Bioengineering
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基于脉冲激光二极管的桌面光声层析成像在大鼠皮质血管内监测染料的洗入和洗脱
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Summary May 30th, 2019
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基于平板脉冲激光二极管的桌面光声层析成像 (LDD-PAT) 系统被证明用于小动物皮质血管的高速动态体内成像。
Transcript
光声断层扫描学（PAT）是一种成像混合生物医学成像模式，结合了光学和超声波成像，用于监测小动物大脑的动态变化。这是一个经济高效的便携式高速成像系统，使用成像速度短到半秒。与桑迪普一起演示这个程序的将是博士生普拉文、研究员保罗博士和研究助理罗尼。
首先将所有单元件超声波传感器安装到每个传感器支架上，使每个声学反射器的表面朝向扫描区域的中心。使用连接电缆将每根传感器电缆连接到低噪声信号放大器。打开冷水机组的电源并打开冷水机组开关，将温度设置为 20 至 25 摄氏度。
打开低压电源，然后缓慢地将电流控制转动到 0.3 安培。将电压设置为 12 伏，并验证电流不超过 0.1 安培。打开高压电源，按预设按钮将电流设置为一安培，将电压设置为零伏特。
启用输出按钮并打开功能发生器的电源。按下召回按钮并选择两千赫的配置，以此重复速率生成激光脉冲。将丙烯酸罐放在扫描仪内，向水箱加注水，直到传感器的检测表面完全浸入。
然后打开低噪声信号放大器的电源。将麻醉大鼠放在工作台上的易发位置。在确认对手趾捏没有反应后，使用头发修剪器去除头皮上的毛皮。
轻轻涂抹脱毛霜，使用棉签将毛皮完全从裸露的皮肤中去除，在四到五分钟后取出霜。将软膏涂抹在动物的眼睛上，并在实验室插孔上安装装有呼吸面罩的定制动物支架。将大鼠放在支架上的易发位置，头部放在支架的水平平台上。
使用手术胶带将动物固定到支架上。将脉搏血小计夹住一个后肢，以监测其生理状况。使用棉尖施用器将一层无色超声波凝胶涂在头皮上。
然后将实验室插孔位置调整到扫描仪的中心。手动调整插孔的高度，使成像平面位于声学反射器的中心。在数据采集软件中为 360 度采集扫描设置参数后，使功能发生器的输出能够打开脉冲激光二极管激光发射。
缓慢地将可变高压电源的电压提高至 120 伏，实现每个脉冲能量的最大功率。运行数据采集软件程序，在四秒扫描时间中旋转所有八个传感器 360 度。禁用功能发生器的输出以关闭激光发射。
利用数据处理软件中的重建算法，利用背投影算法，通过试验和误差确定所有8个传感器的扫描半径。在 0.5 秒扫描时间上为 45 度采集设置数据采集软件中的参数。使功能发生器的输出打开激光发射。
运行数据采集软件程序，将所有八个传感器旋转 45 度以获取初始控制数据。禁用功能发生器的输出以关闭激光发射。接下来，在大鼠的尾静脉中注射0.3毫升的丁二氨酸绿色。
使功能发生器的输出打开激光发射。然后运行数据采集软件，在 45 度旋转的 0.5 秒扫描时间中获取 A 线。在采集结束时，使用背投影算法从保存的 A 线重建横截面脑图像。
在这里，从98克雌性大鼠的大脑图像，收集在4和0.5秒扫描速度显示。下垂鼻窦和转移鼻窦在这两个图像中清晰可见。照片显示了取出头皮之前和之后大鼠大脑的相同区域。
光声断层成像可以实现相同的可视化无创与皮肤和头骨完好无损。在此图中，可以观察到，由于一段时间内860纳米波长的影绿增加和随后减少的光听光信号，射手鼻窦中的平均光声信号增加。将 ICG 染料注射到动物的尾静脉中时，请格外小心。
这种低成本的桌面光声断层扫描系统可用于以0.5秒扫描速度进行高特殊分辨率的小型动物脑血管的动态成像。此成像系统的其他应用包括脑肿瘤成像、小动物不同器官的成像和其他治疗应用。
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