Die Autoren danken Herrn Sven Holder und Mr. Stephen Conley für ihre wertvolle Hilfe in dieser Studie danken. Diese Arbeit wurde zum Teil durch die National Institutes of Heath [Grant Anzahl R00CA134920] finanziert und die American Lung Association [Grant Anzahl RG-194.681-N]. NinePoint Medical Inc. gesponsert, die Kosten für die Veröffentlichung mit dieser Handschrift verbunden.

Ein. Imaging System Die technischen Details OFDI wurden zuvor 4-6 beschrieben. Umlaufende OFDI wurde Bildgebung Geschwindigkeiten zwischen 25 und 100 Bildern pro Sekunde und zwischen 512 und 2.048 axiale Tiefe Profile pro kreisförmigen Querschnitt Bild durchgeführt. Individuelle 2,4 Fr (0,8 mm Durchmesser) Schrägspuraufzeichnung Kathetern in dieser Studie verwendet wurden entworfen, um durch den Zugangsanschluss von Standard Bronchoskope betreiben. Die Katheter bestand aus einem inneren optischen Kern, um das Licht auf die bronchiale Wand und einem Einweg-Außenmantel konzentrieren. Der Katheterkörper blieb während der Bildgebung stationär, während der innere Kern rotierte mit einer Geschwindigkeit zwischen 25 und 100 Hz und bei einer Rückkehrbewegung übersetzte Geschwindigkeit von zwischen 1,25 und 5 mm / sec. Die axiale Auflösung des Systems betrug 6 mm im Gewebe und zur Verfügung gestellt ein Bild angefangen Tiefe von 7,3 mm 4-6. Katheter-basierte OFDI wurde in dieser Studie durchgeführt, um in vivo bronchoskopischen OFDI (Fi replizierenBild 1). Jedoch kann dieses Protokoll auch zur Bilderzeugung mit einem Tischgerät optischen Systems (Abb. 3 und 4) angewendet werden. 2. Imaging System Set-up <ol><li> Schalten Sie Imaging-System </li><li> Set und aufzeichnen Bildparameter (Drehzahl, Pullback Geschwindigkeit, Bildaufnahmerate, etc). Für die OFDI Bildgebungssystem in dieser Studie verwendet wurden Bilder bei 10-50 fps erhalten. </li><li> Bringen Katheter Dreh Kreuzung und Pullback-Gerät. </li><li> Spin Katheter und prüfen Bildqualität. Passen Systems Ausrichtung und Abstand nach Bedarf. </li></ol> 3. Gewebepräparation <ol><li> Legen Sie eine Tischplatte Wegwerfsaugkissen auf dem Tisch und setzen Lungenkrebs Probe auf Pad. </li><li> Wenn Bildgebung eine chirurgische ex vivo Probe von einem Patienten, unbedingt die Pathologie zu konsultieren, um sicherzustellen, dass alle Resektionsränder (Bronchial-, Gefäß-und Parenchymzellen Margen) bewertet wurden, dokumentiert und / oder durch eine patho entferntlogist. </li><li> Identifizieren Sie die bronchiale Atemwege in die Resektion Probe am Hilus. Entfernen Sie alle sichtbaren Schleim in den Atemwegen mit einer Spritze trug. Falls erforderlich, fügen Sie eine längere Segment Kunststoffschlauch an der Spritze trug zum Absaugen tiefer in den Atemwegen. </li><li> Abtasten die äußere Oberfläche der Probe, um die Läsion von Interesse zu identifizieren. </li><li> Mit einem feinen Metall-Sonde, behutsam durch den Bronchialbaum navigieren, bis in der Nähe der Läsion von Interesse. </li><li> Öffnen Sie die Atemwege entlang der Sonde, bis die Läsion von Interesse ist sichtbar oder spürbar unter der Schleimhaut der Atemwege. </li><li> Entfernen Sie vorsichtig Blut oder Schleim aus den Atemwegen Schleimhaut über der Läsion mit einem Wattestäbchen. </li><li> Platzieren Sie die OFDI Katheters oberhalb der Schleimhaut der Atemwege und erhalten ein Bild zu bestätigen, die Läsion zugrundeliegenden Schleimhaut der Atemwege und eine hohe Bildqualität Region von Interesse für die Histologie Korrelation zu ermitteln. </li></ol> 4. Tissue Kennzeichnung <ol> &lt;li&gt; Wählen Sie die Region von Interesse in den Atemwegen auf früheren bildgebenden Befunde in Schritt 3,8 basiert. </li><li> Wählen zwei Punkten auf dem Gewebe entlang der gewünschten Linie der Bildgebung. Zug, kann parallel zu der Längs-(2) oder Umfangsrichtung (Abbildung 3) Aspekt der Atemwege, je nach gewünschten Ergebnisse entweder. Raum Punkte nicht mehr als 1,5 cm voneinander entfernt, so daß der Abschnitt des Gewebes können in einem Block zur Verarbeitung Histologie passen. Wenn ein Gewebe Länge von&gt; 1,5 cm erforderlich, danach das Gewebe in mehrere Länge 1,5 cm lange eingefärbt interessierenden Bereichen, um mehrere aufeinander abgestimmt Bildgebung zu schaffen: Histologie Paaren. </li><li> Tauchen Sie ein feines gekippt offene Bohrung Nadel (dh 25 Gauge 7/8 &quot;lang) in das Gewebe Kennzeichnung Farbstoff (Triangle Biomedical Sciences, Durham, NC). </li><li> Wischen überschüssige Tinte von der Außenseite der Nadel mit Gaze, Gewebe verlassen Markierungstinte nur innerhalb der Nadelbohrung. </li><li> Punktion des Gewebes senkrecht zur Schleimhaut der Atemwege an derausgewählten Punkt entlang der Bildgebung. </li><li> Wiederholen Schritte 3.3 bis 3,5 für den zweiten Punkt auf der Schleimhaut der Atemwege. </li><li> Wenn die Tinte läuft über die Schleimhautoberfläche weg von der Einstichstelle, verwenden Sie ein Wattestäbchen, um vorsichtig die überschüssige Tinte. </li><li> Entfernen Schleim oder Blut auf der Oberfläche der Schleimhaut der Atemwege mit einem Wattestäbchen, falls vorhanden. </li><li> Wenn die Tintenpunkte in Umfangsrichtung innerhalb eines Atemwegs platziert werden, ist es sinnvoll an Stift geöffnet, die beiden Seiten der Atemwege, um das Gewebe in dem Abbildungsfeld (Abbildung 3a) abzuflachen. </li></ol> 5. Imaging Tissue <ol><li> Legen Sie die OFDI Katheter über jede Tinte Marke und Image, um sicherzustellen, dass die Markierungen sichtbar sind OFDI. Markierungen sollten als fokale Unterbrechungen innerhalb der Gewebestruktur mit darüberliegenden stark streuenden Teilchen und darunterliegenden rasche Signaldämpfung, die an die Tinte Teilchen innerhalb der Punktionsstelle (Abbildung 3b, 4a, Fig. 4g entspricht erscheinen </strong&gt;). </li><li> Wenn Tinte Marke (n) nicht sichtbar sind OFDI, wiederholen Sie die Schritte von 4,3 bis 4,7 für die nicht-sichtbaren Spuren. Wenn Tinte Markierungen sichtbar OFDI sind, fahren auf 5,3 fort. </li><li> Platzieren des Katheters parallel zu den beiden Farbmarkierungen an den Luftweg Schleimhautoberfläche, so dass die Katheter Optik des Gewebes jenseits des ersten überlagern Tintenmarkierung (Abbildung 2b). Verankern des proximalen Ende des Katheters mit einem leichten Objekt und Befestigen des distalen Endes kann dazu beitragen Bewegungsartefakten. </li><li> Fahren Sie mit dem Sammeln eines OFDI Pullback. </li><li> Sehen Sie sich die OFDI Pullback Bilder, um sicherzustellen, beide Tinte Marken sind in der Bildgebung sichtbar und für Bewegungsartefakte (Abbildung 3 und Abbildung 4) zu überprüfen. Wenn die Markierungen nicht sichtbar sind, wiederholen Sie die Schritte von 5,1 bis 5,4. </li></ol> 6. Erhebung und Verarbeitung Tissue <ol><li> Platzieren einer grünen Tintenpunkt (Triangle Biomedical Sciences, Durham, NC) auf dem Luftweg Schleimhautgewebe zu orientieren der Beginn der Bildgebungs-Scan, 0,3 cm entfernt von thE-Ink-Marke, die zuerst in der Bildgebung Pullback (Abbildung 2c) erschienen. </li><li> Entfernen Gewebe umfasst die beiden schwarzen Tinte Marken und grüner Tinte Marke. Trim Gewebe in einem Standard-Histologie Verarbeitung Kassette passen. Wenn das Zerlegen von frischem Gewebe nur schwer, dann kann das Gewebe vor dem Entfernen der Gewebe für die Histologie fixiert werden. </li><li> Platz Gewebe in einem histologischen Verarbeitung Kassette und fix in 10% Formalin für mindestens 48 Stunden. </li><li> Prozess Gewebe in einem Gewebe-Prozessor, erhältlich über jede Histologie Abteilung. </li><li> Einbetten in Paraffin Gewebes derart, dass die geschnittenen Abschnitte werden parallel zu den zwei schwarzen Tinte Markierungen auf dem Luftweg Oberfläche. </li><li> Verwenden Sie ein Gewebe Mikrotom die Paraffinblock Gesicht, bis entweder eine Tinte Marke sichtbar ist oder die gesamte Gewebeschnitt sichtbar ist, je nachdem, was zuerst kommt. </li><li> Sobald beide schwarze Tinte sichtbar sind, schneiden Sie ein 5 um dicken Abschnitt und montieren auf einem Glasträger. </li><li> Weiter zu schneiden und zu montieren 5 um dicke Abschnitte jedes50 um, bis die schwarze Tinte Marken sind nicht mehr sichtbar oder die Gewebe-Enden, was zuerst eintritt. </li><li> Folgen Sie der Standard Hämatoxylin und Eosin (H &amp; E) Färbeprotokollen zu färben und Deckglas Dias. </li></ol> 7. Image Processing Wenn Bilder mit einem Tisch Scanner oder andere Scan-Technik, wo beide Farbmarkierungen in einem Querschnittsbild sichtbar waren erworben wurden, dann kann das Bild direkt mit entsprechenden histologischen korreliert werden. Wenn volumetrischen Datensätzen mit einem Schrägspurverfahren Katheters erworben wurden, werden die Bilder müssen wieder interpoliert, so dass ein einzelnes 2D-Bild sowohl Tintenmarkierungen zur Korrelation mit Histologie halbiert. Dies kann unter Verwendung ImageJ oder andere Bildverarbeitungs-Software sein. In einigen Fällen kann die Tinte nicht gut sichtbar in welchem ​​Fall benachbarte Abschnitte / Folien geprüft werden sollte.

