Name: dual raster-scanning photoacoustic small-animal imager for vascular visualization
Uploaded: 2020-07-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 14 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Dual Raster-Scanning Photoacoustic Small-Animal Imager for Vascular Visualization at JoVE.com

Yazarlar, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı'nın (61822505; 11774101; 61627827; 81630046), Çin'in Guangdong Eyaleti Bilim ve Teknoloji Planlama Projesi (2015B02020233016) ve Guangzhou Bilim ve Teknoloji Programı (No. 2019020001).

Tüm hayvan deneyleri, Güney Çin Normal Üniversitesi, Guangzhou, Çin'in kurumsal hayvan bakım ve kullanım komitesi tarafından sağlanan yönergelere uygun olarak gerçekleştirildi.
1. Sistem Kurulumu
<ol><li>Optik yol (Şekil 1)<ol>
<li>Sistem lazer kaynağı olarak 532 nm darbe lazer kullanın. Lazerin tekrarlama hızını 10 kHz, çıkış enerjisini %100 ve tetik ayarını kullanıcı tanımlı bir program kullanarak harici tetikleyici olarak ayarlayın.</li>
		<li>Lazer ışınını optik fiber bağlayıcı (FC1) ile tek modlu fibere (SMF) birleştirir. Lazer ışınını iki boyutlu motorlu bir aşamada (Motor, maksimum hız: 20 mm/sn) optik fiber kolimatör (FC2) kullanarak işle.</li>
		<li>İki eksenli galvanometre tarayıcı (Galva) kullanarak lazer ışınını saptırın. Işını yansıtmak için hareket ettirilebilir bir ayna (M1) kullanın. Işını 4 × objektif bir mercekle odakla (OL, Sayısal diyafram: 0.1).</li>
		<li>Kendi kendine yapılan içi boş ultrasonik dönüştürücüyü (UT, Merkezi frekans: 25 MHz) düzeltmek için bir XY çevirmen montajı (TM) kullanın; Bant genişliği: %90'dan fazla; Orta delik: 3 mm) OL12'nindibinde. Odaklanmış kirişi ultrasonik dönüştürücünün orta deliğinden geçirin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Tarama yolu<ol>
<li>GALVA'yı WIM sırasında alan programlanabilir bir kapı dizisi (FPGA 2) kullanarak kilitleyin. Kullanıcı tanımlı bir program tarafından uygun tarama aralığını ve tarama hızını ayarlayın.</li>
		<li>RIM sırasında sahada programlanabilir bir kapı dizisi (FPGA 1) kullanarak Motoru kilitleyin. FPGA 2 kullanarak tarama sıklığını ve tarama noktalarının sayısını ayarlayın. Başlatmayı denetlemek ve taramayı durdurmak için kullanıcı tanımlı bir program kullanın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Veri toplama<ol>
<li>PA sinyalini yükseltmek için 50 dB amplifikatör (AMP) kullanın. Sinyali veri toplama kartına (DAQ) göre dijitalleştirin. Tetik sinyalini FPGA 1 veya FPGA 2 üzerinden alın.</li>
		<li>Verileri işlemek ve görüntüleri paralel olarak görüntülemek için bir grafik işlem birimi (GPU) kullanın13.</li>
	</ol>
</li>
	<li>CCD görüntüleme sistemi<ol>
<li>Halka şeklinde beyaz bir LED kullanın (Renk sıcaklığı: 6500 K; Illuminance: 40000 lüks; Çap: 7,5 cm) aydınlatma kaynağı olarak. M1'i çıkarın, ışığı yansıtmak için sabit bir ayna (M2) kullanın.</li>
		<li>Görüntüleri PA görüntüleme sistemine ccd kamera (6,3 milyon piksel) kullanarak kaydedin. Görüntüleri bir görüntüleme yazılımıyla görüntüleyin.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Sistem hizalaması
<ol><li>Bir su deposu seçin (10 cm × 10 cm × 4,4 cm; alt pencere: 3 cm × 3 cm). Tüm su deposunu bir polietilen membran (membran kalınlığı: 10 μm) kullanarak örtün. Yeterli ultra saf su ekleyin.</li>
	<li>Su haznesini çalışma aşamasına yerleştirin.</li>
	<li>Lazer anahtarını aç. Lazer kontrol programını seçin. 5 dakika önceden ısıtın. Pompalama düğmesindeki "AÇ" düğmesine basın. Lazer parametrelerini adım 1.1.1'e göre ayarlayın. Lazerin şaşkınlıklarını aç.</li>
	<li>Toplanan A satırı programını seçin. Tek nokta sinyalini yakalamak ve mevcut A-line sinyalinin genliğini ve spektrumu görüntülemek için "Başlat" düğmesine basın.</li>
	<li>Su deposunun dibine bir bıçak yerleştirin. Akustik bağlantı için UT'nin alt kısmını su haznesi içine daldırın. UT'nin alt kısmında kabarcıklardan kaçının.</li>
	<li>Galva'nın konumunu ayarlayın, salınım sinyalini önlemek için UT ve OL arasındaki XY çevirmenini ayarlayın ve bunun konfokal olduğundan emin olun.</li>
	<li>Sinyalin genliğini en üst düzeye çıkarmak için çalışma aşamasının yüksekliğini ayarlayın ve odak konumunu belirleyin.</li>
</ol>3. Hayvan deneyi
<ol><li>Vücut ağırlığı 20\u201230 g olan 5\u20126 haftalık balb/c fare kullanın.</li>
	<li>Deneyden önce intraperitoneally enjekte edilen üretan (1 g/kg) kullanarak hayvanı uyuşturun.</li>
	<li>WIM ve RIM arasında geçiş gerçekleştirin.<ol>
