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

Forskningen stöds av Singapores hälso Vårds ministeriets nationella medicinska forsknings råd (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). Författarna vill tacka Mr Chow WAI Hoong Bobby för maskin verkstad stöd.

Alla djur försök utfördes i enlighet med de rikt linjer och förordningar som godkänts av den institutionella djur vård och användning kommitté Nanyang Technological University, Singapore (djur protokoll nummer ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Beskrivning av systemet
<ol><li>Montera PLD-lasern i den cirkulära skannern och montera den optiska diffusorn (OD) framför PLD-utpasfönstret för att göra utgångs strålen homogen, som visas i figur 1a. Anslut PLD till l...

<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>

Detta arbete presenterar ett protokoll för att använda en stationär PLD-PAT-system för att genomföra experiment på små djur som råttor för in vivo hjärn avbildning och dynamisk snabb-upptag och clearance process av kontrast medel som ICG. Skrymmande, dyra OPO-PAT-system tar flera minuter (2-5 min) att förvärva en enda tvärsnitts in vivo-bild. En kompakt, låg kostnad, första generationens bärbara PLD-PAT-system ger enkel tvärsnitts in vivo bilder i 5 s. I kontrast, en hög-fart, kompakt, låg-kostnad desk...

Photoacoustic datortomografi (Pact/Pat) är en lovande icke-invasiv biomedicinsk avbildning modalitet kombinerar rik optisk kontrast med hög ultrasond upplösning1,2,3,4, 5. När en nanosekund Pulsade laser insättningar energi på ljusabsorberande kromophores finns inuti någon biologisk vävnad, lokala temperaturökningar leder till termoelastisk expansion och sammandragning av vävnaden, vilket resulterar i generering av Tryck vågor. Dessa tryck vågor kallas ultraljud vågor eller photoacoustic (PA) vågor, som kan detekteras av ultraljud givare runt provet. De upptäckta pa signalerna rekonstrueras med hjälp av olika rekonstruktion algoritmer6,7,8,9 för att generera tvärsnitts pa bilder. PA Imaging ger strukturell och funktionell information från makroskopiska organ till mikroskopiska organeller på grund av våg längden beroende av endogena kromophores närvarande inuti kroppen10. PAT Imaging har framgångs rikt använts för bröst Cancer upptäckt1, Sentinel lymf körtel avbildning11, kart läggning av oxyhemoglobin (HbO2), deoxyhemoglobin (HBR), totalt hemoglobin koncentration (HBT), syremättnad (so och 2) 12 av de , 13, tumör angiogenes14, små djur hela kroppen Imaging15, och andra tillämpningar.
Nd: YAG/OPO lasrar är konventionella excitation källor för första generationen PAT-system som används i stor utsträckning i photoacoustic gemenskap för små djur avbildning och djup vävnad Imaging16. Dessa lasrar ger ~ 100 mJ energi pulser vid låga repetitions hastigheter på ~ 10-100 Hz. PAT-bildbehandlings system som använder dessa kostsamma och skrymmande lasrar lämpar sig inte för höghastighets avbildning med ultraljudstranstorer (SUTs), på grund av den begränsade puls repetitions hastigheten. Detta hämmar real tids övervakning av fysiologiska förändringar som sker vid höga hastigheter inne i djuret. Med hjälp av array-baserade givare som linjära, semi-cirkulär, cirkulär, och volymetriska arrayer med nd: YAG laser excitation, är höghastighets avbildning möjligt. Dessa mat ris givare är dock dyra och ger lägre känslighet jämfört med SUTs; men bild hastigheten begränsas av laserns låga repetitions hastighet. State-of-the-art enda impuls PACT system med anpassade full-ring array givare få PA-data på 50 Hz bild frekvenser17. Dessa array givare behöver komplexa back-end emot elektronik och signal förstärkare, vilket gör det övergripande systemet dyrare och svårare för klinisk användning.
Deras kompakta storlek, lägre kostnads krav och högre puls repetitions hastighet (i storleksordningen KHz) gör pulsade laserdioder (PLDs) mer lovande för Real tids avbildning. På grund av dessa fördelar används PLDs aktivt som en alternativ excitation källa i andra generationen PAT-system. PLD-baserade Pat-system har framgångs rikt demonstrerats för bild Rute hastighet med hjälp av mat ris givare18, djup vävnad och hjärn avbildning19,20,21, kardiovaskulär sjukdoms diagnos22 , och reumatologiska diagnos23. Eftersom SUTs är mycket känsligt och billigare jämfört med mat ris givare används de fortfarande flitigt för PAT-avbildning. Fiberbaserat PLD-system har visats för fantom avbildning24. Ett bärbart PLD-PAT-system har visats tidigare genom att montera PLD inuti PAT-skannern25. Med en SUT cirkulär scanner, Phantom Imaging utfördes under 3 s av skannings tid, och in vivo råtta hjärn avbildning utfördes under en 5 s period med detta PLD-PAT system19.
Dessutom har förbättringar gjorts till detta PLD-Pat-system för att göra det mer kompakt och skapa en stationär modell med åtta akustiska reflektor-baserade Single-element ultraljud givare (sutrs)26,27. Här placerades SUTs i en vertikal i stället för horisontell riktning med hjälp av en 90° akustisk reflektor28. Detta system kan användas för skannings tider på upp till 0,5 s och ~ 3 cm djup i vävnads avbildning och in vivo små djur hjärn avbildning. I detta arbete, detta skriv bord PLD-Pat-system används för att ge visuell demonstration av experiment för in vivo hjärn avbildning hos små djur och för dynamisk visualisering av upptag och clearance process av Food and Drug Administration (FDA)-godkänd indocyaningrönt grönt (ICG) färg ämne i rått hjärnor.

