살아있는 토끼 눈에 소설 Photoacoustic 현미경 및 광학 일관성 단층 촬영 듀얼 적임 Chorioretinal 이미징

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Summary

이 원고 소설 설정과 운영 photoacoustic 현미경와 토끼 같은 더 큰 동물의 비 침범 성, 레이블 없는 chorioretinal 이미징 광학 일관성 단층 촬영 듀얼 모달 시스템의 절차에 설명 합니다.

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Tian, C., Zhang, W., Nguyen, V. P., Wang, X., Paulus, Y. M. Novel Photoacoustic Microscopy and Optical Coherence Tomography Dual-modality Chorioretinal Imaging in Living Rabbit Eyes. J. Vis. Exp. (132), e57135, doi:10.3791/57135 (2018).

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Abstract

Photoacoustic 눈 이미징 신흥 이미징 기술을 음파에 빛 에너지를 변환 하 여 눈 조직을 시각화 noninvasively 수를 집중 조사를 받고 현재는 안과입니다. 그러나, 대부분 보고 날짜를 작업 작은 안구 크기 때문에 임상 인간의 번역에 대 한 도전 포즈는 쥐와 쥐, 작은 동물의 눈의 후부 세그먼트의 이미지에 초점을 맞추고. 이 원고는 소설 photoacoustic 현미경 (PAM) 토끼 같은 더 큰 동물의 눈의 뒤 세그먼트 이미징 광학 일관성 단층 촬영 (OCT) 듀얼-모달 시스템을 설명합니다. 시스템 구성, 시스템 맞춤, 동물 준비 및 듀얼-모달 실험 프로토콜 비보, 비 침범 성, 레이블 없는 chorioretinal 토끼에서 이미징에 대 한 자세히 나와 있습니다. 방법의 효과 망막과 안 맥 관 구조 팸과 10 월 여를 비롯 한 대표적인 실험 결과 통해 보여 줍니다. 이 원고는 토끼에서 이미징 결과 재현 하 고 더 큰 동물에 photoacoustic 눈 영상 발전에 실질적인 가이드를 제공 합니다.

Introduction

최근 수십 년간 생물 의학 photoacoustic 이미징1,2,3,,45,6,7 분야의 폭발적인 발전을 목격 했다 ,8. 소리에 빛의 에너지 변환에 따라 신흥 photoacoustic 이미징 organelles, 세포, 조직, 장기에서 작은 동물 몸 전체에 비늘에 생물 학적 샘플을 시각화 수 및 그것의 해부학을 밝힐 수 있다, 기능, 분자, 유전, 그리고 대사 정보1,2,9,10,,1112. Photoacoustic 이미징 생물 의학 분야, 세포 생물학13,14, 혈관 생물학15,16, 신경과17,18 범위에서 고유 응용 프로그램을 발견 했습니다. , 종양학19,20,,2122, 피부과23,24, 약리학 및 혈액학25,26. 안과, 즉, photoacoustic 눈에 그것의 응용 프로그램 이미징, 과학자와 임상 모두에서 상당한 관심을 모으고 있다 고 현재 활성 조사를 받고 있습니다.

달리 일상적으로 사용 하 눈 이미징 기술27, fluorescein angiography (FA)와 녹색 indocyanine 제품은 (ICGA) (형광 대비 기준), 광학 일관성 단층 촬영 (OCT) (광 산란 대비 기준) 그리고 그것의 파생 10 월 혈관 (혈액 세포의 모션 대비 기준), 대비 메커니즘으로 사용 하 여 광 흡수를 이미징 photoacoustic 안구. 이것은 기존의 눈 이미징 기술과 하 고 독특한 도구 눈 조직28의 병 태 생리 상태와 일반적으로 관련 된 눈의 광 흡수 속성을 공부를 제공 합니다. 현재까지, 중요 한 뛰어난 작품 photoacoustic29,30,31,32,33,,3435, 이미징 눈에서 완료 되었습니다. 36,37, 하지만이 연구는 쥐와 쥐 같은 작은 동물의 눈의 뒤 세그먼트에 초점. 선구적인 연구 잘 인 photoacoustic 이미징의 타당성을 설명 하지만 여전히 쥐 및 쥐의 안구 크기부터 기술의 임상 번역 쪽으로 갈 길이 훨씬 더 작은 (1/3 미만) 보다 인간. 때문에 크게 장거리 초음파 파도의 전파, 신호 강도 및 이미지 품질 이미징 큰 눈의 뒤 세그먼트에 대 한 기법을 사용 하는 경우 크게 고통을 수 있습니다.

