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

Het onderzoek wordt ondersteund door de Singapore ministerie van volksgezondheid van de nationale Raad voor medisch onderzoek (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). De auteurs willen de heer Chow Wai Leif Bobby bedanken voor de machine winkel te ondersteunen.

Alle dierproeven werden uitgevoerd volgens de richtlijnen en verordeningen goedgekeurd door de Institutional Animal zorg en het gebruik Comite van Nanyang technologische universiteit, Singapore (Animal protocol nummer ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Beschrijving van het systeem
<ol><li>Monteer de PLD laser in de circulaire scanner en monteer de optische diffusor (OD) voor het PLD exit venster om de uitgangs straal homogeen te maken, zoals weergegeven in Figuur 1a. Sluit ...

<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>

Dit werk presenteert een protocol om een desktop PLD-PAT-systeem te gebruiken voor het uitvoeren van experimenten op kleine dieren zoals ratten voor in vivo hersen beeldvorming en dynamische snelle opname en ontruiming proces van contrastmiddelen zoals ICG. Omvangrijke, dure OPO-PAT systemen nemen enkele minuten (2-5 min) om een enkele cross-sectionele in vivo beeld te verwerven. Een compacte, goedkope, eerste generatie draagbare PLD-PAT systeem biedt enkele cross-sectionele in vivo beelden in 5 s. In tegenstelling, een ...

Fotoakoestische computertomografie (pact/Pat) is een veelbelovende niet-invasieve biomedische Imaging modaliteit combinatie van rijk optisch contrast met hoge ultrasond resolutie1,2,3,4, 5. Wanneer een nanoseconde doordringt gepulseerde Laser deposito's energie op licht absorberende chromophores aanwezig in een biologisch weefsel, lokale temperatuurstijgingen die leiden tot thermoelastic expansie en samentrekking van het weefsel, wat resulteert in de productie van drukgolven. Deze drukgolven staan bekend als ultrasone golven of fotoakoestische (PA) golven, die kunnen worden gedetecteerd door ultrasone omvormers rond het monster. De gedetecteerde pa signalen worden gereconstrueerd met behulp van verschillende wederopbouw algoritmen6,7,8,9 tot cross-sectionele pa beelden te genereren. PA Imaging biedt structurele en functionele informatie van macroscopische organen aan microscopische organellen als gevolg van de golflengte afhankelijkheid van endogene chromophores aanwezig in het lichaam10. PAT Imaging is met succes gebruikt voor de opsporing van borstkanker1, Sentinel lymfeklieren Imaging11, mapping van oxyhemoglobine (HBO2), deoxyhemoglobin (HbR), totale hemoglobineconcentratie (HbT), zuurstofverzadiging (dus 2) 12 , 13, tumor bloedvat14, kleine dierlijke hele lichaam Imaging15, en andere toepassingen.
ND: YAG/OPO lasers zijn conventionele excitatie bronnen voor de eerste generatie PAT systemen die op grote schaal worden gebruikt in de fotoakoestische Gemeenschap voor kleine dierlijke beeldvorming en Deep tissue Imaging16. Deze lasers bieden ~ 100 mJ energie pulsen bij lage herhalings percentages van ~ 10-100 Hz. De PAT imaging systemen met behulp van deze dure en volumineuze lasers zijn niet geschikt voor high-speed imaging met single-element echografie transducers (SUTs), als gevolg van de beperkte Pulse herhaling tarief. Dit remt real-time monitoring van fysiologische veranderingen die zich bij hoge snelheden in het dier. Met behulp van array-gebaseerde transducers zoals lineaire, semi-circulaire, circulaire, en volumetrische arrays met ND: YAG laser excitatie, high-speed imaging is mogelijk. Echter, deze array transducers zijn duur en bieden lagere gevoeligheden ten opzichte van SUTs; Toch is de Imaging snelheid beperkt door de lage herhaling tarief van de laser. Ultramoderne single-impuls PACT-systemen met aangepaste Full-ring array transducer verkrijgen van de PA gegevens op 50 Hz frame rates17. Deze array transducers moeten complexe back-end ontvangen van elektronica en signaal versterkers, waardoor het algehele systeem duurder en moeilijk voor klinisch gebruik.
Hun compacte formaat, lagere kosten eisen, en hogere Pulse herhaling tarief (volgorde van KHz) te maken gepulseerde laser diodes (PLDs) meer veelbelovend voor real-time Imaging. Door deze voordelen, PLDs worden actief gebruikt als een alternatieve excitatie bron in de tweede generatie PAT systemen. PLD-based Pat-systemen zijn aangetoond met succes voor high-frame rate Imaging met behulp van array transducers18, diep-weefsel en de hersenen Imaging19,20,21, cardiovasculaire ziektediagnose22 , en Reumatologie diagnose23. Als SUTs zijn zeer gevoelig en minder duur in vergelijking met array transducers, ze zijn nog steeds veelvuldig gebruikt voor PAT Imaging. Fiber-based PLD systeem zijn aangetoond voor Phantom Imaging24. Een draagbaar PLD-PAT systeem is eerder aangetoond door de montage van de PLD in de PAT scanner25. Met een SUT circulaire scanner, Phantom Imaging werd uitgevoerd tijdens 3 s van de scantijd, en in vivo rat Brain Imaging werd uitgevoerd tijdens een periode van 5 s met behulp van dit PLD-PAT systeem19.
Verder zijn er verbeteringen aangebracht in dit PLD-Pat systeem om het compacter te maken en een desktop model te maken met acht akoestische reflector-gebaseerde single-element Ultrasound transducers (SUTRs)26,27. Hier werden SUTs geplaatst in een verticale in plaats van horizontale richting met behulp van een 90° akoestische reflector28. Dit systeem kan worden gebruikt voor scantijden van maximaal 0,5 s en ~ 3 cm diep in weefsel Imaging en in vivo kleine dierlijke hersen beeldvorming. In dit werk, dit bureaublad PLD-PAT-systeem wordt gebruikt om de visuele demonstratie van experimenten voor in vivo Brain Imaging in kleine dieren en voor dynamische visualisatie van de opname en goedkeuring proces van Food and Drug Administration (FDA)-goedgekeurde indocyanine groen (ICG) kleurstof in rat hersenen.

