Name: pulsed laser diode-based desktop photoacoustic tomography for monitoring wash-in and wash-out of dye in rat cortical vasculature
Uploaded: 2019-05-30T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature at JoVE.com

Forskningen støttes af Singapores sundhedsministeriums nationale lægevidenskabelige Forskningsråd (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). Forfatterne vil gerne takke hr. Chow WAI Hoong Bobby for Maskinværkstedet support.

Alle dyreforsøg blev udført i henhold til de retningslinjer og regulativer, der er godkendt af det institutionelle udvalg for dyrepasning og-brug fra Nanyang Technological University, Singapore (animalsk protokolnummer ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Beskrivelse af systemet
<ol><li>Monter PLD-laseren i den cirkulære scanner, og Monter den optiske diffusor (OD) foran PLD-afslutnings vinduet for at gøre udgangs strålen homogen, som vist i figur 1a. Tilslut PLD til las...

<ol>
	<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>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=Fast+photoacoustic+imaging+systems+using+pulsed+laser+diodes:+a+review.">Fast photoacoustic imaging systems using pulsed laser diodes: a review.</a> Biomedical Engineering Letters. 8 (2), 167-181 (2018).</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=Recent+progress+in+photoacoustic+molecular+imaging.">Recent progress in photoacoustic molecular imaging.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 45, 104-112 (2018).</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=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> Journal of Biomedical Optics. 22 (4), 041006 (2017).</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+microscopy.">Photoacoustic microscopy.</a> Laser &amp; Photonics Reviews. 7 (5), 758-778 (2013).</li><li>Awasthi, N., Kalva, S. K., Pramanik, M., Yalavarthy, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+Guided+Filtering+for+Improving+Photoacoustic+Tomographic+Image+Reconstruction.">Image Guided Filtering for Improving Photoacoustic Tomographic Image Reconstruction.</a> Journal of Biomedical Optics. 23 (9), 091413 (2018).</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> Journal of Biomedical Optics. 21 (8), 086011 (2016).</li><li>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=Improving+tangential+resolution+with+a+modified+delay-and-sum+reconstruction+algorithm+in+photoacoustic+and+thermoacoustic+tomography.">Improving tangential resolution with a modified delay-and-sum reconstruction algorithm in photoacoustic and thermoacoustic tomography.</a> The Journal of the Optical Society of America. 31 (3), 621-627 (2014).</li><li>Xu, M., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universal+back-projection+algorithm+for+photoacoustic+computed+tomography.">Universal back-projection algorithm for photoacoustic computed tomography.</a> Physical Review E. 71 (1), 016706 (2005).</li><li>Wang, L. V., Hu, S. <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:+In+Vivo+Imaging+from+Organelles+to+Organs.">Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs.</a> Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).</li><li>Sivasubramanian, K., Periyasamy, V., 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=Non-invasive+sentinel+lymph+node+mapping+and+needle+guidance+using+clinical+handheld+photoacoustic+imaging+system+in+small+animal.">Non-invasive sentinel lymph node mapping and needle guidance using clinical handheld photoacoustic imaging system in small animal.</a> Journal of Biophotonics. 11 (1), e201700061 (2018).</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=Second-generation+optical-resolution+photoacoustic+microscopy+with+improved+sensitivity+and+speed.">Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed.</a> Optics Letters. 36 (7), 1134-1136 (2011).</li><li>Stein, E. W., 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=Noninvasive,+in+vivo+imaging+of+blood-oxygenation+dynamics+within+the+mouse+brain+using+photoacoustic+microscopy.">Noninvasive, in vivo imaging of blood-oxygenation dynamics within the mouse brain using photoacoustic microscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 020502 (2009).</li><li>Ku, G., Wang, X. D., Xie, X. Y., Stoica, G., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+of+tumor+angiogenesis+in+rat+brains+in+vivo+by+photoacoustic+tomography.">Imaging of tumor angiogenesis in rat brains in vivo by photoacoustic tomography.</a> Applied Optics. 44 (5), 770-775 (2005).</li><li>Ma, R., Taruttis, A., Ntziachristos, V., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multispectral+optoacoustic+tomography+(MSOT)+scanner+for+whole-body+small+animal+imaging.">Multispectral optoacoustic tomography (MSOT) scanner for whole-body small animal imaging.</a> Optics Express. 17 (24), 21414-21426 (2009).</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>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 (1), 0071 (2017).</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> Biomedical Optics Express. 7 (2), 312-323 (2016).</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=Dynamic+in+vivo+imaging+of+small+animal+brain+using+pulsed+laser+diode-based+photoacoustic+tomography+system.">Dynamic in vivo imaging of small animal brain using pulsed laser diode-based photoacoustic tomography system.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (9), 090501 (2017).</li><li>Upputuri, P. K., Periyasamy, V., 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=A+High-performance+compact+photoacoustic+tomography+system+for+in+vivo+small-animal+brain+imaging.">A High-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging.</a> Journal of Visualized Experiments. (124), e55811 (2017).</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> Biomedical Physics &amp; Engineering Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).</li><li>Arabul, M. U., 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=Toward+the+detection+of+intraplaque+hemorrhage+in+carotid+artery+lesions+using+photoacoustic+imaging.">Toward the detection of intraplaque hemorrhage in carotid artery lesions using photoacoustic imaging.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (4), (2016).</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> Optics Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).</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> Optics Letters. 31 (23), 3462-3464 (2006).</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>Kalva, S. K., 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=High-speed,+low-cost,+pulsed-laser-diode-based+second-generation+desktop+photoacoustic+tomography+system.">High-speed, low-cost, pulsed-laser-diode-based second-generation desktop photoacoustic tomography system.</a> Optics Lett. 44 (1), 81-84 (2019).</li><li>Kalva, S. K., Hui, Z. 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=Calibrating+reconstruction+radius+in+a+multi+single-element+ultrasound-transducer-based+photoacoustic+computed+tomography+system.">Calibrating reconstruction radius in a multi single-element ultrasound-transducer-based photoacoustic computed tomography system.</a> J Opt Soc Am A. 35 (5), 764-771 (2018).</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=Use+of+acoustic+reflector+to+make+compact+photoacoustic+tomography+system.">Use of acoustic reflector to make compact photoacoustic tomography system.</a> Journal of Biomedical Optics. 22 (2), 026009 (2017).</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=American+National+Standard+for+Safe+Use+of+Lasers.">American National Standard for Safe Use of Lasers.</a> ANSI Standard Z136.1-2007. , (2007).</li></ol>

