Name: a high-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging
Uploaded: 2017-06-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 32 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging at JoVE.com

Araştırma, Singapur Eğitim Bakanlığı (ARC2 / 15: M4020238) ve Singapur Sağlık Bakanlığı Ulusal Tıbbi Araştırma Konseyi (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012) tarafından finanse edilen 2. Aşama hibe tarafından desteklenmektedir. Yazarlar, makine dükkanı yardımı için Bay Chow Wai Hoong Bobby&#39;ye teşekkür etmek istiyorlar.

Tüm hayvan deneyleri, Nanyang Technological University, Singapur&#39;da (Hayvan Protokol Numarası ARF-SBS / NIE-A0263) Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanan yönergelere ve yönetmeliklere uygun olarak gerçekleştirildi. 1. Sistem Açıklamaları <ol><li> Şekil 1a&#39;da gösterildiği gibi PLD&#39;yi dairesel tarayıcı içine monte edin. PLD&#39;yi lazer sürücü ünitesine (LDU) bağlayın. NOT: PLD, ~ 1.42 mJ&#39;lik bir maksimum darbe enerjisi ve 7 kHz&#39;e kadar bir tekrarlama oranı ile ~ 803 nm&#39;lik bir dalga boyunda ~ 136 ns darbeler sağlar. Lazer tahrik ünitesi (LDU) aşağıdakileri içerir: bir sıcaklık kontrolörü, değişken güç kaynağı, bir güç kaynağı (12 V) ve bir fonksiyon üreteci; Malzeme Tablosuna bakınız. Değişken güç kaynağı lazer gücünü kontrol etmek için kullanılır ve fonksiyon üreteci PLD&#39;nin tekrar hızını değiştirmek için kullanılır. </li><li> PLD lazerini açın. PLD yineleme oranını &quot;7000&quot; H&#39;ye ayarlayınZ LDU&#39;daki fonksiyon üreteci kullanılarak. Değişken güç kaynağının voltajını &quot;3.1&quot; V&#39;ye ayarlayarak darbe enerjisini 1.42 mJ&#39;ye yükseltin. </li><li> Şekil 1a&#39;da gösterildiği gibi çıkış demetini homojen yapmak için optik difüzörü (OD) PLD çıkış penceresinin önüne monte edin. NOT: İnce bir kum ile bir difüzör kullanın ( yani, 1.500 taş cila). </li><li> Odaklanmış UST&#39;yi Şekil 1a&#39;da gösterildiği gibi tarama alanının ortasına bakacak şekilde UST tutacağı üzerine monte edin. NOT: UST&#39;nin merkezi frekansı 2,25 MHz&#39;dir ve odak uzaklığı 1,9 inçtir. </li><li> Ultrason dedektörünü Şekil 1a&#39;da gösterildiği gibi akrilik tankın içine yerleştirin. UST tamamen dalmış olacak şekilde tankı suyla doldurun. NOT: Beyinden (örnek) gelen fotoakustik sinyali UST&#39;ye birleştirmek için bir su ortamı kullanılır. Bir akrilik su tankı (WT, Malzeme Tablosuna bakınız) özel idi- küçük hayvansal görüntüleme için tasarlanmıştır. Su tankı tasarımının şeması Şekil 1b&#39;de gösterilmektedir. </li><li> Bir titreşim / alıcı ünitesi (PRU , Malzeme Tablosu&#39;na bakın) kullanarak numunedeki PA sinyalini kontrol edin. NOT: Bu sinyaller 100 MS / s&#39;lik bir örnekleme hızında 12 bit DAQ kartı ile sayısallaştırılmıştır ( Tablo Tablosuna bakın) ve bir bilgisayara kaydedilmiştir. </li></ol> 2. Sıçan Beyin Görüntüleme için Hayvan Hazırlama NOT: Yukarıda açıklanan PLD-PAT sistemi, küçük hayvan beyinlerini görüntülemek için gösterilmiştir. Bu deneyler için, sağlıklı dişi sıçanlar kullanılmıştır (Malzeme Tablosuna bakınız). <ol><li> 2 mL ketamin, 1 mL ksilazin ve 1 mL salin içeren bir kokteyl (0.2 mL / 100 g dozaj) intraperitoneal olarak enjekte ederek hayvana anestezi uygulayın. </li><li> Bir saç kesme makinesi kullanarak kafa derisinin üzerindeki kürkü çıkarın. Tıraşlı tüylere hafifçe epilasyon kremi uygulayın.Kürkün daha da tükenmesi için alan. <ol><li> Pamuklu bir bezle 4-5 dakika sonra uygulanan kremi