Summary
Een compacte Pulsed laser diode-gebaseerde desktop fotoakoestische tomografie (PLD-PAT) systeem is aangetoond voor High-Speed dynamische in vivo beeldvorming van kleine dierlijke corticale vasculatuur.
Abstract
Fotoakoestische (PA) tomografie (PAT) Imaging is een opkomende biomedische Imaging modaliteit nuttig in verschillende preklinische en klinische toepassingen. Op maat gemaakte circulaire ring array-gebaseerde transducers en conventionele omvangrijke ND: YAG/OPO lasers remmen de vertaling van het PAT-systeem naar klinieken. Ultra-compacte gepulseerde laser diodes (PLDs) worden momenteel gebruikt als een alternatieve bron van near-infrarood excitatie voor PA Imaging. High-Speed dynamic in vivo imaging is aangetoond met behulp van een compact PLD-based desktop PAT-systeem (PLD-PAT). Een gevisualiseerd experimenteel protocol met behulp van de Desktop PLD-PAT systeem is voorzien in dit werk voor dynamic in vivo Brain Imaging. Het protocol beschrijft de Desktop PLD-PAT systeemconfiguratie, de voorbereiding van het dier voor de hersenen vasculaire beeldvorming, en de procedure voor dynamische visualisatie van indocyanine Green (ICG) kleurstof opname en klaring proces in de rat corticale vasculatuur.
Introduction
Fotoakoestische computertomografie (pact/Pat) is een veelbelovende niet-invasieve biomedische Imaging modaliteit combinatie van rijk optisch contrast met hoge ultrasond resolutie1,2,3,4, 5. Wanneer een nanoseconde doordringt gepulseerde Laser deposito's energie op licht absorberende chromophores aanwezig in een biologisch weefsel, lokale temperatuurstijgingen die leiden tot thermoelastic expansie en samentrekking van het weefsel, wat resulteert in de productie van drukgolven. Deze drukgolven staan bekend als ultrasone golven of fotoakoestische (PA) golven, die kunnen worden gedetecteerd door ultrasone omvormers rond het monster. De gedetecteerde pa signalen worden gereconstrueerd met behulp van verschillende wederopbouw algoritmen6,7,8,9 tot cross-sectionele pa beelden te genereren. PA Imaging biedt structurele en functionele informatie van macroscopische organen aan microscopische organellen als gevolg van de golflengte afhankelijkheid van endogene chromophores aanwezig in het lichaam10. PAT Imaging is met succes gebruikt voor de opsporing van borstkanker1, Sentinel lymfeklieren Imaging11, mapping van oxyhemoglobine (HBO2), deoxyhemoglobin (HbR), totale hemoglobineconcentratie (HbT), zuurstofverzadiging (dus 2) 12 , 13, tumor bloedvat14, kleine dierlijke hele lichaam Imaging15, en andere toepassingen.
ND: YAG/OPO lasers zijn conventionele excitatie bronnen voor de eerste generatie PAT systemen die op grote schaal worden gebruikt in de fotoakoestische Gemeenschap voor kleine dierlijke beeldvorming en Deep tissue Imaging16. Deze lasers bieden ~ 100 mJ energie pulsen bij lage herhalings percentages van ~ 10-100 Hz. De PAT imaging systemen met behulp van deze dure en volumineuze lasers zijn niet geschikt voor high-speed imaging met single-element echografie transducers (SUTs), als gevolg van de beperkte Pulse herhaling tarief. Dit remt real-time monitoring van fysiologische veranderingen die zich bij hoge snelheden in het dier. Met behulp van array-gebaseerde transducers zoals lineaire, semi-circulaire, circulaire, en volumetrische arrays met ND: YAG laser excitatie, high-speed imaging is mogelijk. Echter, deze array transducers zijn duur en bieden lagere gevoeligheden ten opzichte van SUTs; Toch is de Imaging snelheid beperkt door de lage herhaling tarief van de laser. Ultramoderne single-impuls PACT-systemen met aangepaste Full-ring array transducer verkrijgen van de PA gegevens op 50 Hz frame rates17. Deze array transducers moeten complexe back-end ontvangen van elektronica en signaal versterkers, waardoor het algehele systeem duurder en moeilijk voor klinisch gebruik.
