Damos las gracias al generoso apoyo de la Fundación Nacional de Ciencia (CARRERA CBET-1055379) y los Institutos Nacionales de Salud (1RC4EY021357, 1R01EY019951). También reconocemos el apoyo del Consejo de Becas de China a Song Wei.

1. Configuración del sistema <ol><li> PAOM Subsistema <ol><li> Fuente de iluminación: un láser Nd: YAG (SPOT-10-100, Elforlight Ltd, UK: 20 μJ / impulso; 2 nseg duración del pulso; 30 kHz máxima tasa de repetición de pulso). </li><li> El láser de salida a 1064 nm de doble frecuencia a 532 nm con un beta-bario-borato (BBO) crystal (Castech, San Jose, CA). Después de escisión adicional por un espejo línea de láser, 532 nm de luz se entrega a través de una fibra óptica de modo único (P1-460A-FC-5, Thorlabs), y 1064 nm láser se registra mediante un fotodiodo (DET10A, Thorlabs), que desencadena PA adquisición de la señal. </li><li> La luz de láser que sale de la fibra óptica de modo único se entrega en la retina por un galvanómetro (GM, QS-7, Nutfield Tecnología) y una configuración de telescopio (f1 = 75 mm y f2 = 14 mm, Edmund Optics) 6. </li><li> Un transductor aguja fuera de foco (40-MHz frecuencia central, ancho de banda de 16 MHz, 0,4 x 0,4 mm 2 tamaño del elemento activo, NIH Recursos Center para las tecnologías de transductor ultrasónico, la University of Southern California) se coloca en contacto con el párpado para detectar las señales PA generadas a partir de la retina. Gel de ultrasonidos (Sonotech) se aplica entre la punta del transductor y el párpado animal para acoplamiento acústico. </li><li> La señal PA es amplificada por dos amplificadores (ZFL-500LN +, mini-circuitos, y 5073PR, Olympus), y se digitaliza mediante una tarjeta de adquisición de datos (CS14200, Gage Aplicada). </li></ol></li><li> SD-OCT Subsistema <ol><li> Fuente de luz baja coherencia: una banda ancha super-luminiscente diodo (IPSDD0804, InPhenix, centro de longitud de onda: 840 nm; 6 dB Ancho de banda: 50 nm), que determina la resolución axial de 6 micras. </li><li> La luz infrarroja cercana se divide para hacer referencia brazo y el brazo de la muestra por un 50 × 50 personalizado de modo único acoplador de fibra (Óptica OZ). </li><li> Después de combinar con PAOM luz que ilumina por un espejo caliente (FM02, Thorlabs), el brazo de octubre muestra comparte el mismo análisis y entrega wi ópticaª PAOM 6. </li><li> Un espectrómetro de fabricación casera se utiliza para registrar las señales de interferencia SD-octubre, cuando una línea de exploración CCD cámara (Aviiva SM2, e2v) permite una tasa de una línea de 24 kHz. Diseño de espectrómetros típicos se pueden encontrar de varias literaturas previamente publicados 11 y fibra acoplados a espectrómetros SD-OCT se encuentra ahora disponible en el mercado. La sensibilidad SD-OCT se mide a ser mejor que 90 dB. </li></ol></li><li> Esquema de exploración <ol><li> Fast 2-D exploración de trama del galvanómetro está controlado por una tarjeta de salida analógica (PCI-6731, National Instruments), que también activa tanto el PAOM disparos láser y la adquisición de la señal de octubre espectrómetro. Como resultado de ello, las adquisiciones de datos en PAOM y subsistemas de octubre están sincronizados. </li><li> La adquisición PAOM se dispara mediante una grabación fotodiodo secuencia PAOM láser (véase 1.1.2). </li><li> 3-D imágenes volumétricas o 2-D imágenes del fondo de ojo se construyen a partir de 256 B-scan imágenes (256 líneas A por BA escanear la imagen). </li></ol></li></ol> 2. Sistema de alineación <ol><li> Maximizar la eficiencia de frecuencia de duplicación del cristal BBO y la eficiencia de acoplamiento de la fibra óptica de modo único. Use gafas de LG3 (Thorlabs) para la protección personal cuando se optimiza la luz PAOM esclarecedor. </li><li> Colimar la salida del láser de fibra de PAOM a 2,0 mm de diámetro. </li><li> Alinear las luces de iluminación combinados de