<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

Fotoakoestische (PA) tomografie (PAT) Imaging is een opkomende biomedische Imaging modaliteit nuttig in verschillende preklinische en klinische toepassingen. Op maat gemaakte circulaire ring array-gebaseerde transducers en conventionele omvangrijke ND: YAG/OPO lasers remmen de vertaling van het PAT-systeem naar klinieken. Ultra-compacte gepulseerde laser diodes (PLDs) worden momenteel gebruikt als een alternatieve bron van near-infrarood excitatie voor PA Imaging. High-Speed dynamic in vivo imaging is aangetoond met behulp van een compact PLD-based desktop PAT-systeem (PLD-PAT). Een gevisualiseerd experimenteel protocol met behulp van de Desktop PLD-PAT systeem is voorzien in dit werk voor dynamic in vivo Brain Imaging. Het protocol beschrijft de Desktop PLD-PAT systeemconfiguratie, de voorbereiding van het dier voor de hersenen vasculaire beeldvorming, en de procedure voor dynamische visualisatie van indocyanine Green (ICG) kleurstof opname en klaring proces in de rat corticale vasculatuur.

De potentie van het beschreven Desktop PLD-PAT systeem voor dynamic in vivo Brain Imaging is in dit protocol met overeenkomstige resultaten tentoongesteld. High-speed imaging vermogen van de Desktop PLD-PAT-systeem werd aangetoond door het uitvoeren van in vivo hersen beeldvorming van gezonde vrouwelijke ratten. PA signalen werden verzameld met behulp van acht SUTRs roterende in 360 ° en 45 ° rond de rat hersenen bij scansnelheden van 4 s en 0,5 s, respectievelijk. Figuur 2a, B ...

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

Gepulseerde laser diode-gebaseerde desktop fotoakoestische tomografie voor het toezicht op Wash-in en wassen-out van kleurstof in de rat corticale Vasculatuur

Een compacte Pulsed laser diode-gebaseerde desktop fotoakoestische tomografie (PLD-PAT) systeem is aangetoond voor High-Speed dynamische in vivo beeldvorming van kleine dierlijke corticale vasculatuur.