Hun compacte formaat, lagere kosten eisen, en hogere Pulse herhaling tarief (volgorde van KHz) te maken gepulseerde laser diodes (PLDs) meer veelbelovend voor real-time Imaging. Door deze voordelen, PLDs worden actief gebruikt als een alternatieve excitatie bron in de tweede generatie PAT systemen. PLD-based Pat-systemen zijn aangetoond met succes voor high-frame rate Imaging met behulp van array transducers18, diep-weefsel en de hersenen Imaging19,20,21, cardiovasculaire ziektediagnose22 , en Reumatologie diagnose23. Als SUTs zijn zeer gevoelig en minder duur in vergelijking met array transducers, ze zijn nog steeds veelvuldig gebruikt voor PAT Imaging. Fiber-based PLD systeem zijn aangetoond voor Phantom Imaging24. Een draagbaar PLD-PAT systeem is eerder aangetoond door de montage van de PLD in de PAT scanner25. Met een SUT circulaire scanner, Phantom Imaging werd uitgevoerd tijdens 3 s van de scantijd, en in vivo rat Brain Imaging werd uitgevoerd tijdens een periode van 5 s met behulp van dit PLD-PAT systeem19.
Verder zijn er verbeteringen aangebracht in dit PLD-Pat systeem om het compacter te maken en een desktop model te maken met acht akoestische reflector-gebaseerde single-element Ultrasound transducers (SUTRs)26,27. Hier werden SUTs geplaatst in een verticale in plaats van horizontale richting met behulp van een 90° akoestische reflector28. Dit systeem kan worden gebruikt voor scantijden van maximaal 0,5 s en ~ 3 cm diep in weefsel Imaging en in vivo kleine dierlijke hersen beeldvorming. In dit werk, dit bureaublad PLD-PAT-systeem wordt gebruikt om de visuele demonstratie van experimenten voor in vivo Brain Imaging in kleine dieren en voor dynamische visualisatie van de opname en goedkeuring proces van Food and Drug Administration (FDA)-goedgekeurde indocyanine groen (ICG) kleurstof in rat hersenen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle dierproeven werden uitgevoerd volgens de richtlijnen en verordeningen goedgekeurd door de Institutional Animal zorg en het gebruik Comite van Nanyang technologische universiteit, Singapore (Animal protocol nummer ARF-SBS/NIE-A0331).
1. Beschrijving van het systeem
- Monteer de PLD laser in de circulaire scanner en monteer de optische diffusor (OD) voor het PLD exit venster om de uitgangs straal homogeen te maken, zoals weergegeven in Figuur 1a. Sluit de PLD aan op de laser driver unit (LDU).
Opmerking: de PLD genereert ~ 816 nm golflengte pulsen, pulsen van ~ 107 NS in duur, en tot een 2 KHz herhaling tarief met een maximale puls energie van ~ 3,4 mJ. De LDU bestaat uit chiller, 12 V voeding, variabele hoogspanning voeding om de laser macht controle, en functiegenerator om de puls herhaling tarief te veranderen. - Monteer alle acht SUTRs op elke SUTR houder een-voor-een zodanig dat het oppervlak van elke akoestische reflector gezichten naar het midden van het scangebied, zoals weergegeven in Figuur 1b. Sluit elke SUTR kabel aan op de signaal versterker met geringe geluidssterkte met behulp van aansluitkabels.
Opmerking: de centrale frequentie van de ultrasone transducer is 5 MHz en heeft een 13 mm diameter actief gebied. Twee versterkers elk van 24 dB Gain zijn aangesloten in serie voor elk kanaal. - Schakel de stroomtoevoer van de chiller in en zet vervolgens de schakelaar van de chiller in om de temperatuur tussen 20 °C en 25 °C in te stellen.
- Schakel het aanbod van de laagspanningsvoeding in en draai de huidige regelaar langzaam om de huidige limiet in te stellen op 0,3 A. Stel de spanning in op 12 V. Controleer of de stroom niet hoger is dan 0,1 A.
- Schakel de toevoer van de hoogspannings stroom in. Druk op de "Preset" knop en stel de huidige op 1 A en spanning op 0 V. enable de "output" knop: 0 V/0 A.
- Schakel de voeding van de functiegenerator in. Druk op de "recall" knop en kies een 2 KHz configuratie om de laserpulsen te genereren op dit herhalings percentage.
- Plaats acryl tank in de scanner zoals weergegeven in Figuur 1a en vul de tank met water zodanig dat het detecteren oppervlak van de SUTRs zijn volledig ondergedompeld in het water.