Dette arbejde præsenterer en protokol til at bruge en desktop PLD-PAT system til at udføre eksperimenter på små dyr som rotter for in vivo hjernescanning og dynamisk hurtig-uptake og clearance proces af kontraststoffer som ICG. Voluminøse, dyre OPO-PAT-systemer tager flere minutter (2-5 min) for at erhverve et enkelt tværsnits-in vivo-billede. Et kompakt, pris billigt, første generations bærbart PLD-PAT-system giver enkelt tværsnits-in vivo-billeder i 5 s. I modsætning hertil gengiver et højt hastigheds kompak...

Foto akustisk computertomografi (PACT/Pat) er en lovende, ikke-invasiv biomedicinsk billed modalitet, der kombinerer rig optisk kontrast med høj ultrasond opløsning1,2,3,4, 5. Når en nanosekund pulserende laser deponerer energi på lysabsorberende φύκος til stede inde i et biologisk væv, lokale temperaturstigninger fører til termo elastisk ekspansion og sammentrækning af vævet, hvilket resulterer i generation af trykbølger. Disse trykbølger er kendt som ultralyd bølger eller foto akustiske (PA) bølger, som kan påvises ved ultralydstransducere omkring prøven. De detekterede PA signaler rekonstrueres ved hjælp af forskellige rekonstruktion algoritmer6,7,8,9 til at generere tværsnits PA billeder. PA billeddannelse giver strukturelle og funktionelle oplysninger fra makroskopiske organer til mikroskopiske organeller på grund af bølgelængden afhængighed af endogene φύκος stede inde i kroppen10. PAT Imaging er blevet anvendt med succes til brystkræft påvisning1, Sentinel lymfeknude Imaging11, kortlægning af Oxyhemoglobin (HbO2), Deoxyhemoglobin (HBR), total hæmoglobinkoncentration (HBT), iltmætning (so 2) af 12 ud af , 13, tumor angiogenese14, lille dyr hele kroppen Imaging15, og andre applikationer.
ND: YAG/OPO lasere er konventionelle excitation kilder til første generation af PAT systemer, der er almindeligt anvendt i foto akustisk samfund for små dyr billeddannelse og dybe væv Imaging16. Disse lasere giver ~ 100 mJ energi pulser ved lav gentagelse satser på ~ 10-100 Hz. PAT billedsystemer ved hjælp af disse dyre og voluminøse lasere er ikke egnet til High-Speed Imaging med enkelt-element ultralyd transducere (SUTs), på grund af den begrænsede puls gentagelse sats. Dette hæmmer real-time overvågning af fysiologiske ændringer, der opstår ved høje hastigheder inde i dyret. Ved hjælp af array-baserede transducere som lineære, semi-cirkulære, cirkulære og volumetriske arrays med ND: YAG laser excitation, High-Speed Imaging er muligt. Men disse array transducere er dyre og giver lavere følsomhed i forhold til SUTs; alligevel er billedbehandlings hastigheden begrænset af laserens lave gentagelseshastighed. State-of-the-art enkelt-impuls PACT-systemer med skræddersyet Full-ring array transducer opnå PA data på 50 Hz frame hastigheder17. Disse array transducere har brug for komplekse back-end modtagende elektronik og signal forstærkere, hvilket gør det samlede system dyrere og vanskeligt for klinisk brug.
Deres kompakte størrelse, lavere omkostninger krav, og højere puls gentagelse sats (rækkefølge af KHz) gør pulserende laserdioder (Pld'er) mere lovende for real-time Imaging. På grund af disse fordele, er Pld'er aktivt bruges som en alternativ excitation kilde i anden generation af PAT systemer. PLD-baserede Pat-systemer er blevet demonstreret med succes for high-Frame hastighed Imaging ved hjælp af array transducere18, deep-væv og hjerne Imaging19,20,21, hjerte-kar-sygdom diagnose22 og reumatologi diagnose23. Da Sut'er er meget følsomme og billigere i forhold til array transducere, er de stadig flittigt brugt til PAT Imaging. Der er påvist et fiber baseret PLD-system til fantom afbildning24. Et bærbart PLD-PAT-system er blevet påvist tidligere ved at montere PLD i PAT-scanneren25. Med en SUT cirkulær scanner blev fantom-Imaging udført under 3 s scanningstid, og in vivo rotte hjernescanning blev udført i løbet af en 5 s periode ved hjælp af dette PLD-PAT system19.
