Este trabalho foi financiado em parte por uma concessão do programa da Universidade de Buffalo Centro de Pesquisa Clínica e Translacional e do Consórcio Translational Buffalo, uma bolsa da Fundação Alliance Roswell Park, fundos de inicialização do programa de TI criativa Consilience University at Buffalo, estudos-piloto de MKE e NIPA (C1515-1121-0003) e NRF concessão de MEST (2012-0009249).

1. Cistografia Sistema Photoacoustic modo de reflexão profunda (PAC) <ol><li> Configuração do sistema 17, 18 <ol><li> A Q-switched Nd: YAG (SLII-10; Continuum, 532 nm) bombas a laser de comprimento de onda ajustável (Surelite OPO PLUS; Continuum; comprimento de onda faixa de sintonia: 680 a 2.500 nm). </li><li> A duração do impulso de cada tiro de laser é ~ 5 ns, e a taxa de repetição do laser é de 10 Hz. </li><li> O comprimento de onda de pico depende da absorção óptica do agente de contraste utilizado. Se o azul de metileno serve como o agente de contraste, um comprimento de onda óptica de 667 nm é utilizado, onde a absorção é máxima. Nanoestruturas de ouro plasmônicos pode ter ressonância de plasmon de superfície localizada na região espectral sintonizável NIR, com base nas suas propriedades físicas e químicas. Além disso, o amplo espectro de absorção de nanotubos de carbono de parede pode fornecer uma ampla opção de seleção de comprimento de onda. </li><li> Luz que sai do laser sintonizável é entregue a uma lente esférica cônica through prismas de ângulo reto (PS908, Thorlabs). </li><li> Um feixe de luz em forma de rosquinha é gerado após a luz passa através da lente cônica esférica. O feito em casa lente cónica é feita a partir de uma lente BK7 e o ângulo do cone é de 152 °. O diâmetro da lente é de 2,5 cm. </li><li> A divergência do feixe de luz em forma de rosquinha é redirecionado através de um condensador ótico, feito de uma folha de acrílico transparente. Os diâmetros das superfícies superior e inferior são 6,1 e 4,8 cm, respectivamente. A espessura do condensador é de 2,5 cm. O feixe de luz em forma de anel redireccionada forma uma forma de anel com um centro escuro na superfície do tecido. </li><li> Utilize um recipiente de água pequena para aumentar o acoplamento acústico. O reservatório de água tem uma abertura inferior envolvido com um filme de polietileno fino claro que é opticamente e acusticamente transparente. Pequenos animais são colocados no recipiente de água. </li><li> As ondas PA gerados são detectados por um transdutor de ultra-som focado esfericamente (V308;Olympus END; 5 MHz de frequência central), o qual está montado no meio do condensador óptico. O diâmetro do elemento e a distância focal do transdutor são de 1,9 e 2,5 cm, respectivamente. Assim, o número f de o transdutor é de ~ 1,3. </li><li> As resoluções transversais e axiais são 590 e 144 uM, respectivamente. </li><li> As ondas PA detectados são amplificados pela primeira vez por um pulsador / receptor (5072PR; Olympus NDT, 35 MHz de largura de banda e 59 dB ganho de rf) ultra-banda larga, e depois adquirida por um osciloscópio (TDS5054; Tektronix). </li><li> Obter imagens time-resolvidos unidimensionais (chamado de A-line) através da medição dos tempos de chegada das ondas PA. Actualmente, a velocidade das ondas de PA é assumido como sendo a 1,480 m / seg durante a aquisição de imagem inteira. Dois (chamado de B-scans) e PA imagens tridimensionais podem ser adquiridos movendo mecanicamente a fase de digitalização de varredura linear (XY6060; Danaher Dover). </li><li> O tempo de imagem é de aproximadamente 25 min uma imagem PA único comprimento de onda volumétrica com uma paracampo de visão (FOV) de 2,5 x 2,4 x 1,5 centímetros 3 nos planos xyz. Foram adquiridas amostras de 125 ao longo da direcção da x com um tamanho de passo de 0,2 mm 60 amostras ao longo da direcção Y com um tamanho de passo de 