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

La ricerca è sostenuta dal Consiglio nazionale della ricerca medica del Ministero della salute di Singapore (NMRC/OFIRG/0,005/2016: M4062012). Gli autori vorrebbero ringraziare il signor Chow Wai Hoong Bobby per il supporto del reparto macchine.

Tutti gli esperimenti sugli animali sono stati eseguiti secondo le linee guida e i regolamenti approvati dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali dell'Università tecnologica di Nanyang, Singapore (Animal Protocol number ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Descrizione del sistema
<ol><li>Montare il laser PLD nello scanner circolare e montare il diffusore ottico (OD) davanti alla finestra di uscita PLD per rendere omogeneo il fascio di uscita, come mostrato nella F...

<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>

Questo lavoro presenta un protocollo per utilizzare un sistema PLD-PAT desktop per condurre esperimenti su piccoli animali come ratti per l'imaging cerebrale in vivo e il processo dinamico di assorbimento rapido e di clearance di agenti di contrasto come ICG. I sistemi OPO-PAT ingombranti e costosi prendono alcuni minuti (2-5 min) per acquisire un'unica immagine in vivo in sezione trasversale. Un sistema PLD-PAT portatile di prima generazione, compatto, a basso costo, fornisce singole immagini in vivo a sezione trasversa...

La tomografia computerizzata fotoacustica (PACT/Pat) è una promettente modalità di imaging biomedico non invasiva che combina un ricco contrasto ottico con alta risoluzione ultrasond1,2,3,4, 5. quando un nanosecondo pulsato laser deposita energia su croofori luce assorbente presenti all'interno di qualsiasi tessuto biologico, aumenti di temperatura locale che conduce all'espansione termoelastica e contrazione del tessuto, conseguente generazione di le onde di pressione. Queste onde di pressione sono conosciute come onde ultrasoniche o onde fotoacustiche (PA), che possono essere rilevate da trasduttori a ultrasuoni intorno al campione. I segnali PA rilevati vengono ricostruiti utilizzando vari algoritmi di ricostruzione6,7,8,9 per generare immagini PA in sezione trasversale. L'imaging PA fornisce informazioni strutturali e funzionali da organi macroscopici a organelli microscopici a causa della dipendenza dalla lunghezza d'onda dei chromofori endogeni presenti all'interno del corpo10. L'imaging PAT è stato utilizzato con successo per il rilevamento del cancro al seno1, l'imaging del linfonodo Sentinel11, la mappatura dell'ossiemoglobina (HBO2), la deossiemoglobina (HBR), la concentrazione totale di emoglobina (HBT), la saturazione di ossigeno (so 2) la 12 anni di , 13, angiogenesi tumorale14, piccolo animale intero corpo Imaging15, e altre applicazioni.
I laser Nd: YAG/OPO sono fonti di eccitazione convenzionali per sistemi PAT di prima generazione che sono ampiamente utilizzati nella comunità fotoacustica per l'imaging di piccoli animali e l'imaging dei tessuti profondi16. Questi laser forniscono ~ 100 impulsi di energia mJ a bassi tassi di ripetizione di ~ 10-100 Hz. I sistemi di imaging PAT che utilizzano questi laser costosi e ingombranti non sono adatti per l'imaging ad alta velocità con trasduttori a ultrasuoni monoelemento (SUTs), a causa della velocità di ripetizione dell'impulso limitata. Questo inibisce il monitoraggio in tempo reale dei cambiamenti fisiologici che si verificano a velocità elevate all'interno dell'animale. Utilizzando trasduttori basati su array come matrici lineari, semicircolari, circolari e volumetriche con eccitazione laser Nd: YAG, è possibile l'imaging ad alta velocità. Tuttavia, questi trasduttori array sono costosi e forniscono sensibilità inferiori rispetto ai SUT; Tuttavia, la velocità di imaging è limitata dal basso tasso di ripetizione del laser. I sistemi PACT a singolo impulso all'avanguardia con trasduttore array full-ring personalizzato ottengono i dati PA a 50 Hz frame rate17. Questi trasduttori di array necessitano di un'elettronica di ricezione back-end complessa e di amplificatori di segnale, rendendo il sistema complessivo più costoso e difficile per l'uso clinico.
Le loro dimensioni compatte, i requisiti di costo più bassi e la frequenza di ripetizione degli impulsi (ordine di KHz) rendono i diodi laser pulsati (PLD) più promettenti per l'imaging in tempo reale. Grazie a questi vantaggi, i PLD vengono utilizzati attivamente come fonte di eccitazione alternativa nei sistemi PAT di seconda generazione. I sistemi Pat basati su PLD sono stati dimostrati con successo per l'imaging ad alta frequenza con trasduttori di array18, deep-tissue e imaging cerebrale19,20,21, diagnosi di malattia cardiovascolare22 e la diagnosi di reumatologia23. Poiché i SUT sono molto sensibili e meno costosi rispetto ai trasduttori di array, sono ancora ampiamente utilizzati per l'imaging PAT. Il sistema PLD a base di fibre è stato dimostrato per l'imaging Phantom24. Un sistema PLD-PAT portatile è stato dimostrato in precedenza montando il PLD all'interno dello scanner PAT25. Con uno scanner circolare SUT, l'imaging fantasma è stato eseguito durante 3 s di tempo di scansione e l'imaging cerebrale del ratto in vivo è stato eseguito durante un periodo di 5 s utilizzando questo sistema PLD-PAT19.
Inoltre, sono stati apportati miglioramenti a questo sistema PLD-Pat per renderlo più compatto e creare un modello desktop utilizzando otto trasduttori a ultrasuoni a singolo elemento basati su riflettore acustico (sutrs)26,27. Qui, SUTs sono stati collocati in una verticale invece di direzione orizzontale con l'ausilio di un riflettore acustico 90° 28. Questo sistema può essere impiegato per i tempi di scansione fino a 0,5 s e ~ 3 cm di profondità nell'imaging tissutale e nell'imaging cerebrale di piccoli animali in vivo. In questo lavoro, questo sistema PLD-Pat desktop viene utilizzato per fornire la dimostrazione visiva di esperimenti per l'imaging cerebrale in vivo in piccoli animali e per la visualizzazione dinamica del processo di assorbimento e di clearance di indocianina approvata dalla FDA (Food and Drug Administration) colorante verde (ICG) nei cervelli di ratto.

