אנו מודים לתמיכה הנדיבה מהקרן הלאומי למדע (קריירת CBET-1055379) והמכונים הלאומיים לבריאות (1RC4EY021357, 1R01EY019951). אנחנו גם מכירים בתמיכה מסין מלגות המועצה לשיר ווים.

1. לקביעת תצורת מערכת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> PAOM משנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקור תאורה: Nd: YAG ליזר (SPOT-10-100, Elforlight בע&quot;מ, בריטניה: 20 μJ / דופק; 2 NSEC דופק משך; 30 שיעור החזרת דופק מרבי קילוהרץ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליזר התפוקה ב 1064 ננומטר הוא תדר הוכפל ל 532 ננומטר ידי בטא בריום borate (BBO) גביש (CasTech, סן חוזה, קליפורניה). לאחר פיצול נוסף על ידי מראה קו ליזר, אור ננומטר 532 מועבר באמצעות סיב אופטי במצב היחיד (P1-460A-FC-5, Thorlabs), וליזר ננומטר 1064 נרשם על ידי photodiode (DET10A, Thorlabs), אשר מפעיל רכישת אות הרשות הפלסטינית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אור הליזר שיוצא מהסיב האופטי במצב היחיד אליו מועבר אל הרשתית על ידי גלונומטר (GM, QS-7, Nutfield טכנולוגיה) ותצורת טלסקופ (F1 = 75 מ&quot;מ וf2 = 14 מ&quot;מ, אופטיקה אדמונד) 6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתמר מחט לא ממוקד (40 MHz המרכזי תדר, רוחב פס 16-MHz, 0.4 × 0.4 גודל אלמנט המ&quot;מ 2 פעיל, NIH המשאבים CenteR עבור טכנולוגיות Ultrasonic מתמר, אוניברסיטת דרום קליפורניה) ממוקם במגע עם העפעף כדי לזהות את אותות הרשות הפלסטיניות שנוצרו מהרשתית. ג&#39;ל הקולי (Sonotech) מוחל בין קצה המתמר ועפעף חיה לצימוד אקוסטי טוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אות הרשות מוגברת על ידי שני מגברים (ZFL-500LN +, מיני מעגלים, ו5073PR, אולימפוס), והוא דיגיטציה על ידי לוח רכישת נתונים (CS14200, גייג&#39; יישומית). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> SD-אוקטובר משנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקור אור קוהרנטיות נמוך: דיודה פס רחבה סופר זורחת (IPSDD0804, InPhenix; מרכז גל: 840 ננומטר, רוחב פס 6-dB: 50 ננומטר), אשר קובעה את הרזולוציה הצירית של 6 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אור אינפרא אדום הקרוב מפוצל להפנית זרוע וזרוע מדגם על ידי 50 × 50 מצמד במצב יחיד סיבים מותאם אישית (אופטיקה OZ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שילוב עם אור המאיר PAOM על ידי מראה חם (FM02, Thorlabs), זרוע מדגם אוקטובר חולקת את אותה הסריקה והמשלוח אופטיקה wiה 6 PAOM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספקטרומטר בית בנוי משמש כדי להקליט את אותות הפרעות SD-אוקטובר, שבו קו סריקת מצלמת CCD (Aviiva SM2, e2v) מאפשרת קצב קו של 24 קילוהרץ. עיצוב של ספקטרומטרים טיפוסיים ניתן למצוא כמה מספרות שפורסמה בעבר 11 ו סיבי מצמידי ספקטרומטרים SD-אוקטובר זמינים מסחרי עכשיו. רגישות SD-אוקטובר נמדדת להיות טובים יותר מ 90 דציבל. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סריקת תכנית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המהירה 2-D סריקת סריקה של גלונומטר נשלטת על ידי לוח אנלוגי פלט (PCI-6731, המכשירים הלאומיים), שגם מפעיל גם את ירי PAOM הליזר ורכישת האות באוקטובר ספקטרומטר. כתוצאה מכך, רכישות הנתונים בתת אוקטובר PAOM ומסונכרנות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רכישת נתוני PAOM מופעלת על ידי רצף photodiode הקלטת PAOM ליזר (ראה 1.1.2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונות 3-D או נפח 2-D תמונות fundus בנויות מ256 תמונות ב-סריקה (256 A-שורות לBלסרוק תמונה). </li></ol></li></ol> 2. יישור מערכת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקסם את יעילות הכפלת תדר של גביש BBO ויעילות הצימוד של הסיב האופטי במצב היחיד. תלבש