çıkartın. </li><li> Anestezi ve lazer aydınlatması nedeniyle kuruluğu önlemek için hayvanın gözlerine suni gözyaşı merhemi uygulayın. </li></ol></li><li> Bir laboratuar soketi üzerinde bulunan solunum maskesiyle donatılmış ısmarlama hayvan taşıyıcıyı ( Malzeme Tablosuna bakın) monte edin ( Malzeme Tablosuna bakın). </li><li> Hayvanı tutamağın üzerinde eğilimli konuma getirin. Görüntüleme sırasında hayvanın hareket etmesini önlemek için ameliyat bandını kullanarak tutucuyu sabitleyin. </li><li> Solunum maskesi, inhale anestezi sağlamak için sıçanın burun ve ağzını kapladığından emin olun. </li></ol> 3. In Vivo Rat Beyin Görüntüleme <ol><li> Solunum maskesini anestezi makinesine takın. Anestezi makinesini açın ve% 0.75 izofluran ile 1.0 L / dakika oksijen verecek şekilde ayarlayın. <ol><li> Nabız oksimetresini ona sıkıştırınHayvan fizyolojik durumunu izlemek için kuyruk. </li></ol></li><li> Sıçanın kafa derisine renksiz bir ultrason jeli katın. Laboratuar krikosu konumunu tarayıcının ortasına getirin. Solunum maskesi görüntüleme penceresine uyacak şekilde uyarlanmıştır. Ticari olarak bulunan burun konisinin% 10&#39;u kesilir ve bir eldivene bağlanır. <ol><li> Laboratuar kriko yüksekliğini, görüntüleme düzleminin UST&#39;nin odak noktasında olduğu şekilde manüel olarak ayarlayın. </li></ol></li><li> Gerekirse veri toplama yazılımındaki parametreleri ayarlayın (Malzeme Tablosuna bakın). Edinimi başlatmak için veri toplama yazılımı programını çalıştırın ( yani, görüntüleme). NOT: Program, UST&#39;yi döndürmek ve A-line PA sinyalleri toplamak için kullanılır. Toplanan A-çizgileri bilgisayara kaydedilecektir. </li><li> Görüntüleme periyodu boyunca hayvana dikkat edin ve görüntüleme tamamlandıktan sonra PAT rekonstrüksiyonuna geçin. </li><li> Veri toplama işlemi bittikten sonra,Yeniden yapılandırma yazılımı programını kullanarak A-çizgilerinden kesitsel beyin görüntüsünü yeniden oluşturun. </li><li> Anestezi sistemini kapatın, hayvanı sahneden çıkarın, kafesine geri gönderin ve bilinçleninceye kadar onu izleyin. NOT: Örneğin, UST 5 s boyunca döndürülürse, PLD 35.000 (= 5 x 7.000) darbe verir ve UST 35.000 A-çizgileri toplar. 35.000 A-satırı, 70 sinyali ortalamakla (A-çizgileri ortalaması = 35.000 / 70 = 500 sonra) 500&#39;e düşürüldü. Şekil lc , lazer darbelerinin ve A-çizgi koleksiyonunun aydınlatılmasını göstermektedir. Gecikme-ve-toplam geri yansıtma algoritmasına dayanan bir yeniden yapılandırma programı kullanılmalıdır. </li></ol><img alt="Şekil 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig1.jpg" /> Şekil 1: PLD-PAT Sisteminin Şematiği. ( A ) PLD-PAT şeması. PLD: darbeli lazer diyodu, CSP: circuL: lazer sürücü ünitesi, PRU: pulser / alıcı ünitesi, UST: ultrason transdüseri, WT: su deposu, PF: polimer film ve DAQ: püskürtme tabancası / alıcı ünitesi, Veri toplama kartı. ( B ) İn vivo küçük hayvan beyin görüntülemesi için su haznesinin şeması, üstten görünüş (1) ve kesit görünümü (2). A: metrik vida, B: akrilik halka şeklinde levha, C: silikon &quot;O&quot; halka, D: 100 μm kalınlığında şeffaf polietilen kapak. Deponun tabanı 9 cm çapında bir delik vardı ve ultrasonik ve optik olarak şeffaf, 100 um kalınlığında bir polietilen membran ile kapatılmıştır. ( C ) Lazer darbelerinin PLD ve A-çizgilerinden aydınlatılması şeması, 5 saniyelik sürekli tarama süresi içinde toplanması. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55811/55811fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a>