<ol>
	<li>Jemal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cancer+statistics.">Cancer statistics.</a> CA Cancer J. Clin. 57, 43-66 (2007).</li><li>Fujimoto, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+biopsy+and+imaging+using+optical+coherence+tomography.">Optical biopsy and imaging using optical coherence tomography.</a> Nat. Med. 1, 970-972 (1995).</li><li>Tearney, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+endoscopic+optical+biopsy+with+optical+coherence+tomography.">In vivo endoscopic optical biopsy with optical coherence tomography.</a> Science. 276, 2037-2039 (1997).</li><li>Yun, S., Tearney, G., de Boer, J., Iftimia, N., Bouma, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+optical+frequency-domain+imaging.">High-speed optical frequency-domain imaging.</a> Opt. Express. 11, 2953-2963 (2003).</li><li>Yun, S., Tearney, G., de Boer, J., Bouma, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Removing+the+depth-degeneracy+in+optical+frequency+domain+imaging+with+frequency+shifting.">Removing the depth-degeneracy in optical frequency domain imaging with frequency shifting.</a> Opt. Express. 12, 4822-4828 (2004).</li><li>Yun, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+volumetric+optical+microscopy+in+vivo.">Comprehensive volumetric optical microscopy in vivo.</a> Nat. Med. 12, 1429-1433 (2006).</li><li>Tearney, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+coronary+artery+microscopy+by+intracoronary+optical+frequency+domain+imaging.">Three-dimensional coronary artery microscopy by intracoronary optical frequency domain imaging.</a> JACC Cardiovasc. Imaging. 1, 752-7561 (2008).</li><li>Suter, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-guided+biopsy+in+the+esophagus+through+comprehensive+optical+frequency+domain+imaging+and+laser+marking:+a+study+in+living+swine.">Image-guided biopsy in the esophagus through comprehensive optical frequency domain imaging and laser marking: a study in living swine.</a> Gastrointest. Endosc. 71, 346-353 (2010).</li><li>Suter, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+microscopy+of+the+esophagus+in+human+patients+with+optical+frequency+domain+imaging.">Comprehensive microscopy of the esophagus in human patients with optical frequency domain imaging.</a> Gastrointest. Endosc. 68, 745-753 (2008).</li><li>Desjardins, A. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Angle-resolved+optical+coherence+tomography+with+sequential+angular+selectivity+for+speckle+reduction.">Angle-resolved optical coherence tomography with sequential angular selectivity for speckle reduction.</a> Optics express. 15, 6200-6209 (2007).</li><li>Lam, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+optical+coherence+tomography+imaging+of+preinvasive+bronchial+lesions.">In vivo optical coherence tomography imaging of preinvasive bronchial lesions.</a> Clin. Cancer Res. 14, 2006-2011 (2008).</li><li>Michel, R. G., Kinasewitz, G. T., Fung, K. M., Keddissi, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography+as+an+adjunct+to+flexible+bronchoscopy+in+the+diagnosis+of+lung+cancer:+a+pilot+study.">Optical coherence tomography as an adjunct to flexible bronchoscopy in the diagnosis of lung cancer: a pilot study.</a> Chest. 138, 984-988 (2010).</li><li>Williamson, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+optical+coherence+tomography+to+improve+diagnostic+and+therapeutic+bronchoscopy.">Using optical coherence tomography to improve diagnostic and therapeutic bronchoscopy.</a> Chest. 136, 272-276 (2009).</li><li>Coxson, H. O., Lam, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+assessment+of+the+airway+wall+using+computed+tomography+and+optical+coherence+tomography.">Quantitative assessment of the airway wall using computed tomography and optical coherence tomography.</a> Proc. Am. Thorac. Soc. 6, 439-443 (2009).</li><li>Coxson, H. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Airway+wall+thickness+assessed+using+computed+tomography+and+optical+coherence+tomography.">Airway wall thickness assessed using computed tomography and optical coherence tomography.</a> Am. J. Respir. Crit. Care Med. 177, 1201-1206 (2008).</li><li>Hanna, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+and+3-dimensional+optical+coherence+tomographic+imaging+of+the+airway,+lung,+and+pleura.">Two-dimensional and 3-dimensional optical coherence tomographic imaging of the airway, lung, and pleura.</a> J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 129, 615-622 (2005).</li><li>Quirk, B. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+imaging+of+lung+alveoli+with+an+optical+coherence+tomography+needle+probe.">In situ imaging of lung alveoli with an optical coherence tomography needle probe.</a> J. Biomed. Opt. 16, 036009 (2011).</li><li>Su, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+swept+source+optical+coherence+tomography+imaging+of+the+human+airway+using+a+microelectromechanical+system+endoscope+and+digital+signal+processor.">Real-time swept source optical coherence tomography imaging of the human airway using a microelectromechanical system endoscope and digital signal processor.</a> J. Biomed. Opt. 13, 030506 (2008).</li><li>Suter, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+Comprehensive+Microscopy+Of+The+Pulmonary+Airways:+A+Pilot+Clinical+Study.">Real-time Comprehensive Microscopy Of The Pulmonary Airways: A Pilot Clinical Study.</a> Am. J. Respir. Crit. Care Med. 181, A5159 (2010).</li><li>Tsuboi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography+in+the+diagnosis+of+bronchial+lesions.">Optical coherence tomography in the diagnosis of bronchial lesions.</a> Lung Cancer. 49, 387-394 (2005).</li><li>Whiteman, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography:+real-time+imaging+of+bronchial+airways+microstructure+and+detection+of+inflammatory/neoplastic+morphologic+changes.">Optical coherence tomography: real-time imaging of bronchial airways microstructure and detection of inflammatory/neoplastic morphologic changes.</a> Clin. Cancer Res. 12, 813-818 (2006).</li><li>Xie, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+three-dimensional+imaging+of+normal+tissue+and+tumors+in+the+rabbit+pleural+cavity+using+endoscopic+swept+source+optical+coherence+tomography+with+thoracoscopic+guidance.">In vivo three-dimensional imaging of normal tissue and tumors in the rabbit pleural cavity using endoscopic swept source optical coherence tomography with thoracoscopic guidance.</a> J. Biomed. Opt. 14, 064045 (2009).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+optical+coherence+tomography+in+delineating+airways+microstructure:+comparison+of+OCT+images+to+histopathological+sections.">Use of optical coherence tomography in delineating airways microstructure: comparison of OCT images to histopathological sections.</a> Phys. Med. Biol. 49, 1247-1255 (2004).</li><li>Hariri, L. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Volumetric+optical+frequency+domain+imaging+of+pulmonary+pathology+with+precise+correlation+to+histopathology.">Volumetric optical frequency domain imaging of pulmonary pathology with precise correlation to histopathology.</a> CHEST. , (2012).</li><li>Suter, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-guided+biopsy+in+the+esophagus+through+comprehensive+optical+frequency+domain+imaging+and+laser+marking:+a+study+in+living+swine.">Image-guided biopsy in the esophagus through comprehensive optical frequency domain imaging and laser marking: a study in living swine.</a> Gastrointestinal endoscopy. 71, 346-353 (2010).</li><li>Chen, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+imaging+of+in+vivo+blood+flow+velocity+using+optical+Doppler+tomography.">Noninvasive imaging of in vivo blood flow velocity using optical Doppler tomography.</a> Optics letters. 22, 1119-1121 (1997).</li><li>Osiac, E., Saftoiu, A., Gheonea, D. I., Mandrila, I., Angelescu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography+and+Doppler+optical+coherence+tomography+in+the+gastrointestinal+tract.">Optical coherence tomography and Doppler optical coherence tomography in the gastrointestinal tract.</a> World journal of gastroenterology : WJG. 17, 15-20 (2011).</li><li>Yang, V. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endoscopic+Doppler+optical+coherence+tomography+in+the+human+GI+tract:+initial+experience.">Endoscopic Doppler optical coherence tomography in the human GI tract: initial experience.</a> Gastrointestinal endoscopy. 61, 879-890 (2005).</li><li>Braaf, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase-stabilized+optical+frequency+domain+imaging+at+1-microm+for+the+measurement+of+blood+flow+in+the+human+choroid.">Phase-stabilized optical frequency domain imaging at 1-microm for the measurement of blood flow in the human choroid.</a> Opt. Express. 19, 20886-20903 (2011).</li><li>Oh, W. Y., Vakoc, B. J., Shishkov, M., Tearney, G. J., Bouma, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=400+kHz+repetition+rate+wavelength-swept+laser+and+application+to+high-speed+optical+frequency+domain+imaging.">400 kHz repetition rate wavelength-swept laser and application to high-speed optical frequency domain imaging.</a> Opt. Lett. 35, 2919-2921 (2010).</li><li>Gora, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra+high-speed+swept+source+OCT+imaging+of+the+anterior+segment+of+human+eye+at+200+kHz+with+adjustable+imaging+range.">Ultra high-speed swept source OCT imaging of the anterior segment of human eye at 200 kHz with adjustable imaging range.</a> Opt. Express. 17, 14880-14894 (2009).</li></ol>