<li>Düzlemsel ultrasonik dönüştürücü kullanın. Düzeltici ve depilatör krem kullanarak farenin sırtındaki kürkü tıraş edin. Fareyi tutucunun üzerine (8 cm × 2,8 cm × 2 cm) eğilimli konumda yerleştirin.</li>
		<li>Ultrason jeli kullanarak görüntüleme bölgesinin polietilen membranla temas etmesine izin verin. Temas kısmında kabarcıklardan kaçının.</li>
		<li>Tutucuyu akustik bağlantı için çalışma sahnesine yerleştirin. Lazeri başlatmak ve A hattı sinyali toplamak için 2.3\u20122.4 adımlarını izleyin. Hizalamak için 2.6\u20122.7 adımlarını izleyin. Hizalamadan sonra koleksiyonu sonlandırmak için "Dur" tuşuna basın.</li>
		<li>WIM programını seçin. Yeni oluşturulan klasörü adlandırın. Tarama parametresini "Tarama Hızı" sekmesinde 20 mm/sn, "Tarama Alanı" sekmesinde "20 mm*20 mm" ve "Adım" sekmesinde "20" olarak ayarlayın. Taramaya başlamak için Topla düğmesini tıklatın.</li>
		<li>Edinimden sonra taramayı sonlandırmak için Durdur düğmesini tıklatın. Motoru sıfıra getirmek için Sıfıra Döndür'ü tıklatın. Lazer şaşkınlıklarını kapatın. Tetikleyici ayarını dahili tetikleyici olarak ayarlayın. Pompalama düğmesi için KAPA düğmesine basın.</li>
		<li>WIM tetikleyicisini RIM tetikleyicisi olarak değiştirin ve harici lazer tetiğine bağlayın. Pompalama anahtarı için ON düğmesine basın. Tetikleyici ayarını dış tetikleyiciye ayarlayın. WIM programından çıkmak için Çıkış düğmesini tıklatın.</li>
		<li>A hattı sinyalini toplamak için 2.4 adımını kullanın. Lazer şaşkınını aç. Hizalamak için 2.6\u20122.7 adımlarını izleyin. Hizalamadan sonra koleksiyonu sonlandırmak için Durdur tuşuna basın.</li>
		<li>RIM programını seçin. Yeni oluşturulan klasörü adlandırın. Taramaya başlamak için Topla düğmesini tıklatın.</li>
		<li>Edinme işlemini tamamladıktan sonra taramayı sonlandırmak için Durdur düğmesini tıklatın. RIM programından çıkmak için Çıkış düğmesini tıklatın.</li>
		<li>Görüntülemenin sonunda servikal çıkık kullanarak hayvanı ötenazi.</li>
	</ol></li>
	<li>Vasküler görselleştirmenin WIM'ini gerçekleştirin.<ol>
<li>Odaklanmış ultrasonik dönüştürücü kullanın (Merkezi frekans: 25 MHz; Bant genişliği: %90'dan fazla; Odak uzaklığı: 8 mm). Fare kulağının veya kafa derisinin kıllarını çıkarın.<ol>
<li>Farenin kraniyal zamansal üst kısmının yan tarafında küçük bir kesi yapmak için bir neşter kullanın (kafatasına derinlik). Bu kesiden başlamak için oftalmik makas kullanın. Kafa derisini kafatasının dış tarafında kesin. Kanamayı durdurmak için kanama noktasını sıkıştırın. Yarayı normal salinle yıkayın. Fareyi tutucunun üzerine yerleştirin.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Ultrason jeli kullanarak görüntüleme bölgesinin polietilen membranla temas etmesine izin verin. Temas bölgesindeki kabarcıklardan kaçının (Ek Şekil 1).</li>
		<li>Tutucuyu akustik bağlantı için çalışma sahnesine yerleştirin. Lazeri açmak ve A hattı sinyali toplamak için 2.3\u20122.4 adımlarını kullanın. Hizalamak için 2.6\u20122.7 adımlarını kullanın. Hizalamadan sonra koleksiyonu sonlandırmak için Durdur tuşuna basın.</li>
		<li>WIM programını seçin. Yeni oluşturulan klasörü adlandırın. Tarama parametresini "Tarama Hızı" sekmesinde "10 mm/s", "Tarama Alanı" sekmesinin altında "10 mm*10 mm" ve "Adım" sekmesinde "10" olarak ayarlayın. Taramaya başlamak için Topla düğmesini tıklatın.</li>
		<li>Edinme işlemini tamamladıktan sonra taramayı sonlandırmak için Durdur düğmesini tıklatın. Motorun sıfıra dönmesini sağlamak için Sıfıra Dön'ü tıklatın. WIM programından çıkmak için Çıkış düğmesini tıklatın.</li>
		<li>Hayvan hala anestezi altındayken prosedürün sonunda hayvanı ötenazi edin.</li>
	</ol></li>
	<li>Küçük hayvanların dinamik izlenmesi için RIM'i gerçekleştirin.<ol>
<li>Fare karnının saçını tıraş edin. Fareyi tutucunun üzerine supine pozisyonunda yerleştirin.</li>
		<li>Ultrason jeli kullanarak görüntüleme bölgesinin polietilen membranla temas etmesine izin verin. Temas bölgesindeki kabarcıklardan kaçının.</li>
		<li>Tutucuyu akustik bağlantı için çalışma sahnesine yerleştirin. Lazeri başlatmak ve A hattı sinyalini toplamak için 2.3\u20122.4 adımlarını uygulayın. Hizalamak için 2.6\u20122.7 adımlarını gerçekleştirin. Hizalamadan sonra koleksiyonu sonlandırmak için Durdur tuşuna basın.</li>
		<li>RIM programını seçin. Yeni oluşturulan klasörü adlandırın. Taramaya başlamak için Topla düğmesini tıklatın.</li>