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

Foto-akoestische tomografie, of PAT, is een beeldvorming hybride biomedische beeldvorming modaliteit, een combinatie van zowel optische en echografie voor het toezicht op dynamische veranderingen in kleine dierlijke hersenen. Dit is een kosteneffectief, draagbaar high speed imaging systeem dat gebruik maakt van beeldsnelheid zo kort als een halve seconde. Het aantonen van de procedure met Sandeep zal Praveen, een promovendus, Dr.Paul, een onderzoeker, en Rhonnie, een onderzoeksassistent.Begin met het monteren van alle ultrasone transducers van één element op elke transducerhouder, zodat het oppervlak van elke akoestische reflector naar het midden van het scangebied kijkt. Gebruik verbindingskabels om elke transducerkabel aan te sluiten op de geluidsarme signaalversterker. Schakel de voeding van de koelmachine in en schakel de koelschakelaar in om de temperatuur tussen de 20 en 25 graden Celsius in te stellen.Schakel de laagspanningsvoeding in en zet de huidige regel langzaam op 0,3 ampère. Stel de spanning in op 12 volt en controleer of de stroom niet hoger is dan 0,1 ampère. Schakel de hoogspanningsvoeding in en druk op de vooraf ingestelde knop om de stroom op één versterker en de spanning op nulvolt in te stellen.Schakel de uitgangsknop in en schakel de voeding van de functiegenerator in. Druk op de terugroepknop en selecteer een configuratie van twee kilohertz om de laserpulsen met deze herhalingssnelheid te genereren. Plaats de acryltank in de scanner en vul de tank met water totdat de detectieoppervlakken van de transducers volledig zijn ondergedompeld.Schakel vervolgens de voeding van de low noise signaalversterker in. Plaats de verdoofde rat in de gevoelige positie op de werkbank. Na bevestiging van een gebrek aan reactie op teen knijpen, gebruik maken van een haartrimmer om de vacht te verwijderen op de hoofdhuid.Breng voorzichtig ontharingscrème aan om de vacht volledig van de blootgestelde huid te verwijderen met behulp van een wattenstaafje om de crème na vier tot vijf minuten te verwijderen. Breng zalf aan op de ogen van het dier en monteer een op maat gemaakte dierenhouder uitgerust met een ademhalingsmasker op een labjack. Plaats de rat in de gevoelige positie op de houder met het hoofd rustend op het horizontale platform van de houder.Gebruik chirurgische tape om het dier vast te zetten aan de houder. Klem de pulsoximeter vast aan één achterpoot om de fysiologische toestand te controleren. Gebruik een katoenen kip applicator om een laag van kleurloze ultrasone gel toe te passen op de hoofdhuid.Pas vervolgens de labaansluitingspositie aan het midden van de scanner aan. Pas de hoogte van de aansluiting handmatig aan, zodat het beeldvlak zich in het midden van de akoestische reflector bevindt. Na het instellen van de parameters in de data acquisition software voor een 360 graden acquisitie scan, u de output van de functie generator in te schakelen op de gepulseerde laser diode laser emissie.Verhoog langzaam de spanning van de variabele hoogspanningsvoeding tot 120 volt voor maximaal per pulsenergie. Voer het softwareprogramma voor gegevensverwerving uit om alle acht transducers 360 graden te draaien gedurende een scantijd van vier seconden. Schakel de output van de functiegenerator uit om de laseremissie uit te schakelen.Met behulp van de reconstructie algoritme in de gegevensverwerking software, bepalen van de scanradius van alle acht van de transducers door trial and error, met behulp van de back-projectie algoritme. Stel de parameters in de data-acquisitie software voor een 45 graden acquisitie over een 0,5 seconden scantijd. Schakel de output van de functiegenerator in om de laseremissie in te schakelen.Voer het softwareprogramma voor gegevensverwerving uit om alle acht transducers 45 graden te roteren om de initiële controlegegevens te verkrijgen. Schakel de output van de functiegenerator uit om de laseremissie uit te schakelen. Injecteer vervolgens 0,3 milliliter indocyaninegroen in de staartader van de rat.Schakel de output van de functiegenerator in om de laseremissie in te schakelen. Voer vervolgens de data-acquisitiesoftware uit om A-lijnen over een scantijd van 0,5 seconden te verwerven in een rotatie van 45 graden. Gebruik aan het einde van de overname het back-projection algoritme om het dwarsdoorsnedebeeld van de opgeslagen A-lijnen te reconstrueren.Hier worden hersenbeelden getoond van een vrouwelijke rat van 98 gram, verzameld op vier en 0,5 seconde scansnelheden. De sagittale sinus en de overdracht sinus zijn duidelijk zichtbaar in beide beelden. De foto's tonen hetzelfde gebied van de rat hersenen voor en na het verwijderen van de hoofdhuid.Fotoakoestische tomografie beeldvorming kan bereiken dezelfde visualisatie niet-invasief met de huid en schedel intact. In dit perceel kan een toename van het gemiddelde fotoakoetische signaal in de sagittale sinus als gevolg van toenamen en vervolgens afnames in de optische absorptie door indocyaninegroen op 860 nanometergolflengten in de tijd worden waargenomen. Let altijd extra op bij het injecteren van de ICG-kleurstof in de staartader van het dier.Dit goedkope desktop fotoakoestische tomografiesysteem kan worden gebruikt voor de dynamische beeldvorming van kleine dierlijke hersenen vasculaturen met hoge speciale resolutie op 0,5 seconden scansnelheid. Andere toepassingen van dit beeldvormingssysteem zijn hersentumorbeeldvorming, de beeldvorming van verschillende organen bij kleine dieren en andere therapeutische toepassingen.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Drie-dimensionale Optische resolutie Fotoakoestisch Microscopie

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

Detectie en isolatie van circulerende melanoom cellen met behulp van Fotoakoestisch 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

Geïntegreerde Fotoakoestische oftalmoscopie en Spectral-domein 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

Massa Cytometry: Protocol voor dagelijks Tuning en Running Cell Samples op een 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

Anatomische Reconstructies van de Mens Cardiac veneuze systeem met contrastdetectie computertomografie van perfusie-vaste Monsters

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

Photoacoustic Cystography

Fotoakoestische cystography

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

Productie van Metaal Nanoparticles door Pulsed Laser Ablation in Liquids: Een Tool voor het bestuderen van de Antibacteriële Eigenschappen van Nanoparticles

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

Schakelbare akoestische en optische resolutie Photoacoustic Microscopy voor<em&gt; In Vivo</em&gt; Kleine dieren Bloedvasculaire Imaging

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

Een hoogwaardig Compact Photo Acoustic Tomography System voor<em&gt; In Vivo</em&gt; Kleine-dierlijke hersenbeelden

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

Juiste positionering en terughoudendheid van een Rat Hind-Limb voor gerichte hoge resolutie beeldvorming van bot met behulp van de Micro-architectuur In Vivo Micro-berekend tomografie

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 ...