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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この研究は、シンガポール保健省の国立医学研究評議会 (ユーザー/OFIRG/0005/2016: M4062012) によって支援されています。著者は、マシンショップのサポートのためのチョウワイ Hoong ボビー氏に感謝したいと思います。

全ての動物実験は、シンガポールの南洋理工大学の動物医療・ユース委員会 (動物プロトコル番号 ARF-SBS/NIE-A0331) が承認したガイドラインと規制に従って実施された。
1. システム記述
<ol><li>PLD レーザーを円形スキャナーにマウントし、PLD 出口窓の前に光ディフューザー (OD) を取り付けて出力ビームを均質にします (図 1aを見て)。PLD をレーザー・?...

<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>

本研究では、ICG のような造影剤の生体内脳イメージングや動的な高速取り込み・クリアランスプロセスについて、ラットのような小動物の実験を行うためのデスクトップ PLD-PAT システムを使用するためのプロトコルを提示する。かさばる、高価な OPO システムは、インビボ画像の単一の断面を取得するために数分 (2-5 分) かかります。密集した、低価格の、第1世代の携帯用 PLD-PAT システムは5...

光音響計算断層撮影法 (協定/PAT) は、高 ultrasond 解像度1、2、3、4と豊富な光学的コントラストを組み合わせた有望な非侵襲的生体イメージングモダリティです。5.ナノ秒パルスレーザーが生体組織内に存在する光吸収発色団にエネルギーを堆積させると、局所的な温度が上昇して組織の thermoelastic の拡大と収縮をもたらし、結果として発生する圧力波これらの圧力波は、超音波または光音響 (PA) 波として知られており、サンプルの周りの超音波トランスデューサによって検出することができる。検出された pa 信号は、断面 pa 画像を生成するために、6、7、8、9の様々な再構成アルゴリズムを使用して再構築される。PA イメージングは、体10の中に存在する内因性発色団の波長依存性に起因する巨視的な器官からの微細なオルガネラに構造的および機能的情報を提供する。PAT イメージングが正常に使用された乳がん検出1、センチネルリンパ節イメージング11、オキシヘモグロビン (HbO2)、deoxyhemoglobin (HbR)、総ヘモグロビン濃度 (HbT)、酸素飽和度 (2)12,図13は、腫瘍の血管新生14、動物全体の全身イメージング15、および他の用途である。
Nd: YAG/OPO レーザは、小型動物イメージングおよび深部組織画像化16のための光音響コミュニティで広く使用されている第一世代の PAT システムに対する従来の励起源である。これらのレーザーは ~ 10-100 Hz の低い繰り返し率で ~ 100 mJ エネルギーパルスを提供します。これらの高価でかさばるレーザーを使用した PAT イメージングシステムは、パルス反復速度が限られているため、単元素超音波トランスデューサ (SUTs) による高速イメージングには適していません。これは、動物の内部で高速で発生する生理的変化のリアルタイムモニタリングを阻害する。リニア、半円形、円形、容積型アレイなどのアレイ・ベースのトランスデューサを Nd: YAG レーザー励起で使用することで、高速イメージングが可能です。しかし、これらの配列トランスデューサは高価であり、SUTs に比べて低い感度を提供します。しかし、撮像速度は、レーザの低い繰り返し速度によって制限される。カスタマイズされたフルリングの配列のトランスデューサーが付いている最先端の単一インパルスの協定システムは50の Hz フレーム率17で PA データを得る。これらのアレイトランスデューサは、複雑なバックエンドの受信電子機器および信号増幅器を必要とするため、システム全体のコストが高くなり、臨床使用が困難になります。
小型、低コスト、高パルス繰り返し率 (KHz の次数) により、パルスレーザダイオード (PLDs) がよりリアルタイムイメージングにより有望になります。これらの利点のために、PLDs は第二世代 PAT システムの代替励起源として積極的に使用されています。PLD に基づいた PAT システムは、アレイトランスデューサ18を用いた高フレームレートイメージングに対して正常に実証されており、深部組織および脳イメージング19、20、21、心血管疾患診断22、リウマチ診断23.SUTs は、アレイトランスデューサと比較して高感度で安価であるため、PAT イメージングにも広く使用されています。繊維ベース PLD システムは、ファントムイメージング24のために実証されている。携帯用 PLD-PAT システムは PAT スキャナ25の中の PLD を取付けることによって前に証明された。1 SUT 環状走査器を用いて、3 s の走査時間の間にファントム画像化を行い、そしてインビボでラット脳画像化を、この PLD − PAT システム19を用いて 5 s 期間中に行った。
さらに、この PLD-PAT システムを改良して、8つの音響リフレクタベースの単一要素超音波トランスデューサ (SUTRs)26,27を使用して、よりコンパクトにしてデスクトップモデルを作成しました。ここで、SUTs は、90°音響反射器28の補助を用いて水平方向の代わりに垂直に配置した。このシステムはティッシュのイメージ投射およびインビボの小さい動物の頭脳のイメージ投射の 0.5 s そして〜 3 cm までのスキャンの時間のために使用することができる。この作品では、このデスクトップ PLD-PAT システムは、小動物におけるインビボ脳イメージングのための実験の視覚的なデモンストレーションを提供し、食品医薬品局 (FDA) の取り込みおよびクリアランスプロセスの動的な可視化のために使用されています-承認インドシアニン緑 (ICG) ラットの脳内染料。