0,4 mm. 500 pontos de dados com uma taxa de amostragem de 50 MHz foram obtidos ao longo da direcção z. A varredura mecânica é controlado por um sistema de software de fabricação caseira NI LabVIEW. </li><li> Os dados volumétrico é representado pela projecção máxima amplitude (PAM) através de um sistema de software MathWorks MATLAB. </li></ol></li><li> Sistema de alinhamento <ol><li> Após a lente esférica cônica, certifique-se de que o padrão de feixe é uma forma de anel perfeito. Se o padrão de feixe em forma de anel não é adequadamente gerada, os sinais PA originadas a partir da superfície da pele são dominantes. Assim, é difícil de alcançar imagiologia de tecidos profundos. </li><li> O foco de luz em forma de linha na água deve ser alinhado coaxialmente com a zona focal de ultra-som. Se os que não são coaxialmente alinhados, o sistema sofre de baixa relação sinal-ruído. </li><li> A energia do pulso do laser irradiado sobre a superfície da pele varia de ~ 1-2 mJ / cm 2, quando o comprimento de onda é ajustado a partir de 680 a 1000 nm, respectivamente. Estas energias de impulsos de laser são muito mais baixos do que o limite da American National Standards Instituto segurança, variando de 20 a 80 mJ / cm 2 sobre a região espectral, respectivamente. </li></ol></li></ol> 2. In vivo e ex vivo de imagens Procedimentos <ol><li> Preparação de animais <ol><li> Use ratos Spraque-Dawley fêmeas com um peso de 200-250 g em todos os experimentos com imagens PA. </li><li> Para começar, anestesiar os ratos por injecção intraperitoneal de uma mistura de cetamina (85 mg / kg de peso corporal) e xilazina (15 mg / kg). </li><li> Depilar os pêlos da região abdominal. </li><li> Coloque o rato em cima de um suporte de animais custom-made. </li><li> Revestimento com um lubrificante para melhorar a inserção do cateter um cateter de calibre 22. </li><li> Segure o cateter vertically sobre a abertura da uretra. Em seguida, inserir a extremidade distal do cateter, horizontalmente, no interior da uretra até que o eixo do cateter finalmente atinge a abertura. </li><li> A urina na bexiga, irá anular, através do cateter. </li></ol></li><li> In vivo, o PAC imagiologia <ol><li> Colocar o rato, localizada na parte superior do suporte dos animais, a seguir o recipiente de água do sistema de CAP. </li><li> Aplicar gel de ultra-som (Sonotech) entre a superfície da pele dos animais e para melhorar a membrana plástica de acoplamento acústico. </li><li> Inteiramente anestesiar o rato utilizando vaporizado isoflurano (1 L / min de oxigénio e 0,75% de isoflurano) durante a imagiologia in vivo, ensaios PA. </li><li> Obter uma imagem PA controlo antes da injecção dos agentes de contraste. </li><li> Introduzir uma solução aquosa de azul de metileno (0,8 mL / g de peso corporal, com uma concentração de 30 mM), nanocompartimentos ouro (1,2 mL / g de peso corporal, com uma concentração de 2 nM), ou de nanotubos de carbono de parede única (0,8 mL / g de órgão peso comuma concentração de 0,3 mM) à bexiga, através do cateter. Usar uma seringa de 1 ml com um cateter de calibre 22. </li><li> Adquirir uma série de imagens PA. </li></ol></li><li> Ex vivo PAC imagem <ol><li> Sacrificar o rato depois in vivo PAC imagem, injetando uma overdose de pentobarbital. </li><li> Remover os dois principais órgãos, rins e bexiga, para investigar a biodistribuição, e sobre uma chapa de vidro. </li><li> Colocar a placa de vidro inferior do recipiente de água no sistema de CAP. </li><li> Aplicar gel de ultra-som (Sonotech) entre os órgãos excisados ​​e membrana plástica para melhorar o acoplamento acústico. </li><li> Adquirir imagens PA. </li><li> Photoacoustically imagem dos órgãos removidos a partir de um rato como um controlo saudável. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Riccabona, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cystography+in+infants+and+children:+a+critical+appraisal+of+the+many+forms+with+special+regard+to+voiding+cystourethrography.">Cystography in infants and children: a critical appraisal of the many forms with special regard to voiding cystourethrography.</a> Eur. Radiol. 12 (12), 2910-2918 (2002).</li><li>Khattar, N., Dorairajan, L. N., Kumar, S., Pal, B. C., Elangovan, S., Nayak, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Giant+obstructive+megaureter+causing+contralateral+ureteral+obstruction+and+hydronephrosis:+a+first-time+report.">Giant obstructive megaureter causing contralateral ureteral obstruction and hydronephrosis: a first-time report.</a> Urology. 74 (6), 1306-1308 (2009).</li><li>Lim, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vesicoureteral+reflux+and+urinary+tract+infection:+evolving+practices+and+current+controversies+in+pediatric+imaging.">Vesicoureteral reflux and urinary tract infection: evolving practices and current controversies in pediatric imaging.</a> AJR Am. J. Roentgenol. 192 (5), 1197-1208 (2009).</li><li>Scardapane, A., Pagliarulo, V., Ianora, A. A., Pagliarulo, A., Angelelli, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contrast-enhanced+multislice+pneumo-CT-cystography+in+the+evaluation+of+urinary+bladder+neoplasms.">Contrast-enhanced multislice pneumo-CT-cystography in the evaluation of urinary bladder neoplasms.</a> Eur. J. Radiol. 66 (2), 246-252 (2008).</li><li>Verpoorten, C., Buyse, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neurogenic+bladder:+medical+treatment.">The neurogenic bladder: medical treatment.</a> Pediatr. Nephrol. 23 (5), 717-725 (2008).</li><li>Ron, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Let's+not+relive+the+past:+a+review+of+cancer+risk+after+diagnostic+or+therapeutic+irradiation.">Let's not relive the past: a review of cancer risk after diagnostic or therapeutic irradiation.</a> Pediatr. Radiol. 32 (10), 739-744 (2002).</li><li>Berrington De Gonzalez, A., Darby, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Risk+of+cancer+from+diagnostic+X-rays:+estimates+for+the+UK+and+14+other+countries.">Risk of cancer from diagnostic X-rays: estimates for the UK and 14 other countries.</a> Lancet. 363 (9406), 345-351 (2004).</li><li>Kim, C., Favazza, C., 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+photoacoustic+tomography+of+chemicals:+high-resolution+functional+and+molecular+optical+imaging+at+new+depths.">In vivo photoacoustic tomography of chemicals: high-resolution functional and molecular optical imaging at new depths.</a> Chem. Rev. 110 (5), 2756-2782 (2010).</li><li>Ke, H., Erpelding, T. N., Jankovic, L., Liu, C., 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=Performance+characterization+of+an+integrated+ultrasound,+photoacoustic,+and+thermoacoustic+imaging+system.">Performance characterization of an integrated ultrasound, photoacoustic, and thermoacoustic imaging system.</a> J. Biomed. Opt. 17 (5), 056010 (2012).</li><li>Akers, W. J., Kim, C., Berezin, , et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+Photoacoustic+and+Fluorescence+Sentinel+Lymph+Node+Identification+using+Dye-Loaded+Perfluorocarbon+Nanoparticles.">Noninvasive Photoacoustic and Fluorescence Sentinel Lymph Node Identification using Dye-Loaded Perfluorocarbon Nanoparticles.</a> Acs Nano. 5 (1), 173-182 (2011).</li><li>Jiao, S. L., Jiang, M. S., Hu, J., et al. <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>Kim, C., Cho, E. C., Chen, J., et al. <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+molecular+photoacoustic+tomography+of+melanomas+targeted+by+bioconjugated+gold+nanocages.">In vivo molecular photoacoustic tomography of melanomas targeted by bioconjugated gold nanocages.</a> Acs Nano. 4 (8), 4559-4564 (2010).