Ce travail a été financé en partie par une subvention du programme d&#39;études de pilote de l&#39;Université de Buffalo Centre de recherche clinique et translationnelle et le Consortium Translational Buffalo, une subvention de Roswell Park Foundation Alliance, les fonds de démarrage à partir de l&#39;Université de Buffalo, IT Program Creative Consilience de MKE et PNIA (C1515-1121-0003) et subvention NRF de MEST (2012-0009249).

1. Mode Cystographie système de réflexion profonde Photoacoustique (PAC) <ol><li> Configuration du système 17, 18 <ol><li> Un Q-switched Nd: YAG (SLII-10; Continuum; 532 nm) pompe un laser accordable en longueur d&#39;onde (Surelite OPO PLUS; Continuum; longueur d&#39;onde plage de réglage: 680 à 2500 nm). </li><li> La durée d&#39;impulsion de chaque tir laser est de ~ 5 ns, et la fréquence de répétition du laser est de 10 Hz.. </li><li> La longueur d&#39;onde dépend du pic d&#39;absorption optique de l&#39;agent de contraste utilisé. Si le bleu de méthylène sert d&#39;agent de contraste, d&#39;une longueur d&#39;onde optique de 667 nm est utilisé, où le pic d&#39;absorption est. Nanostructures d&#39;or plasmoniques peuvent avoir accordable localisée résonance de plasmon de surface au niveau de la région du spectre NIR, en fonction de leurs propriétés physiques et chimiques. En outre, le large spectre d&#39;absorption de nanotubes de carbone à paroi peut offrir un large choix pour la sélection de longueur d&#39;onde. </li><li> La lumière provenant du laser accordable est livré à une lentille sphérique, conique trâce prismes à angle droit (PS908, Thorlabs). </li><li> Un motif de faisceau de lumière en forme d&#39;anneau est généré après que la lumière passe à travers la lentille conique sphérique. Le fait maison lentille conique est fait d&#39;un verre BK7 et l&#39;angle de cône est de 152 °. Le diamètre de la lentille est de 2,5 cm. </li><li> Le faisceau de lumière en forme d&#39;anneau divergente est redirigée par l&#39;intermédiaire d&#39;un condensateur optique, constituée d&#39;une feuille d&#39;acrylique transparent. Les diamètres des surfaces supérieure et inférieure sont des 6,1 et 4,8 cm, respectivement. L&#39;épaisseur du condenseur est de 2,5 cm. Le faisceau de lumière en forme d&#39;anneau forme un redirigée en forme de beignet avec un centre sombre sur la surface du tissu. </li><li> Utiliser un petit récipient d&#39;eau pour augmenter le couplage acoustique. Le réservoir d&#39;eau présente une ouverture de fond enveloppé avec un film mince de polyéthylène, qui est optiquement clair et transparent acoustiquement. Les petits animaux sont placés sous le réservoir d&#39;eau. </li><li> Les vagues générées par PA sont détectées par un transducteur à ultrasons focalisés sphérique (V308;Olympus HAT; 5 MHz fréquence centrale), qui est monté au milieu du condenseur optique. Le diamètre de l&#39;élément et de la distance focale du transducteur sont de 1,9 et 2,5 cm, respectivement. Ainsi, le nombre f de la sonde est d&#39;environ 1,3. </li><li> Les résolutions transversales et axiales sont 590 et 144 um, respectivement. </li><li> Les ondes de PA détectés sont d&#39;abord amplifiés par un émetteur / récepteur (5072PR, Olympus NDT, 35 MHz de bande passante et 59 dB de gain RF) haut débit à ultrasons, puis acquis par un oscilloscope (TDS5054; Tektronix). </li><li> Obtenir des images résolues en temps à une dimension (appelé A-line) en mesurant les temps d&#39;arrivée des ondes PA. Actuellement, la vitesse des ondes PA est supposé être à 1480 m / sec sur toute acquisition d&#39;image. Deux (appelé B-scan) et les images PA en trois dimensions peut être acquise par déplacement mécanique de la phase de balayage de trame linéaire (XY6060; Danaher Dover). </li><li> Le temps d&#39;imagerie est de ~ 25 min pour une image volumétrique seule longueur d&#39;onde PA avec unchamp de vision (FOV) de 2,5 x 2,4 x 1,5 cm 3 dans les plans XYZ. On fait l&#39;acquisition de 125 échantillons le long de la direction x avec une taille de pas de 0,2 mm, de 60 échantillons le long de la direction y avec une taille de pas de 0,4 mm. 