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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이 연구는 싱가포르 보건부의 국립 의료 연구 위원회 (NMRC/OFIRG/0005/2016)에 의해 지원 됩니다. 저자는 기계가 게 지원을 위한 미스터 차 우와이 호 옹 바비에 게 감사 드립니다.

모든 동물 실험은 싱가포르 난 양 기술 대학의 기관 동물 관리 및 사용 위원회가 승인한 가이드라인 및 규정에 따라 수행 하였다 (동물 프로토콜 번호 ARF-SBS/A0331).
1. 시스템 설명
<ol><li>PLD 레이저를 원형 스캐너에 장착 하 고 PLD 출구 창 앞에 광 디퓨저 (OD)를 장착 하 여 그림 1a에 표시 된 것 처럼 출력 빔을 균질 하 게 만듭니다. PLD를 레이저 드라이버 장?...

<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. 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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>

이 작품은 생체 내 뇌 이미징 쥐 같은 작은 동물에 대 한 실험을 수행 하기 위한 데스크톱 PLD-PAT 시스템을 사용 하 여 프로토콜을 제시 하 고 ICG 같은 조 영제의 동적 빠른 통풍 관 및 통관 과정. 부피가 큰, 고가의 OPO-PAT 시스템은 생체 내 단일 단면 이미지를 획득 하기 위해 몇 분 (2-5 분)을 소요 한다. 콤팩트 한 저비용 1 세대 휴대용 PLD-PAT 시스템은 5 초 내에 단일 단면 생체 이미지를 제공 합니다. ?...