- Zorg ervoor dat alle SUTRs detecteren oppervlakken zijn in het water medium. Schakel de voeding van de geluidssignaal versterker in.
2. dierlijke voorbereiding voor rat Brain Imaging
Opmerking: gezonde vrouwelijke ratten (Zie tabel van materialen) werden gebruikt om de hierboven beschreven Desktop PLD-Pat-systeem voor de beeldvorming kleine dierlijke corticale vasculatuur aan te tonen.
- Houd het dier op zijn rug door het arresteren van het hoofd en het lichaam beweging. Verdoven het dier door intraperitoneale injectie van een mengsel van 2 mL ketamine (100 mg/mL), 2 mL xylazine (20 mg/mL) en 1 mL zoutoplossing (dosering van 0,2 mL/100 g).
Nota: na de injectie, wordt de teen van het dier geknepen om voor om het even welke positieve reflexen zoals been of lichaamsbewegingen, vocalisatie, of duidelijke verhogingen van ademhalingen te testen. Het ontbreken van dergelijke reflex acties bevestigt succesvolle anesthetization van het dier. - Om te voorkomen dat droogte als gevolg van anesthesie en laser verlichting, zeer zorgvuldig van toepassing kunstmatige traan zalf aan de rat ogen. Plaats het dier in gevoelige positie op de werkbank en verwijder de vacht op de hoofdhuid van het dier met behulp van een tondeuse en zachtjes van toepassing Ontharingscrème op de geschoren gebied en verwijder de vacht volledig.
- Na 4 – 5 min, verwijder de toegepaste crème met behulp van een wattenstaafje.
- Monteer de op maat gemaakte dier houder (Zie de lijst van materialen) uitgerust met een ademhalingsmasker (Zie de lijst van materialen) op een Lab-Jack.
- Plaats het dier in een gevoelige positie op de houder, zodat het hoofd berust op het horizontale platform van de houder. Gebruik chirurgische tape om het dier te beveiligen aan de houder.
- Zorg ervoor dat het ademhalingsmasker de neus en de mond van de rat behandelt om anesthesie mengsel te leveren. De ademhaling masker is aangepast aan de Imaging venster past. 10% van de in de handel verkrijgbare neuskegel wordt gesneden en vervolgens aangesloten op een stuk handschoen.
- Sluit het ademhalingsmasker aan op de anesthesie machine voordat u deze inschakelt.
- Schakel de anesthesie machine en zet deze op verdoving mengsel met 1,0 L/min van zuurstof met 0,75% Isofluraan aan de dierlijke ademhaling masker te leveren.
- Klem de puls Oximeter aan een van de achterpoten van het dier om de fysiologische toestand te controleren.
- Breng een laag van kleurloze echografie gel op de hoofdhuid van de rat met behulp van een katoen getipt applicator. Pas de Lab-Jack positie aan het midden van de scanner aan en pas de hoogte van de Lab-aansluiting handmatig aan zodat het beeldvlak zich in het midden van de akoestische reflector bevindt.
3. Dynamic in vivo beeldvorming van opname en klaring proces van ICG in de rat hersenen
- Stel de parameters in de Data Acquisition software (Zie de lijst van materialen) voor een 360 ° acquisitie scan.
- Zet de PLD Laser emissie door het inschakelen van de output van de functiegenerator (laser emissie zal starten). Dan, Verhoog langzaam de voltage van de veranderlijke hoogspanning machtslevering aan 120 V voor maximum per impulsenergie.
- Voer de Data Acquisition software (Zie de tabel van materialen) programma om alle acht SUTRs draaien in 360 ° over een 4 s scantijd.
Opmerking: als de SUTRs bijvoorbeeld voor 4s worden gedraaid, levert de PLD 8.000 (= 4 x 2.000) pulsen en elke SUTR verzamelt 8000 A-lijnen. Deze 8.000 A-lijnen worden gereduceerd tot 400 door middel van meer dan 20 signalen (na gemiddeld A-lijnen = 8000/20 = 400). Een reconstructie programma op basis van vertraging-en-Sum back projectie-algoritme wordt gebruikt om uit te vinden het scannen straal van elke SUTR. - Schakel de output van de functiegenerator uit om de laser emissie uit te schakelen.
- Gebruikend het algoritme van de wederopbouw in gegevens-verwerkingssoftware (Zie lijst van materialen) vind de het aftasten straal van alle acht SUTRs door proef-en-fout, gebruikend het achter-projectie algoritme.