PAOM y SD OCT-ser coaxial. </li><li> Ajuste la luz de excitación PAOM a ~ 40 nJ / pulso y SD OCT-sondeo luz a ~ 0,8 mW, ambos de los cuales son reportados a ser seguro para los ojos 6,12. </li></ol> 3. In vivo de imágenes de retina Multimodal <ol><li> Transferir la rata a una caja de polipropileno transparente, y anestesiar al animal por una mezcla de aire isoflurano (Phoenix Pharmaceutical, Inc.) y normal a una concentración de 1,5% y una velocidad de flujo de 2,0 litros / min durante 10 min. </li><li> Reprime la rata anestesiada en una homemade soporte con cinco ejes libertad ajustable (Figura 1), y mantener su temperatura corporal a ~ 37 ° C mediante una almohadilla de calefacción (Repti Therm, laboratorios Zoomed, Inc.). Mantener la anestesia por inhalación de gas de aire de mezcla de isoflurano y normal con 1,0% de concentración y 1,5 litros / min de flujo de todo el experimento. </li><li> Cortar la pestaña usando unas tijeras quirúrgicas, dilatar las pupilas con tropicamida 1% solución oftálmica, y paralizar el músculo del esfínter del iris usando 0,5% solución oftálmica de clorhidrato de tetracaína. Aplicar gotas de lágrima artificial (Systane, Alcon Laboratories, Inc.) para el ojo de la rata cada dos minutos para evitar la deshidratación córnea y la formación de cataratas. Controlar la frecuencia cardíaca animal, la respiración y la oxigenación de la sangre por un oxímetro de pulso (8.600 V, Nonin Medical, MN) durante la exploración. </li><li> Encienda el SD-OCT luz que ilumina y compruebe la luz de sondeo para ser ~ 0,8 mW. </li><li> Activar el escaneo galvanómetro. Alinee la entrega irradiación SD-OCT luzen la retina de rata y de identificar la región de la retina de interés (ROI) mediante el ajuste del soporte de los animales de cinco ejes. Aquí, el disco óptico es colocado intencionadamente en el centro del campo de visión, mientras que el retorno de la inversión debe ser seleccionado basándose en los requisitos de investigación diferentes. </li><li> Ajustar aún más el soporte de animal para optimizar las cualidades SD-octubre de formación de imágenes de sección transversal de la retina en ambas direcciones de exploración (por conmutación de la dirección de exploración de trama) hasta que el mejor enfoque óptico se alcanza. </li><li> Preparar el transductor aguja en una plataforma ajustable de cinco ejes, se aplica una gota de gel de ultrasonido para la punta del transductor, y suavemente en contacto con la punta del transductor en el párpado animal. </li><li> Establecer láser PAOM al modo de disparo externa, inicie el escaneo galvanómetro, y activar visualización en tiempo real de PAOM imagen transversal de la retina animal. Ajustar cuidadosamente la orientación del transductor hasta que la imagen PAOM tiene la mejor relación señal-ruido (SNR) y, mientras tanto, muestra un uniformemente distributed patrones PA amplitud en los dos sentidos de exploración. </li><li> Establezca los parámetros de escaneado, y llevar a cabo la retina de imágenes simultáneas SD-OCT y PAOM. Reconstruir las imágenes tridimensionales de SD-OCT PAOM y off-line. Nuestros códigos de reconstrucción fueron escritos en Matlab y visualización tridimensional se logró uing un freeware (Volview, Kitware). El algoritmo para SD-octubre reconstrucción se puede encontrar en la referencia. 11 y el algoritmo de reconstrucción para PAOM se puede encontrar en la referencia. 6 y ref. 13. Si es necesario, repita los procedimientos de 3,7) -3,9). </li><li> Después de experimentar, apagar la luz SD-OCT sondaje, retirar al animal de soporte inmediato, y mantenerlo caliente hasta que se despierta de forma natural. Mantenga al animal en un ambiente oscuro durante una hora adicional para los ojos para recuperarse. La duración completa experimental, incluyendo la anestesia animal y la obtención de imágenes, es menos de 30 min para un operador experimentado. </li></ol>

