Questo lavoro è stato sostenuto in parte da una sovvenzione da parte del programma di studi pilota della Università di Buffalo Centro di Ricerca Clinica e Traslazionale e il Consorzio traslazionale Buffalo, una sovvenzione da Roswell Park Alliance Foundation, fondi di avvio presso l&#39;Università di Buffalo, IT Consilience Programma Creativo di MKE e NIPA (C1515-1121-0003) e la NRF concessione di MEST (2012-0009249).

1. Riflessione profonda Modalità Cistografia (PAC) del sistema fotoacustico <ol><li> Configurazione del sistema 17, 18 <ol><li> A Q-switched Nd: YAG (SLII-10; Continuum; 532 nm) Pompe un laser di lunghezza d&#39;onda-sintonizzabile (Surelite OPO PLUS; Continuum; lunghezza d&#39;onda gamma di sintonia: 680 a 2500 nm). </li><li> La durata dell&#39;impulso di ogni colpo laser è ~ 5 nsec, e la frequenza di ripetizione del laser è 10 Hz.. </li><li> La lunghezza d&#39;onda dipende dal picco di assorbimento ottico del mezzo di contrasto utilizzato. Se metilene blu serve come agente di contrasto, una lunghezza d&#39;onda ottica di 667 nm viene utilizzata, dove l&#39;assorbimento di picco è. Nanostrutture oro plasmonic possono avere sintonizzabile localizzato risonanza plasmonica di superficie alla regione spettrale NIR, in base alle loro proprietà fisiche e chimiche. Inoltre, l&#39;ampio spettro di assorbimento di singoli nanotubi di carbonio a parete può fornire una vasta opzione per la selezione di lunghezza d&#39;onda. </li><li> Luce che esce dal laser sintonizzabile è consegnato a una lente sferica conica tttraverso prismi ad angolo retto (PS908, Thorlabs). </li><li> Un modello di fascio di luce a forma di ciambella viene generata dopo la luce passa attraverso l&#39;obiettivo conica sferica. La lente conica fatta in casa è fatto da una lente BK7 e l&#39;angolo del cono è di 152 °. Il diametro della lente è di 2,5 cm. </li><li> Il fascio di luce a forma di ciambella divergente viene reindirizzato tramite un condensatore ottico, costituito da un foglio acrilico trasparente. I diametri delle superfici superiore e inferiore sono 6,1 e 4,8 cm, rispettivamente. Lo spessore del condensatore è di 2,5 cm. Il fascio di luce a forma di anello reindirizzato forma una forma di ciambella con un centro scuro sulla superficie del tessuto. </li><li> Utilizzare un piccolo contenitore d&#39;acqua per aumentare accoppiamento acustico. Il serbatoio dell&#39;acqua ha una apertura inferiore avvolto con una pellicola trasparente di polietilene sottile, che è otticamente e acusticamente trasparente. Piccoli animali sono posizionati sotto l&#39;acqua. </li><li> Le onde generate PA vengono rilevati da un trasduttore di ultrasuoni focalizzati sferica (V308;Olympus NDT; 5 MHz frequenza centrale), che è montato al centro del condensatore ottico. Il diametro dell&#39;elemento e la lunghezza focale del trasduttore sono 1,9 e 2,5 cm, rispettivamente. Così, il numero f del trasduttore è ~ 1.3. </li><li> Le risoluzioni trasversali ed assiali sono 590 e 144 micron, rispettivamente. </li><li> Le onde PA rilevati vengono prima amplificati da una banda larga pulsatore / ricevitore (5072PR, Olympus NDT; larghezza di banda di 35 MHz e 59 dB di guadagno RF) ad ultrasuoni, e poi acquisito da un oscilloscopio (TDS5054; Tektronix). </li><li> Ottenere immagini tempo-risolte monodimensionali (chiamato come una linea), misurando i tempi di arrivo delle onde PA. Attualmente, la velocità delle onde PA si presume essere a 1.480 m / sec sull&#39;intera acquisizione dell&#39;immagine. Due (chiamato come B-scan) e PA immagini tridimensionali possono essere acquisite spostando meccanicamente la fase di scansione raster lineare (XY6060; Danaher Dover). </li><li> Il tempo di imaging è ~ 25 min per un&#39;immagine PA singola lunghezza d&#39;onda con un volumetricocampo di vista (FOV) di 2,5 x 2,4 x 1,5 centimetri 3 nei piani xyz. Abbiamo acquisito 125 campioni lungo la direzione