이 목표를 향해 우리 최근 보고 비 침범 성, 살아있는 토끼를 사용 하 여 레이블 무료 chorioretinal 이미징 통합 photoacoustic 현미경 (PAM) 및 스펙트럼 도메인 OCT (SD-10 월)38. 시스템 우수한 성능을 있으며 망막과 맥락 막 생 흡수 및 산란 대비 안구 조직에 따라 더 큰 동물의 눈의 시각화 수 있습니다. 토끼에서 예비 결과 PAM noninvasively 개별 망막과 안 혈관 레이저 노출 복용량을 사용 하 여를 구별할 수 있는 표시 (~ 80 뉴저지) 미국 국립 표준 협회 (ANSI) 안전 한계 이하로 크게 (160 뉴저지) 570에 nm39; 그리고 다른 망막, 맥락 막, 레이어와 sclera OCT 해결 명확 하 게 수 있습니다. PAM을 사용 하 여 더 큰 동물의 후부 세그먼트 영상의 첫 데모 이며 토끼 (18.1 m m)40 의 안구 크기의 축 길이의 거의 80%는 고려 기술의 임상 번역을 향한 큰 걸음이 될 수도 있습니다. 인간 (23.9 m m)입니다.

이 작품에서 우리는 이중 적임 이미징 시스템 및 비 침 투, 레이블 없는 chorioretinal 이미징 생활 토끼에 사용 되는 실험 프로토콜에 대 한 자세한 설명을 제공 하 고 대표 망막을 통해 시스템 성능을 입증 하 고 안 이미징 결과입니다.

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Protocol

토끼는 미국 농 무부 (USDA) 종 덮여 있습니다. 엄격한 규정에 따라 생물 의학 연구에 사용 해야 합니다. 모든 토끼 실험 대학 실험실 동물 프로토콜 승인 후 안과 및 비전 연구, 동물의 사용을 위한 ARVO (비전 및 안 과학에 있는 연구를 위한 협회) 문을 따라 수행 했다 위원회 및 동물 (UCUCA) 미시간 대학 (프로토콜 PRO00006486, PI Yannis Paulus)의 사용에.

1. 시스템 구성

  1. Photoacoustic 현미경 (팸)
    1. 맥 박 반복 비율 1 kHz, 펄스 기간 3-6 ns 및 가변 파장 범위 405-2600 nm와 같은 옵티컬 파라메트릭 발진기 (OPO) 레이저를 사용 하 여 PAM. 선택 적절 한 기술 사양 광원으로 다이오드 펌프 고체 레이저에 의해 펌핑.
    2. 570에서 레이저에서 emanating 빔 반영 nm (M1 및 m 2), 두 개의 거울에 의해 반 파 판 감쇄 기 동력된 회전 무대, 그리고 마지막으로 초점, 필터에 통과 그리고 빔 겨냥 틀 (그림 1)에 의해 그것을 당기기. 빔 겨냥 틀의 디자인을 최적화 합니다. 빔 겨냥 틀의 예제 구성 포함 초점 렌즈 L1 (초점 길이 250 m m), 작은 구멍 (직경 50 µ m), 및 collimating 렌즈 L2 (초점 거리 30 m m).
    3. 90/10 (반사/전송)의 분할 비율로 조명을된 빔 빔 스플리터 (BS1) 나눕니다. 펄스 대 펄스 레이저 에너지 모니터링에 대 한 광다이오드에 의해 전송 된 부분을 기록 합니다. 연속적으로 편향 거울 (M3)와 dichroic 거울 (DM) 및 래스터 스캔에 의해 반사 된 부분 2 차원 검 류 계를 사용 하 여. 검 류 계는 공유 구성 요소 스펙트럼 도메인 (SD)-10 월 시스템 (아래 설명 참조).
    4. 망원경을 통해 스캔 한 빔 스캔 렌즈의 구성 제공 (초점 거리 36 m m)와 안과 렌즈 (OL, 초점 거리 10 m m) 마지막으로 토끼 눈 광학에 의해는 저에 그것을 집중.
    5. 적절 한 기술 사양, 예를 들어 중심 주파수와 바늘 모양의 초음파 트랜스듀서를 선택 27 MHz, 양방향 −6 dB 대역폭 60%. 흥분된 photoacoustic 신호를 잡으려고 중앙 시각적인 축에서 결 막 접촉 장소.
    6. 초음파 증폭기를 사용 하 여 신호를 증폭 (예를 들어 57 dB 이득), 저역 통과 필터에 의해 필터링 (예, 차단 주파수 32 m h z), 200 MS/s의 샘플링 속도 고속 디지타이저에 의해 디지털화 하 고.
    7. 파워 미터 위의 토끼 눈 고 ANSI 안전 아래 계속 토끼 각 막에 레이저 펄스 에너지 측정 장소 제한 160 570 nm38에서 뉴저지. 빔 레이저 셔터 동기화 전자 통해 Matlab에서 제어를 사용 하 여 레이저 노출 과도 피하기 위해 차단.
    8. 레이저, 검 류 계, 데이터 수집 (DAQ) 보드를 통해 디지타이저를 동기화 합니다. Matlab에서 시스템 제어 및 데이터 수집에 대 한 소프트웨어 프로그램.
  2. 스펙트럼-도메인 광학 일관성 단층 촬영 (SD-10 월)
    1. 참고 팔 (그림 1)에 안과 렌즈 (OL) 검사 렌즈 (SL) 후와 조각 분산 보상 유리 (DCG)를 추가 하 여 상업적으로 사용 가능한 시스템에 따라 SD 10 월 시스템을 적응. 수정은 OCT 시스템 토끼 눈의 뒤 세그먼트를 상상할 수 있습니다.
    2. 샘플 팔의 광학 경로 길이와 일치를 보장 하기 위해 참조 팔의 길이 조정 하는 튜브 주택 확대를 사용 합니다. 최대 이미지 대비를 달성 하기 위해 토끼 안구 내부에서 빛의 강도 다시 흩어져와 일치를 보장 하기 위해 참조 복고풍 반영 빛의 강도 제어 하는 조리개를 사용 합니다.
    3. 전 하 결합 소자 (CCD) 카메라는 조명 발광 다이오드 (LED)는 외부 조명 원본으로와 토끼 저의 실시간 시각화를 위한 스캔 머리에 캡슐화를 사용 합니다.