- Stel de parameters in de Data Acquisition software (Zie tabel van materialen) voor 45 ° acquisitie over een 0,5 s scantijd.
Opmerking: bijvoorbeeld, als de SUTRs worden gedraaid voor 0,5 s, de PLD levert 1.000 (= 0,5 x 2.000) pulsen en elke SUTR verzamelt 1000 A-lijnen. Deze 1.000 A-lijnen worden gereduceerd tot 400 door middel van meer dan 20 signalen (na gemiddeld A-lijnen = 1000/20 = 50). - Schakel de output van de functiegenerator in om de laser emissie in te schakelen.
- Voer de Data Acquisition software (Zie tabel van materialen) programma om alle acht SUTRs in 45 ° draaien om de eerste controlegegevens te verkrijgen voordat het beheer van ICG.
- Schakel de output van de functiegenerator uit om de laser emissie uit te schakelen.
- Identificeer de staart ader van het dier en injecteren 0,3 mL ICG (Zie tabel van materialen) (323 μM) in de staart ader van de rat.
4.
Opmerking: 1,25 mg ICG poeder werd gewogen met behulp van een micro-weegmachine en gemengd met 5 mL gedestilleerd water om een concentratie van 323 μM voor de ICG oplossing te verkrijgen.
- Schakel de output van de functiegenerator in om de laser emissie in te schakelen.
- Voer de Data Acquisition software (Zie tabel van materialen) programma om a-lijnen te verwerven over een 0,5 s scantijd in 45 ° rotatie.
5.
Opmerking: A-lijnen verworven tijdens een 0,5 s scantijd worden gebruikt om een cross-sectionele beeld te genereren. Er is tijdhiaat van ~ 0.4-0.6 s tussen elke scan.
- Na de data-acquisitie is voorbij, met behulp van de back-projectie algoritme in data processing software (Zie tabel van materialen), reconstrueren de cross-sectionele hersen beeld van de opgeslagen A-lijnen.
- Zet de laser en vervolgens uit te schakelen anesthesie machine, lager de Lab-Jack en verwijder het dier uit het podium. Breng het dier terug naar de kooi en monitor totdat het bewustzijn herwint.
Figuur 1: schematische van de Desktop PLD-Pat-systeem. (A) schematische van het bureaublad PLD-Pat ingesteld. PLD: gepulseerde laser diode, OD: optische diffuser, SUTR: akoestische reflector gebaseerd single-element echografie transducer, AM: anesthesie machine, CSP: circulaire scannen plaat, SM: Stappenmotor, LDU: Laser Driving unit, AMP: versterker, DAQ: data acquisitie kaart. (B) circulaire opstelling van acht SUTRs rond het scancentrum. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De potentie van het beschreven Desktop PLD-PAT systeem voor dynamic in vivo Brain Imaging is in dit protocol met overeenkomstige resultaten tentoongesteld. High-speed imaging vermogen van de Desktop PLD-PAT-systeem werd aangetoond door het uitvoeren van in vivo hersen beeldvorming van gezonde vrouwelijke ratten. PA signalen werden verzameld met behulp van acht SUTRs roterende in 360 ° en 45 ° rond de rat hersenen bij scansnelheden van 4 s en 0,5 s, respectievelijk. Figuur 2a, B tonen hersen beelden van een vrouwelijke rat (98 g) bij scansnelheden van 4 s en 0,5 s, respectievelijk. Sagittale sinus (SS) en transversale sinus (TS) zijn duidelijk zichtbaar in zowel de beelden. Figuur 2c , D Toon foto's van de rat hersenen voor en na het verwijderen van de hoofdhuid over de hersenengebied, respectievelijk. PAT Imaging werd niet-invasief gedaan met intacte huid en schedel.
Figuur 2: niet-invasieve in vivo Desktop PLD-Pat beelden. In vivo beelden van corticale vasculatuur bij scantijden van (a) 4 s en (B) 0,5 s. SS: sagittale sinus, TS: transversale sinus. (C) en (D) zijn foto's van de rat hersenen voor en na het verwijderen van de hoofdhuid, respectievelijk. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Alvorens ICG in de staart ader van de zelfde rat te injecteren, werden de controlegegevens verworven. Na het injecteren van ICG, PA data werd continu verworven voor de eerste 5 min met een 0,5 scantijd. Dan, PA gegevens werd verworven op ~ 2-3 min intervallen met 0,5 s scan keer per stuk voor de volgende 15-20 min. Figuur 3 toont de plot die de verhogingen van de gemiddelde pa-signaal in de sagittale sinus (SS) als gevolg van verhogingen van de optische absorptie door ICG op 816 nm golflengten, en vervolgens, daalt in de tijd.