<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

La tomografia fotoacustica (PA) Imaging (PAT) è una modalità di imaging biomedicale emergente utile in varie applicazioni precliniche e cliniche. I trasduttori a base di anelli circolari su misura e i tradizionali laser Nd: YAG/OPO ingombranti inibiscono la traduzione del sistema PAT alle cliniche. I diodi laser pulsati ultra-compatti (PLD) sono attualmente utilizzati come fonte alternativa di eccitazione Near-Infrared per l'imaging PA. L'imaging dinamico in vivo ad alta velocità è stato dimostrato utilizzando un sistema desktop PAT compatto basato su PLD (PLD-PAT). Un protocollo sperimentale visualizzato utilizzando il sistema PLD-PAT desktop è fornito in questo lavoro per l'imaging cerebrale dinamico in vivo. Il protocollo descrive la configurazione del sistema PLD-Pat del desktop, la preparazione di animali per l'imaging vascolare cerebrale e la procedura per la visualizzazione dinamica dell'assorbimento e del processo di clearance del colorante di indocianina Green (ICG) nella vascolarizzazione corticale del ratto.

Il potenziale del sistema PLD-PAT del desktop descritto per l'imaging cerebrale dinamico in vivo è stato presentato in questo protocollo con i risultati corrispondenti. La capacità di imaging ad alta velocità del sistema PLD-PAT per desktop è stata dimostrata eseguendo l'imaging cerebrale in vivo di ratti femminili sani. I segnali PA sono stati raccolti utilizzando otto SUTRs rotanti in 360 ° e 45 ° intorno al cervello del ratto a velocità di scansione di 4 s e 0,5 s, rispettivamen...