Produktion und den freien Zugang zu diesem Artikel durch NinePoint Medical Inc. gesponsert

Beurteilung der frühen Lungenkrebs Tumoren kann äußerst schwierig sein, wegen des Mangels an Symptomen und der Unfähigkeit zu frühen neoplastischen Veränderungen radiologisch oder bronchoskopisch visualisieren. OFDI bietet in der Nähe histologische Auflösung, großflächige 3-dimensionale Ansichten des Gewebes Mikrostruktur in Echtzeit 2-6. Endobronchial OFDI wurde bei Patienten als sichere Technik, die verwendet werden, um hochauflösende volumetrischen Datensätzen über lange Atemwege Segmente in der pulmonalen Atemwege 11-13 (Animation) erhalten werden kann, demonstriert. Allerdings sind nur kleine Biopsien histopathologischen Kollegen in der In-vivo-Einstellung, die keinen angemessenen korreliert OFDI für die Entwicklung von Imaging-Kriterien für pulmonale Pathologie erhalten. Um genau zu beurteilen OFDI Funktionen in pulmonalen Bildgebung gesehen haben, ist es wichtig, genau abgestimmte Bild Histologie Korrelationen zu erhalten. Wir stellen eine einfache und effektive Methode zur präzisen, ein bis one Korrelation zwischen OFDI und Histologie angewendet Atemwege Bildgebung von ex vivo Lungenresektion Proben, die für fast jede ex vivo Gewebe Typ ist. Sobald Bildgebung Kriterien wurden ex vivo mit abgestimmt Eins-zu-Eins-Histologie hergestellt wurde, können diese Kriterien dann in vivo-Bildgebung verwendet werden. Das Gewebe Farbstoff verwendet, um die Imaging-Bereich von Interesse zu markieren ist deutlich sichtbar in beiden OFDI und Histologie. Durch die Verwendung einfacher Techniken zum Ausrichten der Gewebe kann Tinte Markierungen sowohl Bildgebung und Histologie zu erlauben 12.59 Vergleiche OFDI Merkmale und Histologie Feststellungen, die identifizierbare Abbildungseigenschaften des Gewebepathologie bestimmen korreliert werden. Die Technik ist preiswert und praktisch, wodurch es nützlich in vielen optischen bildgebenden Anwendungen. In der in vivo-Einstellung können Methoden wie Laser-Kennzeichnung für die Gewebe-Ausrichtung 25 verwendet werden. Jedoch ter geringe Größe des bronchialen Biopsie ist noch ein limitierender Faktor bei der Verwendung in vivo Studien an spezifische Bildgebung Kriterien für pulmonale Pathologie zu entwickeln. Obwohl ex vivo Studien als adäquate Alternative zu dienen in vivo Bildgebung, gibt es einige Einschränkungen. Ex vivo Lungen Proben aufgeblasenen und zeigen oft chirurgisch induzierten Atelektase, die das Aussehen der normalen alveolären Strukturen verändert. Aufblasen chirurgisch entfernten Lungengewebes mit Gewebe-Kennzeichnung für die Histologie Korrelation ist technisch anspruchsvoll, da die meisten chirurgischen Lungen-Proben nach Pathologie Gefrierschnitt Auswertung aufgenommen werden, in dem die Pleuraoberfläche gestört ist, stören Probe Inflation. Nicht-pathologischen Atelektase ist kein Artefakt in dem in vivo Einstellung gesehen, damit diese Einschränkung wäre nicht relevant für die in vivo Bildgebung pulmonale. Zusätzlich könnte Blutleere in den Gefäßen in ex vivo Proben erschweren distinguish vaskulären Strukturen von anderen Signalquellen nichtig Strukturen. Bei der in-vivo-Umgebung, wäre die Zugabe von Doppler OCT / OFDI 26-28, strukturelle OCT / OFDI bei der Identifizierung der Gefäße zu unterstützen. Bewegungsartefakten kann in vivo gesehen werden, wo sie nicht vorhanden ex vivo sind. Dies könnte potenziell problematisch in Standard-OCT-Systeme mit langsameren Abtastraten. Allerdings sind die schnellen Bildraten von OFDI Systeme, die derzeit&gt; 200 fps 29-31. Somit wird nicht erwartet, dass Bewegungsartefakt wird ein erhebliches Problem sein. Previous in vivo Oktober und OFDI bildgebenden Untersuchungen haben erfolgreiche Visualisierung von feinen Imaging-Funktionen 14,15,18,19 demonstriert. In dieser Studie haben wir volumetrische OFDI präzise Korrelation zu Gewebe-basierte Diagnostik zur Beurteilung pulmonale Pathologie demonstriert. Das beschriebene Verfahren soll exakt aufeinander abgestimmt Histologie bieten als Gold Standa verwendet werdenrd für die OFDI Bildauswertung. Sobald bestimmte Kriterien Bildgebung zur pulmonalen Pathologie entwickelt wurden und validiert ex vivo mit abgestimmt Eins-zu-Eins-Histologie, können die Kriterien dann für nachfolgende in vivo Bildgebung werden mit der Verwendung einer bronchialen Biopsie aufgebracht als Goldstandard Beurteilung der bildgebenden Eigenschaften gesehen. Diese Technik wird als Anwendung zur pulmonalen Resektionsproben präsentiert, sondern kann an fast jeder Gewebetyp, die genaue Bildgebung Histologie Korrelation erforderlichen feinen bildgebenden Eigenschaften von beiden normalen und pathologischen Geweben zu bestimmen bereitzustellen aufgebracht werden.

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare (optional) </td></tr><tr><td> Tissue Kennzeichnung Farbstoff </td><td> Triangle Biomedical </td><td> TMD-BK, TMD-G </td><td></td></tr></tbody></table>

optical frequency domain imaging of ex vivo pulmonary resection specimens: obtaining one to one image to histopathology correlation