2. 시스템 맞춤

  1. 초기화는 검 류 계의 위치와 섬유 겨냥 틀 산과 beamsplitter 큐브의 나사를 조정 하 여 OCT 시스템을 맞춥니다.
    참고: 단계별 절차 상업적으로 인수 10 월 시스템의 설명서에서 사용할 수 있으며 여기 적용 되지 않습니다. 이 단계는 주로 섬유 겨냥 틀, 참조 팔, 그리고 OCT 시스템의 성능을 최대화 하기 위해 스캔 렌즈의 올바른 정렬입니다.
  2. 공간적으로 레이저 광선을 필터링 하 여 극대 레이저 에너지를 전송 초점 렌즈의 초점 주위 pinhole의 x, yz 위치를 조정 합니다. 전후에 그들은 동일을 높이 측정 도구를 사용 하 여 핀 홀 레이저 광선의 높이 확인 합니다.
  3. 편심, 기울기 및 collimating 렌즈 l 2 필터링 된 빔 당기기에 z 위치를 조정 합니다. 빔에 대략 같은 크기와 높이 근처 필드와 끝 필드에서 관찰 될 때.
  4. 공동 축방향 결합 팸 레이저 빔 OCT 광선 미러와 DM의 경사를 조정 하 여. 이 단계 후 팸 레이저와 10 월 빛 완벽 하 게 일치 해야 하 고 토끼 저 스캔 영역 같습니다.
  5. 기울기를 조정 및 올바르게 광학 경로에 정렬 OL 렌즈의 편심. 완료 되 면, 이중 적임 시스템은 이미징에 대 한 준비.
    참고: 하나 사용할 수 자동 준 방법이를 위해, 즉, 가벼운 사건으로 같은 길을 따라 다시가 되도록 OL 렌즈 표면에 의해 다시 반영 하는 빛을 확인.

3. 토끼 준비

  1. 동물 시설 및 몸 무게와 동물 번호 기록 개인정보에서 뉴질랜드 화이트 토끼를 가져가 라.
  2. 바디 지원 및 이미징 시스템 아래 광학 테이블에 머리 지원을 포함 한 토끼 플랫폼을 탑재 합니다. 물 순환 난방 담요를 몸에 지원에 넣고 순환 물 온도를 38 ° C의 실험 및 복구 하는 동안 따뜻한 토끼의 체온을 유지할 수 있도록 설정.
  3. 사전 절차 생체 기록 전체 동물 상태, 점 막, 심장 박동, 호흡 속도, 색상과 직장 온도 포함 하 여. 케 타 민 (40 mg/kg)와 근육 (IM) 주사를 통해 xylazine (5 mg/kg)의 혼합물으로 토끼를 anesthetize 하 고 마 취 제 (일정 III 물질)의 사용을 기록 합니다. 마 취 수준 그것의 심장 박동, 호흡 속도, 및 전반적인 상태를 확인 하 여 확인 합니다.
  4. 각 Tropicamide 1% 안과 및 안과 phenylephrine 염 2.5%의 한 방울을 사용 하 여 토끼 눈동자 같은데요
  5. 검 경을 사용 하 여 개최 하는 눈 꺼 풀 방식의 고 방울 눈 각 막 축 축 하 게 윤 활 유를 적용. 국 소 Tetracaine의 한 방울 한 방울 씩 이미징 절차 전에 눈에 0.5%.
    참고: 프로시저에 대 한 더 이상 동물을 가능한 불편 절차, 제공 토끼 동물 편안 함을 보장 하기 위해 실험 전에 meloxicam의 피하 주사를 합니다.