LG3 משקפים (Thorlabs) להגנה על עין עובדים בעת אופטימיזציה אור מאיר PAOM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Collimate ליזר סיב הפלט של PAOM עד 2.0 מ&quot;מ קוטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את אורות התאורה המשולבות של PAOM ו SD-אוקטובר להיות קואקסיאלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את אור עירור PAOM ב~ 40 NJ / דופק ו SD-אוקטובר חיטוט אור ב ~ 0.8 mW, שניהם דיווחו להיות עין 6,12 בטוחה. </li></ol> 3. ברשתית הדמית multimodal vivo <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר את החולדה לתיבת פוליפרופילן שקופה, ולהרדים את החיה על ידי תערובת של אוויר isoflurane (פניקס תרופות, Inc) והנורמלי בריכוז של 1.5% וקצב זרימה של 2.0 ליטר / דקה למשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרסן את העכברוש הרדים בhomemaדה מחזיק בחופש החמישה הציר מתכוונן (איור 1), ולשמור על טמפרטורת הגוף שלו ב ~ 37 ° C על ידי כרית חימום (Repti תר, מעבדות זום, Inc). לשמור על ההרדמה בגז איפה של אוויר isoflurane והנורמלי מעורב בריכוז 1.0% ו -1.5 ליטר / קצב זרימת דקות לאורך הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך את הריסים באמצעות מספרי כירורגיות, מרחיב את האישונים עם 1% פתרון העינים Tropicamide, ולשתק את שריר סוגר הקשתית באמצעות 0.5% פתרון העינים הידרוכלוריד Tetracaine. החל טיפי דמעות מלאכותיות (Systane, Alcon Laboratories, Inc) לעין העכברוש כל שתי דקות כדי למנוע התייבשות קרנית והיווצרות קטרקט. לנטר את קצב חי לב, נשימה, וחמצון דם על ידי דופק oximeter (8600 V, Nonin רפואי, מינסוטה) במהלך ההדמיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל אור מאיר SD-אוקטובר ולבדוק את אור החיטוט להיות ~ 0.8 mW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל סריקת גלונומטר. יישר משלוח אור הקרנת SD-אוקטוברעל רשתית החולדה ולזהות את האזור ברשתית של עניין (ROI) על ידי התאמת בעל החיים חמישה הציר. הנה, הדיסק האופטי ממוקם במכוון במרכז שדה הראייה, בעוד יש לבחור את ההחזר על ההשקעה על סמך דרישות מחקר שונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהמשך להתאים את בעל חיים כדי לייעל את האיכויות של חתך רשתית הדמית SD-אוקטובר בשני הכיוונים (סריקה על ידי החלפת כיוון סריקת רסטר) עד שהמיקוד האופטי הטוב ביותר הוא הגיע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן מתמר המחט על פלטפורמה מתכווננת חמישה ציר, חל ירידה של ג&#39;ל הקולי לקצה המתמר, ולפנות בעדינות את קצה המתמר לעפעף בעלי החיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר ליזר PAOM למצב חיצוני-הדק, להתחיל סריקת גלונומטר, ולהפעיל את התצוגה בזמן אמת של תמונת חתך PAOM של הרשתית של בעלי החיים. להתאים את כיוון המתמר בזהירות עד שתמונת PAOM יש יחס אות לרעש הטוב ביותר (יחס אות לרעש), ובינתיים, מציג באופן שווה distributed דפוסים משרעת הרשות פלסטינית בשני כיווני הסריקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את פרמטרי סריקה, ולערוך הדמית הרשתית סימולטני של SD-אוקטובר וPAOM. לשחזר את התמונות תלת הממדיות של SD-אוקטובר וPAOM מצב לא מקוון. קודי השחזור שלנו נכתבו בMatlab והדמיה תלת ממדית הושגה uing freeware (Volview, Kitware). האלגוריתם לSD-אוקטובר שחזור ניתן למצוא במס. 11 והאלגוריתם לPAOM שחזור ניתן למצוא במס. 6 ומס. 13. אם יש צורך, חזור על נהלים של 3.7) -3.9). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ניסוי, כבה את SD-אוקטובר אור החיטוט, להסיר את החיה מהמחזיק באופן מיידי, ולשמור אותו חם עד שהוא מתעורר באופן טבעי. שמור על בעלי החיים בסביבה חשוכה לשעה אחת נוספת לעיניים כדי להתאושש. כל משך הניסוי, כולל הרדמת בעלי החיים ורכישת הדמיה, הוא פחות מ 30 דקות למפעיל מנוסה. </li></ol>