x con un passo di 0,2 mm, 60 campioni lungo la direzione y con un passo di 0,4 mm. 500 punti di dati con una frequenza di campionamento di 50 MHz sono stati ottenuti lungo la direzione z. La scansione meccanica è controllato da un sistema software NI LabVIEW fatto in casa. </li><li> I dati volumetrico è rappresentato da proiezione ampiezza massima (MAP) utilizzando un sistema software MathWorks MATLAB. </li></ol></li><li> Allineamento del sistema <ol><li> Dopo la lente conica sferica, verificare che il fascio di luce è una forma perfetta anello. Se il fascio di luce a forma di ciambella non viene generato correttamente, i segnali PA originati dalla superficie della pelle sono dominanti. Così, è difficile ottenere l&#39;imaging dei tessuti profondi. </li><li> Il fuoco linea luce a forma in acqua dovrebbe essere coassialmente allineato con la zona focale ultrasuoni. Se quelli non sono allineati coassialmente, il sistema soffre di bassa segnale-rumore. </li><li> L&#39;energia dell&#39;impulso laser irradiata sulla superficie della pelle viene variata da ~ 1 - 2 mJ / cm 2 quando la lunghezza d&#39;onda è sintonizzato da 680 a 1000 nm, rispettivamente. Queste energie impulsi laser sono molto inferiori al limite di sicurezza National Standards Institute, variando da 20 a 80 mJ / cm 2 sopra la regione spettrale, rispettivamente. </li></ol></li></ol> 2. In vivo e ex vivo Imaging Procedure <ol><li> Preparazione degli animali <ol><li> Utilizzare ratti femmina Spraque-Dawley del peso di 200 - 250 g in tutti gli esperimenti di imaging PA. </li><li> Per cominciare, anestetizzare il ratto mediante iniezione intraperitoneale di una miscela di ketamina (85 mg / kg di peso corporeo) e xilazina (15 mg / kg). </li><li> Depilare i peli nella zona addominale. </li><li> Posizionare il topo in cima di un titolare di animali su misura. </li><li> Cappotto un catetere 22-gauge con lubrificante per migliorare l&#39;inserimento del catetere. </li><li> Tenere il catetere vertically sopra l&#39;apertura uretrale. Quindi, inserire l&#39;estremità distale del catetere, orizzontalmente, nell&#39;uretra finché il mozzo del catetere raggiunge finalmente l&#39;apertura. </li><li> L&#39;urina nella vescica invalida attraverso il catetere. </li></ol></li><li> L&#39;imaging in vivo PAC <ol><li> Posizionare il ratto, situato sulla parte superiore del contenitore animale, sotto il contenitore acqua nel sistema PAC. </li><li> Applicare il gel ultrasuoni (Sonotech) tra la superficie della pelle animale e membrana plastica per migliorare accoppiamento acustico. </li><li> Anestetizzare completamente il ratto utilizzando vaporizzato isoflurano (1 L / min di ossigeno e 0,75% isoflurano) durante gli esperimenti di imaging in vivo PA. </li><li> Ottenere una immagine di controllo PA prima di iniezione di mezzi di contrasto. </li><li> Introdurre una soluzione acquosa di blu di metilene (0,8 ml / g di peso corporeo, con una concentrazione di 30 mM), nanocages oro (1,2 ml / g di peso corporeo, con una concentrazione di 2 nM), o singoli nanotubi di carbonio a parete (0,8 ml / g corpo peso conuna concentrazione di 0,3 mM) alla vescica attraverso il catetere. Utilizzare un 1-ml-siringa con un catetere 22 gauge. </li><li> Acquisire una serie di immagini PA. </li></ol></li><li> Ex vivo PAC di imaging <ol><li> Sacrifica il ratto dopo l&#39;imaging in vivo PAC, iniettando una dose eccessiva di pentobarbital. </li><li> Rimuovere i due principali organi, le vesciche e reni, per indagare biodistribuzione, e su una lastra di vetro. </li><li> Posizionare la lastra di vetro sotto il contenitore acqua nel sistema PAC. </li><li> Applicare il gel per ultrasuoni (Sonotech) tra gli organi asportati e la membrana di plastica per migliorare accoppiamento acustico. </li><li> Acquisire immagini PA. </li><li> Photoacoustically immagine gli organi prelevati da un topo sano come controllo. </li></ol></li></ol>