Desuden er der foretaget forbedringer af dette PLD-Pat system for at gøre det mere kompakt og skabe en desktop model ved hjælp af otte akustiske refleks-baserede single-element ultralyd transducere (sutrs)26,27. Her blev SUTs anbragt i en vertikal i stedet for vandret retning ved hjælp af en 90° akustisk reflektor28. Dette system kan anvendes til scanningstider på op til 0,5 s og ~ 3 cm dybt i vævs billedbehandling og in vivo små dyre hjerne billeder. I dette arbejde, er dette desktop PLD-PAT-system bruges til at give den visuelle demonstration af eksperimenter for in vivo hjernescanning i små dyr og for dynamisk visualisering af optagelse og clearance proces af fødevare-og lægemiddel administration (FDA)-godkendt indocyanine grønt (ICG) farvestof i rotte hjerner.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>12 V power supply</td>
			<td>Voltcraft</td>
			<td>PPS-11810</td>
			<td>To supply operating voltage for PLD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acoustic reflector</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>F102</td>
			<td>45 degree reflector augmented to the ultrasound transducer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylic water tank</td>
			<td>NTU workshop</td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>It is used to hold water that acts as an acoustic coupling medium between animal brain and detector</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>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 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>Circular Scanner</td>
			<td>NTU workshop</td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>Scanner is made out of aluminum</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAQ (Data acquisition) Card</td>
			<td>Spectrum</td>
			<td>M2i.4932-exp</td>
			<td>16 bit, 30 Ms/s, 8 channels, 1 Gs, PCIe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acqusition software</td>
			<td>National Instruments Corporation,Austin,TX,USA)</td>
			<td>NI LabVIEW 2015 SP1 (32 bit)</td>
			<td>LabVIEW based program 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 R2015b</td>
			<td>Matlab code developed in our laboratory for reconstructing cross-sectional PA images</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Function generator</td>
			<td>RIGOL</td>
			<td>DG1022</td>
			<td>To change the repetition rate of the PLD. It will provide TTL signal to synchronize the DAQ with the laser excitation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low noise signal amplifier</td>
			<td>Genetron</td>
			<td>Custom-made using Mini-circuits, ZFL-500LN-BNC</td>
			<td>To receive, and amplify the PA signal from SUTR. Its gain is 24 dB.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical diffuser</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>DG-120</td>
			<td>Used to to make the laser beam homogeneous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulsed laser diode</td>
			<td>Quantel, France</td>
			<td>QD-Q1924-ILO-WATER</td>
			<td>It is the excitation laser source with specifications of 816 nm wavelength, 3.4 mJ per pulse energy, 107 ns pulse width, 2 KHz maximum pulse repitition rate, dimensions : 13.0 x 7.6 x 5.0 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rats</td>
			<td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td>
			<td>NTac:SD, Sprague Dawley / SD</td>
			<td>Female, weight 100&#177;10g, strain of rats: Sprague Dawley, age: 4-5 weeks</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stepper motor with gearbox</td>
			<td>LIN Engineering (Servo Dynamics)</td>
			<td>Motor: CO-5718L-01P-RO, Gearbox: DPL64/1; Power supply PW-100-24</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>Ultrasound gel</td>
			<td>Progress/parker acquasonic gel</td>
			<td>PA-GEL-CLEA-5000</td>
			<td>Clear ultrasound gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound Transducer</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>V309-SU/ U8423013</td>
			<td>Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection. Central freqency 5 MHz, 0.5 in</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable high voltage power supply</td>
			<td>Elektro-Automatik</td>
			<td>EA-PS 8160-04 T</td>
			<td>To change the laser output power</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

