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
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La recherche est soutenue par le Conseil national de recherches médicales du ministère de la santé de Singapour (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). Les auteurs aimeraient remercier m. Chow Wai Hoong Bobby pour le support de l’atelier de machines.

Toutes les expérimentations animales ont été effectuées conformément aux directives et règlements approuvés par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’Université technologique de Nanyang, Singapour (numéro de protocole animal ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Description du système
<ol><li>Montez le laser PLD dans le scanneur circulaire et montez le diffuseur optique (OD) devant la fenêtre de sortie PLD pour rendre le faisceau de sortie homogène, comme illu...

<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>

Ce travail présente un protocole pour utiliser un système PLD-PAT de bureau pour mener des expériences sur de petits animaux comme des rats pour l’imagerie cérébrale in vivo et le processus dynamique d’absorption rapide et de clairance des agents de contraste comme ICG. Les systèmes OPO-PAT volumineux et coûteux prennent plusieurs minutes (2-5 min) pour acquérir une seule image in vivo en coupe transversale. Un système PLD-PAT portatif compact, peu coûteux et de première génération fournit des images in ...

La tomodensitométrie photoacoustique (PACT/Pat) est une modalité d’imagerie biomédicale non invasive prometteuse combinant un contraste optique riche avec une haute résolution ultrasond1,2,3,4, 5. quand un laser pulsé nanoseconde dépose de l’énergie sur des chromophores absorbant la lumière présents dans tout tissu biologique, les augmentations de température locales conduisant à l’expansion thermoélastique et la contraction du tissu, entraînant la génération de les vagues de pression. Ces ondes de pression sont connues sous le nom d’ondes ultrasoniques ou d’ondes photoacoustiques (PA), qui peuvent être détectées par des sondes ultrasoniques autour de l’échantillon. Les signaux PA détectés sont reconstruits à l’aide de divers algorithmes de reconstruction6,7,8,9 pour générer des images de PA transversales. L’imagerie PA fournit des informations structurelles et fonctionnelles des organes macroscopiques aux organites microscopiques en raison de la dépendance de longueur d’onde des chromophores endogènes présents à l’intérieur du corps10. L’imagerie PAT a été utilisée avec succès pour la détection du cancer du sein1, l’imagerie du ganglion sentinelle11, la cartographie de l’oxyhémoglobine (HBO2), la désoxyhémoglobine (HBr), la concentration totale en hémoglobine (hbt), la saturation en oxygène (SO 2) les le 12 , 13, angiogenèse de tumeur14, imagerie de corps entier de petit animal15, et d’autres applications.
Les lasers Nd: YAG/OPO sont des sources d’excitation conventionnelles pour les systèmes PAT de première génération qui sont largement utilisés dans la communauté photoacoustique pour l’imagerie des petits animaux et l’imagerie des tissus profonds16. Ces lasers fournissent ~ 100 impulsions d’énergie mJ à des taux de répétition faible de ~ 10-100 Hz. Les systèmes d’imagerie PAT utilisant ces lasers coûteux et encombrants ne conviennent pas à l’imagerie à haute vitesse avec des sondes à ultrasons à un seul élément (TS), en raison du taux de répétition d’impulsions limité. Cela inhibe la surveillance en temps réel des changements physiologiques survenant à des vitesses élevées à l’intérieur de l’animal. L’utilisation de capteurs à base de baies comme les matrices linéaires, semi-circulaires, circulaires et volumétriques avec l’excitation laser Nd: YAG, l’imagerie haute vitesse est possible. Cependant, ces capteurs de tableau sont coûteux et fournissent des sensibilités inférieures par rapport aux SUTs; Pourtant, la vitesse d’imagerie est limitée par le faible taux de répétition du laser. Les systèmes PACT à impulsion unique à la pointe de la technologie avec transducteur à anneau complet sur mesure obtiennent les données PA à des fréquences d’image de 50 Hz17. Ces capteurs de matrice ont besoin de l’électronique de réception de back-end complexe et des amplificateurs de signal, rendant le système global plus coûteux et difficile pour une utilisation clinique.
Leur taille compacte, leurs exigences de coût moindres et leur taux de répétition d’impulsions plus élevé (ordre de KHz) rendent les diodes laser pulsées plus prometteuses pour l’imagerie en temps réel. En raison de ces avantages, les PLD sont activement utilisés comme source d’excitation alternative dans les systèmes PAT de deuxième génération. Les systèmes Pat basés sur PLD ont été démontrés avec succès pour l’imagerie à cadence élevée à l’aide de sondes matricielles18, des tissus profonds et de l’imagerie cérébrale19,20,21, diagnostic des maladies cardiovasculaires22 et le diagnostic de rhumatologie23. Comme les SUTs sont très sensibles et moins coûteux par rapport aux capteurs de matrice, ils sont encore largement utilisés pour l’imagerie PAT. Des systèmes PLD basés sur des fibres ont été démontrés pour l’imagerie fantôme24. Un système PLD-PAT portatif a déjà été démontré par le montage du PLD à l’intérieur du scanneur PAT25. Avec un scanner circulaire SUT, l’imagerie fantôme a été réalisée pendant 3 s de temps de balayage, et l’imagerie cérébrale in vivo de rat a été réalisée pendant une période de 5 s utilisant ce système PLD-PAT19.
En outre, des améliorations ont été apportées à ce système PLD-Pat pour le rendre plus compact et créer un modèle de bureau à l’aide de huit capteurs acoustiques à un seul élément à base de réflecteur (SUTRS)26,27. Ici, les SUTs ont été placés dans une verticale au lieu de la direction horizontale à l’aide d’un réflecteur acoustique 90° 28. Ce système peut être utilisé pour des temps de balayage allant jusqu’à 0,5 s et environ 3 cm de profondeur dans l’imagerie tissulaire et dans l’imagerie cérébrale des petits animaux in vivo. Dans ce travail, ce système PLD-PAT de bureau est utilisé pour fournir la démonstration visuelle d’expériences pour l’imagerie cérébrale in vivo chez les petits animaux et pour la visualisation dynamique du processus d’absorption et de clairance de l’indocyanine approuvée par la FDA (Food and Drug Administration) colorant vert (ICG) dans les cerveaux de rat.