<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

光音響 (PA) 断層撮影 (PAT) 画像化は、様々な前臨床および臨床的適用において有用な新生生物医学的画像化モダリティである。カスタムメイドの円形リングアレイベースのトランスデューサと従来のかさばる Nd: YAG/OPO レーザーは、診療所への PAT システムの翻訳を阻害します。超小型パルスレーザダイオード (PLDs) は、現在、PA イメージングのための近赤外励起の代替源として使用されています。高速度動的 in vivo イメージングは、コンパクト PLD ベースのデスクトップ PAT システム (PLD-PAT) を使用して実証されています。デスクトップ PLD-PAT システムを使用して視覚化された実験的なプロトコルは動的な in vivo 脳イメージ投射のためのこの仕事で提供される。プロトコルは、デスクトップ PLD-PAT システム構成、脳血管イメージングのための動物の調製、およびラット皮質脈管構造におけるインドシアニングリーン (ICG) 染料取り込みおよびクリアランスプロセスの動的な可視化のための手順を説明する。

ダイナミックな in vivo 脳イメージングのために説明されたデスクトップ PLD-PAT システムの可能性は、対応する結果とこのプロトコルで展示しています。デスクトップ PLD-PAT システムの高速画像化能力は、健康な雌ラットのインビボ脳画像化を行うことによって実証された。PA 信号は、それぞれ 4 s と 0.5 s のスキャン速度でラット脳の周りの360°と45°で回転する 8 SUTRs ?...

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

ラット皮質脈管構造での洗浄・インおよび染料の洗浄を監視するためのパルスレーザーダイオードベースのデスクトップ光音響断層撮影

密集した脈打ったレーザーのダイオード・ベースの卓上の光音響の断層撮影 (PLD-PAT) システムは小さい動物の皮質の脈管構造の高速動的のインビボのイメージ投射のために証明される。