<ol>
	<li>Kinyoun, J. L., Martin, D. C., Fujimoto, W. Y., Leonetti, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ophthalmoscopy+versus+fundus+photographs+for+detecting+and+grading+diabetic+retinopathy.">Ophthalmoscopy versus fundus photographs for detecting and grading diabetic retinopathy.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 33 (6), 1888-1893 (1992).</li><li>Schuman, J. S., Wollstein, G., Farra, T., Hertzmark, E., Aydin, A., Fujimoto, J. G., Paunescu, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+optic+nerve+head+measurements+obtained+by+optical+coherence+tomography+and+confocal+scanning+laser+ophthalmoscopy.">Comparison of optic nerve head measurements obtained by optical coherence tomography and confocal scanning laser ophthalmoscopy.</a> Am. J. Ophthalmol. 135 (4), 504-512 (2003).</li><li>Str&#248;m, C., Sander, B., Larsen, N., Larsen, M., Lund-Andersen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diabetic+macular+edema+assessed+with+optical+coherence+tomography+and+stereo+fundus+photography.">Diabetic macular edema assessed with optical coherence tomography and stereo fundus photography.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 43 (1), 241-245 (2002).</li><li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <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+Optical-resolution+Photoacoustic+Microscopy.">Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy.</a> J. Vis. Exp. (51), e2729 (2011).</li><li>Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiscale+photoacoustic+microscopy+and+computed+tomography.">Multiscale photoacoustic microscopy and computed tomography.</a> Nat. Photonics. 3 (9), 503-509 (2009).</li><li>Jiao, S., Jiang, M., Hu, J., Fawzi, A., Zhou, Q., Shung, K. K., Puliafito, C. A., Zhang, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+ophthalmoscopy+for+in+vivo+retinal+imaging.">Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging.</a> Opt. Express. 18 (4), 3967-3972 (2010).</li><li>Wei, Q., Liu, T., Jiao, S., Zhang, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+chorioretinal+vasculature+in+albino+rats+using+photoacoustic+ophthalmoscopy.">Image chorioretinal vasculature in albino rats using photoacoustic ophthalmoscopy.</a> J. Mod. Optic. 58 (21), 1997-2001 (2011).</li><li>Liu, T., Wei, Q., Wang, J., Jiao, S., Zhang, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=H.F+Combined+photoacoustic+microscopy+and+optical+coherence+tomography+can+measure+metabolic+rate+of+oxygen.">H.F Combined photoacoustic microscopy and optical coherence tomography can measure metabolic rate of oxygen.</a> Biomed. Opt. Express. 2 (5), 1359-1365 (2011).</li><li>Yu, D., Cringle, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+distribution+and+consumption+within+the+retina+in+vascularised+and+avascular+retinas+and+in+animal+models+of+retinal+disease.">Oxygen distribution and consumption within the retina in vascularised and avascular retinas and in animal models of retinal disease.</a> Prog. Retin. Eye Res. 20 (2), 175-208 (2001).</li><li>Song, W., Wei, Q., Liu, T., Kuai, D., Burke, J. M., Jiao, S., Zhang, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+photoacoustic+ophthalmoscopy+with+scanning+laser+ophthalmoscopy,+optical+coherence+tomography,+and+fluorescein+angiography+for+a+multimodal+retinal+imaging+platform.">Integrating photoacoustic ophthalmoscopy with scanning laser ophthalmoscopy, optical coherence tomography, and fluorescein angiography for a multimodal retinal imaging platform.</a> J. Biomed. Opt. 17 (6), 061206 (2012).</li><li>Mark, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Brezinski Optical Coherence Tomography: Principles and Applications. , (2006).</li><li>Hu, S., Rao, B., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+photoacoustic+ophthalmic+angiography.">Label-free photoacoustic ophthalmic angiography.</a> Opt. Lett. 35 (1), 1-3 (2010).</li><li>Zhang, H. F., Maslov, K., Wang, L. V. <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+imaging+of+subcutaneous+structures+using+functional+photoacoustic+microscopy.">In vivo imaging of subcutaneous structures using functional photoacoustic microscopy.</a> Nature protocols. 2, 797-804 (2007).</li><li>Ling, T., Chen, S. L., Guo, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-sensitivity+and+wide-directivity+ultrasound+detection+using+high+Q+polymer+microring+resonators.">High-sensitivity and wide-directivity ultrasound detection using high Q polymer microring resonators.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (20), 204103 (2011).</li><li>Xie, Z., Jiao, S., Zhang, H. F., Puliafito, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-scanning+optical-resolution+photoacoustic+microscopy.">Laser-scanning optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Opt. Lett. 34, 1771-1773 (2009).</li></ol>

כל נהלי בעלי החיים הניסיוניים אושרו על ידי בעלי החיים והטיפול המוסדי הוועדה השתמש באוניברסיטת נורת&#39;ווסטרן.