4. SD 10 월 영상

  1. 임상 저 카메라의 이미징 플랫폼에 토끼를 전송 고 50도 저, 무료, 빨강과 autofluorescence 이미지 이미징 세션 10 월 전에. 눈의 광학 투명도 확인 하 고 저 그릇 형태와, 시 신경 등 골 수 광선 망막 맥 관 구조를 인식할 수 있습니다.
  2. OCT 시스템의 플랫폼에 토끼를 전송 하 고 약 하나 OL 아래 눈의 위치를 그것의 자세를 조정 합니다. LED 빛을 사용 하 여 눈을 밝게.
    참고: 기술의 임상 번역을 촉진 하기 위하여 토끼 눈은 하지 안정 다른 방법을 사용 하 여 그리고 토끼 머리는 그냥 어떤 고정 없이 머리 지원에.
  3. 10 월 소프트웨어 열고는 저의 CCD 카메라 이미지를 먼저 확인 합니다. 정밀 하 게 높이 헤드 지원 카메라의와 같은 안 혈관과 망막 혈관, 시야 (FOV) 내의 관심사 (ROIs)의 영역을 보장 하기 위해 필요한 경우의 각도 조정 합니다.
    참고: 경우 토끼가 좋은 마 취 수준에서 하나의 순차 이미징 세션 지난 수 있습니다 만큼 토끼 머리를 다시 조정 하는 필요 없이 10 분.
  4. 관심의 10 월 B-스캔을 대표 하 고 검색 시작에 직선을 그립니다. OCT 이미지를 시각화 하 고 선명한 이미지를 얻을 10 월 소프트웨어에서 분산 보상 요소 최적화 참조 팔 길이 조정 합니다.
    참고: 참조 팔 길이 조정 하는 경우 두 개의 미러 10 월 이미지 표시 됩니다 다른 후 하나. 올바른 이미지 저 해부학의 사전 지식에 따라 구별 될 수 있습니다.
  5. 픽셀 및 평균, 수 등 데이터 수집 매개 변수를 설정 하 고 이미지를 저장 합니다.
  6. 호흡 속도 심장 박동 마 취 수준 및 동물을 추정 하는 토끼의 편안 함. 더 이상 세션에 대 한 보충 케 타 민 또는 흡입된 isoflurane의 1/3 복용량 필요할 때 마 취의 평면을 유지 하기 위해 endotracheal 삽 관 법, V-젤, 또는 얼굴 마스크 간주 수 있습니다.
  7. 각 막 표면 punctate 상피 각 막 표면 탈수를 방지 하는 실험 동안 2 분 마다 눈 속임으로 토끼 각 막을 헹 구 십시오. 모니터링 하 고 기록 동물 생체 매 15 분.

5입니다. 팸 영상

  1. 적절 한 레이저 안전 고글을 착용 하 고 오 포 레이저를 켭니다.
  2. PAM 제어 소프트웨어를 시작, 대상된 chromophores (헤모글로빈에 대 한예를 들어, 570 nm)의 흡수 봉우리의 레이저 파장을 조정, 검 류 계, 그리고 되도록 토끼 각 막 전에 모니터 레이저 에너지의 위치를 초기화 ANSI 안전 제한 이다입니다.
  3. 3 차원 (3D) 번역 단계에 초음파 트랜스듀서를 탑재 하 고는 저를 가리키는 토끼 결 접촉 트랜스듀서 팁의 위치. 더 나은 부부 변환기 팁과 토끼 결 막 눈 윤 활 유에의 한 방울을 사용 합니다.
  4. LED 조명 라이트를 켜고 Matlab 소프트웨어를 통해 토끼 저를 시각화.
  5. 설정 검색 투자 수익 (망막 혈관 또는 안 배) 센터와 실제 크기를 포함합니다. 레이저 셔터를 열고 광선의 B-스캔을 시작 합니다. 여 약 변환기 정렬, 검색된 photoacoustic 볼 수 있어야 하나는 오실로스코프에 신호. 그렇지 않은 경우에 각 막의 다른 영역을 스캔 또는 다른 눈에 전환 위의 프로세스를 반복 하 눈 위치를 약간 조정.
  6. 준수 검색된 photoacoustic 오실로스코프에 신호 및 전체 B-스캔에 따라 신호 강도 극대화 하기 위해 변환기 위치를 정밀 하 게 조정 합니다.
    참고: 때문에 제한 된 빔 폭, 초음파 변환기 일반적으로 작은 FOV41. 이 단계는 최종 팸 이미지의 배경 변조를 결정합니다. 부정합와 이미지 품질을 크게 저하 팸 이미지 유형이 다른 배경으로 이어질 것입니다.
  7. 데이터 수집 매개 변수를 설정 합니다. 이 포함 하는 픽셀 수 (., 256 × 256 픽셀), 샘플링 속도 (., 200 MS/s), 시간 지연. 데이터 수집을 시작 합니다. Matlab 소프트웨어 자동으로 시작 하 고 빔 레이저 노출 과도 피하기 위해 완료를 차단 하는 셔터를 닫을 때 레이저 광선을 통과 하는 셔터를 열 것 이다.
    참고: 레이저의 펄스 반복 속도 (1 kHz)에 의해 제한, 그것은 256 × 256 픽셀 이미지의 데이터 수집을 완료 약 1 분 걸립니다.
  8. 원시 데이터를 처리 하 고 체적 렌더링38팸 이미지 최대 강렬 투 상 (MIP)13 2 차원 (2D) 이나 3 차원에서 시각화.
  9. 초음파 변형기를 분리, 이온된 수를 사용 하 여 팁을 헹 구 고 다시 저장 케이스에 넣어.
  10. 저 카메라에 토끼를 전송 하 고 다시는 저를 검사 하십시오. 이 단계 이미징 세션 후는 저의 어떤 형태학 상 변화 있는지 여부를 확인 하는 데 도움이 됩니다.
  11. 각 막 표면 탈수와 각을 방지 하기 위해 실험 하는 동안 눈 속임과 토끼 각 막 마다 두 분을 씻어. 모니터링 하 고 기록 동물 생체 매 15 분.
    참고: 팸, 10 월, 그리고 저 세션 이미징 약 1 시간 소요.