500 points de données avec une fréquence d&#39;échantillonnage de 50 MHz, on a obtenu le long de la direction z. Le balayage mécanique est contrôlé par un système logiciel NI LabVIEW fait maison. </li><li> Les données volumétrique est représentée par la projection de l&#39;amplitude maximale (MAP) à l&#39;aide d&#39;un système logiciel MathWorks MATLAB. </li></ol></li><li> alignement du système <ol><li> Après la lentille sphérique conique, assurez-vous que le diagramme de rayonnement est une forme d&#39;anneau parfait. Si le diagramme de rayonnement en forme d&#39;anneau n&#39;est pas correctement générés, les signaux PA provenaient de la surface de la peau sont dominants. Ainsi, il est difficile de réaliser l&#39;imagerie des tissus profonds. </li><li> La mise au point de la lumière en forme de ligne dans l&#39;eau doit être aligné de manière coaxiale avec la zone focale des ultrasons. Si ce ne sont pas alignés coaxialement, le système souffre d&#39;une faible rapport signal-bruit. </li><li> L&#39;énergie de l&#39;impulsion laser irradiée sur la surface de la peau est variée à partir de ~ 1 - 2 mJ / cm 2 lorsque la longueur d&#39;onde est réglée de 680 à 1000 nm, respectivement. Ces énergies d&#39;impulsions laser sont beaucoup plus faible que la limite de sécurité American National Standards Institute, variant de 20 à 80 mJ / cm 2 par rapport à la région spectrale, respectivement. </li></ol></li></ol> 2. In vivo et ex vivo procédures d&#39;imagerie <ol><li> Préparation des animaux <ol><li> Utilisez des rats femelles Sprague-Dawley d&#39;un poids de 200 à 250 g dans toutes les expériences d&#39;imagerie PA. </li><li> Pour commencer, anesthésier le rat par injection intrapéritonéale d&#39;un mélange de kétamine (85 mg / kg de poids corporel) et de xylazine (15 mg / kg). </li><li> Épiler les poils dans la région abdominale. </li><li> Placez le rat au sommet d&#39;un détenteur d&#39;animaux sur mesure. </li><li> Manteau un cathéter de calibre 22 avec un lubrifiant pour améliorer l&#39;insertion du cathéter. </li><li> Tenez le cathéter VerticaLLY sur l&#39;ouverture de l&#39;urètre. Ensuite, insérer l&#39;extrémité distale du cathéter, à l&#39;horizontale, dans l&#39;urètre jusqu&#39;à ce que le moyeu du cathéter atteint finalement l&#39;ouverture. </li><li> Urine dans la vessie sera annulée par le cathéter. </li></ol></li><li> En PAC imagerie in vivo <ol><li> Positionner le rat, situé sur le dessus de la porte pour animaux, en dessous du récipient d&#39;eau dans le système SAA. </li><li> Appliquer le gel à ultrasons (Sonotech) entre la surface de la peau de l&#39;animal et de la membrane en matière plastique pour améliorer le couplage acoustique. </li><li> Anesthésier totalement le rat en utilisant vaporisé isoflurane (1 L / min d&#39;oxygène et 0,75% d&#39;isoflurane) durant les expériences in vivo PA imagerie. </li><li> Obtenir une image contrôle de l&#39;AP avant l&#39;injection d&#39;agents de contraste. </li><li> Introduire une solution aqueuse de bleu de méthylène (0,8 ul / g de poids corporel avec une concentration de 30 mM), nanocages or (1.2 poids corporel ul / g avec une concentration de 2 nM) ou de nanotubes de carbone à paroi (0,8 ul / g au corps poids avecune concentration de 0,3 pM) à la vessie par l&#39;intermédiaire du cathéter. Utilisez une seringue de 1 ml, avec un cathéter de calibre 22. </li><li> Acquérir une série d&#39;images de l&#39;AP. </li></ol></li><li> Ex PAC imagerie in vivo <ol><li> Sacrifier le rat après en PAC imagerie in vivo, par injection d&#39;une surdose de pentobarbital. </li><li> Retirez les deux principaux organes, vessies et les reins, pour enquêter sur la biodistribution, et sur une plaque de verre. </li><li> Positionner la plaque de verre au-dessous du récipient d&#39;eau dans le système SAA. </li><li> Appliquer le gel d&#39;ultrasons (Sonotech) entre les organes excisés et membrane en plastique afin d&#39;améliorer le couplage acoustique. </li><li> Acquérir les images de l&#39;AP. </li><li> Photoacoustically image, les organes prélevés sur un rat sain comme témoin. </li></ol></li></ol>