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

Tomografia fotoacustica basata su diodo laser pulsata per il monitoraggio del lavaggio e del lavaggio del colorante nella Vasculatura corticale del ratto

È stato dimostrato un sistema di tomografia fotoacustica a diodi laser pulsato compatto (PLD-PAT) per l'imaging dinamico in vivo ad alta velocità di piccoli vascolarizzazione corticale animale.

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

La tomografia fotoacustica, o PAT, è una modalità di imaging biomedico ibrido di imaging, che combina sia l'imaging ottico che quello ad ultrasuoni per monitorare i cambiamenti dinamici nei piccoli cervelli animali. Si tratta di un sistema di imaging ad alta velocità portatile ed economico che utilizza la velocità di imaging a meno di mezzo secondo. A dimostrare la procedura con Sandeep saranno Praveen, dottorando, Dr.Paul, ricercatore, e Rhonnie, assistente di ricerca.Iniziare montando tutti i trasduttori ad ultrasuoni a singolo elemento su ogni supporto del trasduttore uno alla volta, in modo che la superficie di ogni riflettore acustico sia rivolto verso il centro dell'area di scansione. Utilizzare cavi di collegamento per collegare ogni cavo trasduttore all'amplificatore a basso segnale di rumore. Accendere l'alimentatore del refrigeratore e accendere l'interruttore del refrigeratore per impostare la temperatura tra 20 e 25 gradi Celsius.Accendere l'alimentatore a bassa tensione e ruotare lentamente il controllo della corrente a 0,3 ampere. Impostare la tensione su 12 volt e verificare che la corrente non superi 0,1 ampere. Accendere l'alimentatore ad alta tensione e premere il pulsante preimpostato per impostare la corrente su un amplificatore e la tensione su zero volt.Abilitare il pulsante di uscita e accendere l'alimentazione del generatore di funzioni. Premere il pulsante di richiamo e selezionare una configurazione di due kilohertz per generare gli impulsi laser a questa velocità di ripetizione. Posizionare il serbatoio acrilico all'interno dello scanner e riempire il serbatoio con acqua fino a quando le superfici di rilevamento dei trasduttori sono completamente immerse.Quindi accendere l'alimentazione dell'amplificatore a basso segnale di rumore. Posizionare il ratto anestetizzato nella posizione prona sul piano di lavoro. Dopo aver confermato una mancanza di risposta al dito del fuoco, utilizzare un trimmer per capelli per rimuovere la pelliccia sul cuoio capelluto.Applicare delicatamente la crema depilatoria per rimuovere completamente la pelliccia dalla pelle esposta utilizzando un batuffolo di cotone per rimuovere la crema dopo quattro o cinque minuti. Applicare un unguento agli occhi dell'animale e montare un porta animali su misura dotato di una maschera respiratoria su un jack da laboratorio. Posizionare il topo nella posizione prona sul supporto con la testa appoggiata sulla piattaforma orizzontale del supporto.Utilizzare il nastro chirurgico per fissare l'animale al supporto. Fissare l'ossimetro a impulsi a un arto posteriore per monitorarne le condizioni fisiologiche. Utilizzare un applicatore con punta di cotone per applicare uno strato di gel ecografico incolore sul cuoio capelluto.Quindi regolare la posizione del jack da laboratorio al centro dello scanner. Regolare manualmente l'altezza del jack in modo che il piano di imaging si trova al centro del riflettore acustico. Dopo aver impostando i parametri nel software di acquisizione dati per una scansione di acquisizione a 360 gradi, consentire all'uscita del generatore di funzioni di attivare l'emissione laser a diodo laser pulsato.Aumentare lentamente la tensione dell'alimentazione variabile ad alta tensione a 120 volt per l'energia massima per impulso. Eseguire il programma software di acquisizione dati per ruotare tutti e otto i trasduttori a 360 gradi in un tempo di scansione di quattro secondi. Disabilitare l'uscita del generatore di funzioni per disattivare l'emissione laser.Utilizzando l'algoritmo di ricostruzione nel software di elaborazione dati, determinare il raggio di scansione di tutti e otto i trasduttori per tentativi ed errori, utilizzando l'algoritmo di retroproiezione. Impostare i parametri nel software di acquisizione dati per un'acquisizione di 45 gradi in un tempo di scansione di 0,5 secondi. Consentire all'uscita del generatore di funzioni di attivare l'emissione laser.Eseguire il programma software di acquisizione dati per ruotare tutti e otto i trasduttori di 45 gradi per ottenere i dati di controllo iniziali. Disabilitare l'uscita del generatore di funzioni per disattivare l'emissione laser. Successivamente, iniettare 0,3 millilitri di verde indocyanina nella vena di coda del topo.Consentire all'uscita del generatore di funzioni di attivare l'emissione laser. Quindi eseguire il software di acquisizione dati per acquisire linee A su un tempo di scansione di 0,5 secondi in una rotazione di 45 gradi. Al termine dell'acquisizione, utilizzare l'algoritmo di retroproiezione per ricostruire l'immagine cerebrale sezionale trasversale dalle linee A salvate.Qui vengono mostrate le immagini cerebrali di un topo femmina da 98 grammi, raccolte a velocità di scansione di quattro e 0,5 secondi. Il seno sagittale e il seno di trasferimento sono chiaramente visibili in entrambe le immagini. Le fotografie mostrano la stessa regione del cervello del topo prima e dopo aver rimosso il cuoio capelluto.L'imaging tomografico fotoacustico può ottenere la stessa visualizzazione in modo non invasivo con la pelle e il cranio intatti. In questa trama, si possono osservare aumenti del segnale fotoacustico medio nel seno sagittale a causa di aumenti e successivamente diminuzioni nell'assorbimento ottico da parte del verde indocyanina a lunghezze d'onda di 860 nanometri nel tempo. Prestare sempre particolare attenzione quando si inietta il colorante ICG nella vena di coda dell'animale.Questo sistema di tomografia fotoacustica desktop a basso costo può essere utilizzato per l'imaging dinamico di piccoli vasculure cerebrali animali ad alta risoluzione speciale a una velocità di scansione di 0,5 secondi. Altre applicazioni di questo sistema di imaging includono l'imaging del tumore al cervello, l'imaging di diversi organi in piccoli animali e altre applicazioni terapeutiche.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Tridimensionale con risoluzione ottica Microscopia fotoacustico