<ol>
	<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+toward+preclinical+and+clinical+translation+of+photoacoustic+tomography:+a+review.">Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review.</a> J Biomed Opt. 22 (4), 041006 (2017).</li><li>Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Cell+Photoacoustic+Microscopy:+A+Review.">Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review.</a> IEEE Sel Top Quantum Electron. 22 (3), 6801215 (2016).</li><li>Valluru, K. S., Willmann, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+photoacoustic+imaging+of+cancer.">Clinical photoacoustic imaging of cancer.</a> Ultrasonography. 35 (4), 267 (2016).</li><li>Zhou, Y., Yao, J., 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=Tutorial+on+photoacoustic+tomography.">Tutorial on photoacoustic tomography.</a> J Biomed Opt. 21 (6), 061007 (2016).</li><li>Yao, J., 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=Photoacoustic+Brain+Imaging:+from+Microscopic+to+Macroscopic+Scales.">Photoacoustic Brain Imaging: from Microscopic to Macroscopic Scales.</a> Neurophotonics. 1 (1), 011003 (2014).</li><li>Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+validation+of+tangential+resolution+improvement+in+photoacoustic+tomography+using+a+modified+delay-and-sum+reconstruction+algorithm.">Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm.</a> J Biomed Opt. 21 (8), 086011 (2016).</li><li>Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+of+single+cells.">High resolution ultrasound and photoacoustic imaging of single cells.</a> Photoacoustics. 4 (1), 36-42 (2016).</li><li>Upputuri, P. K., Wen, Z. -. B., Wu, Z., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-resolution+photoacoustic+microscopy+using+photonic+nanojets:+a+simulation+study.">Super-resolution photoacoustic microscopy using photonic nanojets: a simulation study.</a> J Biomed Opt. 19 (11), 116003 (2014).</li><li>Zhou, Y., 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=A+Phosphorus+Phthalocyanine+Formulation+with+Intense+Absorbance+at+1000+nm+for+Deep+Optical+Imaging.">A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging.</a> Theranostics. 6 (5), 688-697 (2016).</li><li>Upputuri, P. K., Wu, Z., Gong, L., Ong, C. K., Wang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-resolution+coherent+anti-Stokes+Raman+scattering+microscopy+with+photonic+nanojets.">Super-resolution coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy with photonic nanojets.</a> Opt Express. 22 (11), 12890-12899 (2014).</li><li>Raghunathan, R., Singh, M., Dickinson, M. E., Larin, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography+for+embryonic+imaging:+a+review.">Optical coherence tomography for embryonic imaging: a review.</a> J Biomed Opt. 21 (5), 050902 (2016).</li><li>Burton, N. C., 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=Multispectral+opto-acoustic+tomography+(MSOT)+of+the+brain+and+glioblastoma+characterization.">Multispectral opto-acoustic tomography (MSOT) of the brain and glioblastoma characterization.</a> Neuroimage. 65 (2), 522-528 (2013).</li><li>Su, R., Ermilov, S. A., Liopo, A. V., Oraevsky, A. A. <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+optoacoustic+imaging+as+a+new+noninvasive+technique+to+study+long-term+biodistribution+of+optical+contrast+agents+in+small+animal+models.">Three-dimensional optoacoustic imaging as a new noninvasive technique to study long-term biodistribution of optical contrast agents in small animal models.</a> J Biomed Opt. 17 (10), 101506 (2012).</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=In+vivo+functional+chronic+imaging+of+a+small+animal+model+using+optical-resolution+photoacoustic+microscopy.">In vivo functional chronic imaging of a small animal model using optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Med Phys. 36 (6), 2320-2323 (2009).</li><li>Zhang, E. Z., Laufer, J., Pedley, R. B., Beard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+photoacoustic+imaging+system+for+in+vivo+studies+of+small+animal+models.">3D photoacoustic imaging system for in vivo studies of small animal models.</a> Proc SPIE. 6856, 68560 (2008).</li><li>Deng, Z., Li, W., Li, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slip-ring-based+multi-transducer+photoacoustic+tomography+system.">Slip-ring-based multi-transducer photoacoustic tomography system.</a> Opt Lett. 41 (12), 2859-2862 (2016).</li><li>Tang, J., Coleman, J. E., Dai, X., Jiang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wearable+3-D+Photoacoustic+Tomography+for+Functional+Brain+Imaging+in+Behaving+Rats.">Wearable 3-D Photoacoustic Tomography for Functional Brain Imaging in Behaving Rats.</a> Sci Rep. 6, 25470 (2016).</li><li>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=In+vivo+carbon+nanotube-enhanced+non-invasive+photoacoustic+mapping+of+the+sentinel+lymph+node.">In vivo carbon nanotube-enhanced non-invasive photoacoustic mapping of the sentinel lymph node.</a> Phys Med Biol. 54 (11), 3291-3301 (2009).</li><li>Yao, J., Xia, J., 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+Functional+and+Molecular+Photoacoustic+Tomography.">Multiscale Functional and Molecular Photoacoustic Tomography.</a> Ultrason Imaging. 38 (1), 44-62 (2016).</li><li>Huang, S., Upputuri, P. K., Liu, H., Pramanik, M., Wang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dual-functional+benzobisthiadiazole+derivative+as+an+effective+theranostic+agent+for+near-infrared+photoacoustic+imaging+and+photothermal+therapy.">A dual-functional benzobisthiadiazole derivative as an effective theranostic agent for near-infrared photoacoustic imaging and photothermal therapy.</a> J Mat Chem B. 4 (9), 1696-1703 (2016).</li><li>Olefir, I., Mercep, E., Burton, N. C., Ovsepian, S. V., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+multispectral+optoacoustic+and+ultrasound+tomography+for+morphological+and+physiological+brain+imaging.">Hybrid multispectral optoacoustic and ultrasound tomography for morphological and physiological brain imaging.</a> J Biomed Opt. 21 (8), 086005 (2016).</li><li>Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., 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+transcranial+brain+imaging+by+optical-resolution+photoacoustic+microscopy.">Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> J Biomed Opt. 14 (4), 040503 (2009).</li><li>Yao, J. 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=Noninvasive+photoacoustic+computed+tomography+of+mouse+brain+metabolism+in+vivo.">Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo.</a> Neuroimage. 64 (1), 257-266 (2013).</li><li>Hu, S., 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=Neurovascular+photoacoustic+tomography.">Neurovascular photoacoustic tomography.</a> Front Neuroenergetics. 2, 10 (2010).</li><li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <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+low-cost,+high-speed,+portable+pulsed+laser+diode+photoacoustic+tomography+(PLD-PAT)+system.">Performance characterization of low-cost, high-speed, portable pulsed laser diode photoacoustic tomography (PLD-PAT) system.</a> Biomed Opt Express. 6 (10), 4118-4129 (2015).</li><li>Yang, X., 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+tomography+of+small+animal+brain+with+a+curved+array+transducer.">Photoacoustic tomography of small animal brain with a curved array transducer.</a> J Biomed Opt. 14 (5), 054007 (2009).</li><li>Sivasubramanian, K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+frame+rate+photoacoustic+imaging+at+7000+frames+per+second+using+clinical+ultrasound+system.">High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system.</a> Biomed Opt Express. 7 (2), 312-323 (2016).</li><li>Allen, J. S., Beard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+near-infrared+laser+diode+excitation+system+for+biomedical+photoacoustic+imaging.">Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging.</a> Opt Lett. 31 (23), 3462-3464 (2006).</li><li>Kolkman, R. G. M., 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=In+vivo+photoacoustic+imaging+of+blood+vessels+with+a+pulsed+laser+diode.">In vivo photoacoustic imaging of blood vessels with a pulsed laser diode.</a> Lasers Med Sci. 21 (3), 134-139 (2006).</li><li>Daoudi, K., 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=Handheld+probe+integrating+laser+diode+and+ultrasound+transducer+array+for+ultrasound/photoacoustic+dual+modality+imaging.">Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging.</a> Opt Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).</li><li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+laser+diode+based+optoacoustic+imaging+of+biological+tissues.">Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues.</a> Biomed Phys Eng Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1-2000. , (2000).</li></ol>