Lungenkrebs ist die führende Ursache der durch Krebs verursachten Todesfälle 1. Plattenepithelkarzinom und kleinzelligen Karzinomen entstehen typischerweise in Verbindung mit dem leitenden Atemwege, während Adenokarzinome sind typischerweise in mehreren peripheren Lage. Lung Malignität Erkennung im Frühstadium der Krankheit Prozess kann schwierig sein, aufgrund mehrerer Einschränkungen: radiologische Auflösung bronchoskopischen Einschränkungen bei der Beurteilung Gewebe zugrunde liegenden Schleimhaut der Atemwege und Identifizierung frühen pathologischen Veränderungen und geringen Stichprobengröße und / oder unvollständige Probenahme in der Histologie Biopsien. Hochauflösende bildgebende Verfahren, wie z. B. optische Frequenzbereich Bildgebung (OFDI) bieten nicht-destruktiv, großflächige 3-dimensionale Ansichten des Gewebes Mikrostruktur bis zu einer Tiefe nähert 2 mm in Echtzeit (Abbildung 1) 2-6. OFDI wurde in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet worden, einschließlich der Bewertung der koronaren Atherosklerose 6,7 und Speiseröhrenkrebs intestinale Metaplasie und Dysplasie <sup&gt; 6,8-10. Bronchoskopischen Oktober / OFDI hat als sicherer In-vivo-Imaging-Tool für die Auswertung der pulmonalen Atemwege 11-23 (Animation) demonstriert. Oktober hat der pulmonalen Atemwege 16,23 und Parenchym 17,22 von Tiermodellen und in vivo menschlichen Atemwege 14,15 beurteilt. OCT-Bildgebung von normalen Atemweg hat Visualisierung von Atemwegs Schichtung und alveolären Arbeitsgeräte demonstriert und Auswertung von dysplastischen Läsionen gefunden nützlich bei der Unterscheidung von Typen Dysplasie im Bronchialschleimhaut 11,12,20,21. OFDI Bildgebung Bronchialschleimhaut hat in einer kurzen bronchiale Segment (0,8 cm) 18 nachgewiesen. Darüber hinaus hat volumetrische OFDI über mehrere Atemwege Generationen in Schweinen und Menschen pulmonalen Luftwege in vivo 19 beschrieben. Endobronchial Oktober / OFDI wird typischerweise unter Verwendung dünnen, flexiblen Katheter, die kompatibel mit Standard bronchos sindcopic Access Ports. Zusätzlich haben OCT und OFDI Nadel-basierte Sonden vor kurzem entwickelt worden, was zu Bildbereiche der Lunge über den Atemweg Wand oder Pleuraoberfläche 17 verwendet werden. Während OCT / OFDI verwendet worden ist und gezeigt wie möglich für die in vivo Bildgebung pulmonale, keine Studien mit genau Eins-zu-Eins-OFDI Wetten: Histologie wurden nicht durchgeführt. Daher müssen spezielle Kriterien für verschiedene bildgebende pulmonalen Erkrankungen noch entwickelt werden. Histopathologischen Gegenstücke in vivo erhaltenen bestehen nur kleine Biopsie-Fragmenten, die nur schwer mit großen OFDI Datensätze korreliert sind. Zusätzlich bieten sie nicht die umfassende Histologie auf Anmeldung großvolumigen OFDI benötigt. Als Ergebnis können bestimmte Merkmale der bildgebenden pulmonale Pathologie nicht in der in vivo-Umgebung entwickelt werden. Genau abgestimmt ist one-to-one OFDI und Histologie Korrelation wichtig, genau zu beurteilen Funktionen in O gesehenFDI gegen Histologie als Goldstandard, um daraus bestimmte Bildinterpretation Kriterien für pulmonale Neoplasmen und andere Lungenerkrankungen Pathologien. Sobald bestimmte Kriterien Bildgebung entwickelt wurden und validiert ex vivo mit abgestimmt Eins-zu-Eins-Histologie, dann können sich die Kriterien zur in vivo Bildgebung angewendet werden. Hier präsentieren wir eine Methode zur präzisen, 12.59 Korrelation zwischen hochauflösenden optischen Bildgebung und Histologie in ex vivo Lungenresektion Proben. In diesem Manuskript, beschreiben wir die Techniken verwendet, um OFDI Bilder Histologie überein. Allerdings ist diese Methode nicht spezifisch für OFDI und kann zur Histologie-registrierten Bilder für jede optische Abbildungstechnik zu erhalten. Wir führten Atemwege centered OFDI mit einem spezialisierten custom built bronchoskopischen 2,4 Französisch (0,8 mm Durchmesser) Katheter. Gewebeproben wurden mit Gewebe Farbstoff sichtbar sowohl OFDI und Histologie markiert. Eine sorgfältige Ausrichtung Verfahren wurden verwendet, um präzise korrelieren imaGing und histologische Entnahmestellen. Die Techniken in diesem Manuskript beschrieben wurden verwendet, um die erste Demonstration der volumetrischen OFDI präzise Korrelation zu Gewebe-basierte Diagnose durchführen zur Beurteilung pulmonale Pathologie 24. Diese einfache, effektive Technik kann auf andere Gewebetypen erweitert werden, um genaue Darstellung der Histologie Korrelation notwendig, um feine Imaging-Funktionen des normalen und erkrankten Gewebe zu bestimmen bieten.

Die schwarze Tinte Markierungen sollte zwischen 1 - 1,5 cm auseinander, um die Imaging-Bereich von Interesse anzuzeigen. Die grüne Tinte Marke sollte zu Beginn des Bildgebungsabtastung platziert werden, bevor der erste schwarze Tinte Marke zu orientieren der Probe (Abbildung 2 und Abbildung 3a). Tissue Farbmarkierungen sichtbar sein soll sowohl OFDI Bildgebung und Histologie (Abb. 3 und 4). Im normalen Schweinen (Abbildung 3) und menschlichen Atemwege (Abbildung 4), die typische Atemwege Schichtung sichtbar sein. Das Epithel (E) sichtbar ist als dünne, mäßig signalisieren dichte, homogene Schicht auf der luminalen Aspekt der Atemwege. Die Lamina propria besteht aus organisierten Signal-intensiv, um Signal-armen Gewebe, entsprechend den verschiedenen Komponenten der Lamina propria (LP), wie beispielsweise intensives Signal Bindegeweben einschließlich Elastin und Kollagen (EL), und Signalleitungen Armen Speicheldrüsen-Typ Drüsengewebe (G ). Es gibt