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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A pesquisa é apoiada pelo Ministério da saúde de Singapura do Conselho Nacional de pesquisa médica (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). Os autores gostariam de agradecer ao Sr. Chow Wai Hoong Bobby pelo apoio da oficina de máquinas.

Todos os experimentos com animais foram realizados de acordo com as diretrizes e regulamentos aprovados pelo Comitê institucional de cuidado e uso de animais da Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (número de protocolo animal ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Descrição do sistema
<ol><li>Monte o laser PLD no scanner circular e monte o difusor óptico (OD) na frente da janela de saída PLD para tornar o feixe de saída homogêneo, como mostrado na Figura 1a. ...

<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>

Este trabalho apresenta um protocolo para usar um sistema de desktop PLD-PAT para a realização de experimentos em pequenos animais como ratos para a imagem cerebral in vivo e rápido-captação dinâmica e processo de apuramento de agentes de contraste como ICG. Volumosos, caros sistemas OPO-PAT levam vários minutos (2-5 min) para adquirir uma única imagem transversal in vivo. Um sistema PLD-PAT portátil compacto, de baixo custo e de primeira geração fornece imagens in vivo transversais únicas em 5 s. Em contrast...

O tomography computado fotoacústico (PACT/Pat) é uma modalidade biomédica não invasora prometedora da imagem latente que combina o contraste ótico rico com a definição elevada1,2,3,4de ultrasond, 5. When um nanossegundos o laser pulsado deposita a energia na luz que absorve cromóforos atual dentro de todo o tecido biológico, aumentos locais da temperatura que conduzem à expansão e à contração termoelástico do tecido, tendo por resultado a geração de ondas de pressão. Estas ondas de pressão são conhecidas como ondas de ultra-som ou ondas fotoacústicas (PA), que podem ser detectadas por transdutores de ultra-som em torno da amostra. Os sinais de PA detectados são reconstruídos usando vários algoritmos de reconstrução6, 7, 8,9 para gerar imagens de PA transversais. A imagem latente do PA fornece a informação estrutural e funcional dos órgãos macroscópicos às organelas microscópicas devido à dependência do comprimento de onda de cromóforos endógenos atuais dentro do corpo10. A imagem latente de PAT foi usada com sucesso para a deteção1do cancro da mama, imagem latente do nó de linfa da sentinela11, mapeando do oxyhemoglobina (HbO2), deoxyhemoglobina (HBR), concentração total da hemoglobina (HBT), saturação do oxigênio (so 2) o 12 anos de , 13, angiogênese14do tumor, imagem latente inteira15do corpo do animal pequeno, e outras aplicações.
Nd: os lasers de YAG/opo são fontes convencionais da excitação para sistemas da primeira geração Pat que são amplamente utilizados na Comunidade fotoacústica para a imagem latente animal pequena e a imagem latente profunda16do tecido. Estes lasers fornecem ~ 100 pulsos de energia mJ em baixas taxas de repetição de ~ 10-100 Hz. Os sistemas da imagem latente de PAT que usam estes lasers caros e volumosos não são apropriados para a imagem latente de alta velocidade com os transdutores do único-elemento do ultra-som (SUTs), devido à taxa limitada da repetição do pulso. Isso inibe o monitoramento em tempo real das alterações fisiológicas que ocorrem em altas velocidades dentro do animal. Usando transdutores baseados em array como matrizes lineares, semicirculares, circulares e volumétricas com excitação a laser Nd: YAG, a imagem de alta velocidade é possível. No entanto, estes transdutores de matriz são caros e proporcionam sensibilidades inferiores em comparação com os SUTs; ainda, a velocidade de imagem é limitada pela baixa taxa de repetição do laser. Os sistemas do PACT do único-impulso do estado---arte com o transdutor personalizado do cheio-anel da disposição obtêm os dados do PA em 50 taxas de frame de hertz17. Estes transdutores da disposição precisam o back-end complexo que recebe a eletrônica e os amplificadores de sinal, fazendo o sistema total mais caro e difícil para o uso clínico.
Seu tamanho compacto, exigências mais baixas do custo, e uma taxa mais elevada da repetição do pulso (ordem de KHz) fazem diodos de laser pulsado (PLDs) mais prometedores para a imagem latente tempo real. Devido a estas vantagens, os PLDs são usados ativamente como uma fonte alternativa da excitação em sistemas da segunda geração PAT. Os sistemas Pat baseados em PLD foram demonstrados com sucesso para a imagem latente da taxa do elevado-frame usando os transdutores18da disposição, profundamente-tecido e imagem latente do cérebro19,20,21, diagnóstico de doença cardiovascular22 e diagnóstico de Reumatologia23. Como os SUTs são altamente sensíveis e menos dispendiosos em comparação com os transdutores de matriz, eles ainda são amplamente utilizados para imagens PAT. O sistema PLD à base de fibra foi demonstrado para a imagem latente fantasma24. Um sistema portátil de PLD-PAT foi demonstrado previamente montando o PLD dentro do varredor25da pancadinha. Com um varredor circular de SUT, a imagem latente fantasma foi executada durante 3 s do tempo da varredura, e a imagem latente in vivo do cérebro do rato foi executada durante um período de 5 s usando este sistema de PLD-PAT19.
Além disso, foram feitas melhorias para este sistema PLD-Pat para torná-lo mais compacto e criar um modelo de desktop usando oito transdutores de ultra-som de elemento único baseado em refletor acústico (sutrs)26,27. Aqui, os SUTs foram coloc em um vertical em vez do sentido horizontal com a ajuda de um refletor 90° Acoustic28. Este sistema pode ser empregado para tempos da varredura de até 0,5 s e de ~ 3 cm profundamente na imagem latente do tecido e na imagem latente animal pequena in vivo do cérebro. Neste trabalho, este sistema de desktop PLD-PAT é usado para fornecer a demonstração visual de experimentos para imagiologia cerebral in vivo em pequenos animais e para visualização dinâmica do processo de captação e liberação de indocyanina aprovada pela administração de alimentos e drogas (FDA) corante verde (ICG) em cérebros de ratos.