</li><li>Kim, C., Song, H. M., Cai, X., Yao, J., Wei, A., 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+photoacoustic+mapping+of+lymphatic+systems+with+plasmon-resonant+nanostars.">In vivo photoacoustic mapping of lymphatic systems with plasmon-resonant nanostars.</a> J. Mater. Chem. 21 (9), 2841-2844 (2011).</li><li>Wang, X., Pang, Y., Ku, G., Xie, X., Stoica, G., 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=Noninvasive+laser-induced+photoacoustic+tomography+for+structural+and+functional+in+vivo+imaging+of+the+brain.">Noninvasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional in vivo imaging of the brain.</a> Nat. Biotechnol. 21 (7), 803-806 (2003).</li><li>Xie, Z., Roberts, W., Carson, P., Liu, X., Tao, C., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+bladder+microvasculature+with+high-resolution+photoacoustic+imaging.">Evaluation of bladder microvasculature with high-resolution photoacoustic imaging.</a> Opt. Lett. 36 (24), 4815-4817 (2011).</li><li>Zhang, H. F., Maslov, K., Stoica, G., 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=Functional+photoacoustic+microscopy+for+high-resolution+and+noninvasive+in+vivo+imaging.">Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging.</a> Nat. Biotechnol. 24 (7), 848-851 (2006).</li><li>Kim, C., Jeon, M., 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=Nonionizing+photoacoustic+cystography+in+vivo.">Nonionizing photoacoustic cystography in vivo.</a> Opt. Lett. 36 (18), 3599-3601 (2011).</li><li>Homan, K., Kim, S., Chen, Y. S., Wang, B., Mallidi, S., Emelianov, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prospects+of+molecular+photoacoustic+imaging+at+1064+nm+wavelength.">Prospects of molecular photoacoustic imaging at 1064 nm wavelength.</a> Opt. Lett. 35 (15), 2663-2665 (2010).</li><li>Chang, S. L., Shortliffe, L. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pediatric+urinary+tract+infections.">Pediatric urinary tract infections.</a> Pediatr. Clin. N. Am. 53 (3), 379 (2006).</li><li>Stratton, K. L., Pope, J. C., Adams, M. C., Brock, J. W., Thomas, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Implications of Ionizing Radiation in the Pediatric Urology. 183 (6), 2137-2142 (2010).</li><li>Ermilov, S. A., Khamapirad, T., Conjusteau, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+optoacoustic+imaging+system+for+detection+of+breast+cancer.">Laser optoacoustic imaging system for detection of breast cancer.</a> J. Biomed. Opt. 14 (2), 024007 (2009).</li><li>Erpelding, T. N., Kim, C., Pramanik, M., et al. <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+in+the+rat:+noninvasive+photoacoustic+and+US+imaging+with+a+clinical+US+system.">Sentinel lymph nodes in the rat: noninvasive photoacoustic and US imaging with a clinical US system.</a> Radiology. 256 (1), 102-110 (2010).</li><li>Kim, C., Erpelding, T. N., Jankovic, L., 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=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. 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. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoacoustic+computed+tomography+using+a+conventional+linear+transducer+array.">Thermoacoustic computed tomography using a conventional linear transducer array.</a> Medical Physics. 30 (5), 856-860 (2003).</li><li>Kruger, R. A., Lam, R. B., Reinecke, D. R., Del Rio, S. P., Doyle, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+angiography+of+the+breast.">Photoacoustic angiography of the breast.</a> Med. Phys. 37 (11), 6096-6100 (2010).</li><li>Manohar, S., Kharine, A., Van Hespen, J. C., Steenbergen, W., Van Leeuwen, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Twente+Photoacoustic+Mammoscope:+system+overview+and+performance.">The Twente Photoacoustic Mammoscope: system overview and performance.</a> Phys. Med. Biol. 50 (11), 2543-2557 (2005).</li></ol>