		<li>Edinme işlemini tamamladıktan sonra taramayı sonlandırmak için Durdur düğmesini tıklatın. RIM programından çıkmak için Çıkış düğmesini tıklatın.</li>
	</ol></li>
	<li>Kullanıcı tanımlı program tarafından derinlik yönü boyunca maksimum genlik projeksiyonunun (MAP) yeniden yapılandırılması için RIM verilerini kullanın. Hayvandaki dinamik değişiklikleri gözlemleyin.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Li, L., 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=Single-impulse+panoramic+photoacoustic+computed+tomography+of+small-animal+whole-body+dynamics+at+high+spatiotemporal+resolution.">Single-impulse panoramic photoacoustic computed tomography of small-animal whole-body dynamics at high spatiotemporal resolution.</a> Nature Biomedical Engineering. 1 (5), 0071 (2017).</li><li>Jeon, S., Kim, J., Lee, D., Baik, J. W., Kim, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+on+practical+photoacoustic+microscopy.">Review on practical photoacoustic microscopy.</a> Photoacoustics. 15, 100141 (2019).</li><li>Baik, J. W., 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=Super+wide-field+photoacoustic+microscopy+of+animal+and+humans+in+vivo.">Super wide-field photoacoustic microscopy of animal and humans in vivo.</a> IEEE Transactions on Medical Imaging. 39 (4), 975-984 (2019).</li><li>Omar, M., Aguirre, J., 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=Optoacoustic+mesoscopy+for+biomedicine.">Optoacoustic mesoscopy for biomedicine.</a> Nature Biomedical Engineering. 3 (5), 354-370 (2019).</li><li>Lin, L., 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=Single-breath-hold+photoacoustic+computed+tomography+of+the+breast.">Single-breath-hold photoacoustic computed tomography of the breast.</a> Nature Communications. 9 (1), 2352 (2018).</li><li>Yang, F., 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=Wide-field+monitoring+and+real-time+local+recoding+microvascular+networks+on+small+animals+with+a+dual-raster-scanned+photoacoustic+microscope.">Wide-field monitoring and real-time local recoding microvascular networks on small animals with a dual-raster-scanned photoacoustic microscope.</a> Journal of Biophotonics. 13 (6), 202000022 (2020).</li><li>Sun, J., Zhou, Q., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+photoacoustic+imaging+guided+sclerotherapy+for+vascular+malformations:+a+feasibility+study.">Label-free photoacoustic imaging guided sclerotherapy for vascular malformations: a feasibility study.</a> Optics Express. 26 (4), 4967-4978 (2018).</li><li>Xu, D., Yang, S., Wang, Y., Gu, Y., Xing, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+and+high-resolving+photoacoustic+dermoscopy+of+human+skin.">Noninvasive and high-resolving photoacoustic dermoscopy of human skin.</a> Biomedical Optics Express. 7 (6), 2095-2102 (2016).</li><li>Zhang, W., 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=Miniaturized+photoacoustic+probe+for+in+vivo+imaging+of+subcutaneous+microvessels+within+human+skin.">Miniaturized photoacoustic probe for in vivo imaging of subcutaneous microvessels within human skin.</a> Quantitative Imaging in Medicine and Surgery. 9 (5), 807-814 (2019).</li><li>Chen, Q., 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=Ultracompact+high-resolution+photoacoustic+microscopy.">Ultracompact high-resolution photoacoustic microscopy.</a> Optics Letters. 43 (7), 1615-1618 (2018).</li><li>Lan, B., 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=High-speed+widefield+photoacoustic+microscopy+of+small-animal+hemodynamics.">High-speed widefield photoacoustic microscopy of small-animal hemodynamics.</a> Biomedical Optics Express. 9, 4689-4700 (2018).</li><li>Ma, H., Yang, S., Cheng, Z., Xing, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+confocal+dermoscope+with+a+waterless+coupling+and+impedance+matching+opto-sono+probe.">Photoacoustic confocal dermoscope with a waterless coupling and impedance matching opto-sono probe.</a> Optics Letters. 42 (12), 2342-2345 (2017).</li><li>Kang, H., Lee, S. W., Lee, E. S., Kim, S. H., Lee, 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=Real-time+GPU-accelerated+processing+and+volumetric+display+for+wide-field+laser-scanning+optical-resolution+photoacoustic+microscopy.">Real-time GPU-accelerated processing and volumetric display for wide-field laser-scanning optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Biomedical Optics Express. 6 (12), 4650-4660 (2015).</li></ol>