כאן, אנו מציגים הדרכה מפורטת על סימולטני בתחום הדמית vivo של רשתית עיני חולדות באמצעות PAOM שילוב עם SD-אוקטובר אופטי פיזור מבוסס SD-אוקטובר הוא, אולי, &quot;תקן הזהב&quot; הקליני להדמית רשתית 3, עם זאת, זה לא רגיש כדי לזהות את הספיגה האופטית ברשתית. PAOM חדש שפותח הוא...

integrated photoacoustic ophthalmoscopy and spectral-domain optical coherence tomography

שניהם אבחנה הקלינית וחקירה יסודית של מחלות עיניים עיקריות להפיק תועלת רבה מטכנולוגיות הדמיה שונות אינן פולשניים לרפואת עיניים. קיימים שיטות הדמית רשתית, כגון fundus 1 צילום, ophthalmoscopy confocal סריקת הליזר (cSLO) 2, וטומוגרפיה קוהרנטיות אופטית (אוקטובר) 3, יש תרומות משמעותיות בניטור onsets מחלה ומהלכים, ופיתוח אסטרטגיות טיפוליות חדשות. עם זאת, הם בעיקר מסתמכים על פוטוני הגב משתקפים מהרשתית. כתוצאה מכך, התכונות האופטיות הקליטה של ​​הרשתית, אשר בדרך כלל משויכות חזקה עם מעמד פתופיזיולוגיה רשתית, שאינן נגישות על ידי טכנולוגיות ההדמיה המסורתיות. ophthalmoscopy photoacoustic (PAOM) היא שיטת הדמית רשתית מתפתחת המאפשרת זיהוי של ניגודי הקליטה האופטיים בעין עם רגישות גבוהה 4-7. בPAOM נאןפעימות ליזר osecond מועברות דרך האישון ולסרוק על העין האחורית כדי לגרום אותות photoacoustic (הרשות הפלסטינית), אשר זוהו על ידי מתמר קולי ממוקד המחוברים לעפעף. בגלל הספיגה האופטית החזקה של המוגלובין ומלנין, PAOM הוא מסוגל הדמיה הלא פולשני את vasculatures הרשתית וכורוידאלית, ואפיתל רשתית פיגמנט (רשתית) המלנין בניגודים גבוהים 6,7. וחשוב יותר, המבוסס על הדמית photoacoustic ספקטרוסקופיות המפותחת 5,8, PAOM יש את הפוטנציאל כדי למפות את הרוויה של המוגלובין בחמצן כלי רשתית, שיכול להיות קריטי בלימוד הפיסיולוגיה והפתולוגיה של מחלות שונות מסנוורות 9 כגון רטינופתיה סוכרתית ו ניוון מקולרים הקשור לגיל neovascular. יתר על כן, בהיותו שיטת ההדמיה היחידה הקיימת אופטית קליטה המבוססת העינים, PAOM יכול להיות משולב עם עיניים קליניים ההדמיה te מבוסס היטבchniques להשיג הערכות אנטומיים ופונקציונליות מקיפות יותר של העין מבוססת על ניגודים מרובים אופטיים 6,10. בעבודה זו, אנו משלבים PAOM וספקטרלי-תחום אוקטובר (SD-אוקטובר) בו זמנית בהדמית רשתית vivo של חולדה, שם גם קליטה אופטית ומאפייני פיזור של הרשתית מתגלות. תצורת המערכת, היישור ורכישת מערכת הדמיה מוצגים.

איור 2 מראה את התמונות של SD-אוקטובר וPAOM רכשו במקביל בחולדה לבקן (A ו-B) וחולדת פיגמנט (C ו-D), בהתאמה fundus 2-D. בתמונות fundus SD-אוקטובר (איורים 2 א ו 2 ג), כלי רשתית יש מראה כהה בשל ספיגת המוגלובין של חיטוט אור. בנוסף לכלי רשתית (מ&quot;א באיור 2 ...