Yazarların el yazmasıyla ilgili herhangi bir mali çıkarları yoktur ve açığa çıkacak diğer olası çıkar çatışmaları yoktur.

Bu çalışma, PLD-PAT sistemi kullanılarak sıçanlarda in vivo beyin görüntülemenin gerçekleştirilmesi için bir protokol sunmaktadır. Protokol, sıçanlar üzerinde beyin görüntülemesinin yanı sıra görüntüleme sisteminin ve hizalamasının ayrıntılı bir tasvirini de içerir. Mevcut OPO tabanlı PAT sistemleri pahalıdır ve hantaldır ve 5-10 dakikada bir kesitsel görüntü sağlayabilir. PLD-PAT sistemi kompakt, taşınabilir ve düşük maliyetlidir ve 3 s&#39;de kaliteli görüntüler s...

<html> Fotoakustik tomografi (PAT), klinik ve preklinik çalışmalarda 1 , 2 , 3 , 4 , 5 birçok uygulamaya sahip olan bir hibrid görüntüleme yöntemidir. PAT&#39;de nanosaniye lazer darbeleri biyolojik dokuyu ışınlar. Olay ışığının doku kromoforları tarafından absorbe edilmesi lokal bir sıcaklık artışı ile sonuçlanır ve bu da daha sonra ses dalgaları şeklinde yayılan basınç dalgalarına yol açar. Bir ultrason dedektörü, fotoakustik sinyalleri numunenin etrafındaki çeşitli konumlarda toplar. Fotakustik (PA) sinyaller, fotoakustik görüntüyü üretmek için çeşitli algoritmalar (gecikmeli-ve-toplam algoritması gibi) kullanılarak yeniden oluşturulmuştur. Bu hibrid görüntüleme modeli, yüksek çözünürlüklü, derin doku görüntüleme ve yüksek optik absorpsiyon kontrastı sunar 7 ,Class = &quot;xref&quot;&gt; 8. Son zamanlarda, tavuk göğsü dokusunda ~ 12 cm&#39;lik bir görüntüleme derinliği 9 daha uzun bir dalga boyu (~ 1.064 nm) ve fosfor ftalosiyanin denilen eksojen bir kontrast ajan yardımıyla elde edildi. Bu derinlik hassasiyeti, konfokal flüoresan mikroskopisi, iki fotonlu floresan mikroskopisi, 10 optik koherens tomografi, 11 vb. Gibi diğer optik yöntemlerin derinlik hassasiyetinden çok daha yüksektir. PAT birden fazla dalga boyunu kullanarak, organlarda yapısal ve işlevsel değişiklikler gösterebilir . Birçok insan hastalığı için, küçük hayvan modelleri iyi kurulmuş 12 , 13 , 14 , 15 . Küçük hayvanların görüntülenmesi için çeşitli yöntemler gösterilmiştir. Bütün bu yaklaşımlardan, yukarıda belirtilen avantajlar nedeniyle PA görüntüleme çok hızlı bir şekilde dikkat çekti. PAT 4 , 16 , 17 , 18 küçük hayvanların doku ve organlarında ( yani kalp, akciğerler, karaciğer, gözler, dalak, beyin, deri, omurilik, böbrek vb. ) Kan damarlarını görüntüleme potansiyelini göstermiştir. PAT küçük hayvanlarda beyin görüntülemede iyi kurulmuş bir yöntemdir. PA dalgaları, kromoforların ışığı absorbe etmesi nedeniyle üretildiğinden, çoklu dalga boyundaki PAT, toplam hemoglobin konsantrasyonunun (HbT) ve oksijen doyumunun (SO 2 ) 19 , 20 , 21 , 22 haritalamasına izin verir. Beyin nörovasküler görüntüleme, ekzojen kontrast madde 12 , 23 , 24 yardımıyla sağlandı. PA modalitesi, beyin sağlığını daha iyi anlamak için aşağıdaki yöntemlerle yardımcı olabilir:Moleküler ve genetik seviyelerde bilgi sağlama. Küçük hayvansal görüntüleme için Nd: YAG / OPO lazerler PAT uyarma kaynakları olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu lazerler, ~ 10 Hz tekrarlama oranı 25 ile ~ 5 ns yakın kızılötesi darbeler (OPO çıkış penceresinde ~ 100 mJ) sağlarlar. Bu tür lazerlerle donatılmış PA sistemi pahalıdır ve hacimlidir ve lazer kaynağının düşük tekrarlama oranına bağlı olarak tek elemanlı ultrason transdüserleri (UST) ile düşük hızlı görüntüleme yapılmasına izin verir. Bu tür PA sistemlerinde tipik bir A hattı edinme süresi kesit başına ~ 5 dakika sürmektedir 25 . Böyle uzun bir ölçüm süresine sahip bir görüntüleme sistemi, küçük gövde görüntüleme için ideal değildir, çünkü tam vücut görüntüleme, zaman çözünür fonksiyonel görüntüleme vb . Fizyolojik parametrelerin kontrol edilmesi zordur. Birden çok tek elemanlı UST&#39;leri kabul ederek dizi Tabanlı UST&#39;ler veya yüksek tekrarlama hızı lazer ile PA görüntüleme hızını artırmak mümkündürsistemleri. Numunenin etrafındaki tüm PA sinyallerinin toplanması için yalnızca tek elemanlı bir UST kullanılması sistemin görüntüleme hızını sınırlar. Yüksek hızda, oldukça hassas görüntüleme teknikleri için dairesel veya yarı dairesel geometride düzenlenmiş çoklu tek elemanlı UST&#39;ler gösterilmektedir. Doğrusal, yarı dairesel, dairesel ve hacimsel diziler gibi dizi tabanlı UST&#39;ler 26 , gerçek zamanlı görüntüleme 1 için başarıyla kullanılmıştır. Bu dizi tabanlı UST&#39;ler görüntüleme hızını artıracak ve ölçüm duyarlılığını düşürecek, ancak pahalı. Bununla birlikte, dizi tabanlı UST&#39;leri kullanan PA sistemlerinin görüntüleme hızı hala lazer tekrar hızı yüzünden sınırlıdır. Darbeli lazer teknolojisi, yüksek tekrarlama hızı darbeli lazer diyotları (PLD&#39;ler) üretmek için geliştirildi. 7.000 kare / s Klinik bir ultrason platformu kullanan PLD&#39;lerde B-tarama fotoakustiksel görüntüleme gösterildi 27 . Bu tür PLD&#39;ler, görüntüleme hızını artırabilir.E PAT sistemi, tek elemanlı UST dairesel tarama geometrisi ile bile. Tek elemanlı UST&#39;ler, dizi tabanlı UST&#39;lerin aksine daha ucuz ve oldukça hassasdır. Son on yılda PA görüntüleme için uyarı kaynağı olarak yüksek tekrarlama hızı PLD&#39;lerin kullanımı hakkında çok az araştırma yapıldı. Fantomların PA görüntülemesi için fiber tabanlı bir yakın kızılötesi PLD gösterildi 28 . İnsan cildinin ~ 1 mm derinliklerinde kan damarlarının in vivo görüntülemesi, düşük enerjili PLD&#39;ler 29 kullanılarak gösterildi. Bir PLD tabanlı optik çözünürlüklü fotoakustiksel mikroskop (ORPAM) bildirildi. PLD&#39;leri kullanarak 0.43 Hz&#39;lik bir kare hızında ~ 1.5 cm&#39;lik derin görüntüleme gösterildi 30 . Kısa süre önce ~ 3 s kadar kısa bir sürede ve biyolojik dokuda 25 cm görüntü derinliğinde görüntü sağladığı bildirilen bir PLD-PAT sistemi bildirildi. Bu çalışma, düşük maliyetli, kompakt bir sistemin yüksek kaliteyi sağlayabileceğini kanıtladı.Yüksek hızda bile görüntüler. PLD-PAT sistemi, yüksek kare hızı (7.000 fps) fotoakustik görüntüleme, yüzeysel kan damarı görüntüleme, parmak eklem görüntüleme, 2 cm derinliğinde doku görüntüleme, küçük hayvan beyin görüntüleme, vb. Için kullanılabilir. Tek dalga boyu ve PLD&#39;den düşük darbeli enerji darbeleri, çoklu-spektral ve derin doku görüntüleme uygulamasını sınırlar. Deneyler, klinik öncesi uygulamalar için kullanılan aynı PLD-PAT sistemini kullanarak küçük hayvanlar üzerinde gerçekleştirildi. Bu çalışmanın amacı, küçük hayvanlarda in vivo 2D kesitsel beyin görüntülemesi için PLD-PAT sisteminin görselleştirilmiş deneysel gösterimini sağlamaktır.