Tüm hayvan deneyleri Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi'nin onaylı kılavuz ve yönetmeliklerine göre gerçek gerçekleştirildi. Yazarların makaleyle ilgili herhangi bir finansal çıkarları yoktur ve açıklayacak başka bir potansiyel çıkar çatışması yoktur.

Burada, vaskülatın yapısını ve ilgili dinamik kan değişimini yakalamak için tasarlanmış ve geliştirilmiş noninvaziv vasküler görselleştirme için çift raster taramalı fotoakoustik küçük hayvan görüntüleyici sunduk. DRS-PAI'nin avantajı, WIM ve RIM'i tek bir sisteme entegre etmesidir, bu da küçük hayvanların vasküler dinamik ve vasküler ağ yapısını incelemeyi kolaylaştırır. Sistem yüksek çözünürlüklü geniş alan vasküler görselleştirme ve gerçek zamanlı kan dinamiği sağlayabilir.
Mevcut sistemde, optik heyecan tek dalga boyu ışık kaynağı ile uygulandı. Gelecekteki bir çok dalga boyu sistemi, kan oksijen doygunluğu gibi diğer parametreleri sağlayacaktır. Ayrıca, vasküler çap, damar yoğunluğu, damar işkencesi vb. Nicel analiz, hastalıkların erken tanı ve tedavisi için değerli bilgiler sağlayabilir.
Özetle, sistem araştırmacıların biyomedikal alaka düzeyi ile küçük hayvan araştırmaları hakkında yüksek boyutlu fizyolojik ve patolojik içgörüler elde etmelerine olanak tanır. Sistem, anjiogenez, tümör mikroçevrengileri, hemodinamik, beyindeki fonksiyonel bağlantılar, mikrosirkülasyon, ilaç yanıtları ve tedavi yanıtlarını içeren ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere çoğu küçük hayvan araştırma ayarına uyarlanabilir. Protokoldeki kritik adımlar arasında çift tarama yapısının tasarımı, WIM'deki optik ve akustik odağın konfokal ayarı ve RIM'deki ses alanının merkez noktası ayarı yer alıyor.