<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

L’imagerie par tomographie photoacoustique (PA) est une modalité d’imagerie biomédicale émergente, utile dans diverses applications précliniques et cliniques. Les transducteurs à anneau circulaire sur mesure et les lasers volumineux ND: YAG/OPO conventionnels inhibent la traduction du système PAT dans les cliniques. Les diodes laser pulsées ultra-compactes (PLD) sont actuellement utilisées comme source alternative d’excitation proche infrarouge pour l’imagerie PA. L’imagerie dynamique in vivo à haute vitesse a été démontrée à l’aide d’un système de PAT de bureau compact basé sur PLD (PLD-PAT). Un protocole expérimental visualisé utilisant le système PLD-PAT de bureau est fourni dans ce travail pour l’imagerie cérébrale dynamique in vivo. Le protocole décrit la configuration du système PLD-PAT de bureau, la préparation de l’animal pour l’imagerie vasculaire cérébrale, et la procédure pour la visualisation dynamique de l’absorption de colorant de vert d’indocyanine (ICG) et le processus de clairance dans le vasculature corticale de rat.

La potentialité du système PLD-PAT de bureau décrit pour l’imagerie cérébrale dynamique in vivo a été présentée dans ce protocole avec des résultats correspondants. La capacité d’imagerie à grande vitesse du système PLD-PAT de bureau a été démontrée en effectuant une imagerie cérébrale in vivo de rats femelles sains. Les signaux PA ont été recueillis à l’aide de huit SUTRs tournant en 360 ° et 45 ° autour du cerveau de rat à des vitesses de balayage de 4 s e...

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

Tomographie photoacoustique de bureau à diode laser pulsée pour la surveillance du lavage et du lavage de colorant dans la vascularisation corticale de rat

Un système de tomodensitométrie photoacoustique (PLD-PAT) de bureau à diode laser pulsée compacte est démontré pour l’imagerie dynamique in vivo à grande vitesse de la vascularisation corticale des petits animaux.