6. 게시물 이미징

  1. 검사 후에 저 다시 저 카메라를 사용 하 여, V-젤 경우 연결을 분리 합니다. 눈 속임을 사용 하 여 눈을 씻어, flurbiprofen 안과 네오 마이 신 및 polymyxin B 황산 염 및 dexamethasone 안과 연 고를 적용 하 고 눈을 닫습니다.
  2. 복구 챔버에 물 순환 담요와 토끼를 전송. 빛에서 상자를 보호 하 고 토끼 깨어나면 자연스럽 게 될 때까지 기다립니다. 이 기간 동안 동물 생체 15 분 마다 모니터링 하 고 기록 유지 기록을 위해 동물 시설에는 복사본을 반환.
  3. 토끼를 일단은 활성, 경보 그리고 일반적으로, 동물 시설에 다시 그것을 전송. 급성 실험을 계획 하는 경우에, 안락사 안락사 솔루션을 사용 하 여 동물 (., Beuthanasia, 0.22 mL/kg, 한계 귀 정 맥에 주사)는 시체의 처분.
  4. 소프트웨어와 레이저 끄십시오. 광학 벤치를 청소.

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Representative Results

이중 적임 이미징 시스템 및 실험 프로토콜 성공적으로 테스트 되었습니다 4 뉴질랜드 백색 토끼를 사용 하 여 작성자의 실험실에. 다음 몇 가지 대표적인 결과를 보여줍니다.

그림 1 팸과 SD 10 월 듀얼 적임 이미징 시스템의 회로도 보여준다. 그것은 다음 모듈의 구성 된다: photoacoustic 라이트 소스, 가변 레이저 감쇄 기, 빔 겨냥 틀, 에너지 미터, 스캔 머리, photoacoustic 검색 및 수집 모듈, 10 월 단위 및 동기화 전자. 자세한 시스템 구성 섹션 1.1에 항목별로 있습니다.

그림 2 에서는 일반적인 이미징 결과 토끼 안 맥 관 구조 이중 적임 이미징 시스템을 사용 하 여 인수를 보여 줍니다. 그림 2 (a)는 안 혈관에 걸쳐 토끼 저의 대개 망막 혈관 골 수 광선에서 수감 되는 동안 보여주는 저 사진입니다. 그림 2 (b)는 저 사진에서 안 맥 관 구조를 보여주는 전형적인 팸 이미지. 안 혈관 고해상도 측면에서 구분 된 했다. 그림 2 (c)를 보면서 저 해부학 인수 10 월 B-스캔 이미지 이며 안 혈관의 존재를 확인 합니다. 망막, 맥락 막, 공 막 엔 축 고해상도 망막 안료 상피 (RPE) 레이어 아래 안 배와 구상 될 수 있었다.

그림 3 에서는 망막 맥 관 구조 이중 적임 이미징 시스템을 사용 하 여 인수 토끼의 일반적인 이미징 결과 보여 줍니다. 그림 3(a)3(b) 2D 성능 측정 및 팸, 각각 얻은 망막 혈관의 3D 체적 렌더링 있습니다. 그림 3 (c)는 3D 이미지의 직교 분할 영역을 보여줍니다. 결과 보여 PAM 또한 RPE 레이어 위에 거짓말, 개별 망막 혈관을 시각화 수 있는 그리고 망막 혈관과 안 배는 다른 깊이에 확인. 그림 3 (d) 개별 망막 혈관의 횡단면 및 신경 섬유 층 (NFL) 해당 10 월 B-스캔 이미지를 보여 줍니다.

Figure 1
그림 1. 통합된 photoacoustic 현미경 및 광학 일관성 단층 촬영 듀얼 적임 이미징 시스템의 구조도. 오 포: 옵티컬 파라메트릭 발진기; 학사: 빔 스플리터; PD: 포토 다이오드; M: 거울; DM: dichroic 거울; SL: 스캔 렌즈; OL: 안과 렌즈; SMF: 싱글 모드 섬유; DCG: 분산 보상 유리; CCD: 충전-결합 소자입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2. 토끼 안 혈관의 팸과 10 월 듀얼 적임 이미징. (a) 저 사진에는 안 배 (CVs)에 걸쳐 전체 저 이후 토끼는 merangiotic 동물 망막 혈관 (RVs) 골 수 광선에서 수감 되는 동안 보여주는. (CVs 보여주는 팸 고해상도 측면에서 CVs를 나타내는 수의 b) 팸 C-스캔 이미지. (c) 10 월 B-스캔 이미지 저와 안 배 축 위치 토끼의 해 부 구조를 보여주는. GCL: 신경 절 세포 층; INL: 안 핵 층; IPL: 내부 plexiform 레이어; ONL: 외부 핵 층; OPL: 외부 plexiform 레이어; 옴: 외부 제한 막; EZ: 둥글지 영역; MZ: myoid 영역; 운영 체제: 외부 세그먼트; BM, Bruch의 막; 오늘: interdigitation 영역38 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3토끼에서 망막 혈관의 팸과 10 월 듀얼 적임 이미징. (RVs와 CVs. PAM 이미지의 (b) 3 차원 체적 렌더링의 a) 팸 C-스캔 이미지. (RVs 및 CVs는 다른 깊이 보여주는 팸 이미지의 c) 2D 직교 분할 영역. (d) 10 월 B-스캔 이미지 보여주는 RVs, NFL, sclera38. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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Discussion