pulsed laser diode-based desktop photoacoustic tomography for monitoring wash-in and wash-out of dye in rat cortical vasculature

Photoacoustic (PA) tomografi (PAT) Imaging er en spirende biomedicinsk billed modalitet nyttig i forskellige prækliniske og kliniske anvendelser. Skræddersyede cirkulære ring array-baserede transducere og konventionelle voluminøse ND: YAG/OPO lasere hæmme oversættelse af PAT-systemet til klinikker. Ultra-kompakte pulserende laserdioder (Pld'er) er i øjeblikket bruges som en alternativ kilde til nær-infrarød excitation for PA Imaging. High-Speed dynamisk in vivo Imaging er blevet påvist ved hjælp af et kompakt PLD-baseret desktop PAT system (PLD-PAT). En visualiseret eksperimentel protokol ved hjælp af desktop PLD-PAT systemet er fastsat i dette arbejde for dynamisk in vivo hjerne Imaging. Protokollen beskriver desktop PLD-PAT systemkonfiguration, forberedelse af dyr til hjernen vaskulære Imaging, og procedure for dynamisk visualisering af indocyanine grøn (ICG) farvestof optagelse og clearance proces i rotte kortikale vaskulatur.

Potentialiteten af det beskrevne desktop PLD-PAT-system til dynamisk in vivo-hjernescanning er blevet fremvist i denne protokol med tilsvarende resultater. High-Speed Imaging kapacitet af desktop PLD-PAT system blev påvist ved at udføre in vivo hjernescanning af raske hunrotter. PA-signaler blev indsamlet ved hjælp af otte SUTRs roterende i 360 ° og 45 ° omkring rotte hjernen ved scanningshastigheder på henholdsvis 4 s og 0,5 s. Figur 2a, B Vis hjerne billeder af en...

Watch this Scientific Journal Video about Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature at JoVE.com

Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature

Pulsed laser diode-baseret desktop Photoacoustic tomografi til overvågning af Wash-in og udvaskning af Dye i rotte kortikal Vasculature

En kompakt pulserende laser diode-baseret desktop ultralydenheder tomografi (PLD-Pat) system er demonstreret for High-Speed dynamisk in vivo billeddannelse af små animalske kortikale vasculature.