Temel biyomedikal alanda, küçük hayvanlar insan fizyolojik işlevini simüle edebilir. Bu nedenle, küçük hayvan görüntüleme, insan homolog hastalıklarının araştırılmasına rehberlik etme ve etkili tedavi arayışında önemli bir rol oynar1. Fotoakoustik görüntüleme (PAI), optik görüntüleme ve ultrason görüntülemenin avantajlarını birleştiren invaziv olmayan bir görüntüleme tekniğidir2. Fotoakoustik mikroskopi (PAM), küçük hayvanların temel araştırmaları için değerli bir görüntüleme yöntemidir3. PAM, optik uyarlama ve ultrason algılamaya dayalı olarak yüksek çözünürlüklü, derin penetrasyon, yüksek özgüllük ve yüksek kontrastlı görüntüleri kolayca elde edebilir4.
Belirli bir dalga boylarına sahip bir darbe lazeri, dokuların endojen kromoforları tarafından emilir. Daha sonra, dokunun sıcaklığı yükselir, bu da fotoğraf kaynaklı ultrasonik dalgaların üretimiyle sonuçlanır. Ultrasonik dalgalar ultrasonik dönüştürücü tarafından tespit edilebilir. Sinyal alımı ve görüntü rekonstrüksiyonundan sonra emicinin mekansal dağılımı elde edilebilir5. Bir yandan, tüm organ damar ağının görselleştirilmesi geniş bir görüş alanı gerektirir. Geniş alan tarama işlemi genellikle yüksek çözünürlüklü 6 ,7,8sağlamak için uzun zaman alır. Öte yandan, küçük hayvanların hemodinamik aktivitelerini gözlemlemek hızlı gerçek zamanlı görüntüleme gerektirir. Gerçek zamanlı görüntüleme, küçük hayvanların yaşamsal belirtilerini gerçek zamanlı olarak incelemek için faydalıdır9,10,11. Gerçek zamanlı görüntülemenin görüş alanı genellikle yüksek bir güncelleme oranı sağlamak için yeterince küçüktür. Bu nedenle, genellikle geniş bir görüş alanına ulaşmak ve gerçek zamanlı görüntüleme arasında bir denge vardır. Daha önce, geniş alan görüntüleme veya gerçek zamanlı görüntüleme için ayrı ayrı iki farklı sistem kullanılmıştır.
Bu çalışma, iki boyutlu motorlu çeviri aşamasına ve iki eksenli galvanometre tarayıcısına dayalı gerçek zamanlı görüntülemeye dayalı geniş alan görüntülemeyi entegre eden çift raster taramalı fotoakoustik görüntüleyici (DRS-PAI) rapor eder. Geniş alan görüntüleme modu (WIM) vasküler morfolojiyi göstermek için gerçekleştirilir. Gerçek zamanlı görüntüleme modu (RIM) için şu anda iki işlev vardır. İlk olarak, RIM gerçek zamanlı B tarama görüntüleri sağlayabilir. Vaskülatın derinlik yönü boyunca yer değiştirmesi ölçülerek, solunum veya nabız özellikleri ortaya çıkabilir. İkinci olarak, RIM WIM görüntüsündeki belirli alanı nicel olarak ölçebilir. Yerel WIM bölgelerinin karşılaştırılabilir görüntülerini sağlayarak, yerel değişikliğin ayrıntıları doğru bir şekilde ortaya çıkabilir. Sistem, vasküler görselleştirmenin geniş alan görüntülemesi ile yerel dinamiğin gerçek zamanlı görüntülenmesi arasında esnek bir geçiş tasarlar. Sistem, küçük hayvan görüntülemeye ihtiyaç duyulan temel biyomedikal araştırmalarda arzu edilir.