그대로 하 고 정기적으로 눈물 필름 높은-품질 저 이미지에 대 한 필수적입니다. 불규칙 하 고 악화 눈물 영화 이미지 품질42저하 크게 수 있습니다. 눈물 영화의 무결성을 유지 하 고 각 막 표면 punctate 각 방지, 기름칠을 각 막 눈 속임을 사용 하 여 매우 빈번 하 게, 약 2 분 마다 중요 하다. 눈의 불투명도 관한 질문이 있다면 슬릿 램프를 사용 하 고 fluorescein 스트립 각 막 상태를 확인 하기.

여러 가지 어려움은 특히 높은 주파수 구성 요소, 각 막의 탈수 및 광학 착오에 대 한 거리와 photoacoustic 신호 감쇄를 포함 하 여 더 큰 동물의 눈의 뒤 세그먼트 이미징 존재할 수 있습니다. Photoacoustic 신호 진폭은 일반적으로 전에 바늘 모양의 초음파 트랜스듀서에 의해 감지 되 고 상당한 감쇄를 경험 한다. 큰 안구 크기, 더 큰 감쇠. 토끼 (~18.1mm)의 안구 크기는 약 3 배 쥐 보다 크고 6 배 큰 쥐, 토끼 눈 영상 특히 어려운 게 보다. 달성 이미징 품질, 합리적인 작은 직경 (2 mm이이 연구에서 빔 겨냥 틀 후)와 조명을된 파면 (이상적으로 평면 파면) 레이저 광선은 선호 때문에 그것은 최소한의 내장 광학 착오에 의해 영향을 받을 것 이다는 각 막 및 망막에 잘 집중 될 수 있습니다. 이 점은 레이저 노출 복용량 감소 및 이미지 해상도 개선 중요 있습니다. 또한, 27 m h z의 중심 주파수 보다는 최대한 초음파 임을 나타내는 실험 결과 때문에 더 높은 중심 주파수 초음파 트랜스듀서는이 거리에서 신호.

10 월 동안 OCTA 확고 기술 눈의 해 부와 기능적인 화상 진 찰을 위해 병원에 사용 되는, 그들의 분자 이미징 기능 대비 메커니즘43인해 제한 됩니다. 팸은 신흥 눈 이미징 적임 기반 눈 조직의 광 흡수 대조 이다. 그것은 내 인 성 및 외 인 chromophores, 헤모글로빈, 멜 라 닌, 등 외부 관리 조 영제에 과민 하다입니다. 이 작품에서 혈관 구조를 시각화 팸의 많은 응용 프로그램 중 하나입니다. 다른 중요 한 애플리케이션으로 등 혈액 흐름 속도 감지, 헤모글로빈 농도 정량화, 산소 포화 매핑, 바이오 마커 시각화의 병 태 생리학을 연구 하는 중요 한 기능 및 분자 영상 망막 혈관 질환, 당뇨병 성 망막 증, 황 반 변성, 망막 정 맥 않기, 망막 동맥 않기, 낫 세포 망막, 그리고 몇 가지 이름이 추정된 눈 증후군을 포함 하 여 무수 한 또한, PAM polypoidal 안 vasculopathy, 중앙 액 chorioretinopathy, pachychoroid 질병, 그리고 안 neovascularization 등 몇 가지 안 질환의 연구에 적합 하 게 하는 10 월 보다 더 침투 깊이 있다. 이러한 관점에서 팸 10 월 유용한 보완 정보를 제공할 수 있을 수도 있습니다 그리고 나중에 눈 질병의 포괄적인 평가 주고 OCTA.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