<table><tbody><tr><td>Pulsed laser diode</td><td>Quantel, France</td><td>QD-Q1910-SA-TEC</td><td>It is the excitation laser source with specifications 803 nm, 1.4 mJ per pulse, 136 ns pulse, 7 kHz maximum, dimentions : 11.0 x 6.0 x 3.6 cm, weight: ~150 gm</td></tr><tr><td>Stepper motor with gearbox</td><td>LIN Engineering (Servo Dynamics)</td><td>Motor: CO-5718-01P, Gearbox: DPL64/1, I = 10 for NEMA 23; power supply PW100-48</td><td>To move the detector holder in a circular geometry. Torque: 2.08 N-m, Rotor inertia: 2.6 kg-cm2</td></tr><tr><td>Ultrasonic pulser/receiver</td><td>Olympus</td><td>5072PR</td><td>To receive, filter and ampligy the PA signal from UST. Its bandwidth is 35 MHz, and gain is &amp;plusmn;59 dB.</td></tr><tr><td>Ultrasound Transducer</td><td>Olympus</td><td>V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069</td><td>Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection. Central freqency 2.25 MHz, 0.5 in, Cylindrical focus 1.9 inch</td></tr><tr><td>PCIe DAQ (Data acquisition) Card</td><td>GaGe</td><td>CSE4227/ A6000610/B0E00610</td><td>12 bit, 100 Ms/s, 2 channels, 1 Gs on board memory, PCIe x16 interface</td></tr><tr><td>Rats</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td><td>NTac:SD, Sprague Dawley / SD</td><td>Female, weight 100 &amp;plusmn;10g</td></tr><tr><td>Acrylic water tank&amp;nbsp;</td><td>NTU workshop</td><td>Custom-made</td><td>It contains the water that acts as an acoustic coupling medium between brain and detector</td></tr><tr><td>Circular Scanner&amp;nbsp;</td><td>NTU workshop</td><td>Custom-made</td><td>Scanner is made out of Alluminum&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Anesthetic Machine</td><td>medical plus pte ltd</td><td>Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator.</td><td>Supplies oxygen and isoflurane to animal</td></tr><tr><td>Pulse Oxymeter portable</td><td>Medtronic</td><td>PM10N with veterinary sensor</td><td>Monitors the pulse oxymetry of the animal</td></tr><tr><td>Ultrasound gel</td><td>Progress/parker acquasonic gel</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>Clear ultrasound gel</td></tr><tr><td>Data acqusison software</td><td>National Instruments Corporation,Austin,TX,USA)</td><td>NI LabVIEW 2015 SP1</td><td>LabVIEW based program was developed in our laboratory for controlling the stepper motor and acquring the PA singnals from the detector</td></tr><tr><td>Data processing software</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>Matlab R2012b</td><td>Matlab code for reconstruction of PA images was developed in our lab</td></tr><tr><td>Temperature controller&amp;nbsp;</td><td>LaridTech, MO,USA</td><td>MTTC1410</td><td>It will constantly control temperature of the PLD&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>12 V power supply&amp;nbsp;</td><td>Voltcraft&amp;nbsp;</td><td>PPS-11810</td><td>To supply operating voltage for PLD</td></tr><tr><td>Variable power supply&amp;nbsp;</td><td>BASETech</td><td>BT-153</td><td>To change the laser output power</td></tr><tr><td>Funtion generator&amp;nbsp;</td><td>Funktionsgenerator</td><td>FG250D</td><td>To change the repetetion rate of the PLD. It will provide TTL signal to synchronize the DAQ with the laser excitation.</td></tr><tr><td>Animal distributor</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td><td></td><td>Animal distributor that supplies small animals for research purpose.</td></tr><tr><td>Animal holder</td><td>NTU workshop</td><td>Custom-made</td><td>Used for holding the animal on its abdomen</td></tr><tr><td>Breathing mask</td><td>NTU workshop</td><td>Custom-made</td><td>Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal</td></tr><tr><td>Pentobarbital sodium</td><td>Valabarb</td><td></td><td>Used for euthanizing the animal after the expeirment.</td></tr><tr><td>Optical diffuser</td><td>Thorlabs</td><td>DG10-1500</td><td>Used to to make the laser beam homogeneous</td></tr></tbody></table>