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V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+benchmarks+of+an+array-based+hand-held+photoacoustic+probe+adapted+from+a+clinical+ultrasound+system+for+non-invasive+sentinel+lymph+node+imaging.">Performance benchmarks of an array-based hand-held photoacoustic probe adapted from a clinical ultrasound system for non-invasive sentinel lymph node imaging.</a> Philos. Transact. A. Math Phys. Eng. Sci. 369 (1955), 4644-4650 (1955).</li><li>Kim, C., Song, K. H., Gao, F., Wang, L. 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Toutes les expériences sur les animaux étaient en conformité avec la State University of New York à Buffalo institutionnel de protection des animaux et du Comité de l&#39;utilisation. Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

En conclusion, nous avons montré la possibilité de non-ionisants PAC en utilisant des absorbeurs optiques non toxiques dans un modèle de rat in vivo. Nous avons réussi à imager une vessie de rat rempli avec des absorbants optiques utilisant notre système PAC non ionisants et non invasive. Deux problèmes de sécurité critiques ont été résolus dans notre approche: (1) l&#39;utilisation des rayonnements non ionisants pour des applications cystographic et (2) aucune accumulation d&#39;agents de contraste...

X-ray cystographie 1 est un procédé d&#39;imagerie pour identifier les maladies liées à la vessie tels que le cancer de la vessie, reflux vésico-urétéral, le blocage des uretères, la vessie neurogène, etc. 2-5 Typiquement, les urines sont annulées et un agent de radio-opaque est injecté par un cathéter. Ensuite, images fluoroscopie aux rayons X sont acquis pour délimiter vessies. Toutefois, la question de la sécurité est essentiel que le rayonnement ionisant nuisible est utilisé dans cette procédure. Le pourcentage de risque de cancer cumulative à l&#39;âge de 75 années en raison de diagnostic rayons X s&#39;étend de 0,6 à 1,8%. 6 En outre, la menace cancérogène est significative chez les patients pédiatriques. Une étude britannique a montré que parmi les 9 principaux organes internes, la dose d&#39;irradiation annuelle moyenne de diagnostic rayons X était plus élevé dans les vessies pour enfants de sexe féminin de moins de 4 et au deuxième rang chez les enfants mâles de moins de 4. 7 Ceci indique que le risque de cancer de la vessie est plus importante chez les patients pédiatriques. Altien que radiopédiatres s&#39;efforcent de réduire le taux d&#39;exposition aux radiations aussi bas que raisonnablement possible, les rayonnements ionisants ne peut être totalement exclue. Par conséquent, la limitation crée un besoin pour une complètement sans radiation, sensible, rentable et de haute résolution modalité d&#39;imagerie avec des agents de contraste non radioactifs dans cystographie. Récemment, la tomographie photoacoustique (PAT) est devenu un premier modalité d&#39;imagerie biomédicale parce PAT peut fournir de forts contrastes d&#39;absorption optique et une résolution spatiale ultrasons haute dans les tissus biologiques. 8 Le principe de la PAT est que les ondes ultrasonores sont induites en raison de l&#39;expansion thermoélastique d&#39;une cible suivi par absorption de lumière. En détectant en temps résolu ondes acoustiques de voyage par l&#39;intermédiaire d&#39;un support, de deux ou de photo-acoustiques des images tridimensionnelles (AP) sont formées. Parce que l&#39;échographie (US) est beaucoup moins dispersées dans les tissus par rapport à la lumière (généralement deux ou trois ordres de grandeur), l&#39;profondeur d&#39;imagerie de PAT peut atteindre jusqu&#39;à ~ 8 cm dans les tissus, tandis que la résolution spatiale est maintenue à 1/200 de la profondeur d&#39;imagerie 9 Les avantages clés de la PAT pour l&#39;application cystographic comprennent: (1). PAT est complètement libre de ionisantes rayonnement. (2) Systèmes de ClinicalUSimaging peuvent être facilement adaptées pour fournir des capacités d&#39;imagerie américains dual-modal et PA. Ainsi, le système bi-modal PA / US imagerie peut être relativement portable, rentable et rapide, qui sont des critères essentiels pour la traduction clinique rapide. Utilisant à la fois endogènes et exogènes contrastes, PAT a fourni l&#39;imagerie à haute résolution morphologique, fonctionnelle et moléculaire des tissus pour étudier tumeur physiopathologie, l&#39;hémodynamique du cerveau, les organes internes, l&#39;ophtalmologie, l&#39;angiographie, et etc 10-16. Dans cet article, nous démontrons les protocoles expérimentaux de cystographie photoacoustique non ionisants (PAC) à l&#39;aide du proche infrarouge absorbants optiques (NIR) (c.-bleu de méthylène, allernanocages LD, ou nanotubes de carbone à paroi) comme non toxiques traceurs optique trouble. vessies de rats remplis d&#39;agents de contraste ont été photoacoustically et spectroscopie délimitées in vivo. Pas agents constamment accumulées dans les vessies et les reins des rats. Ainsi, la toxicité à long terme qui peut être causé par l&#39;accumulation de l&#39;agent peut être exclu. Ce résultat implique que PAC avec la combinaison des absorbeurs optiques peut potentiellement être une modalité cystographic vraiment sans danger pour les patients pédiatriques. La configuration du système, l&#39;alignement du système, et dans les procédures d&#39;imagerie in vivo in vivo / ex sont discutés dans cet article.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q-switched Nd:YAG laser</td>
			<td>Continuum</td>
			<td>SLII-10</td>
			<td>pump laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OPO laser</td>
			<td>Continuum</td>
			<td>Surelite OPO PLUS</td>
			<td>tunable laser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prisms</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PS908</td>
			<td>light deliver</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound transducer</td>
			<td>Olympus NDT</td>
			<td>V308</td>
			<td>5 MHz</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultraoundpulser/receiver</td>
			<td>Olympus NDT</td>
			<td>5072PR</td>
			<td>amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilloscope</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>TDS5054</td>
			<td>data acquisition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning stage</td>
			<td>Danaher Dover</td>
			<td>XY6060</td>
			<td>raster scanning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methylene blue</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M9140-25G</td>
			<td>contrast agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rats</td>
			<td>Harlan</td>
			<td>Spague-Dawley</td>
			<td>animal subject</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflourane vaporizer</td>
			<td>Euthanex</td>
			<td>EZ-155</td>
			<td>anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound gel</td>
			<td>Sonotech</td>
			<td>Clear Image singles</td>
			<td>acoustic coupling</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