gelegentlich sichtbares Signal schlechte Kanäle (D) Durchlaufen der Atmungbor Epithel mit dem Bronchiallumen verbinden. Glatte Muskelzellen erscheint als diskontinuierliche, durchsetzt glatten Muskulatur Faszikel und ist somit nicht erkennbar in OFDI. Auf der H &amp; E und Trichrom Flecken können Atemweg Schichtung visualisiert werden (3c, 3d, 3f, 3g, 4b, 4c, 4e und 4f), wo am Trichrom die oberflächlichen dichten elastischen und kollagenen Geweben erscheinen tiefblaue und die darunter liegende glatte Muskelzellen Flecken rot (SM). Knorpelspangen (C) erscheint als Signal Armen sichelförmigen Strukturen mit definierten Grenzen, die in dem Luftweg Schweinen überlappen und nicht im menschlichen Atemweg überlappen. Das Perichondrium umgebenden Knorpelspangen erscheint als eine dünne Schicht von Signal intensiven Gewebe umfassend die Signal Armen Knorpelspangen. In der peripheren menschlichen Luftwege (Abbildung 4g und 4h), alveoläre Ausrüstung (A) sind so dünn, Signal intensiven gitterartigen Alveolarwände mit Signal ungültig Alveolarräume. Vascular Räume innerhalb der Lamina propria sind visible erscheint danach als Signal nichtig linearen oder kreisförmigen Strukturen mit milden zugrunde liegende Verschattung Artefakt (Pfeile). <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/3855/3855fig1.jpg" /> Abbildung 1. OFDI von Schweinen Atemwege. In vivo Bilder von einer Schweinegrippe Atemwege unter mechanischer Beatmung erhalten. (A) ODFI Querschnitt proximalen Atemweg. (B) OFDI Querschnitt distalen Atemweg. (C) ODFI Längsschnitt proximalen Atemwege, höherer Vergrößerung Bild Panel e rot markierten Bereich. (D) OFDI Längsschnitt distalen Atemwege, höherer Vergrößerung Bild Panel e grün hervorgehoben Region. (E) ODFI Längsschnitt Atemweg von proximal nach distal (links nach rechts). Katheter Durchmesser 0,8 mm und Markierungen repräsentieren 0,5 mm-Schritten. Obwohl verschiedene Schichten des Atemwegswand und alveolaren Anhänge in den OFDI Bilder erkennbar sind, ist es schwierig, genau zu interpretieren den anatomischen correlate der OFDI Signale ohne direkt registriert Histologie. e: Epithel, lp: Lamina propria sm: Submukosa, c: Knorpel, a: alveoläre Anhänge. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/3855/3855fig2.jpg" /> Abbildung 2. Gewebemarkiervorrichtung von Schweinen Atemweg. (A) Das Atemwege mit zwei schwarzen Tinten Markierungen auf der luminalen Oberfläche gelegt parallel zur Längsachse Aspekt der Atemwege, 1,5 cm auseinander liegen. (B) OFDI Katheter über zwei schwarze Tinte platziert markiert, um beide Marken im OFDI Pullback gehören. (C) mit zusätzlichen grünen Airway Tintenmarkierung zu orientieren der Beginn der Bildgebungs-Scan auf der Probe. <img alt="Abbildung 3" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/3855/3855fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/3855/3855fig3.jpg" /> Abbildung 3. OFDI und Histologie von Schweinen Atemwege demonstrieren genaue corBezug Verwendung Gewebemarkiervorrichtung. (a) Das Atemwege mit zwei schwarzen Tinten Markierungen auf der luminalen Oberfläche, die parallel zur Umfangsrichtung Aspekt der Atemwege. Pins werden verwendet, um weiter zu öffnen die Atemwege (Pfeile). (B) OFDI von Schweinen Atemwege sowohl mit Tinte markiert sichtbar (Sternchen) mit (c) genau korreliert Histologie gefärbt mit H &amp; E (Sternchen: schwarze Tinte markiert sichtbar respiratorischen Epithel) und (d) korrelierten Trichromfärbung. Maßstab: 2 mm. (E) Höhere Vergrößerung Blick OFDI Bild mit (f) entsprechende Histologie mit H &amp; E gefärbt und (g) korrelierten Trichromfärbung. E: Respirationsepithel, EL: dichtes kollagenen und elastischen Geweben, SM: glatten Muskulatur, C: Knorpelspangen (histologische Artefakt in künstlichem Knorpel Trennung der Ringe geführt), G: Speicheldrüse Gewebe, D: Speichelgangs Eingabe Epithel. Maßstab: 250 um. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/3855/3855fig3large.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Abbildung zu sehen</a> . <img alt="Abbildung 4" fo:content-width="4.75in" fo:src="/files/ftp_upload/3855/3855fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/3855/3855fig4.jpg" /> Abbildung 4. OFDI und Histologie der menschlichen Atemwege demonstriert präzise Korrelation mit Markierung im Gewebe. (A) OFDI der menschlichen proximalen Atemwege sowohl mit Tinte markiert sichtbar (Sternchen). (B) Genau korreliert Histologie gefärbt mit H &amp; E mit schwarzer Tinte markiert sichtbar respiratorischen Epithel (Sternchen) und (c) korrelierten Trichromfärbung. Maßstab: 2 mm. (D) Höhere Vergrößerung Blick OFDI Bild und (e) entsprechende Histologie mit H &amp; E und (f) Trichrom gefärbt. Maßstab: 250 um. E: respiratorischen Epithel, LP: Lamina propria, G: Speicheldrüse Gewebe, C: Knorpelspangen, PC: Perichondrium. In den Atemwegen des Menschen, ist typisch Schichtung sichtbar. Innerhalb des lockerem Bindegewebe, werden dort Faszikel roten Färbung glatten Muskulatur durchsetzt (SM, Paneele c und f), Die bilden keinen kontinuierlichen Band und damit nicht sichtbar sind als eigenständige Schicht in OFDI. (G) OFDI menschlichen Atemweg distalen und (h) genau korreliert H &amp; E Histologie mit schwarzer Tinte Markierungen sichtbar Respirationsepithel (Sternchen). Maßstab: 2 mm. Alveolar Anhänge (A) sind sichtbar als Signal intensive gitterartigen Alveolarwände mit Signal nichtig Alveolarräumen. Vascular Räume innerhalb der Lamina propria sind auch sichtbar als Signal-void Strukturen zugrunde liegenden milden Shadowing (Pfeile).