광 음향 계산 단층 촬영 (계약/PAT)은 높은 초음파 해상도1,2,3 과 풍부한 광학 콘트라스트를 결합 하는 유망한 비 침 습 적 생물 의학 이미징 양상입니다. 5. 나노초 펄스 레이저는 생체 조직 내부에 존재 하는 빛을 흡수 하는 발 색 광에 에너지를 침전 하는 경우, 국부 적으로 온도 증가 조직의 열 탄성 팽창 및 수축으로 이어지는, 생성의 결과 압력 파도. 이 압력 파는 샘플 주위의 초음파 트랜스듀서에 의해 검출 될 수 있는 초음파 파 또는 광 음향 (PA) 파도로 알려져 있습니다. 검출 된 pa 신호는 다양 한 재구성 알고리즘 (6,7,8,9 )을 사용 하 여 재구성 되어 단면 PA 이미지를 생성 한다. PA 이미징은 신체 내부에 존재 하는 내 인 성 발 색 단에 대 한 파장 의존성으로 인해 거시적 기관에서 현미경 소기관에이르기까지 구조적이 고 기능적인 정보를 제공 합니다. PAT 화상 진 찰은 유방암 검출에 성공적으로사용 되어 왔으며, 센 티 넬 림프절 이미징 (11)은 산소 헤모글로빈 (HbO2), deoxyhemoglobin의 매핑, 총 헤모글로빈 농도 (hbr), 산소량 포화 2) 12 , ( 13) 종양 맥 관 형성14, 작은 동물 몸 전체 영상 (15) 및 기타 용도.
Nd: YAG/OPO 레이저는 작은 동물 화상 진 찰과 깊은 조직 화상 진 찰16를 위한 광 음향 공동체에서 널리 이용 되는 1 세대 PAT 체계를 위한 전통적인 여기 근원입니다. 이 레이저는 ~ 10-100 Hz의 낮은 반복 속도로 ~ 100 mJ 에너지 펄스를 제공 합니다. 이러한 비용이 많이 들고 부피가 큰 레이저를 사용 하는 PAT 이미징 시스템은 펄스 반복률이 제한 되어 단일 요소 초음파 트랜스듀서 (SUTs)가 있는 고속 이미징에는 적합 하지 않습니다. 이는 동물 내부의 고속에서 발생 하는 생리 적 변화의 실시간 모니터링을 억제 합니다. 선형, 반원형, 원형 및 체적 배열과 같은 어레이 기반 트랜스듀서를 Nd와 함께 사용: YAG 레이저 여기, 고속 이미징이 가능 합니다. 그러나 이러한 어레이 트랜스듀서는 비용이 많이 들며 SUTs에 비해 낮은 민감도를 제공 합니다. 그러나 이미징 속도는 레이저의 낮은 반복 속도에 의해 제한 됩니다. 맞춤형 풀 링 어레이 트랜스듀서를 사용 하는 최첨단 싱글 임펄스 팩트 시스템은 50 Hz 프레임 레이트17에서 PA 데이터를 얻습니다. 이 어레이 트랜스듀서는 복잡 한 백엔드 수신 전자 장치 및 신호 증폭기가 필요 하므로 임상 사용을 위해 전체 시스템을 더 비싸고 어렵게 합니다.
컴팩트 한 크기, 낮은 비용 요구 사항 및 더 높은 펄스 반복 속도 (KHz의 순서)는 실시간 이미징에 대 한 더 유망한 펄스 레이저 다이오드 (PLDs)를 만든다. 이러한 장점으로 인해 PLDs는 2 세대 PAT 시스템에서 대체 여기 소스로 적극적으로 사용 됩니다. Pld 기반 PAT 시스템은 어레이 트랜스듀서를 이용한 하이 프레임 레이트 이미징에 성공적으로 입증되었습니다 18, 심부 조직과 뇌 이미징19,21, 심혈 관 질환 진단22 , 류 마티스 진단23. SUTs는 어레이 트랜스듀서에 비해 매우 민감하고 비용이 적게 들기 때문에 여전히 PAT 이미징에 광범위 하 게 사용 됩니다. 팬텀 이미징24를 위해 파이버 기반 pld 시스템이 시연 되었습니다. 이전에는 PAT 스캐너 (25) 내부에 pld를 장착 하 여 휴대용 pld-PAT 시스템을 시연 했습니다. 1 개의 숫 양의 원형 스캐너로, 팬텀 이미징은 스캔 시간 3 초 동안 수행 되었고, 생체 내 쥐 뇌 이미징은 PLD-PAT 시스템 (19)을 사용 하 여 5 s 기간 동안 수행 되었다.
또한 pld-PAT 시스템을 개선 하 여 더욱 콤팩트 하 게 만들고 8 개의 어쿠스틱 리플렉터 기반 단일 요소 초음파 트랜스듀서 (sutrs)26을사용 하 여 데스크탑 모델을 제작 했습니다. 여기서, SUTs는 90° 음향 반사 기 (28)의 도움으로 수평 방향 대신 수직으로 배치 되었다. 이 시스템은 최대 0.5의 스캔 시간 및 ~ 3cm 깊이의 조직 이미징 및 생체 내 작은 동물 뇌 이미징에 사용 될 수 있습니다. 이 작업에서이 데스크탑 PLD-PAT 시스템은 작은 동물의 생체 내 뇌 이미징을 위한 실험의 시각적 시연과 식품 의약품 안전 청의 통풍 관 및 통관 과정의 동적 시각화를 위해 사용 됩니다 (FDA) 승인 indocyanine 녹색 (ICG) 쥐의 뇌에 염료.

<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

광 청각적 (PA) 단층 촬영 (PAT) 화상 진 찰은 다양 한 전 임상 및 임상 응용에서 유용한 신흥 생물 의학 영상 형식입니다. 맞춤형 원형 링 어레이 기반 트랜스듀서 및 일반 부피가 큰 Nd: YAG/OPO 레이저는 PAT 시스템을 클리닉으로 변환 하는 것을 억제 합니다. 초소형 펄스 레이저 다이오드 (PLDs)는 현재 PA 이미징에 대 한 근 적외선 여기의 대체 소스로 사용 되 고 있습니다. 소형 PLD 기반 데스크탑 PAT 시스템 (PLD-PAT)을 사용 하 여 고속 동적 생체 내 이미징이 입증 되었습니다. 데스크탑 PLD-PAT 시스템을 사용 하는 시각화 된 실험적 프로토콜은이 작업에서 동적 생체 내 뇌 이미징을 위해 제공 됩니다. 이 프로토콜은 바탕 화면 PLD-PAT 시스템 구성, 뇌 혈관 영상에 대 한 동물의 준비, 쥐 대뇌 피 질의 혈관 구조에서 indocyanine green (ICG) 염료 흡수 및 클리어런스 과정의 동적 시각화를 위한 절차를 설명 합니다.