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

光音響断層撮影(PAT)は、小さな動物の脳の動的変化を監視するための光学画像と超音波画像の両方を組み合わせたイメージングハイブリッド生物医学的イメージングモダリティです。これは、イメージング速度を半秒の短いコスト効率の高い、ポータブル高速イメージングシステムです。サンディープとの手順を実証するには、博士課程の学生であるPraveen、研究員のポール博士、研究アシスタントのローニーです。各音響反射器の表面がスキャン領域の中心に向かって向くように、すべての単一要素超音波トランスデューサを各トランスデューサホルダーに一度に1つずつ取り付けることから始めます。各トランスデューサケーブルを低ノイズ信号増幅器に接続するには、接続ケーブルを使用します。冷却装置の電源をオンにし、冷却スイッチをオンにして温度を20~25°Cに設定します。低電圧電源をオンにして、電流制御を0.3アンペアにゆっくりと回します。電圧を12ボルトに設定し、電流が0.1アンペアを超えていないことを確認します。高電圧電源をオンにし、プリセットボタンを押して電流を1アンペア、電圧をゼロボルトに設定します。出力ボタンを有効にし、ファンクション ジェネレータの電源をオンにします。リコールボタンを押し、2キロヘルツ構成を選択して、この繰り返し速度でレーザーパルスを生成します。スキャナーの中にアクリルタンクを置き、トランスデューサの検出面が完全に浸るまでタンクに水を充填します。次に、低ノイズ信号増幅器の電源をオンにします。麻酔ラットをワークベンチの起こりやすい位置に置きます。つま先ピンチへの応答の欠如を確認した後、頭皮の毛皮を取り除くためにヘアトリマーを使用してください。脱毛クリームを軽く塗布し、綿棒を使用して露出した皮膚から毛皮を完全に取り除き、4〜5分後にクリームを取り除きます。動物の目に軟膏を塗布し、ラボジャックに呼吸マスクを装備したカスタムメイドの動物ホルダーを取り付けます。ヘッドをホルダーの水平プラットフォーム上に置いた後、ホルダーの上にラットを置く傾向があります。外科テープを使用して、動物をホルダーに固定します。パルスオキシメーターを1つの後肢にクランプして、生理学的状態を監視します。頭皮に無色の超音波ゲルの層を適用するために綿先端アプリケーターを使用してください。次に、ラボのジャック位置をスキャナーの中央に調整します。撮像面が音響反射器の中心になるように、ジャックの高さを手動で調整します。360度取得スキャン用のデータ取得ソフトウェアのパラメータを設定した後、関数発生器の出力をパルスレーザーダイオードレーザー発光にします。可変高電圧電源の電圧を120ボルトまでゆっくりと上げ、パルスエネルギーあたりの最大電力を供給します。データ収集ソフトウェアプログラムを実行して、8個のトランスデューサを4秒間のスキャン時間で360度回転させます。機能発生器の出力を無効にして、レーザー放出をオフにします。データ処理ソフトウェアの再構成アルゴリズムを用いて、バックプロジェクションアルゴリズムを用いて、試行錯誤により8個のトランスデューサの走査半径を決定する。0.5 秒のスキャン時間で 45 度の取得用のデータ収集ソフトウェアのパラメータを設定します。ファンクション ジェネレータの出力を有効にして、レーザー放出をオンにします。データ収集ソフトウェアプログラムを実行して、8個のトランスデューサを45度回転させて初期制御データを取得します。機能発生器の出力を無効にして、レーザー放出をオフにします。次に、0.3ミリリットルのインドシアニングリーンをラットの尾静脈に注入する。ファンクション ジェネレータの出力を有効にして、レーザー放出をオンにします。その後、データ取得ソフトウェアを実行して、45度回転で0.5秒のスキャン時間でAラインを取得します。取得の最後に、バックプロジェクション アルゴリズムを使用して、保存された A ラインから断面脳画像を再構築します。ここでは、98グラムの雌ラットからの脳画像が、4及び0.5秒のスキャン速度で収集された、示されている。矢状の大腸および転移の大腸は両方のイメージではっきりと見える。写真は、頭皮を取り除く前後のラット脳の同じ領域を示しています。光音響断層撮影は、皮膚と頭蓋骨をそのままにして、同じ可視化を非侵襲的に達成することができる。このプロットでは、時間の経過とともに860ナノメートルの波長でのインドシアニングリーンによる光吸収の増加とその後の減少による矢状狭頭部の平均光音響信号の増加が観察され得る。ICG染料を動物の尾静脈に注入する際は、必ず細心の注意を払ってください。この低コストデスクトップ光音響断層撮影システムは、0.5秒スキャン速度で高い特別な解像度を持つ小さな動物の脳脈管の動的イメージングに使用することができます。この画像化システムの他のアプリケーションは、脳腫瘍イメージング、小動物および他の治療用途における異なる臓器のイメージングを含む。

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

三次元光学分解能光音響顕微鏡

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

光音響流量測定法を用いて循環メラノーマ細胞の検出と分離

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

統合された光音響眼底検査とスペクトラルドメイン光コヒーレンストモグラフィー

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

ミササイトメトリー：CyTOFマスメーターで毎日のチューニングと実行した細胞サンプルのためのプロトコル

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

灌流固定標本のコントラストコンピュータ断層撮影を用いた人間の心臓静脈系の解剖学的再建

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

Photoacoustic Cystography

光音響膀胱造影

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

液体中のパルスレーザアブレーションによる金属ナノ粒子の生成：ナノ粒子の抗菌特性を調べるためのツール

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

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切り替え可能な音響光学分解能光音響顕微鏡<em&gt;インビボ</em&gt;小動物の血管系イメージング

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

高性能小型光音響トモグラフィーシステム<em&gt;インビボ</em&gt;小動物脳イメージング

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

適切なポジショニングと骨のマイクロ アーキテクチャを使用して体内のマイクロ-コンピューター断層撮影の焦点の高分解能イメージングのためのラットの後肢の拘束

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 ...