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

Fotoakustisk tomografi, eller PAT, er en billeddannelse hybrid biomedicinsk billeddannelse modalitet, der kombinerer både optisk og ultralyd imaging til overvågning af dynamiske ændringer i små dyr hjerner. Dette er en omkostningseffektiv, bærbare høj hastighed billeddannelse system, der bruger billedhastighed så kort som et halvt sekund. Demonstration af proceduren med Sandeep vil være Praveen, en ph.d.-studerende, Dr.Paul, en forsker, og Rhonnie, en forskningsassistent.Begynd med at montere alle enkeltelement ultralyd transducere på hver transducer indehaveren en ad gangen, således at overfladen af hver akustisk reflektor vender mod midten af scanningsområdet. Brug tilslutningskabler til at forbinde hvert transducerkabel til lavstøjssignalforstærkeren. Tænd for kølerens strømforsyning, og tænd for kølerkontakten for at indstille temperaturen mellem 20 og 25 grader Celsius.Tænd for lavspændingsforsyningen, og drej langsomt strømstyringen til 0,3 ampere. Indstil spændingen til 12 volt og kontroller, at strømmen ikke overstiger 0,1 amp. Tænd for højspændingsstrømforsyningen, og tryk på den forudindstillede knap for at indstille strømmen til én forstærker og spændingen til nulvolt.Aktiver udgangsknappen, og tænd for funktionsgeneratorens strømforsyning. Tryk på tilbagekaldelsesknappen, og vælg en to kilohertz-konfiguration for at generere laserimpulserne med denne gentagelseshastighed. Anlæde akrylbeholderen inde i scanneren og fyld tanken med vand, indtil transducernes detekteringsflader er helt nedsænket.Tænd derefter for strømforsyningen til lavstøjssignalforstærkeren. Anlæg den bedøvede rotte i den udsatte position på arbejdsbordet. Efter at have bekræftet en manglende reaktion på tå knivspids, skal du bruge en hårtrimmer til at fjerne pelsen på hovedbunden.Forsigtigt anvende depilatoriske creme til at fjerne pelsen helt fra den eksponerede hud ved hjælp af en vatpind til at fjerne cremen efter fire til fem minutter. Påfør salve til dyrets øjne og montere en specialfremstillet dyreholder udstyret med en åndedrætsmaske på en lab jack. Anstænkning af rotten i holderens udsatte stilling med hovedet hvilende på holderens vandrette perron.Brug kirurgisk tape til at fastgøre dyret til holderen. Fastspænd pulsoximeteret til den ene baglem for at overvåge dens fysiologiske tilstand. Brug en bomuld tippet applikator til at anvende et lag af farveløs ultralyd gel til hovedbunden.Juster derefter laboratoriestikpositionen til midten af scanneren. Juster højden på stikket manuelt, så billedplanet er i midten af den akustiske reflektor. Når du har indstillet parametrene i dataopekøbssoftwaren til en 360 graders anskaffelsesscanning, skal du aktivere funktionsgeneratorens output for at aktivere den pulserende laserdiodelasemission.Langsomt øge spændingen af den variable højspænding strømforsyning til 120 volt for maksimal pr puls energi. Kør dataerhvervelse software program til at rotere alle otte af transducere 360 grader over en fire sekunders scanning tid. Deaktiver funktionsgeneratorens udgang for at slukke for laseremissionen.Ved hjælp af rekonstruktionsalgoritmen i databehandlingssoftwaren skal du bestemme scanningsradiussen for alle otte transducere ved trial and error ved hjælp af back-projection-algoritmen. Indstil parametrene i dataerhvervelsessoftwaren til en 45 graders anskaffelse over en scanningstid på 0,5 sekunder. Gør det muligt for funktionsgeneratorens udgang at tænde for laseremissionen.Kør dataerhvervelsessoftwareprogrammet for at rotere alle otte transducere 45 grader for at hente de oprindelige kontroldata. Deaktiver funktionsgeneratorens udgang for at slukke for laseremissionen. Dernæst injicere 0,3 milliliter indokyanin grøn i halen vene af rotten.Gør det muligt for funktionsgeneratorens udgang at tænde for laseremissionen. Kør derefter dataerhvervelsessoftwaren for at erhverve A-linjer over en scanningstid på 0,5 sekunder i en 45 graders rotation. I slutningen af erhvervelsen skal du bruge back-projection algoritmen til at rekonstruere det tværsnitshjernebillede fra de gemte A-linjer.Her vises hjernebilleder fra en 98 gram kvindelig rotte, der er indsamlet ved fire og 0,5 sekunders scanningshastigheder. Den sagittal sinus og overførslen sinus er klart synlige i begge billeder. Fotografierne viser den samme region af rotte hjernen før og efter fjernelse af hovedbunden.Fotoakustisk tomografi billeddannelse kan opnå den samme visualisering noninvasively med hud og kraniet intakt. I dette plot, stigninger i den gennemsnitlige fotoakustiske signal i sagittal sinus på grund af stigninger og efterfølgende fald i den optiske absorption ved indocyanin grøn på 860 nanometer bølgelængder over tid kan observeres. Vær altid ekstra forsigtig, når du injicerer ICG-farvestoffet i dyrets halevene.Denne billige desktop fotoakustisk tomografi system kan bruges til dynamisk billeddannelse af små dyr hjerne vaskulaturer med høj speciel opløsning på 0,5 sekunder scanning hastighed. Andre anvendelser af denne billeddannelse system omfatter hjernetumor billeddannelse, billeddannelse af forskellige organer i små dyr og andre terapeutiske anvendelser.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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 ...