photoacoustic cystography

Cystographie pédiatrique conventionnelle, qui repose sur de diagnostic X-ray en utilisant un colorant opaque aux rayons X, souffre de l&#39;utilisation des rayonnements ionisants nocifs. Le risque de cancers de la vessie chez les enfants en raison de l&#39;exposition aux radiations est plus importante que de nombreux autres cancers. Ici, nous démontrons la faisabilité de photoacoustique imagerie non ionisants et non invasive (PA) des vessies, appelés cystographie photoacoustique (PAC), en utilisant le proche infrarouge absorbants optiques (NIR) (c.-bleu de méthylène, nanostructures d&#39;or plasmoniques ou nanotubes de carbone à paroi ) en tant que marqueur optique-trouble. Nous avons réussi à imager une vessie de rat rempli avec les agents absorbants optiques en utilisant un système PAC confocale en champ sombre. Après injection transurétrale des agents de contraste, les vessies du rat étaient photoacoustically visualisés en réalisant une amélioration significative du signal PA. L&#39;accumulation a été validé par l&#39;imagerie spectroscopique PA. En outre, en utilisant seulement une énergie d&#39;impulsion laserde moins de 1 mJ / cm 2 (1/20 de la limite de sécurité), notre système d&#39;imagerie actuelle pourrait cartographier le bleu de méthylène rempli rat-vessie à une profondeur de 1 cm au-delà dans les tissus biologiques in vivo. La fois in vivo et ex vivo résultats imagerie PA valider que les agents de contraste ont été naturellement excrété via la miction. Ainsi, il n&#39;y a aucune inquiétude en ce qui concerne l&#39;accumulation de l&#39;agent toxique à long terme, ce qui facilitera la traduction clinique.