Watch this Scientific Journal Video about Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation at JoVE.com

Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation

Eine Methode, um Bild<em&gt; Ex vivo</em&gt; Pulmonalen Resektionsproben mit optischen Frequenzbereich Bildgebung (OFDI) und erhalten genaue Korrelation mit Histologie beschrieben, was wesentlich ist, um die Entwicklung spezifischer OFDI Auslegungskriterien für pulmonale Pathologie. Dieses Verfahren ist anwendbar auf andere Gewebetypen und Imaging-Techniken, um genaue Darstellung der Histologie Korrelation für genaues Bild Interpretation und Beurteilung erhalten. Imaging Kriterien mit dieser Technik hergestellt wäre dann für Bildauswertung in Zukunft<em&gt; In vivo</em&gt; Studien.

Optical Frequency Domain Imaging der<em&gt; Ex vivo</em&gt; Pulmonary Resektionsproben: Beziehen One to One Image to Histopathologie Correlation

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths1. Squamous cell and small cell cancers typically arise in association with the conducting ...

optical-frequency-domain-imaging-ex-vivo-pulmonary-resection

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation

14.0K Aufrufe.  Harvard Medical School. Eine Methode, um Bild Ex vivo Pulmonalen Resektionsproben mit optischen Frequenzbereich Bildgebung (OFDI) und erhalten genaue Korrelation mit Histologie beschrieben, was wesentlich ist, um die Entwicklung spezifischer OFDI Auslegungskriterien für pulmonale Pathologie. Dieses Verfahren ist anwendbar auf andere Gewebetypen und Imaging-Techniken, um genaue Darstellung der Histologie Korrelation für genaues Bild Interpretation und Beurteilung erhalten. Imagin...

Serie: Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation

High Resolution 3D Imaging of Ex-Vivo Biological Samples by Micro CT

Non-destructive volume visualization can be achieved only by tomographic techniques, of which the most efficient is the x-ray micro computerized tomography (&mu;CT).
High resolution &mu;CT is a very versatile yet accurate (1-2 microns of resolution) technique for 3D examination of ex-vivo biological samples1, 2. As opposed to electron tomography, the &mu;CT allows the examination of up to 4 cm thick samples. This technique requires only few hours of measurement as compared to weeks in histology. In addition, &mu;CT does not rely on 2D stereologic models, thus it may complement and in some cases can even replace histological methods3, 4, which are both time consuming and destructive. Sample conditioning and positioning in &mu;CT is straightforward and does not require high vacuum or low temperatures, which may adversely affect the structure. The sample is positioned and rotated 180&deg; or 360&deg;between a microfocused x-ray source and a detector, which includes a scintillator and an accurate CCD camera, For each angle a 2D image is taken, and then the entire volume is reconstructed using one of the different available algorithms5-7. The 3D resolution increases with the decrease of the rotation step. The present video protocol shows the main steps in preparation, immobilization and positioning of the sample followed by imaging at high resolution.

High Resolution 3D Imaging of Ex-Vivo Biological Samples by Micro CT

Non-destructive volume visualization can be achieved only by tomographic techniques, of which the most efficient is the x-ray micro computerized tomography ( CT).

Hochauflösende 3D Imaging von Ex-Vivo Biologische Proben von Micro-CT

Non-destructive volume visualization can be achieved only by tomographic techniques, of which the most efficient is the x-ray micro computerized ...