a high-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging

In vivo küçük hayvan görüntüleme, klinik öncesi araştırmalarda oynamak için önemli bir role sahiptir. Fotoakustik tomografi (PAT) hem preklinik hem de klinik uygulamalar için büyük potansiyel gösteren gelişmekte olan bir hibrid görüntüleme modalitesidir. Konvansiyonel optik parametrik osilatör tabanlı PAT (OPO-PAT) sistemleri hantal ve pahalıdır ve yüksek hızlı görüntüleme sağlayamaz. Kısa süre önce PAT için alternatif bir uyarma kaynağı olarak darbeli lazer diyotlar (PLD&#39;ler) başarıyla gösterildi. Foto akustik fantomlar ve biyolojik dokulardaki yüksek hızlı görüntüleme için Darbeli Lazer Diyot PAT (PLD-PAT) başarıyla gösterildi. Bu çalışma PLD-PAT kullanılarak in vivo beyin görüntüleme için görselleştirilmiş bir deney protokolü sağlar. Protokol, kompakt PLD-PAT sistem konfigürasyonunu ve açıklamasını, beyin görüntüleme için hayvan hazırlığını ve 2D kesitsel sıçan beyin görüntüleme için tipik bir deneysel prosedürü içerir. PLD-PAT sistemi kompakt ve masrafsızFektif ve yüksek hızlı, yüksek kaliteli görüntüleme sağlayabilir. Çeşitli tarama hızlarında in vivo toplanan beyin görüntüleri sunulmuştur.

Tarif edilen PLD-PAT sisteminin yeteneklerini gösteren in vivo beyin görüntüleme sonuçları bu bölümde sergilenmektedir. PLD-PAT sisteminin yüksek hızlı görüntüleme yeteneklerini göstermek için, iki farklı sağlıklı sıçanın in vivo beyin görüntülemesi yapıldı. Şekil 2 , çeşitli tarama hızlarında bir dişi sıçanın (93 g) beyin görüntülerini göstermektedir. Şekil 2a ve b, s?...

Watch this Scientific Journal Video about A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging at JoVE.com

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

Küçük hayvanlarda hızlı in vivo beyin görüntüleme için kompakt darbeli lazer diyot tabanlı bir fotoakustik tomografi (PLD-PAT) sistemi gösterilmiştir.

Için yüksek performanslı bir Kompakt Fotoakustik Tomografi Sistemi<emIn vivo</em&gt; Küçük Hayvanlı Beyin Görüntüleme

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

a-high-performance-compact-photoacoustic-tomography-system-for-vivo

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

10.4K Görüntüleme.  Nanyang Technological University.  Küçük hayvanlarda hızlı in vivo beyin görüntüleme için kompakt darbeli lazer diyot tabanlı bir fotoakustik tomografi (PLD-PAT) sistemi gösterilmiştir. 

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

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.

Üç boyutlu optik çözünürlük foto akustik Mikroskopi

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

Biyomühendislik

Computed Tomography-guided Time-domain Diffuse Fluorescence Tomography in Small Animals for Localization of Cancer Biomarkers