Todos os experimentos com animais estavam em conformidade com a Universidade Estadual de Nova York em Buffalo Animal Care Institucional e Comitê de uso. Os autores não têm nada a revelar.

Em conclusão, mostrámos a possibilidade de utilizar os amortecedores nonionizing PAC ópticas não tóxicos em um modelo de rato in vivo. Temos fotografada com sucesso uma bexiga de ratos preenchidos com absorventes ópticos usando nosso sistema de PAC não-ionizante e não invasiva. Duas questões críticas de segurança foram resolvidos em nossa abordagem: (1) o uso de radiação não ionizante para aplicações cystographic e (2) não acumulação de agentes de contraste no corpo. <p class="jove_conten...

Raios-X cystography 1 é um processo de imagem para identificação de doenças da bexiga-relacionados, tais como câncer de bexiga, refluxo vesico-ureteral, obstrução de ureteres, bexiga neurogênica, etc. 2-5 Normalmente, as urinas são anulados e um agente radio-opaco é injetado através de um cateter. Em seguida, as imagens da fluoroscopia de raios-X são adquiridos para delinear bexigas urinárias. No entanto, o problema chave de segurança é que a radiação ionizante prejudicial é utilizado neste procedimento. A percentagem cumulativa de risco de cancro para 75 anos, devido ao diagnóstico de raios-X varia de 0,6 a 1,8% 6. Além disso, o risco carcinogénico, é importante em pacientes pediátricos. Um estudo britânico mostrou que entre os nove principais órgãos internos, a dose média de radiação anual de diagnóstico de raios-X foi maior nas bexigas em crianças do sexo feminino com menos de 4 e segundo maior em crianças do sexo masculino com menos de 4. 7 Isso indica que o risco de câncer de bexiga é mais significativa em pacientes pediátricos. Although radiologistas pediátricos esforçar-se por reduzir a taxa de exposição à radiação tão baixa quanto razoavelmente possível, a radiação ionizante não pode ser completamente excluída. Portanto, a limitação cria a necessidade de uma radiação-livre, modalidade de imagem completamente sensível, econômica e de alta resolução com agentes de contraste não radioactivos em cystography. Recentemente, a tomografia fotoacústica (PAT) tornou-se uma importante modalidade de imagem biomédica porque PAT pode proporcionar fortes contrastes de absorção óptica e uma resolução espacial de ultra-som de alta em tecidos biológicos. 8 O princípio da PAT é que as ondas ultra-sônicas são induzidas devido à expansão termoelástico de um alvo seguido pela absorção de luz. Através da detecção resolvida no tempo as ondas acústicas que viajam através de um meio, de duas ou três imagens tridimensionais fotoacústica (PA) são formados. Por ecografia (EUA) é muito menos dispersos nos tecidos em comparação com a luz (geralmente duas ou três ordens de grandeza), oa profundidade da imagem de PAT podem atingir até ~ 8 cm de tecidos, enquanto que a resolução espacial é mantida a 1/200 da profundidade da imagem 9 As principais vantagens do PAT para a aplicação cystographic incluem: (1). PAT é completamente livre de ionizante radiação. (2) Sistemas ClinicalUSimaging pode ser facilmente adaptado para fornecer dual-modal PA e recursos de imagem dos EUA. Assim, o sistema dual-modal PA / EUA imagem pode ser relativamente portátil, o custo-benefício, e rápido, que são critérios fundamentais para a tradução clínica rápido. Usando endógenos e exógenos contrastes, PAT tem fornecido imagens de alta resolução morfológica, funcional e molecular dos tecidos para estudar a fisiopatologia do tumor, a hemodinâmica do cérebro, órgãos internos, oftalmologia, angiografia, e etc 10-16. Neste artigo, demonstramos os protocolos experimentais de cystography fotoacústica não ionizante (PAC) usando absorventes ópticos infravermelho próximo (NIR) (ou seja, o azul de metileno, vánanocages LD, ou nanotubos de carbono de parede), como não tóxicos traçadores óptica turvas. Bexigas de rato preenchidos com os agentes de contraste foram photoacoustically e espectroscopicamente delineado in vivo. Ausência de agentes persistentemente acumulado nos rins e bexiga de ratos. Assim, a toxicidade a longo prazo, o que pode ser causado pela acumulação de agente pode ser excluída. Este resultado implica que o PAC com a combinação dos absorventes ópticos podem ser potencialmente uma modalidade cystographic verdadeiramente inofensiva para os pacientes pediátricos. A configuração do sistema, o alinhamento do sistema, e em procedimentos de imagem in vivo in vivo / ex são discutidos neste artigo.