<table><tbody><tr><td>12 bit multi-purpose digitizer</td><td>Spectrum</td><td>M3i.3221</td><td>Data acquisition card</td></tr><tr><td>A-line collected program</td><td>National Instrument</td><td>LabVIEW</td><td>User-defined program</td></tr><tr><td>Amplifier</td><td>RF Bay</td><td>LNA-650</td><td>Amplifier</td></tr><tr><td>Depilatory Cream</td><td>Veet</td><td>33-II</td><td>Animal depilatory</td></tr><tr><td>Fiberport Coupler</td><td>Thorlab</td><td>PAF-X-7-A</td><td>Fiber Coupler</td></tr><tr><td>Field Programmable Gate Array</td><td>Altera</td><td>Cyclone IV</td><td>Trigger Control</td></tr><tr><td>Fixed Focus Collomation Packages</td><td>Thorlabs</td><td>F240FC-532</td><td>Fiber Collimator</td></tr><tr><td>Foused ultrasonic transducer</td><td>Self-made</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Graphics Processing Unit</td><td>NVIDIA</td><td>GeForce GTX 1060</td><td>Processing data</td></tr><tr><td>Holder</td><td>Self-made</td><td></td><td>Animal fixation</td></tr><tr><td>Laser control program</td><td>National Instrument</td><td>LabVIEW</td><td>User-defined program</td></tr><tr><td>Mice</td><td>Guangdong Medical Laboratory Animal Center</td><td>BALB/c</td><td>Animal Model</td></tr><tr><td>Microscope camera</td><td>Mshot</td><td>MS60</td><td>CCD camera</td></tr><tr><td>Microscope Objective</td><td>Daheng Optics</td><td>GCO-2111</td><td>Objective Lens</td></tr><tr><td>Mirror</td><td>Daheng Optics</td><td>GCC-1011</td><td>Moveable/Fixed Mirror</td></tr><tr><td>Moving Magnet Capacitive Detector Galvanometer Scanner</td><td>Century Sunny</td><td>S8107</td><td>real-time scanner</td></tr><tr><td>Mshot image analysis system</td><td>Mshot</td><td></td><td>Display software</td></tr><tr><td>Normal Saline</td><td>CR DOUBLE-CRANE</td><td>H34023609</td><td>Normal Saline</td></tr><tr><td>Ophthalmic Scissors</td><td>SUJIE</td><td></td><td>Scalp Remove</td></tr><tr><td>Planar ultrasonic transducer</td><td>Self-made</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plastic Wrap</td><td>HJSJLSL</td><td></td><td>Polyethylene Membrane</td></tr><tr><td>Program Control Software</td><td>National Instrument</td><td>LabVIEW</td><td>User-defined Program</td></tr><tr><td>Pulsed Q-swithched Laser</td><td>Laser-export</td><td>DTL-314QT</td><td>532-nm pulse Laser</td></tr><tr><td>Real-time imaging program</td><td>National Instrument</td><td>LabVIEW</td><td>User-defined program</td></tr><tr><td>Ring-shaped white LED</td><td>Self-made</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Shaver</td><td>Codos</td><td>CP-9200</td><td>Animal Shaver</td></tr><tr><td>Single-Mode Fibers</td><td>Nufern</td><td>460-HP</td><td>Single-mode fiber</td></tr><tr><td>Surgical Blade</td><td>SUJIE</td><td>11</td><td>Blade</td></tr><tr><td>Surgical Scalpel</td><td>SUJIE</td><td>7</td><td>Scalp Remove</td></tr><tr><td>Translation Stage</td><td>Jiancheng Optics</td><td>LS2-25T</td><td>wide-field scanning stage</td></tr><tr><td>Ultrasonic Transducer</td><td>Self-made</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultrasound gel</td><td>GUANGGONG PAI</td><td>ZC4252418</td><td>Acoustic Coupling</td></tr><tr><td>Urethane</td><td>Tokyo Chemical Industry</td><td>C0028</td><td>Animal Anestheized</td></tr><tr><td>Water tank</td><td>Self-made</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wide-field imaging program</td><td>National Instrument</td><td>LabVIEW</td><td>User-defined program</td></tr><tr><td>XY Translator Mount</td><td>Self-made</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

dual raster-scanning photoacoustic small-animal imager for vascular visualization

Vasküler ağların küçük hayvanlar üzerinde görüntülenmesi temel biyomedikal araştırmalarda önemli rol oynamıştır. Fotoakoustik görüntüleme teknolojisi, küçük hayvanların görüntübiliminde büyük bir uygulama potansiyeline sahiptir. Küçük hayvanların geniş alan fotoakoustik görüntülemesi, yüksek mekansal çözünürlük, derin penetrasyon ve çoklu kontrastlarla görüntüler sağlayabilir. Ayrıca, gerçek zamanlı fotoakoustik görüntüleme sistemi, küçük hayvan fizyolojik özelliklerinin dinamik izlenmesini araştırmak için kullanılabilecek küçük hayvan vaskülatının hemodinamik faaliyetlerini gözlemlemek için arzu edilir. Burada, değiştirilebilir çift modlu görüntüleme işlevine sahip çift raster taramalı bir fotoakoustik görüntüleyici sunulmaktadır. Geniş alan görüntüleme iki boyutlu motorlu çeviri aşaması ile yönlendirilirken, gerçek zamanlı görüntüleme galvanometreler ile gerçekleştirilir. Farklı parametreler ve görüntüleme modları ayarlanarak, küçük hayvan damar ağının in vivo görselleştirmesi yapılabilir. Gerçek zamanlı görüntüleme, ilaç kaynaklı vb. Geniş alan görüntüleme tümör vaskülatının büyüme değişimini izlemek için kullanılabilir. Bunlar temel biyotıp araştırmalarının çeşitli alanlarında benimsenmesi kolaydır.