Small animal fluorescence molecular imaging (FMI) can be a powerful tool for preclinical drug discovery and development studies1. However, light absorption by tissue chromophores (e.g., hemoglobin, water, lipids, melanin) typically limits optical signal propagation through thicknesses larger than a few millimeters2. Compared to other visible wavelengths, tissue absorption for red and near-infrared (near-IR) light absorption dramatically decreases and non-elastic scattering becomes the dominant light-tissue interaction mechanism. The relatively recent development of fluorescent agents that absorb and emit light in the near-IR range (600-1000 nm), has driven the development of imaging systems and light propagation models that can achieve whole body three-dimensional imaging in small animals3.
Despite great strides in this area, the ill-posed nature of diffuse fluorescence tomography remains a significant problem for the stability, contrast recovery and spatial resolution of image reconstruction techniques and the optimal approach to FMI in small animals has yet to be agreed on. The majority of research groups have invested in charge-coupled device (CCD)-based systems that provide abundant tissue-sampling but suboptimal sensitivity4-9, while our group and a few others10-13 have pursued systems based on very high sensitivity detectors, that at this time allow dense tissue sampling to be achieved only at the cost of low imaging throughput. Here we demonstrate the methodology for applying single-photon detection technology in a fluorescence tomography system to localize a cancerous brain lesion in a mouse model.
The fluorescence tomography (FT) system employed single photon counting using photomultiplier tubes (PMT) and information-rich time-domain light detection in a non-contact conformation11. This provides a simultaneous collection of transmitted excitation and emission light, and includes automatic fluorescence excitation exposure control14, laser referencing, and co-registration with a small animal computed tomography (microCT) system15. A nude mouse model was used for imaging. The animal was inoculated orthotopically with a human glioma cell line (U251) in the left cerebral hemisphere and imaged 2 weeks later. The tumor was made to fluoresce by injecting a fluorescent tracer, IRDye 800CW-EGF (LI-COR Biosciences, Lincoln, NE) targeted to epidermal growth factor receptor, a cell membrane protein known to be overexpressed in the U251 tumor line and many other cancers18. A second, untargeted fluorescent tracer, Alexa Fluor 647 (Life Technologies, Grand Island, NY) was also injected to account for non-receptor mediated effects on the uptake of the targeted tracers to provide a means of quantifying tracer binding and receptor availability/density27. A CT-guided, time-domain algorithm was used to reconstruct the location of both fluorescent tracers (i.e., the location of the tumor) in the mouse brain and their ability to localize the tumor was verified by contrast-enhanced magnetic resonance imaging.
Though demonstrated for fluorescence imaging in a glioma mouse model, the methodology presented in this video can be extended to different tumor models in various small animal models potentially up to the size of a rat17.

Diffuse fluorescence tomography offers a relatively low-cost and potentially high-throughout approach to preclinical in vivo tumor imaging. The methodology of optical data collection, calibration, and image reconstruction is presented for a computed tomography-guided non-contact time-domain system using fluorescent targeting of the tumor biomarker epidermal growth factor receptor in a mouse glioma model.

Kanser BİYOMARKÖRLERİN Yerelleştirme Küçük Hayvanlarda Bilgisayarlı Tomografi eşliğinde Zaman alanı Diffüz Floresans Tomografi

Small animal fluorescence molecular imaging (FMI) can be a powerful tool for preclinical drug discovery and development studies1. However, light ...

Tıp

Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously attaining anatomical, functional and molecular contrast in deep optically opaque tissues. While enormous potential has been recently demonstrated in the application of optoacoustics for small animal research, vast efforts have also been undertaken in translating this imaging technology into clinical practice. We present here a newly developed optoacoustic tomography approach capable of delivering high resolution and spectrally enriched volumetric images of tissue morphology and function in real time. A detailed description of the experimental protocol for operating with the imaging system in both hand-held and stationary modes is provided and showcased for different potential scenarios involving functional and molecular studies in murine models and humans. The possibility for real time visualization in three dimensions along with the versatile handheld design of the imaging probe make the newly developed approach unique among the pantheon of imaging modalities used in today&#8217;s preclinical research and clinical practice.

We provide herein a detailed description of the experimental protocol for imaging with a newly developed hand-held optoacoustic (photoacoustic) system for three-dimensional functional and molecular imaging in real time. The demonstrated powerful performance and versatility may define new application areas of the optoacoustic technology in preclinical research and clinical practice.

Evrensel Real Time Derin Doku İnsan Anjiografi ve Fonksiyonel Preklinik Çalışmalar üç boyutlu Optoacoustic Görüntüleme Probe El

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously ...

Non-invasive Parenchymal, Vascular and Metabolic High-frequency Ultrasound and Photoacoustic Rat Deep Brain Imaging

Photoacoustics and high frequency ultrasound stands out as powerful tools for neurobiological applications enabling high-resolution imaging on the central nervous system of small animals. However, transdermal and transcranial neuroimaging is frequently affected by low sensitivity, image aberrations and loss of space resolution, requiring scalp or even skull removal before imaging. To overcome this challenge, a new protocol is presented to gain significant insights in brain hemodynamics by photoacoustic and high-frequency ultrasounds imaging with the animal skin and skull intact. The procedure relies on the passage of ultrasound (US) waves and laser directly through the fissures that are naturally present on the animal cranium. By juxtaposing the imaging transducer device exactly in correspondence to these selected areas where the skull has a reduced thickness or is totally absent, one can acquire high quality deep images and explore internal brain regions that are usually difficult to anatomically or functionally describe without an invasive approach. By applying this experimental procedure, significant data can be collected in both sonic and optoacoustic modalities, enabling to image the parenchymal and the vascular anatomy far below the head surface. Deep brain features such as parenchymal convolutions and fissures separating the lobes were clearly visible. Moreover, the configuration of large and small blood vessels was imaged at several millimeters of depth, and precise information were collected about blood fluxes, vascular stream velocities and the hemoglobin chemical state. This repertoire of data could be crucial in several research contests, ranging from brain vascular disease studies to experimental techniques involving the systemic administration of exogenous chemicals or other objects endowed with imaging contrast enhancement properties. In conclusion, thanks to the presented protocol, the US and PA techniques become an attractive noninvasive performance-competitive means for cortical and internal brain imaging, retaining a significant potential in many neurologic fields.