Figuur 3: farmacokinetiek van ICG. Farmacokinetiek van ICG die het opname-en goedkeuringsproces tonen. Het rode teken van de pijl toont de tijd van injectie van ICG in de staart ader. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit werk presenteert een protocol om een desktop PLD-PAT-systeem te gebruiken voor het uitvoeren van experimenten op kleine dieren zoals ratten voor in vivo hersen beeldvorming en dynamische snelle opname en ontruiming proces van contrastmiddelen zoals ICG. Omvangrijke, dure OPO-PAT systemen nemen enkele minuten (2-5 min) om een enkele cross-sectionele in vivo beeld te verwerven. Een compacte, goedkope, eerste generatie draagbare PLD-PAT systeem biedt enkele cross-sectionele in vivo beelden in 5 s. In tegenstelling, een hoge snelheid, compact, Low-cost Desktop PLD-PAT-systeem maakt een hoge kwaliteit 2D cross-sectionele in vivo beeld in slechts 0,5 s26. Hier werd dezelfde Desktop PLD-PAT systeem aangetoond voor een snelle in vivo Dynamic Brain Imaging. Gebruikend dit systeem, wordt de ononderbroken controle van snel veranderende fysiologische fenomenen uitgevoerd binnen kleine dieren voor een snelle stijging en een daling van PA signalen toe te schrijven aan ICG opname en ontruimings processen. Echter, PLDs hebben een paar beperkingen, zoals enkele golflengte generatie, die functionele beeldvorming verbiedt. Bovendien, is de veelvoudige golflengte verlichting nodig voor het verwerven van de functionele informatie. Ook, Imaging diepte is beperkt als gevolg van een lage per-puls energie van PLD, die kunnen worden omzeild met behulp van exogene fotoakoestische contrastmiddelen voor het verbeteren van de Imaging diepte.
Terwijl het uitvoeren van de experimenten met behulp van de Desktop PLD-PAT-systeem, bepaalde voorzorgsmaatregelen moeten worden genomen: (a) als gevolg van de niet-uniforme Beam Profiel van de PLD laser, een optische diffuser moet worden gebruikt bij de laser output venster, (b) moet worden gewaarborgd dat PLD laserstraal is op het scannen centrum en dat alle SUTRs worden geconfronteerd naar het centrum van de PAT-scanner, (c) zorg moet worden genomen tijdens de anesthesie injectie, zodat de omliggende organen zoals urineblaas, nieren, en darmen worden niet aangetast, (d) een juiste hoeveelheid anesthesie mengsel moet worden geïnjecteerd op basis van het gewicht van het dier, (e) tijdens de procedure van trimmen haar op het dier hoofd, krassen op de hoofdhuid moet worden vermeden, en (f) moet worden gewaarborgd dat de Imaging vlak van de rat hersenen is in het midden van de akoesti c reflector van de SUTRs. U problemen oplossen als de beeldkwaliteit laag is. Belangrijke toepassingen van dit systeem zijn hoge frame rate Imaging (1 frame in 0,5 s), kleine dierlijke hersentumor Imaging, onderhuidse tumor Imaging, en onderzoek naar biomaterialen voor potentiële PA contrastmiddelen en therapeutische toepassingen.