<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

A imagem latente do tomography de photoacoustic (PA) (PAT) é uma modalidade biomédica emergente da imagem latente útil em várias aplicações pré-clínicas e clínicas. Personalizado-feito circular anel array-based transdutores e convencional volumoso Nd: YAG/OPO lasers inibir a tradução do sistema PAT para clínicas. Os diodos laser pulsado ultra-compactos (PLDs) estão sendo usados atualmente como uma fonte alternativa de excitação do próximo-infravermelho para a imagem latente do PA. A imagem latente dinâmica de alta velocidade in vivo foi demonstrada usando um sistema PLD-baseado compacto do PAT do desktop (PLD-PAT). Um protocolo experimental visualizado usando o sistema de desktop PLD-PAT é fornecido neste trabalho para a imagem latente dinâmica do cérebro in vivo. O protocolo descreve a configuração de sistema do desktop PLD-PAT, a preparação do animal para a imagem latente Vascular do cérebro, e o procedimento para o visualização dinâmico do verde do do indocyanine (ICG) o processo da tomada e do afastamento da tintura no vasculature cortical do rato.

A potencialidade do sistema desktop descrito de PLD-PAT para a imagem latente dinâmica do cérebro in vivo foi mostrada neste protocolo com resultados correspondentes. A capacidade de alta velocidade da imagem latente do sistema de desktop PLD-PAT foi demonstrada realizando a imagem latente in vivo do cérebro de ratos fêmeas saudáveis. Os sinais do PA foram coletados usando oito SUTRs que giram em 360 ° e em 45 ° em torno do cérebro do rato em velocidades da varredura de 4 s e de 0...

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

Tomografia fotoacústica de desktop com base em diodo laser pulsada para monitoramento de lavagem e lavagem de corante em vasculatura cortical de ratos

Um sistema laser pulsado compacto do tomography fotoacústica do desktop (PLD-Pat) é demonstrado para A imagem latente dinâmica in vivo de alta velocidade do vasculature cortical animal pequeno.