<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

Fotoakustisk (PA) tomografi (PAT) Imaging är en framväxande biomedicinsk avbildning modalitet användbar i olika prekliniska och kliniska tillämpningar. Skräddarsydda cirkulär ring array-baserade givare och konventionella skrymmande nd: YAG/OPO lasrar hämmar översättningen av PAT-systemet till kliniker. Ultrakompakt pulsad laserdioder (PLDs) används för närvarande som en alternativ källa för nära infraröd excitation för PA Imaging. Snabb dynamisk in vivo Imaging har visats med hjälp av ett kompakt PLD-baserat Desktop PAT-system (PLD-PAT). Ett visualiserat experimentellt protokoll som använder Skriv bordets PLD-PAT-system tillhandahålls i detta arbete för dynamisk hjärn avbildning in vivo. Protokollet beskriver Skriv bordet PLD-Pat system konfiguration, beredning av djur för hjärn kärl avbildning, och förfarande för dynamisk visualisering av indocyaningrönt grön (ICG) färgupptagningsförmåga och clearance process i råtta kortikala kärl.

Potentialen i det beskrivna Skriv bordet PLD-PAT-systemet för dynamisk in vivo hjärn avbildning har visats i detta protokoll med motsvarande resultat. Hög-fart tänkbar anlagen om desktopen PLD-PAT system var bevisat vid utförande i vivo hjärna tänkbar av frisk kvinno-råtta. PA-signaler samlades in med hjälp av åtta Sutr roterande i 360 ° och 45 ° runt råtta hjärnan vid skannings hastigheter på 4 s och 0,5 s, respectively. Figur 2A, B Visa hjärn bilder av e...

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

Pulsad laserdiod-baserade Desktop Photoacoustic tomografi för övervakning Wash-in och Wash-out av Dye i råtta kortikal Vasculature

En kompakt pulsad laserdiodbaserad stationär fotoakustisk tomografi (PLD-PAT)-system demonstreras för snabb dynamisk in vivo-avbildning av små animaliska kortikala kärl.