Forschung

Biotechnik

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As the mainstays of in vivo three-dimensional (3-D) optical microscopy, single-/multi-photon fluorescence microscopy and optical coherence tomography (OCT) have demonstrated their extraordinary sensitivities to fluorescence and optical scattering contrasts, respectively. However, the optical absorption contrast of biological tissues, which encodes essential physiological/pathological information, has not yet been assessable. 
The emergence of biomedical photoacoustics has led to a new branch of optical microscopy optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM)1, where the optical irradiation is focused to the diffraction limit to achieve cellular1 or even subcellular2 level lateral resolution. As a valuable complement to existing optical microscopy technologies, OR-PAM brings in at least two novelties. First and most importantly, OR-PAM detects optical absorption contrasts with extraordinary sensitivity (i.e., 100%). Combining OR-PAM with fluorescence microscopy3 or with optical-scattering-based OCT4 (or with both) provides comprehensive optical properties of biological tissues. Second, OR-PAM encodes optical absorption into acoustic waves, in contrast to the pure optical processes in fluorescence microscopy and OCT, and provides background-free detection. The acoustic detection in OR-PAM mitigates the impacts of optical scattering on signal degradation and naturally eliminates possible interferences (i.e., crosstalks) between excitation and detection, which is a common problem in fluorescence microscopy due to the overlap between the excitation and fluorescence spectra. 
Unique for optical absorption imaging, OR-PAM has demonstrated broad biomedical applications since its invention, including, but not limited to, neurology5, 6, ophthalmology7, 8, vascular biology9, and dermatology10. In this video, we teach the system configuration and alignment of OR-PAM as well as the experimental procedures for in vivo functional microvascular imaging.

Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) is an emerging technology capable of imaging optical absorption contrasts in vivo with cellular resolution and sensitivity. Here, we provide a visualized instruction on the experimental protocols of OR-PAM, including system configuration, system alignment, typical in vivo experimental procedures, and functional imaging schemes.

Dreidimensionale Optische Auflösung photoakustische Mikroskopie

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

Entwurf eines zyklischen Druck Bioreaktor für die Ex Vivo Studium der Aorten-Herzklappen

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Integrated Photoacoustic Ophthalmoscopy and Spectral-domain Optical Coherence Tomography

Both the clinical diagnosis and fundamental investigation of major ocular diseases greatly benefit from various non-invasive ophthalmic imaging technologies. Existing retinal imaging modalities, such as fundus photography1, confocal scanning laser ophthalmoscopy (cSLO)2, and optical coherence tomography (OCT)3, have significant contributions in monitoring disease onsets and progressions, and developing new therapeutic strategies. However, they predominantly rely on the back-reflected photons from the retina. As a consequence, the optical absorption properties of the retina, which are usually strongly associated with retinal pathophysiology status, are inaccessible by the traditional imaging technologies.
Photoacoustic ophthalmoscopy (PAOM) is an emerging retinal imaging modality that permits the detection of the optical absorption contrasts in the eye with a high sensitivity4-7 . In PAOM nanosecond laser pulses are delivered through the pupil and scanned across the posterior eye to induce photoacoustic (PA) signals, which are detected by an unfocused ultrasonic transducer attached to the eyelid. Because of the strong optical absorption of hemoglobin and melanin, PAOM is capable of non-invasively imaging the retinal and choroidal vasculatures, and the retinal pigment epithelium (RPE) melanin at high contrasts 6,7. More importantly, based on the well-developed spectroscopic photoacoustic imaging5,8 , PAOM has the potential to map the hemoglobin oxygen saturation in retinal vessels, which can be critical in studying the physiology and pathology of several blinding diseases 9 such as diabetic retinopathy and neovascular age-related macular degeneration.
Moreover, being the only existing optical-absorption-based ophthalmic imaging modality, PAOM can be integrated with well-established clinical ophthalmic imaging techniques to achieve more comprehensive anatomic and functional evaluations of the eye based on multiple optical contrasts6,10 . In this work, we integrate PAOM and spectral-domain OCT (SD-OCT) for simultaneously in vivo retinal imaging of rat, where both optical absorption and scattering properties of the retina are revealed. The system configuration, system alignment and imaging acquisition are presented.

Photoacoustic ophthalmology (PAOM), an optical-absorption-based imaging modality, provides the complementary evaluation of the retina to the currently available ophthalmic imaging technologies. We report the using of PAOM integrated with spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) for simultaneous multimodal retinal imaging in rats.

Integrierte Photoakustische Ophthalmoskopie und Spectral-Domain Optical Coherence Tomography

Both the clinical diagnosis and fundamental investigation of major ocular diseases greatly benefit from various non-invasive ophthalmic imaging ...

One Minute, Sub-One-Watt Photothermal Tumor Ablation Using Porphysomes, Intrinsic Multifunctional Nanovesicles

We recently developed porphysomes as intrinsically multifunctional nanovesicles. A photosensitizer, pyropheophorbide &alpha;, was conjugated to a phospholipid and then self-assembled to liposome-like spherical vesicles. Due to the extremely high density of porphyrin in the porphyrin-lipid bilayer, porphysomes generated large extinction coefficients, structure-dependent fluorescence self-quenching, and excellent photothermal efficacy. In our formulation, porphysomes were synthesized using high pressure extrusion, and displayed a mean particle size around 120 nm. Twenty-four hr post-intravenous injection of porphysomes, the local temperature of the tumor increased from 30 &deg;C to 62 &deg;C rapidly upon one minute exposure of 750 mW (1.18 W/cm2), 671 nm laser irradiation. Following the complete thermal ablation of the tumor, eschars formed and healed within 2 weeks, while in the control groups the tumors continued to grow and all reached the defined end point within 3 weeks. These data show how porphysomes can be used as potent photothermal therapy (PTT) agents.

We developed novel intrinsic multifunctional nanovesicles called porphysomes, which have structure-dependent fluorescence self-quenching and unique photothermal properties, thus functioning as potent photothermal therapy agents. We formulated porphysomes using high pressure extrusion and investigated their photothermal therapy efficacy in a xenograft tumor model.

Eine Minute, Sub-One-Watt-Photothermische Tumor Ablation mit Porphysomes, Eigen Multifunktionale Nanovesicles

We recently developed porphysomes as intrinsically multifunctional nanovesicles. A photosensitizer, pyropheophorbide &alpha;, was conjugated to a ...

The Use of the Ex Vivo Chandler Loop Apparatus to Assess the Biocompatibility of Modified Polymeric Blood Conduits

The foreign body reaction occurs when a synthetic surface is introduced to the body. It is characterized by adsorption of blood proteins and the subsequent attachment and activation of platelets, monocyte/macrophage adhesion, and inflammatory cell signaling events, leading to post-procedural complications. The Chandler Loop Apparatus is an experimental system that allows researchers to study the molecular and cellular interactions that occur when large volumes of blood are perfused over polymeric conduits. To that end, this apparatus has been used as an ex vivo model allowing the assessment of the anti-inflammatory properties of various polymer surface modifications. Our laboratory has shown that blood conduits, covalently modified via photoactivation chemistry with recombinant CD47, can confer biocompatibility to polymeric surfaces. Appending CD47 to polymeric surfaces could be an effective means to promote the efficacy of polymeric blood conduits. Herein is the methodology detailing the photoactivation chemistry used to append recombinant CD47 to clinically relevant polymeric blood conduits and the use of the Chandler Loop as an ex vivo experimental model to examine blood interactions with the CD47 modified and control conduits.