The present work describes a new protocol to perform non-invasive high-frequency ultrasound and photoacoustic based imaging on rat brain, to efficiently visualize deep subcortical regions and their vascular patterns by directing signals on skull foramina naturally present on animal cranium.

Non-invaziv parankim, Vasküler ve Metabolik Yüksek frekanslı ultrason ve foto akustik Sıçan Derin Beyin Görüntüleme

Photoacoustics and high frequency ultrasound stands out as powerful tools for neurobiological applications enabling high-resolution imaging on the central ...

Nörobilim

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.

Için değiştirilebilir Akustik ve Optik Çözünürlük Fotoakustik Mikroskopi<emIn vivo</em&gt; Küçük Hayvan Kan Vaskülatür Görüntüleme

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

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.

Görüntüleme sistemi gerçek zamanlı Non-invaziv küçük hayvan görüntüleme için el klinik Photoacoustic

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.

Sıçan kortikal damarında boya yıkama ve yıkayın-Out Izleme için pulsed lazer diyot tabanlı masaüstü Fotoakustik tomografi

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

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.

Vasküler Görselleştirme için Çift Raster Taramalı Fotoakoustik Küçük Hayvan Görüntüleyici

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

A High-Throughput Image-Guided Stereotactic Neuronavigation and Focused Ultrasound System for Blood-Brain Barrier Opening in Rodents

The blood-brain barrier (BBB) has been a major hurdle for the treatment of various brain diseases. Endothelial cells, connected by tight junctions, form a physiological barrier preventing large molecules (&#62;500 Da) from entering the brain tissue. Microbubble-mediated focused ultrasound (FUS) can be used to induce a transient local BBB opening, allowing larger drugs to enter the brain parenchyma.
In addition to large-scale clinical devices for clinical translation, preclinical research for therapy response assessment of drug candidates requires dedicated small animal ultrasound setups for targeted BBB opening. Preferably, these systems allow high-throughput workflows with both high-spatial precision as well as integrated cavitation monitoring, while still being cost effective in both initial investment and running costs.
Here, we present a bioluminescence and X-ray guided stereotactic small animal FUS system that is based on commercially available components and fulfills the aforementioned requirements. A particular emphasis has been placed on a high degree of automation facilitating the challenges typically encountered in high-volume preclinical drug evaluation studies. Examples of these challenges are the need for standardization in order to ensure data reproducibility, reduce intra-group variability, reduce sample size and thus comply with ethical requirements and decrease unnecessary workload. The proposed BBB system has been validated in the scope of BBB opening facilitated drug delivery trials on patient-derived xenograft models of glioblastoma multiforme and diffuse midline glioma.

The blood-brain barrier (BBB) can be temporarily disrupted with microbubble-mediated focused ultrasound (FUS). Here, we describe a step-by-step protocol for high-throughput BBB opening in vivo using a modular FUS system accessible for non-ultrasound experts.

Kemirgenlerde Kan-Beyin Bariyeri Açıklığı için Yüksek Verimli Görüntü Destekli Stereotaktik Nöronavigasyon ve Odaklanmış Ultrason Sistemi

The blood-brain barrier (BBB) has been a major hurdle for the treatment of various brain diseases. Endothelial cells, connected by tight junctions, form a ...

İskemik İnmenin Non-İnvaziv Entegre PAUSAT Tüm Beyin Görüntülemesi

Integrated Photoacoustic, Ultrasound, and Angiographic Tomography (PAUSAT) for NonInvasive Whole-Brain Imaging of Ischemic Stroke

Presented here is an experimental ischemic stroke study using our newly developed noninvasive imaging system that integrates three acoustic-based imaging technologies: photoacoustic, ultrasound, and angiographic tomography (PAUSAT). Combining these three modalities helps acquire multi-spectral photoacoustic tomography (PAT) of the brain blood oxygenation, high-frequency ultrasound imaging of the brain tissue, and acoustic angiography of the cerebral blood perfusion. The multi-modal imaging platform allows the study of cerebral perfusion and oxygenation changes in the whole mouse brain after stroke. Two commonly used ischemic stroke models were evaluated: the permanent middle cerebral artery occlusion (pMCAO) model and the photothrombotic (PT) model. PAUSAT was used to image the same mouse brains before and after a stroke and quantitatively analyze both stroke models. This imaging system was able to clearly show the brain vascular changes after ischemic stroke, including significantly reduced blood perfusion and oxygenation in the stroke infarct region (ipsilateral) compared to the uninjured tissue (contralateral). The results were confirmed by both laser speckle contrast imaging and triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining. Furthermore, stroke infarct volume in both stroke models was measured and validated by TTC staining as the ground truth. Through this study, we have demonstrated that PAUSAT can be a powerful tool in noninvasive and longitudinal preclinical studies of ischemic stroke.

Yazar Spotlight: İskemik İnmenin Nonİnvaziv Tüm Beyin Görüntülemesi için Entegre Fotoakustik, Ultrason ve Anjiyografik Tomografi (PAUSAT)  

This work demonstrates the use of a multimodal ultrasound-based imaging platform for noninvasive imaging of ischemic stroke. This system allows for the quantification of blood oxygenation through photoacoustic imaging and impaired perfusion in the brain through acoustic angiography.

İskemik İnmenin Nonİnvaziv Tüm Beyin Görüntülemesi için Entegre Fotoakustik, Ultrason ve Anjiyografik Tomografi (PAUSAT)

Presented here is an experimental ischemic stroke study using our newly developed noninvasive imaging system that integrates three acoustic-based imaging ...

Için yüksek performanslı bir Kompakt Fotoakustik Tomografi Sistemi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler