组织获取组成信息。

光声断层扫描(PAT)使用特定波长的光来成像组织的特定成分。这对于各种临床前和临床应用非常有用,例如监测基于脂质的疾病进展。

目前使用的成像技术在采集时间、穿透深度、有害对比剂的使用和成本方面受到固有的限制。另一方面,PAT是一种快速、非侵入性和无造影剂的技术,当与现有的成像模式(如超声波)相结合时,可以同时提供结构和成分信息。

本视频将说明振动PAT的基本原理和在小鼠中建立血液和脂质成像的方法。接下来,我们将演示如何将 VPAT 图像与超声波一起解释,然后介绍该技术的一些应用。

让我们首先讨论这种成像技术的基本原理。

在VPAT成像过程中,来自激光源的单波长光显示在感兴趣的区域。然后,这种光被生物组织中波长特定的化学键吸收。在VPAT中,被吸收的光使分子振动。

然后,一些振动能量转换为瞬态加热。这种热量的产生会导致局部组织的热弹性膨胀,从而产生超声波传播。这称为光声效果。超声波传感器对超声波的检测会产生特定于成分的断层图像。

从数学上讲,光诱导的声波P无由温度依赖的格鲁尼森参数伽玛、吸收系数mu a和局部光荧光F控制。因此,对于温度升高时,可以使用超声波传感器检测出 800-帕斯卡压力波。这种键选择光吸收允许用户通过调谐光的波长来瞄准各种生物成分。

例如,1,100 纳米光用于靶向血液,1,210 纳米光用于靶向脂质。此外,由于光被用来诱导声波传播,这种技术通常可用于成像比其他光学技术更深的结构,而无需造影剂或侵入性程序。

在回顾了VPAT的基础知识后,现在让我们看到一个示例,了解如何设置和执行VPAT来成像肾上腺蛋白E缺陷小鼠的肾上腺主数中的血液和脂质。

首先,获得必要的设备:Nd:YAG 脉冲光学参数振荡器激光器、超声系统、延迟发生器和连接到两条 BNC 电缆的 D 连接器。然后,将 Fire BNC 电缆连接到延迟发生器的端口 A,将 Q 开关连接到延迟发生器的端口 B。将 BNC 电缆的末端从端口 C 连接到超声波系统背面触发。

将端口 A、B 和 C 的延迟调整到此处列出的值。端口 A 和 B 应专门输出倒脉冲,端口 C 应输出正常脉冲。然后,将光纤电缆与激光对齐,并将光纤端连接到 40 兆赫超声波传感器的两侧。

现在,让我们演示如何为动物准备光声断层扫描。

首先,在击倒室中使用3%的除胶对一种缺乏蛋白的小鼠进行麻醉。一旦动物被麻醉,将鼠标移动到加热阶段,并固定鼻锥,以提供1至2%的异二苯。在动物的眼睛上涂抹眼睛润滑剂,防止角膜干燥。将老鼠的爪子贴在加热阶段的电极上,以监测动物的呼吸和心率。最后,插入直肠探头以监测体温。

接下来,通过涂抹脱毛霜,从动物的整个腹部去除头发。将超声波传感器放在动物的腹部,并找到肾上腺主塔。左肾静脉和主动脉三毛进入尾动脉是两个里程碑,这将有助于用户定位此区域。

要开始获取图像,请按 B 模式查看实时 B 模式图像。使用 2D 增益旋钮调整增益,并使用焦点区域和对焦深度旋钮调整增益。使用"深度偏移"、"图像宽度"和"图像深度"按钮调整图像宽度和深度。

在此之后,打开激光。按 PA 模式查看实时 B 模式和 PA 图像。使用 2D 增益旋钮调整 PA 增益,并调整屏幕上的 PA 窗口和颜色贴图。以1,100纳米光照射激光瞄准血液,然后以1,210纳米光瞄准脂质。

现在让我们回顾一下VPAT协议的结果,在体内进行脂质和血液特异性成像。

超声波成像允许获得有关肾上腺主塔的结构信息。这可用于更好地解释VPAT组合信息。具体来说,1,100纳米光对主动脉内的血液进行成像,而1,210纳米光成像皮下和围动脉脂肪的积累。

从这些图像中可以看出,皮下脂肪遵循皮肤的几何形状。然而,围动脉脂肪遵循主动脉的轮廓,血液信号来自主动脉内。

光声断层扫描可用于各种临床前和临床应用。

体内小动物成像在临床前研究中起着重要作用,光声断层扫描利用近红外光检测电子吸收,从而为神经生物学应用提供深层大脑特征的高分辨率成像。收集关于血红蛋白氧合、血管解剖学和血液通量的精确数据。这种内部脑成像信息可用于评估正常和病理性脑组织。

在血管医学中,对静脉和动脉进行可视化并评估其功能非常重要。光声断层扫描提供组合信息,将斑块描述为脆弱或稳定,从而有助于预测哪些斑块容易破裂,并可能导致心肌梗死或缺血性中风。

您刚刚观看了 JoVE 的光声断层扫描介绍。现在,您应该了解这种成像技术的基本原则,并能够对动物进行成像并解释结果。感谢您的收看!

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