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

La tomographie photoacoustique, ou PAT, est une modalité hybride d’imagerie biomédicale d’imagerie, combinant l’imagerie optique et ultrasonique pour surveiller les changements dynamiques dans le cerveau des petits animaux. Il s’agit d’un système d’imagerie portatif à grande vitesse rentable qui utilise la vitesse d’imagerie aussi courte qu’une demi-seconde. Praveen, doctorant, Dr Paul, chercheur, et Rhonnie, assistante de recherche, feront la démonstration de la procédure avec Sandeep.Commencez par monter tous les transducteurs à ultrasons à un seul élément sur chaque support de transducteur un à la fois, de sorte que la surface de chaque réflecteur acoustique fait face vers le centre de la zone de balayage. Utilisez des câbles de raccordement pour connecter chaque câble transducteur à l’amplificateur de signal à faible bruit. Allumez l’alimentation électrique du refroidisseur et allumez l’interrupteur du refroidisseur pour régler la température entre 20 et 25 degrés Celsius.Allumez l’alimentation basse tension et tournez lentement le contrôle actuel à 0,3 ampères. Réglez la tension à 12 volts et vérifiez que le courant ne dépasse pas 0,1 ampli. Allumez l’alimentation à haute tension et appuyez sur le bouton prédéfinit pour régler le courant sur un ampli et la tension à zéro volts.Activez le bouton de sortie et allumez l’alimentation du générateur de fonction. Appuyez sur le bouton de rappel et sélectionnez une configuration de deux kilohertz pour générer les impulsions laser à ce rythme de répétition. Placez le réservoir acrylique à l’intérieur du scanner et remplissez le réservoir d’eau jusqu’à ce que les surfaces de détection des transducteurs soient complètement immergées.Ensuite, allumez l’alimentation de l’amplificateur de signal à faible bruit. Placez le rat anesthésié en position couchée sur l’établi. Après avoir confirmé un manque de réponse à la pincement des orteils, utilisez un coupe-cheveux pour enlever la fourrure sur le cuir chevelu.Appliquer délicatement de la crème depilatory pour enlever complètement la fourrure de la peau exposée à l’aide d’un coton-tige pour enlever la crème après quatre à cinq minutes. Appliquez de l’onguent sur les yeux de l’animal et montez un porte-animaux sur mesure équipé d’un masque respiratoire sur une prise de laboratoire. Placez le rat en position couchée sur le support avec la tête reposant sur la plate-forme horizontale du support.Utilisez du ruban chirurgical pour fixer l’animal au support. Serrez l’oxymètre d’impulsion à un membre postérieur pour surveiller son état physiologique. Utilisez un applicateur à pointe de coton pour appliquer une couche de gel à ultrasons incolore sur le cuir chevelu.Réglez ensuite la position de la prise de laboratoire au centre du scanner. Ajustez manuellement la hauteur de la prise de sorte que le plan d’imagerie soit au centre du réflecteur acoustique. Après avoir défini les paramètres dans le logiciel d’acquisition de données pour une analyse d’acquisition à 360 degrés, permettre à la sortie du générateur de fonction d’activer l’émission laser pulsé laser diode laser.Augmentez lentement la tension de l’alimentation à haute tension variable à 120 volts pour une énergie maximale par impulsion. Exécutez le logiciel d’acquisition de données pour faire pivoter les huit transducteurs à 360 degrés sur une période d’analyse de quatre secondes. Désactiver la sortie du générateur de fonction pour désactiver l’émission laser.À l’aide de l’algorithme de reconstruction du logiciel de traitement des données, déterminez le rayon de numérisation des huit transducteurs par essais et erreurs, à l’aide de l’algorithme de back-projection. Définissez les paramètres du logiciel d’acquisition de données pour une acquisition de 45 degrés sur une période d’analyse de 0,5 seconde. Permettre à la sortie du générateur de fonction d’activer l’émission laser.Exécutez le logiciel d’acquisition de données pour faire pivoter les huit transducteurs à 45 degrés pour obtenir les données de contrôle initiales. Désactiver la sortie du générateur de fonction pour désactiver l’émission laser. Ensuite, injectez 0,3 millilitres de vert endocyanine dans la veine arrière du rat.Permettre à la sortie du générateur de fonction d’activer l’émission laser. Exécutez ensuite le logiciel d’acquisition de données pour acquérir des lignes A sur une période d’analyse de 0,5 seconde dans une rotation de 45 degrés. À la fin de l’acquisition, utilisez l’algorithme de back-projection pour reconstruire l’image transversale du cerveau à partir des lignes A enregistrées.Ici, des images cérébrales d’un rat femelle de 98 grammes, recueillies à des vitesses de balayage de quatre et 0,5 seconde sont montrées. Le sinus sagittal et le sinus de transfert sont clairement visibles dans les deux images. Les photographies montrent la même région du cerveau du rat avant et après l’ablation du cuir chevelu.L’imagerie photoacoustique de tomographie peut réaliser la même visualisation non invasive avec la peau et le crâne intacts. Dans cette parcelle, des augmentations du signal photoacoustique moyen dans le sinus sagittal dues aux augmentations et aux diminutions ultérieures de l’absorption optique par le vert d’indocyanine aux longueurs d’onde de 860 nanomètres au fil du temps peuvent être observées. Toujours prendre un soin supplémentaire lors de l’injection de la teinture ICG dans la veine de la queue de l’animal.Ce système de tomographie photoacoustique de bureau à faible coût peut être utilisé pour l’imagerie dynamique des vascularisations du cerveau de petits animaux avec une résolution spéciale élevée à la vitesse de balayage de 0,5 seconde. D’autres applications de ce système d’imagerie incluent l’imagerie de tumeur de cerveau, l’imagerie de différents organes chez de petits animaux et d’autres applications thérapeutiques.

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