DRS-PAI şeması Şekil 1'de gösterilmiştir. Sistem, RIM ile WIM arasında esnek ve tekrarlanabilir geçiş sağlar. Elde edilen PA sinyali, PA B-Scan ve MAP görüntülerini oluşturmak için hızlı bir şekilde işlenir. CCD kamera örneklerin fotoğraflarını sağlayabilir.
DRS-PAI'nin tüm bileşenleri entegre edilir ve bir görüntüleyici kurulumuna monte edilir (Şekil 2), montajı ve çalışmasını kolaylaştırır. WIM'de, iki boyutlu motorlu bir aşamanın sürekli raster taraması kullanılır. Çalışma aşamasının sinyali kaydedilir. Veri toplama, aşamanın tekdüze çevirisi sırasında devam etti. RIM'de iki eksenli bir galvanometre tarayıcı kullanıldı. Veriler Galva taraması ile senkronize olarak toplanarak toplandırıldı (Şekil 3).
Burada her görüntüleme moduna sahip örneklerin damar görüntüleri toplandı. Şekil 4A, farenin MAP görüntüsünü WIM'de gösterir. Görüntüleme süresi yaklaşık 33 dk idi. Şekil 4B, RIM sırasında farenin B tarama görüntülerini göstermektedir. RIM'in tüm süreci Video 1. Daha sonra odaklanmış bir ultrasonik dönüştürücü kullanıldı. Fare kulağının ve beyninin damar ağları Şekil 5'te gösterilmiştir. Görüntüleme süresi yaklaşık 16 dakikaydı. Bu, DRS-PAI'nin geniş alan vaskülatını görüntüleme yeteneğini göstermektedir. Ek olarak, Şekil 6A görüntüleme aralığının bir damar içerdiğini göstermektedir. RIM'in görüntüleme aralığı, odaklanmış ultrasonik dönüştürücünün kullanımı nedeniyle yaklaşık 100 μm'dir. Fare karnının zamana karşı derinlik yönü boyunca yer değiştirme görüntüsü Şekil 6B'de gösterilmiştir. Video 2, damar yer değiştirme ve mevcut nabız veya solunum eğrisini elde etme sürecini gösterir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61584/61584fig01.jpg"> Şekil 1: DRS-PAI sisteminin şeması. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61584/61584fig01large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61584/61584fig02.jpg"> Şekil 2: DRS-PAI sisteminin tasarımı. (A) DRS-PAI sisteminin fotoğrafı. (B) Panelde lazer yol montajı için kurulumun bir fotoğrafı gösterilir. (C) Panel lazer yol montajı için 3D modeli gösterir. (D) Panel iki eksenli hızlı galvanometre tarayıcı montajını gösterir. (E) Panel prob montajını gösterir. (F) Panel CCD optik yol montajını gösterir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61584/61584fig02large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61584/61584fig03.jpg"> Şekil 3: Farklı görüntüleme modları için tarama kurulumu. (A) WIM'nin tarama yolu. (B) RIM'in tarama yolu. (C) İki görüntüleme modunun tetikleyici kurulumu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61584/61584fig03large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61584/61584fig04.jpg"> Şekil 4: Farenin fotoakoustik WIM'i ve RIM arkası. (A) Farenin WIM'deki MAP görüntüsü. (B) RIM'deki farenin B-Scan görüntüleri. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61584/61584fig04large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61584/61584fig05.jpg"> Şekil 5: Farenin fotoakoustik WIM'i. (A) Fare kulağının WIM'deki MAP görüntüsü. (B) Fare beyninin WIM'deki MAP görüntüsü. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61584/61584fig05large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61584/61584fig06.jpg"> Şekil 6: Fare karnının fotoakoustik RIM' i. (A) RIM fare karnının B tarama görüntüleri. (B) RIM'deki zamana karşı fare karnının derinlik yönü boyunca MAP görüntüsü. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61584/61584fig06large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Video 1: Farenin RIM işlemi geri. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61584/Video1.mp4" target="_blank">Bu videoyu indirmek için lütfen tıklayınız.</a>
Video 2: Fare karnının derinlik yönü boyunca MAP görüntüsünün zamana karşı işlenmesi. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61584/Video2.mp4" target="_blank">Bu videoyu indirmek için lütfen tıklayınız.</a>
Ek Şekil 1: Görüntüleme bölgesinin polietilen membranla temas eden kısmı. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61584/61584supfig01.jpg" target="_blank">Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Dual Raster-Scanning Photoacoustic Small-Animal Imager for Vascular Visualization at JoVE.com

Dual Raster-Scanning Photoacoustic Small-Animal Imager for Vascular Visualization

Geniş alan görüntüleme ve gerçek zamanlı görüntülemeyi entegre eden çift raster taramalı fotoakoustik görüntüleyici tasarlanmıştır.