La figure 1 montre l&#39;In vivo non ionisants et non invasive PAC utilisant optiquement trouble bleu de méthylène (MB). L&#39;image contrôle de l&#39;AP a été obtenue à 667 nm, à l&#39;absorption optique de pointe pour les MB (figure 1A). Bien que les vaisseaux sanguins dans le champ de vision sont clairement visualisées, la vessie est invisible car elle est optiquement transparent à cette longueur d&#39;onde. Comme le montre la figure 1B, la vessie e...

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Photoacoustic Cystography

Cystographie Photoacoustique (PAC) a un grand potentiel pour cartographier vessies, un organe interne sensible au rayonnement chez les patients pédiatriques, sans utiliser de radiations ionisantes ou agent de contraste toxique. Ici, nous démontrons l&#39;utilisation des PAC pour la cartographie des vessies avec une injection de traceurs optiques opaques chez les rats<em&gt; In vivo</em&gt;.

Cystographie Photoacoustique

Conventional pediatric cystography, which is based on diagnostic X-ray using a radio-opaque dye, suffers from the use of harmful ionizing radiation. The ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

13.2K vues.  University at Buffalo, The State University of New York. Cystographie Photoacoustique (PAC) a un grand potentiel pour cartographier vessies, un organe interne sensible au rayonnement chez les patients pédiatriques, sans utiliser de radiations ionisantes ou agent de contraste toxique. Ici, nous démontrons l'utilisation des PAC pour la cartographie des vessies avec une injection de traceurs optiques opaques chez les rats In vivo.

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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.

Tridimensionnelle optique résolution microscopie photoacoustique

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

Recherche

Bio-ingénierie

Detection and Isolation of Circulating Melanoma Cells using Photoacoustic Flowmetry

Circulating tumor cells (CTCs) are those cells that have separated from a macroscopic tumor and spread through the blood and lymph systems to seed secondary tumors1,2,3. CTCs are indicators of metastatic disease and their detection in blood samples may be used to diagnose cancer and monitor a patient&prime;s response to therapy. Since CTCs are rare, comprising about one tumor cell among billions of normal blood cells in advanced cancer patients, their detection and enumeration is a difficult task. We exploit the presence of pigment in most melanoma cells to generate photoacoustic, or laser induced ultrasonic waves in a custom flow cytometer for detection of circulating melanoma cells (CMCs)4,5. This process entails separating a whole blood sample using centrifugation and obtaining the white blood cell layer. If present in whole blood, CMCs will separate with the white blood cells due to similar density. These cells are resuspended in phosphate buffered saline (PBS) and introduced into the flowmeter. Rather than a continuous flow of the blood cell suspension, we induced two phase flow in order to capture these cells for further study. In two phase flow, two immiscible liquids in a microfluidic system meet at a junction and form alternating slugs of liquid6,7. PBS suspended white blood cells and air form microliter slugs that are sequentially irradiated with laser light. The addition of a surfactant to the liquid phase allows uniform slug formation and the user can create different sized slugs by altering the flow rates of the two phases. Slugs of air and slugs of PBS with white blood cells contain no light absorbers and hence, do not produce photoacoustic waves. However, slugs of white blood cells that contain even single CMCs absorb laser light and produce high frequency acoustic waves. These slugs that generate photoacoustic waves are sequestered and collected for cytochemical staining for verification of CMCs.

We have developed a flow cytometer using laser induced ultrasound to detect circulating melanoma cells as an early indicator of metastatic disease.

Détection et isolement des cellules du mélanome de circulation à l&#39;aide Débitmétrie photoacoustique

Circulating tumor cells (CTCs) are those cells that have separated from a macroscopic tumor and spread through the blood and lymph systems to seed ...

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.

Intégré ophtalmoscopie photoacoustique et Spectral-domaine tomographie par cohérence optique

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

Preparation and Photoacoustic Analysis of Cellular Vehicles Containing Gold Nanorods

Gold nanorods are attractive for a range of biomedical applications, such as the photothermal ablation and the photoacoustic imaging of cancer, thanks to their intense optical absorbance in the near-infrared window, low cytotoxicity and potential to home into tumors. However, their delivery to tumors still remains an issue. An innovative approach consists of the exploitation of the tropism of tumor-associated macrophages that may be loaded with gold nanorods in vitro. Here, we describe the preparation and the photoacoustic inspection of cellular vehicles containing gold nanorods. PEGylated gold nanorods are modified with quaternary ammonium compounds, in order to achieve a cationic profile. On contact with murine macrophages in ordinary Petri dishes, these particles are found to undergo massive uptake into endocytic vesicles. Then these cells are embedded in biopolymeric hydrogels, which are used to verify that the stability of photoacoustic conversion of the particles is retained in their inclusion into cellular vehicles. We are confident that these results may provide new inspiration for the development of novel strategies to deliver plasmonic particles to tumors.

