ラット皮質脈管構造での洗浄・インおよび染料の洗浄を監視するためのパルスレーザーダイオードベースのデスクトップ光音響断層撮影

光音響断層撮影(PAT)は、小さな動物の脳の動的変化を監視するための光学画像と超音波画像の両方を組み合わせたイメージングハイブリッド生物医学的イメージングモダリティです。これは、イメージング速度を半秒の短いコスト効率の高い、ポータブル高速イメージングシステムです。サンディープとの手順を実証するには、博士課程の学生であるPraveen、研究員のポール博士、研究アシスタントのローニーです。

各音響反射器の表面がスキャン領域の中心に向かって向くように、すべての単一要素超音波トランスデューサを各トランスデューサホルダーに一度に1つずつ取り付けることから始めます。各トランスデューサケーブルを低ノイズ信号増幅器に接続するには、接続ケーブルを使用します。冷却装置の電源をオンにし、冷却スイッチをオンにして温度を20~25°Cに設定します。

低電圧電源をオンにして、電流制御を0.3アンペアにゆっくりと回します。電圧を12ボルトに設定し、電流が0.1アンペアを超えていないことを確認します。高電圧電源をオンにし、プリセットボタンを押して電流を1アンペア、電圧をゼロボルトに設定します。

出力ボタンを有効にし、ファンクション ジェネレータの電源をオンにします。リコールボタンを押し、2キロヘルツ構成を選択して、この繰り返し速度でレーザーパルスを生成します。スキャナーの中にアクリルタンクを置き、トランスデューサの検出面が完全に浸るまでタンクに水を充填します。

次に、低ノイズ信号増幅器の電源をオンにします。麻酔ラットをワークベンチの起こりやすい位置に置きます。つま先ピンチへの応答の欠如を確認した後、頭皮の毛皮を取り除くためにヘアトリマーを使用してください。

脱毛クリームを軽く塗布し、綿棒を使用して露出した皮膚から毛皮を完全に取り除き、4〜5分後にクリームを取り除きます。動物の目に軟膏を塗布し、ラボジャックに呼吸マスクを装備したカスタムメイドの動物ホルダーを取り付けます。ヘッドをホルダーの水平プラットフォーム上に置いた後、ホルダーの上にラットを置く傾向があります。

外科テープを使用して、動物をホルダーに固定します。パルスオキシメーターを1つの後肢にクランプして、生理学的状態を監視します。頭皮に無色の超音波ゲルの層を適用するために綿先端アプリケーターを使用してください。

次に、ラボのジャック位置をスキャナーの中央に調整します。撮像面が音響反射器の中心になるように、ジャックの高さを手動で調整します。360度取得スキャン用のデータ取得ソフトウェアのパラメータを設定した後、関数発生器の出力をパルスレーザーダイオードレーザー発光にします。

可変高電圧電源の電圧を120ボルトまでゆっくりと上げ、パルスエネルギーあたりの最大電力を供給します。データ収集ソフトウェアプログラムを実行して、8個のトランスデューサを4秒間のスキャン時間で360度回転させます。機能発生器の出力を無効にして、レーザー放出をオフにします。

データ処理ソフトウェアの再構成アルゴリズムを用いて、バックプロジェクションアルゴリズムを用いて、試行錯誤により8個のトランスデューサの走査半径を決定する。0.5 秒のスキャン時間で 45 度の取得用のデータ収集ソフトウェアのパラメータを設定します。ファンクション ジェネレータの出力を有効にして、レーザー放出をオンにします。

データ収集ソフトウェアプログラムを実行して、8個のトランスデューサを45度回転させて初期制御データを取得します。機能発生器の出力を無効にして、レーザー放出をオフにします。次に、0.3ミリリットルのインドシアニングリーンをラットの尾静脈に注入する。

ファンクション ジェネレータの出力を有効にして、レーザー放出をオンにします。その後、データ取得ソフトウェアを実行して、45度回転で0.5秒のスキャン時間でAラインを取得します。取得の最後に、バックプロジェクション アルゴリズムを使用して、保存された A ラインから断面脳画像を再構築します。

ここでは、98グラムの雌ラットからの脳画像が、4及び0.5秒のスキャン速度で収集された、示されている。矢状の大腸および転移の大腸は両方のイメージではっきりと見える。写真は、頭皮を取り除く前後のラット脳の同じ領域を示しています。

光音響断層撮影は、皮膚と頭蓋骨をそのままにして、同じ可視化を非侵襲的に達成することができる。このプロットでは、時間の経過とともに860ナノメートルの波長でのインドシアニングリーンによる光吸収の増加とその後の減少による矢状狭頭部の平均光音響信号の増加が観察され得る。ICG染料を動物の尾静脈に注入する際は、必ず細心の注意を払ってください。

この低コストデスクトップ光音響断層撮影システムは、0.5秒スキャン速度で高い特別な解像度を持つ小さな動物の脳脈管の動的イメージングに使用することができます。この画像化システムの他のアプリケーションは、脳腫瘍イメージング、小動物および他の治療用途における異なる臓器のイメージングを含む。