Watch this Scientific Journal Video about Integrated Photoacoustic Ophthalmoscopy and Spectral-domain Optical Coherence Tomography at JoVE.com

Integrated Photoacoustic Ophthalmoscopy and Spectral-domain Optical Coherence Tomography

רפואת עיני photoacoustic (PAOM), שיטת הדמיה אופטית המבוססת על קליטה, מספקת את ההערכה המשלימה של הרשתית לטכנולוגיות ההדמיה לרפואת העיניים הזמינים כיום. אנו מדווחים על השימוש של PAOM משולב עם טומוגרפיה רפאים-תחום קוהרנטיות אופטית (SD-אוקטובר) להדמית רשתית multimodal סימולטני בחולדות.

Ophthalmoscopy photoacoustic משולב וטומוגרפיה אופטית קוהרנטיות Spectral-תחום

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.4K Views.  Northwestern University. רפואת עיני photoacoustic (PAOM), שיטת הדמיה אופטית המבוססת על קליטה, מספקת את ההערכה המשלימה של הרשתית לטכנולוגיות ההדמיה לרפואת העיניים הזמינים כיום. אנו מדווחים על השימוש של PAOM משולב עם טומוגרפיה רפאים-תחום קוהרנטיות אופטית (SD-אוקטובר) להדמית רשתית multimodal סימולטני בחול?...

Video: Integrated Photoacoustic Ophthalmoscopy and Spectral-domain Optical Coherence Tomography

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.

תלת ממדית ברזולוציה אופטית photoacoustic מיקרוסקופית

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

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.

איתור בידוד של תאים מלנומה במחזור באמצעות Flowmetry photoacoustic

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

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

Collagen fibrils are present in the extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and mechanical strength. These native collagen fibrils have a characteristic banding periodicity of ~67 nm and are formed in vivo through the hierarchical assembly of Type I collagen monomers, which are 300 nm in length and 1.4 nm in diameter. In vitro, by varying the conditions to which the monomer building blocks are exposed, unique structures ranging in length scales up to 50 microns can be constructed, including not only native type fibrils, but also fibrous long spacing and segmental long spacing collagen. Herein, we present procedures for forming the three different collagen structures from a common commercially available collagen monomer. Using the protocols that we and others have published in the past to make these three types typically lead to mixtures of structures. In particular, unbanded fibrils were commonly found when making native collagen, and native fibrils were often present when making fibrous long spacing collagen. These new procedures have the advantage of producing the desired collagen fibril type almost exclusively. The formation of the desired structures is verified by imaging using an atomic force microscope.

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

Simple and reproducible procedures are described for making three structurally distinct collagen assemblies from a common commercially available Type I collagen monomer. Native type, fibrous long spacing or segmental long spacing collagen can be constructed by varying the conditions to which the 300 nm long and 1.4 nm diameter monomer building block is exposed.

בסינתזת מבחנה של ריווח ילידים, סיבי קולגן וארך ריווח המגזרי

Collagen fibrils are present in the  extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and  mechanical strength. These native ...

Photoacoustic Cystography

Conventional pediatric cystography, which is based on diagnostic X-ray using a radio-opaque dye, suffers from the use of harmful ionizing radiation. The risk of bladder cancers in children due to radiation exposure is more significant than many other cancers. Here we demonstrate the feasibility of nonionizing and noninvasive photoacoustic (PA) imaging of urinary bladders, referred to as photoacoustic cystography (PAC), using near-infrared (NIR) optical absorbents (i.e. methylene blue, plasmonic gold nanostructures, or single walled carbon nanotubes) as an optical-turbid tracer. We have successfully imaged a rat bladder filled with the optical absorbing agents using a dark-field confocal PAC system. After transurethral injection of the contrast agents, the rat's bladders were photoacoustically visualized by achieving significant PA signal enhancement. The accumulation was validated by spectroscopic PA imaging. Further, by using only a laser pulse energy of less than 1 mJ/cm2 (1/20 of the safety limit), our current imaging system could map the methylene-blue-filled-rat-bladder at the depth of beyond 1 cm in biological tissues in vivo. Both in vivo and ex vivo PA imaging results validate that the contrast agents were naturally excreted via urination. Thus, there is no concern regarding long-term toxic agent accumulation, which will facilitate clinical translation.

Photoacoustic cystography (PAC) has a great potential to map urinary bladders, a radiation sensitive internal organ in pediatric patients, without using any ionizing radiation or toxic contrast agent. Here we demonstrate the use of PAC for mapping urinary bladders with an injection of optical-opaque tracers in rats in vivo.