이 작품은 국립 눈 연구소 4K12EY022299의 관대 한 지원에 의해 지원 되었다 (YMP), 싸움에 대 한 시력-국제 망막 연구 재단 FFS GIA16002 (YMP), 실명 방지 연구에서 무제한 부서 지원 및 미시간 대학 부 안과 고 비주얼 과학. 이 작품 비전 연구 국립 눈 연구소에서 P30 EY007003에 의해 투자를 위한 핵심 센터를 활용.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dual-modality imaging system
OPO laser Ekspla (Vilnius, Lithuania) NT-242
Beam attenuator Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AHWP10M-600
Motorized rotation stage Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) PRM1/MZ8
Motorized rotation stage controller Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) TDC001
Focusing lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AC254-250-B
Pinhole Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) P50S
Collimating lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AC127-030-B
Photodiode Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) PDA36A 
Laser shutter Vincent Associates Inc. (Toronto, Canada) LS6S2T0
Laser shutter driver Vincent Associates Inc. (Toronto, Canada) VCM-D1
Dichroic mirror Semrock, Inc. (Rochester, NY, USA) Di03-R785-t3-25×36
Scan lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) OCT-LK3-BB
Ophthalmic lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AC080-010-B-ML
Ultrasonic transducer Optosonic Inc. (Arcadia, CA, USA) Custom
Amplifier L3 Narda-MITEQ (Hauppauge, NY, USA) AU-1647
Band-pass filter Mini-Circuits (Brooklyn, NY, USA) BLP-30+
Digitizer DynamicSignals LLC (Lockport, IL, USA) PX1500-4 
Synchronization electronics National Instruments Corporation (Austin, TX, USA) USB-6353
OCT module Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) Ganymede-II-HR
Dispersion compensation glass Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) LSM03DC
Illumination LED light Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) MCWHF2 
Power meter Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) S121C 
Power meter interface Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) PM100USB 
Height measurement tool  Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) BHM1
Fundus camera Topcon Corporation (Tokyo, Japan)  TRC 50EX
Matlab MathWorks (Natick, MA, USA) 2017a
Oscilloscope Teledyne LeCroy (Chestnut Ridge, NY, USA) WaveJet 354T
Animal experiment
Water-circulating blanket Stryker Corporation (Kalamazoo, MI, USA) TP-700
Ketamine hydrochloride injection Par pharmaceutical, Inc. (Woodcliff Lake, NJ, USA) NDC code 42023-115-10
Xylazine hydrochloride VetOne (Boise, ID, USA) NDC code 13985-704-10
Tropicamide ophthalmic Akorn Pharmaceuticals Inc. (Lake Forest, IL, USA) NDC code 17478-102-12
Phenylephrine hydrochloride ophthalmic Paragon BioTeck, Inc. (Portland, OR, USA) NDC code 42702-102-15
Eye lubricant Hub Pharmaceuticals LLC (Rancho Cucamonga, CA, USA) NDC code 17238-610-15
Eyewash Altaire Pharmaceuticals, Inc. (Aquebogue, NY, USA) NDC code 59390-175-18
Tetracaine hydrochloride ophthalmic solution Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) NDC code 24208-920-64
Flurbiprofen sodium ophthalmic solution Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) NDC code 24208-314-25
Neomycin and Polymyxin B Sulfates and Dexamethasone Ophthalmic Ointment Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) NDC code 24208-795-35
Meloxicam injection Henry Schein Inc. (Queens, NY, USA) NDC code 11695-6925-1