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

A tomografia fotoacoustic, ou PAT, é uma modalidade de imagem biomédica híbrida de imagem, combinando imagens ópticas e ultrassom para monitoramento de mudanças dinâmicas em cérebros de animais de pequeno porte. Este é um sistema de imagem portátil de alta velocidade que usa velocidade de imagem tão curta quanto meio segundo. Demonstrando o procedimento com Sandeep estarão Praveen, um estudante de doutorado, Dr. Paul, um pesquisador, e Rhonnie, um assistente de pesquisa.Comece montando todos os transdutores de ultrassom de elemento único em cada suporte de transdutor um de cada vez, de tal forma que a superfície de cada refletor acústico se descanse em direção ao centro da área de varredura. Use cabos de conexão para conectar cada cabo transdutor ao amplificador de sinal de baixo ruído. Ligue a fonte de alimentação do refrigerador e ligue o interruptor de refrigerador para definir a temperatura entre 20 e 25 graus Celsius.Ligue a fonte de alimentação de baixa tensão e gire lentamente o controle da corrente para 0,3 amperes. Defina a tensão para 12 volts e verifique se a corrente não excede 0,1 amp. Ligue a fonte de alimentação de alta tensão e pressione o botão predefinido para definir a corrente em um amplificador e a tensão a zero volts.Habilite o botão de saída e ligue a fonte de alimentação do gerador de funções. Pressione o botão de recall e selecione uma configuração de dois quilohertz para gerar os pulsos de laser nesta taxa de repetição. Coloque o tanque de acrílico dentro do scanner e encha o tanque com água até que as superfícies de detecção dos transdutores estejam completamente imersas.Em seguida, ligue a fonte de alimentação do amplificador de sinal de baixo ruído. Coloque o rato anestesiado na posição propensa na bancada. Depois de confirmar a falta de resposta ao aperto do dedo do pé, use um aparador de cabelo para remover a pele no couro cabeludo.Aplique suavemente creme depilatório para remover a pele completamente da pele exposta usando um cotonete para remover o creme após quatro a cinco minutos. Aplique pomada aos olhos do animal e monte um suporte animal feito sob medida equipado com uma máscara de respiração em um macaco de laboratório. Coloque o rato na posição propensa no suporte com a cabeça descansando na plataforma horizontal do suporte.Use fita cirúrgica para fixar o animal no suporte. Fixar o oxímetro de pulso em um membro traseiro para monitorar sua condição fisiológica. Use um aplicador de ponta de algodão para aplicar uma camada de gel de ultrassom incolor no couro cabeludo.Em seguida, ajuste a posição do macaco de laboratório para o centro do scanner. Ajuste a altura da tomada manualmente para que o plano de imagem esteja no centro do refletor acústico. Depois de definir os parâmetros no software de aquisição de dados para uma varredura de aquisição de 360 graus, permita que a saída do gerador de função ligue a emissão de laser de diodo a laser pulsado.Aumente lentamente a tensão da fonte de alimentação variável de alta tensão para 120 volts para energia máxima por pulso. Execute o programa de software de aquisição de dados para girar todos os oito transdutores 360 graus durante um tempo de varredura de quatro segundos. Desabilitar a saída do gerador de função para desligar a emissão de laser.Usando o algoritmo de reconstrução no software de processamento de dados, determine o raio de digitalização de todos os oito transdutores por tentativa e erro, usando o algoritmo de projeção traseira. Defina os parâmetros no software de aquisição de dados para uma aquisição de 45 graus durante um tempo de varredura de 0,5 segundo. Habilite a saída do gerador de função para ligar a emissão de laser.Execute o programa de software de aquisição de dados para girar todos os oito transdutores 45 graus para obter os dados de controle inicial. Desabilitar a saída do gerador de função para desligar a emissão de laser. Em seguida, injete 0,3 mililitros de verde indocyanina na veia traseira do rato.Habilite a saída do gerador de função para ligar a emissão de laser. Em seguida, execute o software de aquisição de dados para adquirir linhas A ao longo de um tempo de varredura de 0,5 segundo em uma rotação de 45 graus. No final da aquisição, use o algoritmo de projeção traseira para reconstruir a imagem do cérebro transversal das linhas A salvas.Aqui, imagens cerebrais de um rato fêmea de 98 gramas, coletadas a velocidades de varredura de 4 e 0,5 segundos são mostradas. O seio sagital e o seio de transferência são claramente visíveis em ambas as imagens. As fotografias mostram a mesma região do cérebro de rato antes e depois de remover o couro cabeludo.A tomografia fotoacâmica pode alcançar a mesma visualização não invasivamente com a pele e o crânio intactos. Nesta trama, aumenta o sinal fotoacústico médio no seio sagital devido a aumentos e posteriormente diminui na absorção óptica pelo verde indocyanina a 860 comprimentos de onda de nanômetros ao longo do tempo podem ser observados. Tome sempre cuidado extra ao injetar o corante ICG na veia traseira do animal.Este sistema de tomografia fotoacosa de desktop de baixo custo pode ser usado para a imagem dinâmica de vasculaturas cerebrais de pequenos animais com alta resolução especial a 0,5 segundos de velocidade de varredura. Outras aplicações deste sistema de imagem incluem imagem de tumor cerebral, a imagem de diferentes órgãos em animais pequenos e outras aplicações terapêuticas.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Tridimensional Optical resolução Microscopia Fotoacústica

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

Bioengenharia

Detection and Isolation of Circulating Melanoma Cells using Photoacoustic Flowmetry

Detecção e isolamento de células de melanoma circulantes usando Fluxometria Fotoacústica

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

Oftalmoscopia Fotoacústica integrada e Spectral-domínio Tomografia de Coerência Óptica

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

Citometria de massa: Protocolo para Ajuste Diário e amostras de células em execução em um citômetro de Massa 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

Reconstruções anatômicas do sistema venoso cardíaco humano usando contraste Tomografia computadorizada de Amostras de perfusão-fixados

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 fotoacústica

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

Produção de nanopartículas metálicas por ablação a laser pulsada em líquidos: uma ferramenta para estudar as propriedades antibacterianas das nanopartículas

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

Microscopia fotoacústica de resolução acústica e óptica comutável para<em&gt; In Vivo</em&gt; Imagem de Vasculatura de Sangue de Pequeno Animal

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

Um sistema de tomografia fotoacústica compacta de alto desempenho para<em&gt; In Vivo</em&gt; Imagem de cérebro de animais pequenos

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

Posicionamento adequado e a contenção de um membro posterior de ratos para concentrado de alta resolução de imagem de osso usando Microarquitetura na Vivo Microtomografia computadorizada

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 ...