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

Ricerca

Bioingegneria

Detection and Isolation of Circulating Melanoma Cells using Photoacoustic Flowmetry

Rilevazione e isolamento delle cellule del melanoma circolanti con flussimetria fotoacustico

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

Integrato oftalmoscopia fotoacustico e Spectral-dominio 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 Citometria: Protocollo per l&#39;ottimizzazione giornaliera e campioni di cellule in esecuzione su un citometro Messa CyTOF

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

Ricostruzioni anatomiche del sistema umano venoso cardiaco utilizzando Contrasto-tomografia computerizzata di campioni di perfusione-fissi

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

Photoacoustic Cystography

Cistografia fotoacustico

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

Produzione di nanoparticelle metalliche mediante ablazione laser pulsata nei liquidi: uno strumento per studiare le proprietà antibatteriche delle nanoparticelle

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

Microscopio fotoacustico acustico e ottico<em&gt; In Vivo</em&gt; Piccolo animale Blood Imaging di Vasculature

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

Un sistema compatto di Tomografia Photoacoustico ad alte prestazioni per<em&gt; In Vivo</em&gt; Imaging cerebrale di piccole dimensioni

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

Corretto posizionamento e trattenuta di un ratto dell'arto per l'Imaging mirato ad alta risoluzione dell'osso utilizzando Micro-architettura In Vivo Micro-tomografia computerizzata

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 ...