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References

  1. Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic tomography: in vivo imaging from organelles to organs. Science. 335, (6075), 1458-1462 (2012).
  2. Beard, P. Biomedical photoacoustic imaging. Interface Focus. rsfs20110028 (2011).
  3. Taruttis, A., Ntziachristos, V. Advances in real-time multispectral optoacoustic imaging and its applications. Nat Photonics. 9, (4), 219-227 (2015).
  4. Tian, C., Xie, Z., Fabiilli, M. L., Wang, X. Imaging and sensing based on dual-pulse nonlinear photoacoustic contrast: a preliminary study on fatty liver. Opt Lett. 40, (10), 2253-2256 (2015).
  5. Tian, C., et al. Dual-pulse nonlinear photoacoustic technique: a practical investigation. Biomed Opt Express. 6, (8), 2923-2933 (2015).
  6. Tian, C., et al. Non-Contact Photoacoustic Imaging Using a Commercial Heterodyne Interferometer. IEEE Sens J. 16, (23), 8381-8388 (2016).
  7. Kim, K. H., et al. Air-coupled ultrasound detection using capillary-based optical ring resonators. Sci Rep. 7, 1 (2017).
  8. Feng, T., et al. Bone assessment via thermal photo-acoustic measurements. Opt Lett. 40, (8), 1721-1724 (2015).
  9. Chen, S. -L., Xie, Z., Carson, P. L., Wang, X., Guo, L. J. In vivo flow speed measurement of capillaries by photoacoustic correlation spectroscopy. Opt Lett. 36, (20), 4017-4019 (2011).
  10. Dean-Ben, X., Fehm, T. F., Razansky, D. Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time. J Vis Exp. (93), e51864 (2014).
  11. Galanzha, E. I., et al. In vivo magnetic enrichment and multiplex photoacoustic detection of circulating tumour cells. Nat Nanotechnol. 4, (12), 855-860 (2009).
  12. Xiang, L., Wang, B., Ji, L., Jiang, H. 4-D photoacoustic tomography. Sci Rep. 3, (2013).
  13. Tian, C., et al. Plasmonic nanoparticles with quantitatively controlled bioconjugation for photoacoustic imaging of live cancer cells. Adv Sci. 3, (12), (2016).
  14. Zhou, F., Wu, S., Yuan, Y., Chen, W. R., Xing, D. Mitochondria-Targeting Photoacoustic Therapy Using Single-Walled Carbon Nanotubes. Small. 8, (10), 1543-1550 (2012).
  15. Maslov, K., Zhang, H. F., Hu, S., Wang, L. V. Optical-resolution photoacoustic microscopy for in vivo imaging of single capillaries. Opt Lett. 33, (9), 929-931 (2008).
  16. Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy. J Vis Exp. (51), e2729 (2011).
  17. Yao, J., et al. High-speed label-free functional photoacoustic microscopy of mouse brain in action. Nat Methods. 12, (5), 407-410 (2015).
  18. Yang, X., Skrabalak, S. E., Li, Z. -Y., Xia, Y., Wang, L. V. Photoacoustic tomography of a rat cerebral cortex in vivo with au nanocages as an optical contrast agent. Nano Lett. 7, (12), 3798-3802 (2007).
  19. Agarwal, A., et al. Targeted gold nanorod contrast agent for prostate cancer detection by photoacoustic imaging. J Appl Phys. 102, (6), 064701 (2007).
  20. Zackrisson, S., van de Ven, S., Gambhir, S. Light in and sound out: emerging translational strategies for photoacoustic imaging. Cancer Res. 74, (4), 979-1004 (2014).
  21. Ermilov, S. A., et al. Laser optoacoustic imaging system for detection of breast cancer. J Biomed Opt. 14, (2), 024007 (2009).
  22. Mallidi, S., Luke, G. P., Emelianov, S. Photoacoustic imaging in cancer detection, diagnosis, and treatment guidance. Trends Biotechnol. 29, (5), 213-221 (2011).
  23. Zhang, H. F., Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging. Nat Biotechnol. 24, (7), 848 (2006).
  24. Keswani, R. K., et al. Repositioning Clofazimine as a Macrophage-Targeting Photoacoustic Contrast Agent. Sci Rep. 6, 23528 (2016).
  25. Strohm, E. M., Berndl, E. S., Kolios, M. C. Probing red blood cell morphology using high-frequency photoacoustics. Biophys J. 105, (1), 59-67 (2013).
  26. Nguyen, V. P., Kim, J., Ha, K. -l, Oh, J., Kang, H. W. Feasibility study on photoacoustic guidance for high-intensity focused ultrasound-induced hemostasis. J Biomed Opt. 19, (10), 105010 (2014).
  27. Keane, P. A., Sadda, S. R. Retinal imaging in the twenty-first century: state of the art and future directions. Ophthalmology. 121, (12), 2489-2500 (2014).
  28. Keane, P., Sadda, S. Imaging chorioretinal vascular disease. Eye. 24, (3), 422-427 (2010).
  29. Jiao, S., et al. Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging. Opt Express. 18, (4), 3967-3972 (2010).
  30. Liu, T., et al. Near-infrared light photoacoustic ophthalmoscopy. Biomed Opt Express. 3, (4), 792-799 (2012).
  31. Song, W., et al. A combined method to quantify the retinal metabolic rate of oxygen using photoacoustic ophthalmoscopy and optical coherence tomography. Sci Rep. 4, 6525 (2014).
  32. Liu, W., Zhang, H. F. Photoacoustic imaging of the eye: a mini review. Photoacoustics. 4, (3), 112-123 (2016).
  33. de La Zerda, A., et al. Photoacoustic ocular imaging. Opt Lett. 35, (3), 270-272 (2010).
  34. Hu, S., Rao, B., Maslov, K., Wang, L. V. Label-free photoacoustic ophthalmic angiography. Opt Lett. 35, (1), 1-3 (2010).
  35. Silverman, R. H., et al. High-resolution photoacoustic imaging of ocular tissues. Ultrasound Med Biol. 36, (5), 733-742 (2010).
  36. Wu, N., Ye, S., Ren, Q., Li, C. High-resolution dual-modality photoacoustic ocular imaging. Opt Lett. 39, (8), 2451-2454 (2014).
  37. Hennen, S. N., et al. Photoacoustic tomography imaging and estimation of oxygen saturation of hemoglobin in ocular tissue of rabbits. Exp Eye Res. 138, 153-158 (2015).
  38. Tian, C., Zhang, W., Mordovanakis, A., Wang, X., Paulus, Y. M. Noninvasive chorioretinal imaging in living rabbits using integrated photoacoustic microscopy and optical coherence tomography. Opt Express. 25, (14), 15947-15955 (2017).
  39. Laser Institute of America. American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1 - 2007. American National Standards Institute, Inc. (2007).
  40. Hughes, A. A schematic eye for the rabbit. Vision Res. 12, (1), 123 (1972).
  41. Ma, T., et al. Systematic study of high-frequency ultrasonic transducer design for laser-scanning photoacoustic ophthalmoscopy. J Biomed Opt. 19, (1), 016015 (2014).
  42. Song, W., Wei, Q., Jiao, S., Zhang, H. F. Integrated photoacoustic ophthalmoscopy and spectral-domain optical coherence tomography. J Vis Exp. (71), (2013).
  43. Mattison, S., Kim, W., Park, J., Applegate, B. Molecular Imaging in Optical Coherence Tomography. Curr Mol Imaging. 3, (2), 88-105 (2014).

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