Yaşam tavşan gözünde roman Photoacoustic mikroskobu ve optik Koherens tomografi çift-modality Chorioretinal görüntüleme

JoVE Journal
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Bu el yazması roman kurulum ve işletim photoacoustic mikroskobu ve optik Koherens tomografi çift-modalite sistem noninvaziv, etiket içermeyen chorioretinal görüntüleme tavşan gibi daha büyük hayvanlar için yordamı açıklar.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Photoacoustic oküler görüntüleme bir görüntüleme teknolojisi Noninvazif oküler doku ses dalgaları ışık enerjisi dönüştürerek görselleştirebilirsiniz ve şu anda yoğun araştırılmaktadır oftalmik ortaya çıkan var. Ancak, çoğu iş bugüne sıçanlar ve fareler, gibi küçük hayvanlar gözünde küçük göz küresi boyutları nedeniyle klinik insan çeviri için sorunlar pozlar posterior segmentinin görüntüleme odaklanmıştır rapor. Bu el yazması bir roman photoacoustic mikroskobu (PAM) ve optik Koherens tomografi (OCT) çift-modalite sistemi gözlerin arka segment görüntüleme için tavşan gibi büyük hayvanlar açıklar. Sistem yapılandırma, sistem hizalama, hayvan hazırlanması ve çift-modalite deneysel protokoller içinde vivo, noninvaziv, etiket içermeyen chorioretinal tavşan içinde görüntüleme için ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Yönteminin etkinliğini PAM ve OCT tarafından elde edilen retina ve choroidal damarlara dahil olmak üzere temsilci deneysel sonuçlar ile gösterilmiştir. Bu el yazması görüntüleme sonuçları tavşanların üreme ve daha büyük hayvanlarda photoacoustic oküler görüntüleme ilerleyen için pratik bir kılavuz sağlar.

Introduction

Son yıllarda alan Biyomedikal photoacoustic görüntüleme1,2,3,4,5,6,7 patlayıcı gelişimine tanık olduk ,8. Ses ışık enerji dönüşüm bağlı olarak, ortaya çıkan photoacoustic görüntüleme organelleri, hücreler, dokular, organlar ölçekten küçük hayvan tüm vücut için biyolojik örnekler görselleştirebilirsiniz ve onun anatomik ortaya çıkarabilir, fonksiyonel, moleküler, genetik, ve metabolik bilgi1,2,9,10,11,12. Photoacoustic görüntüleme benzersiz uygulama çeşitli hücre Biyoloji13,14, vasküler Biyoloji15,16, Nöroloji17,18 gibi Biyomedikal alanlarda bulunan , Onkoloji19,20,21,22, Dermatoloji23, Farmakoloji24ve Hematoloji25,26. Göz hastalıkları, diğer bir deyişle, oküler photoacoustic kendi uygulamasında görüntüleme, bilim adamları ve klinisyenler önemli ilgi çekti ve şu anda etkin araştırılmaktadır.

Aksine rutin olarak kullanılan (optik saçılma Karşıtlık'dayalı) oküler görüntüleme teknolojileri27, floresein anjiyografi (FA) ve indocyanine yeşil anjiografi (ICGA) (floresan Karşıtlık'dayalı), optik Koherens tomografi (OCT) gibi ve onun (kırmızı kan hücreleri hareket karşıtlığını dayalı) türev OCT anjiyografi, photoacoustic göz kullanır optik emme kontrast mekanizması olarak görüntüleme. Bu geleneksel oküler görüntüleme teknolojileri farklıdır ve genellikle oküler doku28patofizyolojik durum koduyla ilişkili olan optik emme özellikleri göz, eğitim için eşsiz bir araç sağlar. Önemli bugüne kadar mükemmel iş photoacoustic29,30,31,32,33,34,35Imaging oküler yapılmıştır, 36,37ama bu çalışmalar sıçanlar ve fareler gibi küçük hayvanlar gözünde posterior segmentinin odaklanın. Öncü çalışmalar de photoacoustic görüntüleme Oftalmoloji fizibilite göstermek ama hala göz küresi boyutlarda sıçanlar ve fareler beri teknoloji klinik Çeviri doğru gitmek için uzun bir yol vardır daha küçük (daha az 1 / 3) daha insanlar. Büyük gözler posterior segmentinin görüntüleme için tekniği kullanıldığında önemli ölçüde uzun mesafelerde ultrason dalgaların yayılması nedeniyle, sinyal şiddeti ve görüntü kalitesi büyük ölçüde düşebilir.