Detection and Isolation of Circulating Melanoma Cells using Photoacoustic Flowmetry

Påvisning og isolation af cirkulerende melanom celler ved hjælp af Photoacoustic Flowmetry

Circulating tumor cells (CTCs) are those cells that have separated from a macroscopic tumor and spread through the blood and lymph systems to seed ...

Integrated Photoacoustic Ophthalmoscopy and Spectral-domain Optical Coherence Tomography

Integreret Photoacoustic oftalmoskopi og Spectral-domænet Optical Coherence Tomography

Both the clinical diagnosis and fundamental investigation of major ocular diseases greatly benefit from various non-invasive ophthalmic imaging ...

Mass Cytometry: Protocol for Daily Tuning and Running Cell Samples on a CyTOF Mass Cytometer

Mass Cytometry: Protokol for Daily Tuning og Running celleprøver på en CyTOF Mass Cytometer

In recent years, the rapid analysis of single cells has commonly been performed using flow cytometry and fluorescently-labeled antibodies. However, the ...

Anatomical Reconstructions of the Human Cardiac Venous System using Contrast-computed Tomography of Perfusion-fixed Specimens

Anatomiske rekonstruktioner af Human Cardiac Venøs System ved hjælp Kontrast-computertomografi af Perfusion-faste Prøver

A detailed  understanding of the complexity and relative variability within the human  cardiac venous system is crucial for the development of cardiac ...

Photoacoustic Cystography

Photoacoustic cystografi

Conventional pediatric cystography, which is based on diagnostic X-ray using a radio-opaque dye, suffers from the use of harmful ionizing radiation. The ...

Production of Metal Nanoparticles by Pulsed Laser-ablation in Liquids: A Tool for Studying the Antibacterial Properties of Nanoparticles

Fremstilling af metal nanopartikler ved pulserende laserablation i væsker: Et værktøj til at studere de antibakterielle egenskaber ved nanopartikler

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of ...

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

Switchable akustisk og optisk opløsning Photoacoustic Microscopy for<em&gt; In vivo</em&gt; Blodvaskemaskiner i små dyr

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

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

Et højtydende kompakt fotokoustisk tomografisystem til<em&gt; In vivo</em&gt; 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 ...

Proper Positioning and Restraint of a Rat Hind Limb for Focused High Resolution Imaging of Bone Micro-architecture Using In Vivo Micro-computed Tomography

Proper Positioning and Restraint of a Rat Hind Limb for Focused High Resolution Imaging of Bone Micro-architecture Using In Vivo Micro-computed Tomography

Korrekt positionering og fiksering af en rotte Hind lemmer for fokuseret høj opløsning billeddannelse af knogle-mikroarkitektur ved hjælp af In Vivo mikro-beregnet tomografi

The use of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) is a powerful tool which involves the non-destructive imaging of internal structures at high ...