The Use of the Ex Vivo Chandler Loop Apparatus to Assess the Biocompatibility of Modified Polymeric Blood Conduits

Blood exposure to polymeric blood conduits initiates the foreign body reaction that has been implicated in clinical complications. Here, the Chandler Loop Apparatus, an experimental tool mimicking blood perfusion through these conduits, is described. Appendage of recombinant CD47 results in decreased evidence of the foreign body reaction on these conduits.

Die Verwendung der<em&gt; Ex-vivo-</em&gt; Chandler Loop-Gerät, um die Biokompatibilität von modifizierten polymeren Blutleitungen beurteilen

The foreign body reaction occurs when a synthetic surface is introduced to the body. It is characterized by adsorption of blood proteins and the ...

Computed Tomography and Optical Imaging of Osteogenesis-angiogenesis Coupling to Assess Integration of Cranial Bone Autografts and Allografts

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that implantation of a bone autograft would induce greater bone regeneration by abundant blood vessel formation. To investigate the effect of the graft on neovascularization at the defect site, we developed a micro&#8211;computed tomography (&#181;CT) approach to characterize newly forming blood vessels, which involves systemic perfusion of the animal with a polymerizing contrast agent. This method enables detailed vascular analysis of an organ in its entirety. Additionally, blood perfusion was assessed using fluorescence imaging (FLI) of a blood-borne fluorescent agent. Bone formation was quantified by FLI using a hydroxyapatite-targeted probe and &#181;CT analysis. Stem cell recruitment was monitored by bioluminescence imaging (BLI) of transgenic mice that express luciferase under the control of the osteocalcin promoter. Here we describe and demonstrate preparation of the allograft, calvarial defect surgery, &#181;CT scanning protocols for the neovascularization study and bone formation analysis (including the in vivo perfusion of contrast agent), and the protocol for data analysis.
The 3D high-resolution analysis of vasculature demonstrated significantly greater angiogenesis in animals with implanted autografts, especially with respect to arteriole formation. Accordingly, blood perfusion was significantly higher in the autograft group by the 7th day after surgery. We observed superior bone mineralization and measured greater bone formation in animals that received autografts. Autograft implantation induced resident stem cell recruitment to the graft-host bone suture, where the cells differentiated into bone-forming cells between the 7th and 10th postoperative day. This finding means that enhanced bone formation may be attributed to the augmented vascular feeding that characterizes autograft implantation. The methods depicted may serve as an optimal tool to study bone regeneration in terms of tightly bounded bone formation and neovascularization.

Implantation of autologous and allogeneic bone grafts constitute accepted approaches to treat major craniofacial bone loss. Yet the effect of graft composition on the interplay among neovascularization, cell differentiation and bone formation is unclear. We present a multimodal imaging protocol aimed to elucidate the angiogenesis-osteogenesis interdependence at the graft proximity.

Computertomographie und Optical Imaging von Osteogenesis-Angiogenese-Kopplung an Integration von Schädelknochen Autografts und Allografts Beurteilen

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that ...

A Method to Estimate Cadaveric Femur Cortical Strains During Fracture Testing Using Digital Image Correlation

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral surface obtained from mechanical testing. This optical method requires a texture of many contrasting fiduciary marks on a solid white background for accurate tracking of surface deformation as loading is applied to the specimen. Immediately prior to testing, the surface of interest in the camera view is painted with a water-based white primer and allowed to dry for several minutes. Then, a black paint is speckled carefully over the white background with special consideration for the even size and shape of the droplets. Illumination is carefully designed and set such that there is optimal contrast of these marks while minimizing reflections through the use of filters. Images were obtained through high speed video capture at up to 12,000 frames/s. The key images prior to and including the fracture event are extracted and deformations are estimated between successive frames in carefully sized interrogation windows over a specified region of interest. These deformations are then used to compute surface strain temporally during the fracture test. The strain data is very useful for identifying fracture initiation within the femur, and for eventual validation of proximal femur fracture strength models derived from Quantitative Computed Tomography-based Finite Element Analysis (QCT/FEA).

In this protocol, the femur surface strains are estimated during fracture testing using the digital image correlation technique. The novelty of the method involves application of a high-contrast stochastic speckle pattern on the femur surface, carefully specified illumination, high speed video capture, and digital image correlation analysis for strain calculations.

Eine Methode, um Cadaveric Femur kortikalen Stämme während Fraktur Tests mit digitaler Bildkorrelation schätzen

This protocol describes the method using digital image correlation to estimate cortical strain from high speed video images of the cadaveric femoral ...

Conducting Multiple Imaging Modes with One Fluorescence Microscope

Fluorescence microscopy is a powerful tool to detect biological molecules in situ and monitor their dynamics and interactions in real-time. In addition to conventional epi-fluorescence microscopy, various imaging techniques have been developed to achieve specific experimental goals. Some of the widely used techniques include single-molecule fluorescence resonance energy transfer (smFRET), which can report conformational changes and molecular interactions with angstrom resolution, and single-molecule detection-based super-resolution (SR) imaging, which can enhance the spatial resolution approximately ten&#160;to twentyfold compared to diffraction-limited microscopy. Here we present a customer-designed integrated system, which merges multiple imaging methods in one microscope, including conventional epi-fluorescent imaging, single-molecule detection-based SR imaging, and multi-color single-molecule detection, including smFRET imaging. Different imaging methods can be achieved easily and reproducibly by switching optical elements. This set-up is easy to adopt by any research laboratory in biological sciences with a need for routine and diverse imaging experiments at a reduced cost and space relative to building separate microscopes for individual purposes.

Here we present a practical guide of building an integrated microscopy system, which merges conventional epi-fluorescent imaging, single-molecule detection-based super-resolution imaging, and multi-color single-molecule detection, including single-molecule fluorescence resonance energy transfer imaging, into one set-up in a cost-efficient way.

Durchführung von mehreren Imaging-Modi mit einem Fluoreszenzmikroskop

Fluorescence microscopy is a powerful tool to detect biological molecules in situ and monitor their dynamics and interactions in real-time. In addition to ...

Single-Cell Optical Action Potential Measurement in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes

Conventional intracellular microelectrode techniques to quantify cardiomyocyte electrophysiology are extremely complex, labor intensive, and typically carried out in low throughput. Rapid and ongoing expansion of induced pluripotent stem cell (iPSC) technology presents a new standard in cardiovascular research and alternate methods are now necessary to increase throughput of electrophysiological data at a single cell level. VF2.1Cl is a recently derived voltage sensitive dye which provides a rapid single channel, high magnitude response to fluctuations in membrane potential. It possesses kinetics superior to those of other existing voltage indicators and makes available functional data equivalent to that of traditional microelectrode techniques. Here, we demonstrate simplified, non-invasive action potential characterization in externally paced human iPSC derived cardiomyocytes using a modular and highly affordable photometry system.

Here we describe optical acquisition and characterization of action potentials from induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes using a high-speed modular photometry system.

Einzelzellige optische Aktionspotentialmessung in human induzierten pluripotenten Stammzell-abgeleiteten Kardiomyozyten

Conventional intracellular microelectrode techniques to quantify cardiomyocyte electrophysiology are extremely complex, labor intensive, and typically ...