Die photoakustische Tomographie (PAT) ist eine mikrogekolastete biomedizinische Bildgebungsmodalität, die sowohl optische als auch Ultraschall-Bildgebung kombiniert, um dynamische Veränderungen in kleinen Tierhirnen zu überwachen. Dies ist ein kostengünstiges, tragbares High-Speed-Bildgebungssystem, das eine Bildgeschwindigkeit von nur einer halben Sekunde verwendet. Demonstriert wird das Verfahren mit Sandeep, ein Doktorand, Dr.Paul, ein Forschungsstipendiat, und Rhonnie, eine wissenschaftliche Assistentin.
Beginnen Sie mit der Montage aller Einzelelement-Ultraschallwandler auf jedem Messumformerhalter nacheinander, so dass die Oberfläche jedes akustischen Reflektors in Richtung der Mitte des Scanbereichs zeigt. Verwenden Sie Verbindungskabel, um jedes Geberkabel an den Geräuschpegelsignalverstärker anzuschließen. Schalten Sie die Stromversorgung des Kühlers ein und schalten Sie den Kühlerschalter ein, um die Temperatur zwischen 20 und 25 Grad Celsius einzustellen.
Schalten Sie das Niederspannungsnetzteil ein und drehen Sie die Stromsteuerung langsam auf 0,3 Ampere. Stellen Sie die Spannung auf 12 Volt ein und stellen Sie sicher, dass der Strom 0,1 Ampere nicht überschreitet. Schalten Sie das Hochspannungsnetzteil ein und drücken Sie die Voreinstellungstaste, um den Strom auf einen Verstärker und die Spannung auf Null Volt einzustellen.
Aktivieren Sie die Ausgangstaste und schalten Sie die Stromversorgung des Funktionsgenerators ein. Drücken Sie die Rückruftaste und wählen Sie eine Konfiguration mit zwei Kilohertz aus, um die Laserpulse bei dieser Wiederholungsrate zu erzeugen. Legen Sie den Acryltank in den Scanner und füllen Sie den Tank mit Wasser, bis die Erfassungsflächen der Messumformer vollständig eingetaucht sind.
Schalten Sie dann die Stromversorgung des Geräuschpegel-Signalverstärkers ein. Platzieren Sie die anästhesierte Ratte in der anfälligen Position auf der Werkbank. Nach der Bestätigung eines Mangels an Reaktion auf Zehenkneifung, verwenden Sie einen Haarschneider, um das Fell auf der Kopfhaut zu entfernen.
Tragen Sie die Enthaarungscreme vorsichtig auf, um das Fell vollständig von der exponierten Haut zu entfernen, indem Sie einen Wattestäbchen verwenden, um die Creme nach vier bis fünf Minuten zu entfernen. Tragen Sie Salbe auf die Augen des Tieres auf und montieren Sie einen maßgeschneiderten Tierhalter, der mit einer Atemmaske auf einem Laborwagen ausgestattet ist. Platzieren Sie die Ratte in der anfälligen Position auf dem Halter mit dem Kopf, der auf der horizontalen Plattform des Halters ruht.
Verwenden Sie chirurgisches Klebeband, um das Tier am Halter zu befestizieren. Klemmen Sie das Pulsoximeter an eine Hintergliedmaße, um seinen physiologischen Zustand zu überwachen. Verwenden Sie einen Baumwoll-Applikator, um eine Schicht farbloses Ultraschallgel auf die Kopfhaut aufzutragen.
Passen Sie dann die Position der Laborbuchse in der Mitte des Scanners an. Passen Sie die Höhe der Buchse manuell an, sodass sich die Bildebene in der Mitte des akustischen Reflektors befindet. Nachdem Sie die Parameter in der Datenerfassungssoftware für einen 360-Grad-Erfassungsscan einstellt haben, ermöglichen Sie es dem Funktionsgenerator, die gepulste Laserdiodenlaseremission einzuschalten.
Erhöhen Sie langsam die Spannung der variablen Hochspannungsversorgung auf 120 Volt für maximale Pro-Puls-Energie. Führen Sie das Datenerfassungssoftwareprogramm aus, um alle acht Messumformer über eine Scanzeit von vier Sekunden um 360 Grad zu drehen. Deaktivieren Sie den Ausgang des Funktionsgenerators, um die Laseremission auszuschalten.
Mit dem Rekonstruktionsalgorithmus in der Datenverarbeitungssoftware ermitteln Sie den Scanradius aller acht Messumformer versuchsweise und fehlerfrei mit dem Rückprojektionsalgorithmus. Stellen Sie die Parameter in der Datenerfassungssoftware für eine 45-Grad-Erfassung über eine Scanzeit von 0,5 Sekunden fest. Aktivieren Sie die Ausgabe des Funktionsgenerators, um die Laseremission einzuschalten.
Führen Sie das Datenerfassungssoftwareprogramm aus, um alle acht Messumformer um 45 Grad zu drehen, um die anfänglichen Steuerdaten zu erhalten. Deaktivieren Sie den Ausgang des Funktionsgenerators, um die Laseremission auszuschalten. Als nächstes injizieren Sie 0,3 Milliliter Indocyaningrün in die Schwanzvene der Ratte.
Aktivieren Sie die Ausgabe des Funktionsgenerators, um die Laseremission einzuschalten. Führen Sie dann die Datenerfassungssoftware aus, um A-Leitungen über eine Scanzeit von 0,5 Sekunden in einer 45-Grad-Drehung zu erfassen. Verwenden Sie am Ende der Erfassung den Rückprojektionsalgorithmus, um das Querschnittsbild des Gehirns aus den gespeicherten A-Linien zu rekonstruieren.
Hier werden Hirnbilder einer 98 Gramm schweren weiblichen Ratte gezeigt, die mit vier- und 0,5-Sekunden-Scangeschwindigkeiten gesammelt wurden. Der sagittale Sinus und der Transfersinus sind in beiden Bildern deutlich sichtbar. Die Fotos zeigen die gleiche Region des Rattenhirns vor und nach dem Entfernen der Kopfhaut.
Die photoakustische Tomographie kann die gleiche Visualisierung nicht invasiv mit intakter Haut und Schädel erreichen. In diesem Diagramm können Erhöhungen des durchschnittlichen photoakustischen Signals im sagittalen Sinus aufgrund von Zunahmen und anschließenden Abnahme der optischen Absorption durch Indocyaningrün bei 860 Nanometer Wellenlängen im Laufe der Zeit beobachtet werden. Achten Sie beim Einspritzen des ICG-Farbstoffs in die Schwanzvene des Tieres immer besonders.
Dieses kostengünstige Desktop-Photoakustik-Tomographiesystem kann für die dynamische Abbildung von Kleintierhirnvaskulaturen mit hoher spezieller Auflösung bei 0,5 Sekunden Scangeschwindigkeit verwendet werden. Weitere Anwendungen dieses Bildgebungssystems sind hirntumorbildgebung, die Bildgebung verschiedener Organe bei Kleintieren und andere therapeutische Anwendungen.