We show the preparation and address the feasibility of cellular vehicles containing gold nanorods for the photoacoustic imaging of cancer.

Préparation et Photoacoustique Analyse des véhicules cellulaires contenant de l&#39;or nanorods

Gold nanorods are attractive for a range of biomedical applications, such as the photothermal ablation and the photoacoustic imaging of cancer, thanks to ...

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

Photoacoustic microscopy (PAM) is a fast-growing invivo imaging modality that combines both optics and ultrasound, providing penetration beyond the optical mean free path (~1 mm in skin) with high resolution. By combining optical absorption contrast with the high spatial resolution of ultrasound in a single modality, this technique can penetrate deep tissues. Photoacoustic microscopy systems can have either a low acoustic resolution and probe deeply or a high optical resolution and probe shallowly. It is challenging to achieve high spatial resolution and large depth penetration with a single system. This work presents an AR-OR-PAM system capable of both high-resolution imaging at shallow depths and low-resolution deep-tissue imaging of the same sample in vivo. A lateral resolution of 4 &#181;m with 1.4 mm imaging depth using optical focusing and a lateral resolution of 45 &#181;m with 7.8 mm imaging depth using acoustic focusing were successfully demonstrated using the combined system. Here,&#160;in vivo&#160;small-animal blood vasculature imaging is performed to demonstrate its biological imaging capability.

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

Here a switchable acoustic resolution (AR) and optical resolution (OR) photoacoustic microscopy (AR-OR-PAM) system capable of both high resolution imaging at shallow depth and low resolution deep tissue imaging on the same sample in vivo is demonstrated.

Microscopie photoacoustique à résolution acoustique et optique à commutation commutable pour<em&gt; In vivo</em&gt; Imagerie vasculaire de sang de petit animal

Photoacoustic microscopy (PAM) is a fast-growing invivo imaging modality that combines both optics and ultrasound, providing penetration beyond the ...

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality that shows great potential for both preclinical and clinical applications. Conventional optical parametric oscillator-based PAT (OPO-PAT) systems are bulky and expensive and cannot provide high-speed imaging. Recently, pulsed-laser diodes (PLDs) have been successfully demonstrated as an alternative excitation source for PAT. Pulsed-laser diode PAT (PLD-PAT) has been successfully demonstrated for high-speed imaging on photoacoustic phantoms and biological tissues. This work provides a visualized experimental protocol for in vivo brain imaging using PLD-PAT. The protocol includes the compact PLD-PAT system configuration and its description, animal preparation for brain imaging, and a typical experimental procedure for 2D cross-sectional rat brain imaging. The PLD-PAT system is compact and cost-effective and can provide high-speed, high-quality imaging. Brain images collected in vivo at various scan speeds are presented.

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

A compact pulsed-laser diode-based photoacoustic tomography (PLD-PAT) system for high-speed in vivo brain imaging in small animals is demonstrated.

Un système de tomographie photoacoustique compacte haute performance pour<em&gt; In vivo</em&gt; Imagerie du cerveau à petits animaux

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality ...

Hand-held Clinical Photoacoustic Imaging System for Real-time Non-invasive Small Animal Imaging

Translation of photoacoustic imaging into the clinic is a major challenge. Handheld real-time clinical photoacoustic imaging systems are very rare. Here, we report a combined photoacoustic and clinical ultrasound imaging system by integrating an ultrasound probe with light delivery for small animal imaging. We demonstrate this by showing sentinel lymph node imaging in small animals along with minimally invasive real-time needle guidance. A clinical ultrasound platform with access to raw channel data allows the integration of photoacoustic imaging leading to a handheld real-time clinical photoacoustic imaging system. Methylene blue was used for sentinel lymph node imaging at 675 nm wavelength. Additionally, needle guidance with dual modal ultrasound and photoacoustic imaging was shown using the imaging system. Depth imaging of up to 1.5 cm was demonstrated with a 10 Hz laser at a photoacoustic imaging frame rate of 5 frames per second.

A clinical handheld photoacoustic imaging system will be demonstrated for real-time non-invasive small animal imaging.