<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=Sentinel+lymph+nodes+and+lymphatic+vessels:+noninvasive+dual-modality+in+vivo+mapping+by+using+indocyanine+green+in+rats--volumetric+spectroscopic+photoacoustic+imaging+and+planar+fluorescence+imaging.">Sentinel lymph nodes and lymphatic vessels: noninvasive dual-modality in vivo mapping by using indocyanine green in rats--volumetric spectroscopic photoacoustic imaging and planar fluorescence imaging.</a> Radiology. 255 (2), 442-450 (2010).</li><li>Kruger, R. A., Kiser, W. L., Reinecke, D. R., Kruger, G. 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Tutti gli esperimenti sugli animali sono stati in conformità con la State University di New York a Buffalo Institutional Animal Care e del Comitato Usa. Gli autori non hanno nulla da rivelare.

In conclusione, abbiamo dimostrato la possibilità di non ionizzanti PAC utilizzando atossici assorbitori ottici in un modello di ratto in vivo. Abbiamo ripreso con successo una vescica di ratto pieno di assorbenti ottici che utilizza il nostro sistema di PAC non ionizzanti e non invasiva. Due questioni cruciali di sicurezza sono stati risolti nel nostro approccio: (1) l&#39;uso di radiazioni ionizzanti per applicazioni cystographic e (2) nessun accumulo di agenti di contrasto nel corpo. <p class="jove_cont...

X-ray cistografia 1 è un processo di imaging per identificare le malattie della vescica-correlate, come il cancro alla vescica, reflusso vescico-ureterale, blocco dei ureteri, vescica neurogena, ecc. 2-5 In genere, le urine vengono annullati e un agente radiopaco viene iniettato attraverso un catetere. Poi, le immagini a raggi X fluoroscopici sono acquisiti per delineare vesciche urinarie. Tuttavia, la questione chiave della sicurezza è che le radiazioni ionizzanti nocive viene utilizzato in questa procedura. La percentuale di rischio di cancro cumulativo a 75 anni di età a causa di raggi X diagnostici va dallo 0,6 al 1,8%. 6 Inoltre, la minaccia cancerogena è significativa in pazienti pediatrici. Uno studio britannico ha dimostrato che tra i 9 grandi organi interni, la dose media annuale di radiazioni da raggi X diagnostica è stata più alta nelle vesciche nei bambini di sesso femminile inferiore a 4 e il secondo più alto nei bambini maschi meno di 4. 7 Ciò indica che il rischio di cancro alla vescica è più significativo nei pazienti pediatrici. Although radiologi pediatrici cercano di ridurre il tasso di esposizione alle radiazioni a basso ragionevolmente ottenibile, le radiazioni ionizzanti non può essere completamente esclusa. Pertanto, la limitazione crea la necessità di una radiazione privo modalità completamente, sensibile, conveniente e ad alta risoluzione di immagini con mezzi di contrasto non radioattivi in ​​cystography. Recentemente, tomografia fotoacustica (PAT) è diventata una modalità di imaging biomedico premier perché PAT può fornire forti contrasti di assorbimento ottico e una risoluzione spaziale elevata ultrasuoni nei tessuti biologici. 8 Il principio della PAT è che le onde ultrasoniche sono indotti a causa termoelastica di un bersaglio seguito da assorbimento della luce. Rilevando tempo risolto onde acustiche viaggiano attraverso un mezzo, due o immagini tridimensionali fotoacustica (PA) sono formate. Poiché ultrasuoni (US) è ​​molto meno diffusa nei tessuti rispetto alla luce (tipicamente due o tre ordini di grandezza), laprofondità di imaging del PAT può raggiungere fino a ~ 8 cm di tessuti, mentre la risoluzione spaziale viene mantenuta a 1/200 della profondità di imaging 9 I vantaggi principali del PAT per l&#39;applicazione cystographic includono:. (1) PAT è completamente libero da ionizzanti radiazioni. (2) sistemi ClinicalUSimaging possono essere facilmente adattate per fornire dual-modale PA e funzionalità di imaging statunitensi. Così, il sistema dual-modale PA / US imaging possono essere relativamente portatile, conveniente e veloce, che sono i criteri chiave per una rapida traduzione clinica. Utilizzando sia endogeni ed esogeni contrasti, PAT ha fornito ad alta risoluzione morfologica, funzionale e di imaging molecolare dei tessuti per studiare la fisiopatologia del tumore, l&#39;emodinamica cerebrale, gli organi interni, oftalmologia, angiografia, ed ecc. 10-16 In questo articolo, abbiamo dimostrato i protocolli sperimentali di non ionizzanti cistografia fotoacustico (PAC) che utilizzano (NIR) assorbenti ottici vicino infrarosso (cioè il blu di metilene, andareld nanocages o singoli nanotubi di carbonio a parete) come non tossici traccianti ottici-torbida. Vesciche Rat pieni di agenti di contrasto sono stati photoacoustically e spettroscopiche delineate in vivo. Nessun agente persistentemente accumulati nelle vesciche e reni dei ratti. Così, tossicità a lungo termine che possono essere causati da accumulo agente può essere esclusa. Questo risultato implica che la PAC con combinazione delle assorbitori ottici può potenzialmente essere una modalità cystographic veramente innocuo per i pazienti pediatrici. La configurazione del sistema, l&#39;allineamento del sistema, e in procedure di imaging in vivo / ex vivo sono discussi in questo articolo.