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

Fotoakustisk tomografi, eller PAT, är en bildbehandling hybrid biomedicinsk bildbehandling modalitet, som kombinerar både optisk och ultraljud imaging för övervakning av dynamiska förändringar i små djur hjärnor. Detta är en kostnadseffektiv, bärbar hög hastighet bildhanteringssystem som använder bildframställning hastighet så kort som en halv sekund. Demonstrera förfarandet med Sandeep kommer att Praveen, en doktorand, Dr.Paul, en forskare, och Rhonnie, en forskningsassistent.Börja med att montera alla enda element ultraljud givare på varje givare innehavaren en i taget, så att ytan av varje akustisk reflektor ansikten mot mitten av skanningsområdet. Använd anslutningskablar för att ansluta varje givarekabel till signalförstärkaren med lågt brus. Slå på kylaggregatets strömförsörjning och sätt på kylaggregatsbrytaren för att ställa in temperaturen mellan 20 till 25 grader Celsius.Koppla på strömförsörjningen för lågspänning och vrid långsamt strömreglaget till 0,3 ampere. Ställ in spänningen på 12 volt och verifiera att strömmen inte överstiger 0,1 amp. Koppla på högspänningsströmsaggregatet och tryck på knappen för förinställd för att ställa in strömmen på en amp och spänningen till noll volt.Aktivera utmatningsknappen och koppla på strömförsörjningen av funktionsgeneratorn. Tryck på återkallningsknappen och välj en två kilohertzkonfiguration för att generera laserpulserna med denna repetitionshastighet. Placera akryltanken inuti skannern och fyll tanken med vatten tills de upptäckande ytorna på omvandlarna är helt nedsänkta.Slå sedan på strömtillförseln för signalförstärkaren med lågt brus. Placera den sövda råttan i utsatt position på arbetsbänken. Efter att ha bekräftat en brist på svar på tå nypa, använd en hårtrimmer för att ta bort pälsen i hårbotten.Applicera försiktigt depilatory grädde för att ta bort pälsen helt från den exponerade huden med hjälp av en bomullspinne för att ta bort krämen efter fyra till fem minuter. Applicera salva på djurs ögon och montera en skräddarsydd djurhållare utrustad med andningsmask på ett labbjack. Placera råttan i benäget läge på hållaren med huvudet vilande på hållarens horisontella plattform.Använd kirurgisk tejp för att säkra djuret till hållaren. Kläm fast pulsoximetern på en bakben för att övervaka dess fysiologiska tillstånd. Använd en bomullspetsad applikator för att applicera ett lager av färglös ultraljudsgel till hårbotten.Justera sedan lab jack position till mitten av skannern. Justera höjden på domkraften manuellt så att bildplanet står i centrum av den akustiska reflektorn. Efter att ha satt parametrarna i dataanskaffningsprogramvaran för en 360 graders förvärvsskanning, gör det möjligt för produktionen av funktionsgeneratorn att slå på den pulsade laserdiodlaserutsläppen.Långsamt öka spänningen i variabel högspänningseffekt tillförseln till 120 volt för maximal per puls energi. Kör programmet datainsamling programvara för att rotera alla åtta av de givare 360 grader under en fyra sekunders skanning tid. Inaktivera utdata från funktionsgeneratorn för att stänga av laserutsläppet.Med hjälp av rekonstruktionsalgoritmen i databehandlingsprogrammet, bestäm skanningsradien för alla åtta av omvandlarna genom trial and error, med hjälp av back-projektionsalgoritmen. Ange parametrarna i dataanskaffningsprogramvaran för en 45 graders anskaffning under en 0,5 sekunders skanningstid. Gör det möjligt för utdata från funktionsgeneratorn att slå på laserutsläppet.Kör programmet för dataanskaffningsprogram för att rotera alla åtta av givaren 45 grader för att få de första kontrolldata. Inaktivera utdata från funktionsgeneratorn för att stänga av laserutsläppet. Därefter injicerar du 0,3 milliliter indocyaningrön i råttans svansven.Gör det möjligt för utdata från funktionsgeneratorn att slå på laserutsläppet. Kör sedan datainsamlingsprogramvaran för att förvärva A-linjer under en 0,5 sekunders skanningstid i en 45 graders rotation. I slutet av förvärvet, använd back-projektion algoritm för att rekonstruera tvärsnittshjärnbilden från de sparade A-linjer.Här visas hjärnbilder från en 98 gram honråtta, som samlats in vid fyra och 0,5 sekunders skanningshastigheter. Den sagittala sinus och överföringen sinus syns tydligt i båda bilderna. Fotografierna visar samma region i råtthjärnan före och efter att ha tagit bort hårbotten.Photoacoustic tomografi imaging kan uppnå samma visualisering noninvasively med huden och skallen intakt. I denna tomt, ökningar i den genomsnittliga fotoakustiska signalen i sagittal sinus på grund av ökningar och därefter minskar i den optiska absorptionen genom indocyaningrön vid 860 nanometer våglängder över tiden kan observeras. Var alltid extra försiktig när du injicerar ICG-färgämnet i djurets svansven.Denna låga kostnad skrivbord fotoakustisk tomografi system kan användas för dynamisk avbildning av små djur hjärnan vasculatures med hög särskild upplösning på 0,5 sekunder scan hastighet. Andra tillämpningar av detta bildsystem inkluderar hjärna tumöravbildning, avbildning av olika organ i små djur och andra terapeutiska tillämpningar.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Tredimensionell optisk upplösning photoacoustic Mikroskopi

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

Upptäckt och isolering av cirkulerande melanomceller med photoacoustic Flowmetry

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

Integrerad fotoakustisk oftalmoskopi och Spectral-domän optisk koherens tomografi

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

Mass Cytometry: Protokoll för Daily Tuning och kör prover cell på en CyTOF Mass Cytometer

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

Anatomiska Rekonstruktioner av Human Cardiac vensystemet med Contrast-datortomografi av Perfusion-fasta prover

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

Photoacoustic Cystography

Photoacoustic cystografi

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

Produktion av metall nanopartiklar genom pulserad laserablation i vätskor: Ett verktyg för att studera de antibakteriella egenskaperna hos nanopartiklar

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

Bytbar akustisk och optisk upplösning Photoacoustic Microscopy for<em&gt; In vivo</em&gt; Blodvasculature Imaging

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

Ett högpresterande kompaktfotoakustiskt tomografisystem för<em&gt; In vivo</em&gt; Små djurhårbilder

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

Korrekt positionering och återhållsamhet av en råtta bakben för fokuserad högupplöst avbildning av ben-mikroarkitektur med In Vivo Micro-datortomografi

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 ...