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Todos los procedimientos experimentales con animales fueron aprobados por el Cuidado de Animales institucional y el empleo Comisión de la Universidad Northwestern.

A continuación, presentamos una instrucción detallada sobre simultáneo de imágenes in vivo la retina de los ojos de rata utilizando PAOM combinado con SD-PTU. Óptica de dispersión basada en SD-OCT es, quizás, la clínica &quot;patrón oro&quot; para imágenes de la retina 3, sin embargo, no es sensible para detectar la absorción óptica en la retina. El PAOM nuevo desarrollo es la única óptica de absorción a base técnica de imagen oftálmica que proporciona las propiedades óptic...

integrated photoacoustic ophthalmoscopy and spectral-domain optical coherence tomography

Tanto el diagnóstico clínico y la investigación fundamental de las enfermedades oculares más importantes se benefician enormemente de diversas tecnologías no invasivas de imagen oftálmicos. Existentes modalidades de imágenes retinianas, como la fotografía del fondo 1, oftalmoscopio láser confocal de barrido (CSLO) 2, y la tomografía de coherencia óptica (OCT) 3, tienen contribuciones importantes en el seguimiento de la enfermedad y las progresiones inicios y el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas. Sin embargo, se basan predominantemente en el back-reflejadas fotones de la retina. Como consecuencia, las propiedades de absorción óptica de la retina, que normalmente se asocian fuertemente con el estado de la fisiopatología de retina, son inaccesibles por las tecnologías de imágenes tradicionales. Oftalmoscopia fotoacústica (PAOM) es una modalidad emergente imagen de la retina que permite la detección de los contrastes de absorción óptica en el ojo con una alta sensibilidad 4-7. En PAOM nanpulsos osecond láser se entrega a través de la pupila y explorado a través de la parte posterior del ojo para inducir fotoacústicos (PA), señales que son detectadas por un transductor ultrasónico desenfocada unido al párpado. Debido a la fuerte absorción óptica de la hemoglobina y la melanina, PAOM es capaz de forma no invasiva de imágenes de las vasculaturas la retina y la coroides y el epitelio pigmentario de la retina (RPE) de melanina en contrastes altos 6,7. Más importante, basado en el bien desarrollado espectroscópico fotoacústica imágenes 5,8, PAOM tiene el potencial para mapear la saturación de oxígeno de la hemoglobina en los vasos retinianos, que puede ser crítica en el estudio de la fisiología y patología de varias enfermedades que causan ceguera 9 como la retinopatía diabética y neovascular relacionada con la edad degeneración macular. Además, al ser la única existente óptico de absorción basada en modalidad de imagen oftálmica, PAOM se puede integrar con bien establecida clínica oftálmica imágenes TEchniques posible obtener evaluaciones anatómicas y funcionales más amplias del ojo sobre la base de múltiples contrastes ópticos 6,10. En este trabajo, integramos PAOM y espectral dominio-OCT (SD-OCT) para imágenes in vivo de manera simultánea en la retina de rata, donde se revelan tanto la absorción óptica y propiedades de dispersión de la retina. La configuración del sistema, la alineación del sistema y adquisición de imágenes se presentan.

La Figura 2 muestra las imágenes 2-D del fondo de ojo de SD-OCT y PAOM adquiridas simultáneamente en una rata albina (A y B) y una rata pigmentada (C y D), respectivamente. En las imágenes SD-octubre del fondo de ojo (Figuras 2A y 2C), vasos de la retina tienen una apariencia oscura debido a la absorción de la hemoglobina de sondear la luz. Además de vasos de la retina (RV en la Figura 2B), PAOM visualiza las vasculaturas coroideas...

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Integrated Photoacoustic Ophthalmoscopy and Spectral-domain Optical Coherence Tomography

Fotoacústica oftalmología (PAOM), una modalidad de formación de imágenes ópticas de absorción basado, proporciona la evaluación complementaria de la retina a las tecnologías de formación de imágenes disponibles en la actualidad oftálmicas. Se describe el uso de PAOM integrado con dominio espectral tomografía de coherencia óptica (SD-OCT) para el uso simultáneo de imágenes multimodal de la retina en ratas.

La oftalmoscopia integrado fotoacústica y Spectral-tomografía de coherencia óptica de dominio

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

integrated-photoacoustic-ophthalmoscopy-spectral-domain-optical

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JoVE Journal

Bioengineering

11.4K vistas.  Northwestern University. Fotoacústica oftalmología (PAOM), una modalidad de formación de imágenes ópticas de absorción basado, proporciona la evaluación complementaria de la retina a las tecnologías de formación de imágenes disponibles en la actualidad oftálmicas. Se describe el uso de PAOM integrado con dominio espectral tomografía de coherencia óptica (SD-OCT) para el uso simultáneo de imágenes multimodal de la retina en ratas.