동적 생체 내 뇌 이미징에 대 한 설명 된 데스크탑 PLD-PAT 시스템의 잠재력은 해당 결과와 함께이 프로토콜에서 전시 되었다. 데스크톱 PLD-PAT 시스템의 고속 이미징 기능은 건강 한 암컷 쥐의 생체 내 뇌 영상을 수행 함으로써 입증 되었다. PA 신호는 4 초 및 0.5 s의 스캔 속도에서 쥐 뇌 주위에 360 ° 및 45 °로 회전 하는 8 개의 SUTRs를 사용 하 여 수집 되었습니다. 도 2a, B ...

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

쥐 대뇌 피 질의 혈관 구조에서 염료의 세척 및 세척을 모니터링 하기 위한 펄스 레이저 다이오드 기반 데스크탑 광 음향 단층 촬영

소형 펄스 레이저 다이오드 기반 데스크탑 광 음향 단층 촬영 (PLD-PAT) 시스템은 작은 동물 대뇌 피 질의 맥 관 구조의 고속 동적 생체 내 이미징에 대해 입증 되었습니다.

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

광음향 단층 촬영, 또는 PAT는 작은 동물 두뇌에 있는 동적 변경을 감시하기 위한 광학 및 초음파 화상 진찰을 결합한 화상 진찰 하이브리드 생물 의학 화상 진찰 양식입니다. 이것은 반 초 짧은 이미징 속도를 사용하는 비용 효율적인 휴대용 고속 이미징 시스템입니다. 산딥과의 절차를 시연하는 것은 박사 과정 학생인 Praveen, 연구원인 폴 박사, 연구 조교 인 론니(Rhonnie)가 될 것입니다.각 음향 반사체의 표면이 스캐닝 영역의 중심을 향해 향하도록 모든 단일 요소 초음파 트랜스듀서를 한 번에 하나씩 각 트랜스듀서 홀더에 장착하여 시작합니다. 연결 케이블을 사용하여 각 트랜스듀서 케이블을 저잡이 신호 증폭기에 연결합니다. 냉각기의 전원 공급 장치를 켜고 냉각기 스위치를 켜서 섭씨 20~25도 사이의 온도를 설정합니다.저전압 전원 공급 장치를 켜고 전류 컨트롤을 0.3 암페어로 천천히 켭니다. 전압을 12볼트로 설정하고 전류가 0.1 amp를 초과하지 않는지 확인합니다. 고전압 전원 공급 장치를 켜고 미리 설정된 버튼을 눌러 전류를 하나의 앰프와 전압을 0볼트로 설정합니다.출력 버튼을 활성화하고 기능 생성기의 전원 공급 장치를 켭타보세요. 리콜 버튼을 누르고 2킬로헤르츠 구성을 선택하여 이 반복 속도로 레이저 펄스를 생성합니다. 아크릴 탱크를 스캐너 내부에 놓고 트랜스듀서의 검출 표면이 완전히 침지 될 때까지 탱크를 물로 채웁니다.그런 다음 저소음 신호 증폭기의 전원 공급 장치를 켭다. 마취 된 쥐를 작업 벤치에 있는 경향이 있는 위치에 놓습니다. 발가락 핀치에 대한 반응이 부족한 것을 확인한 후 모발 트리머를 사용하여 두피의 털을 제거합니다.분면 면봉을 사용하여 노출된 피부에서 모피를 완전히 제거하여 4~5분 후에 크림을 제거합니다. 동물의 눈에 연고를 바르고 실험실 잭에 호흡 마스크를 장착한 맞춤형 동물 홀더를 장착합니다. 홀더의 수평 플랫폼에 머리를 놓는 경우 홀더에 쥐를 놓습니다.수술 용 테이프를 사용하여 동물을 홀더에 고정하십시오. 맥박 산소계를 하나의 뒷다리에 고정하여 생리학적 상태를 모니터링합니다. 면 팁 어플리케이터를 사용하여 두피에 무색 초음파 젤층을 적용하십시오.그런 다음 랩 잭 위치를 스캐너 의 중심으로 조정합니다. 이미징 평면이 음향 반사판의 중심에 있도록 잭의 높이를 수동으로 조정합니다. 360도 획득 스캔을 위해 데이터 수집 소프트웨어의 파라미터를 설정한 후, 함수 생성기의 출력이 펄스 레이저 다이오드 레이저 방출을 켤 수 있게 한다.펄스 에너지당 최대120볼트로 가변 고전압 전원 공급 장치의 전압을 천천히 증가시면 됩니다. 데이터 수집 소프트웨어 프로그램을 실행하여 트랜스듀서 8개 모두 4초 스캔 시간을 360도 회전합니다. 기능 생성기의 출력을 비활성화하여 레이저 방출을 끕니다.데이터 처리 소프트웨어에서 재구성 알고리즘을 사용하여 백 프로젝션 알고리즘을 사용하여 시행 착오로 8개의 트랜스듀서의 스캔 반경을 결정합니다. 데이터 수집 소프트웨어의 매개 변수를 설정하여 0.5초 스캔 시간을 45도 이상 획득합니다. 기능 생성기의 출력을 사용하여 레이저 방출을 켭니다.데이터 수집 소프트웨어 프로그램을 실행하여 트랜스듀서 8기를 45도 모두 회전하여 초기 제어 데이터를 가져옵니다. 기능 생성기의 출력을 비활성화하여 레이저 방출을 끕니다. 다음으로, 쥐의 꼬리 정맥에 indocyanine 녹색의 0.3 밀리리터를 주입.기능 생성기의 출력을 사용하여 레이저 방출을 켭니다. 그런 다음 데이터 수집 소프트웨어를 실행하여 45도 회전시 0.5초 스캔 시간 동안 A-라인을 획득합니다. 수집이 끝나면 백 프로젝션 알고리즘을 사용하여 저장된 A-라인에서 단면 뇌 이미지를 재구성합니다.여기서, 4및 0.5초 스캔 속도로 수집된 98그램 암컷 쥐의 뇌 이미지가 표시됩니다. 두상 부비동과 전달 부비동은 두 이미지 모두에서 명확하게 볼 수 있습니다. 사진은 두피를 제거하기 전과 후에 쥐 뇌의 동일한 영역을 보여줍니다.광음향 단층 촬영 이미징은 피부와 두개골이 손상되지 않은 것과 동일한 시각화를 비침습적으로 달성할 수 있습니다. 이 플롯에서, 시간이 지남에 따라 860 나노미터 파장에서 내도시아닌 그린에 의한 광학 흡수의 증가 및 감소로 인한 처장 부비동에서의 평균 광음향 신호의 증가를 관찰할 수 있다. 동물의 꼬리 정맥에 ICG 염료를 주입 할 때 항상 주의하십시오.이 저비용 데스크탑 광음향 단층 촬영 시스템은 0.5초 스캔 속도에서 높은 특수 해상도를 가진 작은 동물 뇌 혈관의 동적 이미징에 사용할 수 있습니다. 이 화상 진찰 시스템의 그밖 응용은 두뇌 종양 화상 진찰, 작은 동물에 있는 다른 기관의 화상 진찰 및 그밖 치료 응용을 포함합니다.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