<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 pediátrica convencional, que se baseia no diagnóstico de raios X, utilizando um corante radio-opaco, sofre do uso de radiação ionizante prejudicial. O risco de câncer da bexiga em crianças devido à exposição à radiação é mais significativo do que muitos outros tipos de câncer. Aqui demonstramos a viabilidade de imagem fotoacústica não ionizante e não-invasiva (PA) de bexigas, referidos como cystography fotoacústica (PAC), usando absorventes ópticos infravermelho próximo (NIR) (ou seja, o azul de metileno, nanoestruturas de ouro plasmônicos ou nanotubos de carbono de paredes ) como um marcador óptico-turva. Temos fotografada com sucesso uma bexiga de ratos preenchidos com os agentes de absorção óptica, utilizando um sistema de campo escuro confocal PAC. Após a injeção transuretral dos agentes de contraste, bexigas do rato foram photoacoustically visualizado através da realização de aumento do sinal PA significativo. O acúmulo foi validado por imagem PA espectroscópica. Além disso, usando apenas a energia do pulso de laserinferior a 1 mJ / cm 2 (1/20 do limite de segurança), o nosso sistema de imagiologia actual pode mapear o metileno-cheia-azul-de rato na bexiga para além da profundidade de 1 cm de tecido biológico in vivo. In vivo e ex vivo de PA imagiologia resultados validam que os agentes de contraste foram naturalmente excretado micção. Assim, não há qualquer preocupação com a acumulação de um agente tóxico a longo prazo, o que irá facilitar a tradução clínica.

A Figura 1 mostra a in vivo não ionizante e não invasivo utilizando PAC opticamente turva azul de metileno (MB). A imagem PA controlo foi obtido a 667 nm, no pico de absorção óptica para MB (Figura 1A). Embora os vasos sanguíneos no FOV são claramente visualizados, a bexiga é invisível, porque é opticamente transparente, neste comprimento de onda. Como mostrado na Figura 1B, a bexiga é claramente revelado na imagem PA adquirido a 0,2 horas após a in...

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Photoacoustic Cystography

Cystography fotoacústica (PAC) tem um grande potencial para mapear bexigas, um órgão interno sensível radiação em pacientes pediátricos, sem usar nenhum tipo de radiação ionizante ou de agente de contraste tóxico. Aqui vamos demonstrar o uso do PAC para o mapeamento de bexigas com uma injeção de traçadores óptica opacos em ratos<em&gt; In vivo</em&gt;.

Cistografia fotoacústica

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 visualizações.  University at Buffalo, The State University of New York. Cystography fotoacústica (PAC) tem um grande potencial para mapear bexigas, um órgão interno sensível radiação em pacientes pediátricos, sem usar nenhum tipo de radiação ionizante ou de agente de contraste tóxico. Aqui vamos demonstrar o uso do PAC para o mapeamento de bexigas com uma injeção de traçadores óptica opacos em ratos In vivo.

Vídeo: 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.

Tridimensional Optical resolução Microscopia Fotoacústica

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

Bioengenharia

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.

Detecção e isolamento de células de melanoma circulantes usando Fluxometria Fotoacústica

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.

Oftalmoscopia Fotoacústica integrada e Spectral-domínio Tomografia de Coerência Óptica

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.

Preparação e Fotoacústica Análise de Veículos celulares contendo ouro nanobastões

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.

Microscopia fotoacústica de resolução acústica e óptica comutável para<em&gt; In Vivo</em&gt; Imagem de Vasculatura de Sangue de Pequeno 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.

Um sistema de tomografia fotoacústica compacta de alto desempenho para<em&gt; In Vivo</em&gt; Imagem de cérebro de animais pequenos

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.

Hand-Held fotoacústico clínico sistema de imagem para imagens de animais em tempo real não-invasiva pequenas

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 fotoacústica de desktop com base em diodo laser pulsada para monitoramento de lavagem e lavagem de corante em vasculatura cortical de ratos

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.

Detecção de câncer de ovário usando citometria de fluxo fotoacústico

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.

Imagem fotoacoustic de pequeno animal de varredura dupla raster-scaning para visualização vascular

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