À main photoacoustique clinique, système d’imagerie pour l’imagerie animale petit Non invasif en temps réel

Translation of photoacoustic imaging into the clinic is a major challenge. Handheld real-time clinical photoacoustic imaging systems are very rare. Here, ...

Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature

Photoacoustic (PA) tomography (PAT) imaging is an emerging biomedical imaging modality useful in various preclinical and clinical applications. Custom-made circular ring array-based transducers and conventional bulky Nd:YAG/OPO lasers inhibit translation of the PAT system to clinics. Ultra-compact pulsed laser diodes (PLDs) are currently being used as an alternative source of near-infrared excitation for PA imaging. High-speed dynamic in vivo imaging has been demonstrated using a compact PLD-based desktop PAT system (PLD-PAT). A visualized experimental protocol using the desktop PLD-PAT system is provided in this work for dynamic in vivo brain imaging. The protocol describes the desktop PLD-PAT system configuration, preparation of animal for brain vascular imaging, and procedure for dynamic visualization of indocyanine green (ICG) dye uptake and clearance process in rat cortical vasculature.&#160;

A compact pulsed laser diode-based desktop photoacoustic tomography (PLD-PAT) system is demonstrated for high-speed dynamic in vivo imaging of small animal cortical vasculature.

Tomographie photoacoustique de bureau à diode laser pulsée pour la surveillance du lavage et du lavage de colorant dans la vascularisation corticale de rat

Photoacoustic (PA) tomography (PAT) imaging is an emerging biomedical imaging modality useful in various preclinical and clinical applications. ...

Ovarian Cancer Detection Using Photoacoustic Flow Cytometry

Many studies suggest that the enumeration of circulating tumor cells (CTCs) may show promise as a prognostic tool for ovarian cancer. Current strategies for the detection of CTCs include flow cytometry, microfluidic devices, and real-time polymerase chain reaction (RT-PCR). Despite recent advances, methods for the detection of early ovarian cancer metastasis still lack the sensitivity and specificity required for clinical translation. Here, a novel method is presented for the detection of ovarian circulating tumor cells by photoacoustic flow cytometry (PAFC) utilizing a custom three dimensional (3D) printed system, including a flow chamber and syringe pump. This method utilizes folic acid-capped copper sulfide nanoparticles (FA-CuS NPs) to target SKOV-3 ovarian cancer cells by PAFC. This work demonstrates the affinity of these contrast agents for ovarian cancer cells. The results show NP characterization, PAFC detection, and NP uptake by fluorescence microscopy, thus demonstrating the potential of this novel system to detect ovarian CTCs at physiologically relevant concentrations.

A protocol is presented to detect circulating ovarian tumor cells utilizing a custom-made photoacoustic flow system and targeted folic acid-capped copper sulfide nanoparticles.

Détection du cancer de l'ovaire à l'aide de la cytométrie du flux photoacoustique

Many studies suggest that the enumeration of circulating tumor cells (CTCs) may show promise as a prognostic tool for ovarian cancer. Current strategies ...

Dual Raster-Scanning Photoacoustic Small-Animal Imager for Vascular Visualization

Imaging of vascular networks on small animals has played an important role in basic biomedical research. Photoacoustic imaging technology has great potential for application in the imageology of small animals. The wide-field photoacoustic imaging of small animals can provide images with high spatiotemporal resolution, deep penetration, and multiple contrasts. Also, the real-time photoacoustic imaging system is desirable to observe the hemodynamic activities of small-animal vasculature, which can be used to research the dynamic monitoring of small-animal physiological features. Here, a dual-raster-scanning photoacoustic imager is presented, featuring a switchable double-mode imaging function. The wide-field imaging is driven by a two-dimensional motorized translation stage, while the real-time imaging is realized with galvanometers. By setting different parameters and imaging modes, in vivo visualization of small-animal vascular network can be performed. The real-time imaging can be used to observe pulse change and blood flow change of drug-induced, etc. The wide-field imaging can be used to track the growth change of tumor vasculature. These are easy to be adopted in various areas of basic biomedicine research.

A dual raster-scanning photoacoustic imager was designed, which integrated wide-field imaging and real-time imaging.

Double imageur photoacoustique à balayage Raster pour visualisation vasculaire

Imaging of vascular networks on small animals has played an important role in basic biomedical research. Photoacoustic imaging technology has great ...