입체 광학 해상도 Photoacoustic 현미경

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

연구

생체공학

Detection and Isolation of Circulating Melanoma Cells using Photoacoustic Flowmetry

Photoacoustic Flowmetry를 사용하여 순환 흑색증 전지의 탐지 및 격리

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

통합 Photoacoustic Ophthalmoscopy 및 스펙트럼 도메인 광 결맞음 단층 촬영 장치

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

대량 세포 계측법 : CyTOF 질량 Cytometer에 매일 조정하고 실행 세포 샘플에 대한 프로토콜

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

콘트라스트 계산하기 관류 고정 시편의 단층 촬영을 이용하여 인간의 심장 정맥 시스템의 해부학 적 재건

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

Photoacoustic Cystography

광 음향 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

액체에서의 펄스 레이저 어블 레이션에 의한 금속 나노 입자의 제조 : 나노 입자의 항균성 연구를위한 도구

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

전환 가능한 음향 및 광학 해상도 Photoacoustic Microscopy for<em&gt; In Vivo</em&gt; 소 동물 혈관 조영술

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

다음을위한 고성능 컴팩트 광 음향 단층 촬영 시스템<em&gt; In Vivo</em&gt; 소형 동물 뇌 영상

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

적절 한 위치와 뼈 마이크로 아키텍처를 사용 하 여 생체 내에서 마이크로-단층의 집중된 고해상도 이미징 쥐 뒷 다리의 구속

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 ...