<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

Cystography pediatrica convenzionale, che è basato su raggi X diagnostici utilizzando un colorante radiopaco, soffre l&#39;uso di radiazioni ionizzanti nocive. Il rischio di tumori della vescica nei bambini a causa di esposizione alle radiazioni è più significativo rispetto a molti altri tipi di cancro. Qui mostriamo la fattibilità di fotoacustico (PA) di imaging non ionizzanti e non invasiva di vesciche urinarie, di cui come cistografia fotoacustico (PAC), utilizzando (NIR) assorbenti ottici vicino infrarosso (es. blu di metilene nanostrutture plasmoniche oro, o singoli nanotubi di carbonio a parete ) come tracciante ottico-torbida. Abbiamo ripreso con successo una vescica ratto riempito con gli agenti assorbenti ottiche usando un campo scuro sistema PAC confocale. Dopo l&#39;iniezione transuretrale dei mezzi di contrasto, vesciche del ratto erano photoacoustically visualizzati attraverso il raggiungimento significativo miglioramento del segnale PA. L&#39;accumulo è stato convalidato dal spettroscopiche di imaging PA. Inoltre, utilizzando solo un impulso di energia laserinferiore a 1 mJ / cm 2 (1/20 del limite di sicurezza), il nostro sistema di imaging attuale potrebbe mappare il metilene-blue-riempita-rat-vescica alla profondità di oltre 1 cm di tessuti biologici in vivo. Sia in vivo e ex vivo PA risultati di imaging verificare che i mezzi di contrasto sono stati naturalmente escreti attraverso la minzione. Così, non vi è alcuna preoccupazione per accumulo agente tossico a lungo termine, che faciliterà traduzione clinica.

La figura 1 mostra il vivo non ionizzanti e non invasiva PAC Nel usando otticamente torbida blu di metilene (MB). L&#39;immagine di controllo PA è stata ottenuta a 667 nm, in assorbimento ottico picco per MB (Figura 1A). Sebbene i vasi sanguigni nel FOV sono visualizzati chiaramente, la vescica è invisibile perché è otticamente trasparente a questa lunghezza d&#39;onda. Come mostrato nella Figura 1B, la vescica si rivela chiaramente nell&#39;immagi...

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Photoacoustic Cystography

Cistografia fotoacustico (PAC) ha un grande potenziale per mappare vesciche urinarie, una radiazione organo interno sensibile nei pazienti pediatrici, senza l&#39;utilizzo di alcun radiazioni ionizzanti o di agente di contrasto tossico. Qui mostriamo l&#39;utilizzo del PAC per la mappatura vesciche urinarie con una iniezione di traccianti ottici-opachi nei ratti<em&gt; In vivo</em&gt;.

Cistografia fotoacustico

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 Views.  University at Buffalo, The State University of New York. Cistografia fotoacustico (PAC) ha un grande potenziale per mappare vesciche urinarie, una radiazione organo interno sensibile nei pazienti pediatrici, senza l'utilizzo di alcun radiazioni ionizzanti o di agente di contrasto tossico. Qui mostriamo l'utilizzo del PAC per la mappatura vesciche urinarie con una iniezione di traccianti ottici-opachi nei ratti In vivo.

Video: Photoacoustic Cystography

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.

Tridimensionale con risoluzione ottica Microscopia fotoacustico

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

Ricerca

Bioingegneria

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.

Rilevazione e isolamento delle cellule del melanoma circolanti con flussimetria fotoacustico

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.

Integrato oftalmoscopia fotoacustico e Spectral-dominio Optical Coherence Tomography

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.

Preparazione e fotoacustico Analisi dei veicoli cellulari contenenti oro 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.

Microscopio fotoacustico acustico e ottico<em&gt; In Vivo</em&gt; Piccolo animale Blood Imaging di Vasculature

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 sistema compatto di Tomografia Photoacoustico ad alte prestazioni per<em&gt; In Vivo</em&gt; Imaging cerebrale di piccole dimensioni

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.

Mano clinico fotoacustico sistema di Imaging per Imaging animale piccolo Non-invasivo in tempo reale

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.

Tomografia fotoacustica basata su diodo laser pulsata per il monitoraggio del lavaggio e del lavaggio del colorante nella Vasculatura corticale del ratto

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.

Rilevamento del cancro ovarico utilizzando la citometria a flusso fotoacustico

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.

Doppia scansione Raster Photoacoustic Small-Animal Imager per la visualizzazione vascolare

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