Cystography photoacoustic

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

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.

ניתוח הכנת photoacoustic של כלי רכב ניידים המכילים Nanorods הזהב

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

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.

טומוגרפיה ממוחשבת והדמיה אופטית של צימוד Osteogenesis-אנגיוגנזה להערכת שילוב של Autografts עצם הגולגולת וAllografts

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

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.

רזולוציה אקוסטית ואופטית למיקרוסקופיה פוטוקוסטית עבור<em&gt; בויבו</em&gt; בעלי חיים קטנים דם Vasculature הדמיה

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.

קומפקטית קומפקטית טומוגרפיה מערכת עבור<em&gt; בויבו</em&gt; הדמיה מוחית קטנה של המוח

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

Multimodal Volumetric Retinal Imaging by Oblique Scanning Laser Ophthalmoscopy (oSLO) and Optical Coherence Tomography (OCT)

While fluorescence imaging is widely used in ophthalmology, a large field of view (FOV) three-dimensional (3D) fluorescence retinal image is still a big challenge with the state-of-the-art retinal imaging modalities because they would require z-stacking to compile a volumetric dataset. Newer optical coherence tomography (OCT) and OCT angiography (OCTA) systems overcome these restrictions to provide three-dimensional (3D) anatomical and vascular images, but the dye-free nature of OCT cannot visualize leakage indicative of vascular dysfunction. This protocol describes a novel oblique scanning laser ophthalmoscopy (oSLO) technique that provides 3D volumetric fluorescence retinal imaging. The setup of the imaging system generates the oblique scanning by a dove tail slider and aligns the final imaging system at an angle to detect fluorescent cross-sectional images. The system uses the laser scanning method, and therefore, allows an easy incorporation of OCT as a complementary volumetric structural imaging modality. In vivo imaging on rat retina is demonstrated here. Fluorescein solution is intravenously injected to produce volumetric fluorescein angiography (vFA).

Multimodal Volumetric Retinal Imaging by Oblique Scanning Laser Ophthalmoscopy oSLO and Optical Coherence Tomography OCT

Here, we present a protocol to get a large field of view (FOV) three-dimensional (3D) fluorescence and OCT retinal image by using a novel imaging multimodal platform. We will introduce the system setup, the method of alignment, and the operational protocols. In vivo imaging will be demonstrated, and representative results will be provided.

עם מודאלים מרובים נפח הרשתית הדמיה על ידי עקיפה סריקת לייזר Ophthalmoscopy (אוסלו) ו טומוגרפיה אופטית קוהרנטית (אוקטובר)

While fluorescence imaging is widely used in ophthalmology, a large field of view (FOV) three-dimensional (3D) fluorescence retinal image is still a big ...

Nondestructive Monitoring of Degradable Scaffold-Based Tissue-Engineered Blood Vessel Development Using Optical Coherence Tomography

Engineered vascular grafts with structural and mechanical properties similar to natural blood vessels are expected to meet the growing demand for arterial bypass. Characterization of the growth dynamics and remodeling process of degradable polymer scaffold-based tissue-engineered blood vessels (TEBVs) with pulsatile stimulation is crucial for vascular tissue engineering. Optical imaging techniques stand out as powerful tools for monitoring vascularization of engineered tissue enabling high-resolution imaging in real-time culture. This paper demonstrates a nondestructive and fast real-time imaging strategy to monitor the growth and remodeling of TEBVs in long-term culture by using optical coherence tomography (OCT). Geometric morphology is evaluated, including vascular remodeling process, wall thickness, and comparison of TEBV thickness in different culture time points and presence of pulsatile stimulation. Finally, OCT provides practical possibilities for real-time observation of the degradation of polymer in the reconstructing tissues under pulsatile stimulation or not and in each vessel segment, by compared with the assessment of polymer degradation using scanning electron microscopic(SEM) and polarized microscope.

A step by step protocol for nondestructive and long-period monitoring the process of vascular remodeling and scaffold degradation in real-time culture of biodegradable polymeric scaffold-based tissue-engineered blood vessels with pulsatile stimulation using optical coherence tomography is described here.

ניטור לא הורסות של פיתוח מתכלה מבוססי לגרדום רקמות מהונדסים כלי דם באמצעות טומוגרפיה אופטית קוהרנטית

Engineered vascular grafts with structural and mechanical properties similar to natural blood vessels are expected to meet the growing demand for arterial ...