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 ...

dual-raster-scanning-photoacoustic-small-animal-imager-for-vascular

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

4.0K Görüntüleme.  South China Normal University. Geniş alan görüntüleme ve gerçek zamanlı görüntülemeyi entegre eden çift raster taramalı fotoakoustik görüntüleyici tasarlanmıştır.

Video: Dual Raster-Scanning Photoacoustic Small-Animal Imager for Vascular Visualization

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

Novel Photoacoustic Microscopy and Optical Coherence Tomography Dual-modality Chorioretinal Imaging in Living Rabbit Eyes

Photoacoustic ocular imaging is an emerging ophthalmic imaging technology that can noninvasively visualize ocular tissue by converting light energy into sound waves and is currently under intensive investigation. However, most reported work to date is focused on the imaging of the posterior segment of the eyes of small animals, such as rats and mice, which poses challenges for clinical human translation due to small eyeball sizes. This manuscript describes a novel photoacoustic microscopy (PAM) and optical coherence tomography (OCT) dual-modality system for posterior segment imaging of the eyes of larger animals, such as rabbits. The system configuration, system alignment, animal preparation, and dual-modality experimental protocols for in vivo, noninvasive, label-free chorioretinal imaging in rabbits are detailed. The effectiveness of the method is demonstrated through representative experimental results, including retinal and choroidal vasculature obtained by the PAM and OCT. This manuscript provides a practical guide to reproducing the imaging results in rabbits and advancing photoacoustic ocular imaging in larger animals.

This manuscript describes the novel setup and operating procedure of a photoacoustic microscopy and optical coherence tomography dual-modality system for noninvasive, label-free chorioretinal imaging of larger animals, such as rabbits.

Yaşam tavşan gözünde roman Photoacoustic mikroskobu ve optik Koherens tomografi çift-modality Chorioretinal görüntüleme

Photoacoustic ocular imaging is an emerging ophthalmic imaging technology that can noninvasively visualize ocular tissue by converting light energy into ...

Mühendislik

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 ...

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.

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 ...

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. ...

Multispectral Optoacoustic Tomography for Functional Imaging in Vascular Research

Microcirculatory impairment has been recognized in various disease processes, underlying this growing theme within vascular research. In recent years, the development of live imaging systems has set the (analytical) pace in both basic and clinical research, with the objective of creating new instruments capable of providing real-time, quantifiable endpoints with clinical interest and application. Near-infrared spectroscopy (NIRS), positron emission tomography (PET), computed tomography (CT), and magnetic resonance imaging (MRI) are available, among other techniques, but cost, image resolution, and reduced contrast are recognized as common challenges. Optoacoustic tomography (OT) offers a new perspective on vascular functional imaging, combining state-of-the-art optical absorption and spatial resolution capacities (from micrometer optical to millimeter acoustic resolution) with tissue depth. In this study, we tested the applicability of multispectral optoacoustic tomography (MSOT) for functional imaging. The system uses a tunable optical parametric oscillator (OPO) pumped by an Nd: YAG laser, providing excitation pulses sensed by a 3D probe at wavelengths from 680 nm to 980 nm. Images obtained from the human forearm were reconstructed through a specific algorithm (supplied within the manufacturer&#39;s software) based on the response of specific chromophores. Maximal Oxygenated Hemoglobin (Max HbO2) and Deoxygenated Hemoglobin (Max Hb), Total Hemoglobin (HbT), and mean Oxygen Saturation (mSO2) to vascular density (&#181;Vu), inter-unit average distances (&#950;Ad), and capillary blood volume (mm3) may be measured using this system. The applicability potential found with this OT system is relevant. Ongoing software developments will surely improve the utility of this imaging system.

The present protocol describes the acquisition of multispectral optoacoustic images of in vivo human skin vasculature. These include the quantification of hemoglobin and melanin, regarded as chromophores of interest for functional analysis.

Vasküler Araştırmalarda Fonksiyonel Görüntüleme için Multispektral Optoakustik Tomografi

Microcirculatory impairment has been recognized in various disease processes, underlying this growing theme within vascular research. In recent years, the ...

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 ...

Vasküler Görselleştirme için Çift Raster Taramalı Fotoakoustik Küçük Hayvan Görüntüleyici

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Üç boyutlu optik çözünürlük foto akustik Mikroskopi

Yaşam tavşan gözünde roman Photoacoustic mikroskobu ve optik Koherens tomografi çift-modality Chorioretinal görüntüleme

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

Için değiştirilebilir Akustik ve Optik Çözünürlük Fotoakustik Mikroskopi

Için yüksek performanslı bir Kompakt Fotoakustik Tomografi Sistemi

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

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

Vasküler Araştırmalarda Fonksiyonel Görüntüleme için Multispektral Optoakustik Tomografi

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

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