Bu hedef doğrultusunda, biz son zamanlarda noninvaziv, rapor etiket içermeyen chorioretinal görüntüleme yaşayan tavşanların kullanarak entegre photoacoustic mikroskobu (PAM) ve etki alanı spektral OCT (SD-Ekim)38. Sistem mükemmel performans ve retina ve koroid gözlerin daha büyük hayvanların endojen emme ve saçılma kontrast oküler doku göre görselleştirmek. Tavşanlarda ön sonuçları göster PAM Noninvazif bireysel retina ve choroidal bir lazer maruz kalma doz kullanarak damarları ayırt edilebileceğini (~ 80 nJ) Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI) Emanet sınırın altındaki önemli ölçüde (160 nJ) 570, NM39; ve OKT açıkça farklı retina katmanları, koroid ve sklera gidermek. Posterior segment görüntüleme PAM kullanarak daha büyük hayvanların çok ilk gösteri ve tavşan (18,1 mm)40 göz küresi boyutunu Aksiyel uzunluğu neredeyse % 80'i olduğunu düşünürsek teknoloji klinik Çeviri doğru büyük bir adım olabilir insanlar (23,9 mm).

Bu çalışmada, çift-modalite görüntüleme sistemi ve deneysel protokoller yaşayan tavşanların noninvaziv, etiket içermeyen chorioretinal görüntüleme için kullanılan, ayrıntılarıyla ve temsilcisi retina yoluyla sistem performansını göstermek ve choroidal görüntüleme sonuçları.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Adatavşanı are tür bir ABD Tarım Bakanlığı (USDA) kaplı. Biyomedikal Araştırma kullanımı sıkı kuralları takip etmek gerekiyor. Tüm tavşan deneyler göre ARVO (görme ve Göz Hastalıkları Araştırma Derneği) bildirimi için kullanım hayvan Ophthalmic ve vizyon araştırma, laboratuvar hayvan protokolünün üniversite tarafından onaylandıktan sonra gerçekleştirilen Kullanım ve Michigan Üniversitesi (iletişim kuralı PRO00006486, PI Yannis Paulus) (UCUCA) hayvanların Bakımı Komitesi.

1. sistem yapılandırması

  1. Photoacoustic mikroskobu (PAM)
    1. Darbe Tekrarlama oranı gibi 1 kHz, darbe süresi 3-6 ns ve ayarlanabilir dalga boyu aralığı 405-2600 nm lazer optik parametrik osilatör (OPO) kullanım Diod pompalı katı hal lazer tarafından mısınız Select uygun teknik, ışık kaynağı olarak pompalanır.
    2. 570, lazer üzerinden yayılan ışını yansıtmak nm tarafından iki aynalar (M1 ve M2), sonra bir yarım dalga plaka zayıflatıcı motorlu döndürme sahne ve nihayet odak, filtre monte geçmesine ve ışın Kolimatör (şekil 1) tarafından collimate. Işın Kolimatör tasarım optimize edin. Işın Kolimatör bir örnek yapılandırma odaklama lens L1 içerir (odak uzaklığı 250 mm), bir iğne deliği (çapı 50 µm) ve collimating lens L2 (odak uzaklığı 30 mm).
    3. Collimated ışın ile 90/10 (yansıma/iletim) bölünmüş oranında bir ışın ayırıcı (BS1) bölün. Nabız nabız lazer enerji izleme için bir fotodiyot tarafından iletilen bölümüne kaydedin. Art arda (M3) bir ayna ve bir dikroik ayna (DM) ve taramalı yansıyan bölümü kullanarak iki boyutlu bir galvanometre saptırmak. Galvanometre spektral etki alanı (SD) ile paylaşılan bir bileşendir-OCT sistemi (aşağıda açıklanmıştır).
    4. Bir teleskop aracılığıyla taranmış ışın oluşan bir tarama lens teslim (odak uzaklığı 36 mm) ve oftalmik bir lens (OL, odak uzaklığı 10 mm) ve son olarak tavşan göz optik tarafından fundus üzerinde odaklanır.
    5. Bir iğne şeklinde ultrasonik güç Çeviricisi uygun teknik özellikleri, örneğin, Merkezi frekans ile seçin 27 MHz, iki yönlü −6 dB bant genişliği % 60. Heyecanlı photoacoustic sinyal yakalamak için Merkez görsel ekseni kapalı konjonktiva temas yerleştirin.
    6. Ultrasonik bir amplifikatör kullanarak sinyali yükseltmek (örneğin, 57 dB kazanç), alçak geçiren Filtre tarafından (örneğin, kesme frekans 32 MHz) ve 200 MS/s'lik bir örnekleme hızı, yüksek hızlı bir dijital dönüştürücü tarafından dijital ortama.
    7. Tavşan göz ve lazer darbe enerji ANSI emniyet altında tutmak için tavşan kornea üzerinde ölçmek yer bir güç metre yukarıda sınırlamak 160 nJ 570 nm38. MATLAB'den eşitleme elektronik kontrollü bir lazer çekim kullanarak lazer overexposure kaçınmak için ışın engelleyin.
    8. Lazer, galvanometre ve dijital dönüştürücü bir veri alma (DAQ) yönetim kurulu ile eşitleyin. Matlab sistemi denetim ve veri edinme için yazılım programı.
  2. Tayf alanlı optik Koherens tomografi (SD-Ekim)
    1. Piyasada bulunan bir sistemde bir gözlük lens (OL) tarama lens (SL) sonra ve bir parça dağılım tazminat cam (DSG) başvuru kol (şekil 1) ekleyerek temel SD-Ekim sistemi adapte. Değişiklik OCT sistem tavşan göz posterior segmentinin görüntü sağlar.
    2. Bir tüp konut yakınlaştırma eşini örnek kol optik yol uzunluğu ile emin olmak için başvuru kol uzunluğu ayarlamak için kullanın. Bir iris eşini geri dağınık ışık şiddeti tavşan fundus maksimum görüntü kontrast elde dan ile emin olmak için başvuru retro yansıyan ışığın şiddetini kontrol etmek için kullanın.
    3. Bir aydınlatma ışık yayan diyot (LED) bir dış aydınlatma kaynağı olarak ile tavşan fundus gerçek zamanlı görselleştirme için tarama kafasına kapsüllü bir şarj kuplajlı cihaz (CCD) kamera kullanır.

2. sistem hizalama

  1. Galvanometre konumunu başlatmak ve lif Kolimatör Dağı ve beamsplitter küp vidaları ayarlayarak OCT sistem hizalayın.
    Not: Adım adım yordamlar ticari olarak elde edilen OCT sistem el kitabında mevcuttur ve burada yer almaz. Bu adım çoğunlukla fiber Kolimatör, başvuru kol ve OCT sistem performansını en üst düzeye çıkarmak için tarama objektif doğru hizalamaları sağlamaktır.
  2. İğne deliği etrafında dağınık şekilde lazer ışını filtre ve sonuna kadar lazer enerji iletimi için odaklama lens odak x, yve z konumunu ayarlamak. Lazer ışını yükseklikleri kontrol edin önce ve sonra aynı olduklarından emin olmak için bir yükseklik ölçme aracı kullanarak iğne deliği ve sondaj.
  3. Tilt, decenter ve collimating objektif L2 süzülmüş ışın collimate z konumunu ayarlayın. Işın yaklaşık aynı olduğundan emin olun boyutu ve çevre alan ve uzak alan gözlenen yüksekliği.
  4. Co-eksenel PAM lazer ışını ve OCT ışık demeti ayna ve DM Eğer ayarlama tarafından birleştirir. Bu adım sonra PAM lazer ve OCT ışık-meli var olmak tamamen rastlantısal ve tavşan fundus üzerinde tarama bölgeleri aynıdır.
  5. Tilt ayarlamak ve doğru optik yol hizalamak için OL lens decenter. Bir kez bitmiş, çift-modalite sistem görüntüleme için hazır olur.
    Not: Bir auto-kolimasyon yöntem Yani, bunu başarmak için geri-geri olay ışık olarak aynı yol boyunca gider emin olmak için OL lens yüzeyinde tarafından yansıyan ışık kontrol kullanabilirsiniz.

3. tavşan hazırlık

  1. Yeni Zelanda beyaz tavşan hayvan tesisi ve kayıt tek tek bilgi, vücut ağırlığı ve hayvan numarası gibi al.
  2. Tavşan platformlar, vücut destek ve görüntüleme sistemi optik tabloya baş destek de dahil olmak üzere bağlayın. Su dolaşan Isıtma battaniye vücut destek üzerinde koymak ve dolaşımdaki suyun sıcaklığı 38 ° c tavşan vücut sıcaklığını deney ve kurtarma süresi için sıcak tutmak yardımcı olmak için.
  3. Öncesi yordamı hayati kayıt dahil olmak üzere genel olarak hayvan durumu, mukoza rengi, nabız, solunum hızı ve rektal vücut sıcaklığı. Ketamin (40 mg/kg) ve xylazine (5 mg/kg) kas içi (IM) enjeksiyonuyla karışımı ile tavşan anestezi ve ketamin (zamanlama III kontrollü madde) kullanımını kaydetmek. Anestezi düzeyini onun kalp atışı, solunum hızı ve genel durumu denetleyerek doğrulayın.
  4. Bir damla her Tropicamide % 1 oftalmik ve phenylephrine hidroklorid %2.5 oftalmik kullanarak tavşan öğrenciler genişletmek.
  5. Bir spekulum göz kapaklarının yoldan tutun ve bir damla göz kayganlaßtırıcı kornea nemlendirmek için uygulamak için kullanın. Topikal Tetracaine bir damla aşılamak görüntüleme yordamı önce gözünde % 0.5.
    Not: uzun yordamlar veya hayvan için mümkün rahatsızlık yordamlarla Meloksikam hayvan konfor sağlamak için deney önce Subkutan Enjeksiyon tavşan ver.

4. SD-Ekim görüntüleme

  1. Tavşan bir klinik fundus kamera görüntüleme platformuna aktarmak ve 50 derece oturum Imaging OKT önce fundus, kırmızı ücretsiz ve autofluorescence fotoğraf çekmek. Bu gözün optik şeffaflık kontrol ve tanımak fundus gemi morfoloji ve optik sinir ve medüller ray retina damarlara gibi simge yapılara yardımcı olur.
  2. Tavşan OCT sistemi platformu için transfer ve kabaca bir gözlerini OL altında konumlandırmak için onun duruş ayarlayın. LED ışık kullanarak göz aydınlatmak.
    Not: teknik klinik tercümesi kolaylaştırmak için tavşan gözler diğer yöntemleri kullanarak bağları değil ve tavşan kafası sadece kafa desteği olmadan herhangi bir fiksasyon alınır.
  3. OCT yazılım ve ilk fundus CCD kamera görüntüsünü kontrol edin. İnce yükseklik ve açı baş destek choroidal damarları ve retina damarları gibi görüş alanı içinde (FOV) bölge çıkarlarını (ROIs), kamera sağlamak gerekirse düzeltin.
    Not: tavşan iyi anestezi düzeyi altında ise, bir sıralı görüntüleme oturum ayarlama tavşan kafası yeniden gerek kalmadan 10 dk olarak uzun sürebilir.
  4. Ekim B-tarama ilgi göstermek ve taramayı başlatmak için düz bir çizgi çizin. OCT görüntü görselleştirmek ve dağılım tazminat faktör OCT yazılımında keskin görüntüler elde etmek için en iyi duruma getirmek için başvuru kol boyu ayarlayın.
    Not: başvuru kol boyu ayarlarken, iki yansıtılmış OCT görüntüleri peş peşe görünür. Doğru görüntü dayalı fundus anatomi ön bilgi olarak ayırt.
  5. Piksel ve ortalamalar, sayısı gibi veri toplama parametrelerini ayarlamak ve görüntüleri kaydedebilirsiniz.
  6. Solunum ve kalp hızı anestezi düzeyi ve hayvan tahmin etmek için tavşan gözlemlemek konfor. Daha uzun oturumları için tamamlayıcı ketamin veya inhale isoflurane üçte bir doz endotrakeal entübasyon, V-jel veya yüz maskesi ile anestezi gerektiğinde uçak korumak için kabul edilebilir.
  7. Tavşan kornea göz boyama her 2 dk ile Kornea yüzey su kaybı ve kornea yüzeysel punctate epitel keratopathy önlemek için deneme sırasında durulayın. İzlemek ve her 15dk hayvan hayati kayıt.

5. PAM görüntüleme

  1. Uygun lazer koruyucu gözlük giymek ve üzerine OPO lazer açın.
  2. PAM kontrol yazılımı başlatmak, bir hedef kromofor (Örneğin, 570 nm için hemoglobin) emme doruklarına lazer dalga boyu ayarlamak, galvanometre ve monitör lazer enerji sağlamak için tavşan kornea önce konumunu başlatmak Bu ANSI Emanet sınırın altına var.
  3. Üç boyutlu (3D) çeviri sahnede ultrasonik güç Çeviricisi dağ ve dönüştürücü ipucu için fundus işaret tavşan konjonktiva temas yerleştirin. Bir damla daha iyi çift dönüştürücü ipucu ve tavşan konjonktiva göz yağ kullanın.
  4. LED aydınlatma ışığı ve Matlab programı üzerinden tavşan fundus görselleştirin.
  5. Küme tarama ROI (retina damarları veya choroidal damarları), merkezi ve fiziksel boyutu da dahil olmak üzere. Lazer çekim açın ve B-ışın taranmasını başlatmak. Tarafından kabaca dönüştürücü hizalamak, bir algılanan photoacoustic görmek mümkün olmalıdır osiloskop sinyali. Eğer değilse, biraz farklı bir bölge kornea inceden inceye gözden geçirmek veya diğer göze geçmek ve yukarıdaki işlemleri tekrarlamak için göz pozisyonunu ayarlayýn.
  6. Osiloskop üzerinde sinyal ve ince ayar tüm B-tarama boyunca sinyal şiddeti en üst düzeye çıkarmak için dönüştürücü pozisyon algılanan photoacoustic gözlemlemek.
    Not: sınırlı demet genişliği nedeniyle ultrasonik güç Çeviricisi genellikle küçük FOV41vardır. Bu adımı son PAM görüntüleri arka plan modülasyon belirler. Hatalı hizalaması PAM görüntüleri türdeş olmayan arka plan ile yol ve görüntü kalitesi büyük ölçüde bozulmasına yol açar.
  7. Veri toplama parametrelerini ayarlamak. Bu piksel sayısını içerir (örn., 256 × 256 piksel), örnekleme oranı (e.g., 200 MS/sn) ve gecikme süresi. Veri toplama başlatın. Matlab yazılım otomatik olarak ne zaman başladı ve lazer overexposure kaçınmak için bittiğinde ışın engellemek için panjurları kapa lazer ışını geçmek için çekim açılır.
    Not: Darbe Tekrarlama oranı lazer tarafından (1 kHz) sınırlı, 256 × 256 piksel ile bir görüntü veri toplama tamamlamak için yaklaşık 1 dakika sürer.
  8. Ham verileri işlemek ve hacimsel işleme38aracılığıyla PAM görüntü iki boyutlu (2D) maksimum yoğunluk projeksiyon (MIP)13 arası veya 3D görselleştirin.
  9. Ultrasonik güç Çeviricisi etkilenmeyen, ipucu kullanma deiyonize suyla durulayın ve depolama davaya koymak.
  10. Tavşan fundus fotoğraf aktarma ve fundus yeniden inceleyin. Bu adım görüntüleme oturumdan sonra fundus morfolojik herhangi bir değişiklik olup olmadığını kontrol etmek için yardımcı olur.
  11. Tavşan kornea göz boyama ile Kornea yüzey su kaybı ve keratopathy önlemek için deneme sırasında her iki min durulayın. İzlemek ve her 15dk hayvan hayati kayıt.
    Not: PAM, Ekim ve oturumları görüntüleme fundus yaklaşık 1 saat ver.

6. yazı görüntüleme

  1. Fundus yeniden muayene fundus kamera kullanarak sonrasında, V-jel bağlı bağlantısını kesin. Göz boyama kullanarak göz durulama, flurbiprofen oftalmik ve paromisin ve polimiksin B sülfatlar ve deksametazon oftalmik merhem uygulamak ve gözünü kapat.
  2. Tavşan su dolaşan battaniye ile yeniden elde etmek odasına aktar. Işık kutusundan kalkan ve tavşan doğal olarak uyanana kadar bekle. Bu dönemde hayvan hayati her 15dk izlemek ve kaydını tutmak ve arşivcilik için hayvan tesisi için bir kopyasını döndürür.
  3. Tavşan uyanır ve normalde aktif, uyarı ve yürüyüş sonra hayvan tesisin taşıma. Eğer Akut deneme planlanmış, ötenazi çözüm kullanarak hayvan ötenazi (örn., Beuthanasia, 0,22 mL/kg, intravenöz enjeksiyon marjinal kulak ven) ve karkas atmayın.
  4. Belgili tanımlık bilgisayar yazılımı ve lazer kapatın. Optik tezgah temiz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Çift-modalite görüntüleme sistemi ve deneysel protokol başarıyla dört Yeni Zelanda beyaz tavşan kullanarak yazarların laboratuvarda test edilmiştir. Temsilcisi bazı sonuçlar sergiliyor.

PAM ve SD-Ekim çift-modalite görüntüleme sistemi şeması şekil 1 gösterir. Aşağıdaki modülden oluşmaktadır: photoacoustic ışık kaynağı, değişken lazer zayıflatıcı, ışın Kolimatör, enerji sayaçları, tarama baş, photoacoustic algılama ve satın alma modülü, OCT birim ve eşitleme elektronik. Ayrıntılı sistem yapılandırmaları Bölüm 1. 1'maddeler halinde sıralanır.

Şekil 2 tavşan choroidal damarlara çift-modalite görüntüleme sistemi kullanılarak kazanılması tipik görüntüleme sonuçlarını gösterir. Resim 2 (a) retina damarları içinde medüller ray sınırlı iken choroidal damarları tavşan fundus çoğu parçalar üzerinde yayılmış gösterilen fundus fotoğrafı var. Resim 2 (b) choroidal damarlara fundus fotoğrafı içinde gösterilen tipik PAM görüntüdür. Choroidal kan damarlarının yüksek yanal çözünürlükte tarif. Resim 2 (c) fundus anatomi bakmak için elde bir Ekim B-tarama görüntü ve choroidal gemileri varlığını doğruluyor. Retina, koroid ve sklera retina pigment epiteli (RPE) katmanın altında choroidal damarlarla Aksiyel yüksek çözünürlükte görüntülenir.

Şekil 3 tavşan retina damarlara çift-modalite görüntüleme sistemi kullanılarak kazanılması tipik görüntüleme sonuçlarını gösterir. Rakamlar 3(a) ve 3(b) MIP 2D ve 3D hacimsel işleme sırasıyla PAM tarafından elde edilen retina damarları vardır. Şekil 3 (c) 3D görüntü ortogonal dilimlerini gösterir. PAM RPE katmanın üzerinde yalan, bireysel retina damarları da görselleştirmek ve retina damarları ve choroidal gemileri farklı derinliklerde olduğunu onaylar sonuçlar gösterir. Şekil 3 (d) kesit bireysel retina damarları ve sinir lifi tabakası (NFL) gösterilen bir karşılık gelen Ekim B-tarama görüntü gösterir.

Figure 1
Şekil 1. Entegre photoacoustic mikroskobu ve optik Koherens tomografi çift-modalite görüntüleme sistemi şematik. OPO: Optik parametrik osilatör; BS: ışın ayırıcı; PD: fotodiyot; M: ayna; David Merrill: dikroik ayna; SL: tarama objektif; OL: oftalmik objektif; SMF: tekli mod fiber; DSG: dağılım tazminat cam; CCD: şarj kuplajlı cihaz. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2. PAM ve OCT çift-modalite görüntüleme tavşanların choroidal kan damarlarının. (a) fundus fotoğrafı merangiotic hayvan adatavşanı are beri retina damarları (RVs) içinde medüller ray sınırlı iken choroidal gemiler (CVs) tüm fundus yaymak gösterilen. (b) PAM yüksek yanal çözünürlük CVs betimlemek gösterilen CVs PAM C-tarama görüntüsü. (c) OCT B-tarama görüntü tavşan Anatomik yapısını fundus ve choroidal gemilerin Aksiyel konumunu gösteren. UN: Ganglion hücre katmanı; INL: iç nükleer tabaka; IPL: iç Pleksiform tabaka; DİT: dış nükleer tabaka; OPL: dış Pleksiform tabaka; OLM: dış sınırlayıcı membran; EZ: elips bölge; MZ: myoid bölge; İşletim sistemi: dış segment; BM, Bruch'ın membran; Iz: interdigitation bölge38. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3PAM ve OCT çift-modalite görüntüleme tavşanların retina kan damarlarının. (a) RVs ve CVs. (b) 3D hacimsel işleme PAM görüntünün PAM C-tarama görüntüsü. (c) RVs ve CVs farklı derinliklerde olduğunuzu gösteren PAM görüntü 2D ortogonal dilim. (d) Ekim B-tarama görüntü RVs, NFL ve sklera38gösteren. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bir sağlam ve düzenli gözyaşı film yüksek kaliteli fundus görüntüler için esastır. Bir düzensiz ve bozulan gözyaşı film görüntü kalitesi42önemli ölçüde düşebilir. Gözyaşı film bütünlüğünü korumak ve kornea yüzeysel punctate keratopathy önlemek için göz boyama çok sık kullanılarak kornea yaklaşık her iki min yağlamak için önemlidir. Gözün saydamlığını ile ilgili herhangi bir endişeniz varsa, slit lamba kullanın ve kornea koşullarını kontrol için floresein şeritler.

Birkaç zorluklar photoacoustic sinyal zayıflama ile özellikle yüksek frekans bileşenleri, kornea su kaybı ve optik anomalileri için mesafe de dahil olmak üzere büyük hayvanların gözlerin arka segment görüntüleme için mevcut olabilir. Photoacoustic sinyal genlik genellikle iğne şeklinde ultrasonik güç Çeviricisi tarafından tespit edilmeden önce önemli zayıflama deneyimleri. Göz küresi boyutunun, büyük zayıflama. Göz küresi tavşan (~18.1mm) yaklaşık üç kat daha büyük fareler daha ve altı kez bu farelerin tavşan göz görüntüleme özellikle zor kılan daha büyük boyutudur. En az içsel optik anomalileri tarafından etkilenen elde etmek için makul kaliteli, Imaging lazer ışını bir küçük çaplı (ışın Kolimatör bu çalışmada sonra 2 mm) ve collimated wavefront (ideal olarak düzlemsel wavefront) ile tercih edilir çünkü kornea ve de retina odaklanmış olması. Bu noktada lazer maruz kalma doz azaltılması ve görüntü çözünürlüğü iyileştirilmesi açısından kritik önem taşımaktadır. Buna ek olarak, yüksek Merkezi sıklığı bu maksimal ultrason gösterir deneysel sonuçlar nedeniyle yerine merkezi sıklığı 27 MHz ile ultrasonik güç Çeviricisi sinyal bu mesafeden.

Süre OCT ve OCTA köklü teknolojileri klinikte gözün anatomik ve fonksiyonel görüntüleme için kullanılan, onların moleküler görüntüleme yeteneği nedeniyle kontrast mekanizmaları43sınırlıdır. PAM bir ortaya çıkan göz görüntüleme yöntemi oküler doku optik emme Karşıtlık ' dir. Hemoglobin, melanin ve dışarıdan yönetilen kontrast ajanlar gibi endojen ve eksojen kromofor duyarlıdır. Bu çalışmada gösterilmiştir damar yapısı görselleştirme PAM birçok uygulamadan biridir. Kan akış hızı algılama, hemoglobin konsantrasyonu miktar, oksijen doygunluğu eşleme ve gibi biyomarker görselleştirme, Patofizyoloji eğitim önemli olan fonksiyonel ve moleküler görüntüleme önemli diğer uygulamaları retinal vasküler hastalıklar, diabetik retinopati, yaşa bağlı makula dejenerasyonu, retinal ven occlusions, retinal arter occlusions, orak hücre retinopati ve birkaç isim tahmin ediliyor oküler Histoplazmoz dahil olmak üzere sayısız. Ayrıca, PAM polypoidal choroidal vaskülopati, Merkezi seröz chorioretinopathy, pachychoroid hastalıklar ve choroidal neovaskülarizasyon gibi choroidal bazı hastalıkların incelenmesi için uygundur EKM daha büyük penetrasyon derinliği vardır. Bu açılardan PAM OCT için yararlı tamamlayıcı bilgiler sağlamak mümkün olabilir ve gelecekte oküler hastalıklar daha kapsamlı bir değerlendirmesini vermek OCTA.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu eser Ulusal göz Enstitüsü 4K12EY022299 cömert desteği tarafından desteklenmiştir (YMP), mücadele için görme-uluslararası retina Araştırma Vakfı FFS GIA16002 (YMP), araştırma sınırsız bölüm desteğinden körlük, önlemek ve Michigan Üniversitesi Oftalmoloji departmanı ve Görsel Bilimler. Bu eser çekirdek Merkezi vizyon P30 EY007003 Ulusal göz Enstitüsü tarafından finanse edilen araştırma için kullanılmaktadır.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.

    Usage Statistics