De maximaal toelaatbare blootstellingslimiet voor in vivo imaging wordt beheerst door het American National Standards Institute (ANSI) laser Safety Standards29. Deze veiligheidsbeperkingen zijn afhankelijk van de breedte van de laserimpuls, verlichtingsgebied, blootstellingstijd, en verlichtings golflengte, evenals verscheidene andere factoren. Hoger dan een 700-1050 nm golflengtebereik en maximum per puls energiedichtheid op het huidoppervlak mag niet hoger zijn dan 20 x 102 (λ-700)/1000 MJ/cm2, waar λ (in nm) is de verlichting golflengte. Dus, de maximaal toelaatbare veiligheidslimiet bij een 816 nm golflengte van PLD laser gebruikt is ~ 34,12 mJ/cm2. Voor continue verlichting van de laser over een periode van t = 0,5 s wordt de maximaal toelaatbare veiligheidslimiet 1,1 x 102 (λ-700)/1000 × t0,25 j/cm2 (= 1,58 j/cm2). De Pulse herhaling tarief van de PLD werd gehandhaafd op 2.000 Hz in alle experimenten. In de loop van een 0,5 s scantijd, een totaal van 1.000 (0,5 x 2.000) pulsen werden geleverd aan het monster. Dit impliceert dat per puls, de maximaal toelaatbare fout was 1,58 mJ/cm2. De Desktop PLD-PAT systeem levert een per puls energie van ~ 3,4 mJ. De laser energiedichtheid werd gehandhaafd op ~ 0,17 mJ/cm2 op het hersengebied als de laserstraal uitgebreid over een ~ 20 cm2 gebied. Deze laser energiedichtheid was ruim onder de ANSI-veiligheidslimiet over een periode van 0,5 s. Door het verminderen van de puls herhaling tarief, het verminderen van de laservermogen, of het uitbreiden van de laserstraal, de ANSI Laser veiligheidslimiet voor de Desktop PLD-PAT systeem kan worden veranderd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben geen relevante financiële belangen of mogelijke belangenconflicten te onthullen.
Acknowledgments
Het onderzoek wordt ondersteund door de Singapore ministerie van volksgezondheid van de nationale Raad voor medisch onderzoek (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012). De auteurs willen de heer Chow Wai Leif Bobby bedanken voor de machine winkel te ondersteunen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 12 V power supply | Voltcraft | PPS-11810 | To supply operating voltage for PLD |
| Acoustic reflector | Olympus | F102 | 45 degree reflector augmented to the ultrasound transducer |
| Acrylic water tank | NTU workshop | Custom-made | It is used to hold water that acts as an acoustic coupling medium between animal brain and detector |
| Anesthetic Machine | Medical plus pte ltd | Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator. | Supplies oxygen and isoflurane to animal |
| Animal distributor | In Vivos Pte Ltd, Singapore | Animal distributor that supplies small animals for research purpose | |
| Animal holder | NTU workshop | Custom-made | Used for holding animal on its abdomen |
| Breathing mask | NTU workshop | Custom-made | Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal |
| Circular Scanner | NTU workshop | Custom-made | Scanner is made out of aluminum |
| DAQ (Data acquisition) Card | Spectrum | M2i.4932-exp | 16 bit, 30 Ms/s, 8 channels, 1 Gs, PCIe |
| Data acqusition software | National Instruments Corporation,Austin,TX,USA) | NI LabVIEW 2015 SP1 (32 bit) | LabVIEW based program developed in our laboratory for controlling the stepper motor and acquring the PA singnals from the detector |
| Data processing software | Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA) | Matlab R2015b | Matlab code developed in our laboratory for reconstructing cross-sectional PA images |
| Function generator | RIGOL | DG1022 | To change the repetition rate of the PLD. It will provide TTL signal to synchronize the DAQ with the laser excitation. |
| Low noise signal amplifier | Genetron | Custom-made using Mini-circuits, ZFL-500LN-BNC | To receive, and amplify the PA signal from SUTR. Its gain is 24 dB. |
| Optical diffuser | Thorlabs | DG-120 | Used to to make the laser beam homogeneous |
| Pulsed laser diode | Quantel, France | QD-Q1924-ILO-WATER | 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 |
| Rats | In Vivos Pte Ltd, Singapore | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Female, weight 100±10g, strain of rats: Sprague Dawley, age: 4-5 weeks |
| Stepper motor with gearbox | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Motor: CO-5718L-01P-RO, Gearbox: DPL64/1; Power supply PW-100-24 | To move the detector holder in a circular geometry. Torque: 2.08 N-m, Rotor inertia: 2.6 kg-cm2 |
| Ultrasound gel | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Clear ultrasound gel |
| Ultrasound Transducer | Olympus | V309-SU/ U8423013 | Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection. Central freqency 5 MHz, 0.5 in |
| Variable high voltage power supply | Elektro-Automatik | EA-PS 8160-04 T | To change the laser output power |
References
- Lin, L., et al. Single-breath-hold photoacoustic computed tomography of the breast. Nature Communications. 9 (1), 2352 (2018).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Fast photoacoustic imaging systems using pulsed laser diodes: a review. Biomedical Engineering Letters. 8 (2), 167-181 (2018).
- Yao, J., Wang, L. V. Recent progress in photoacoustic molecular imaging. Current Opinion in Chemical Biology. 45, 104-112 (2018).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review. Journal of Biomedical Optics. 22 (4), 041006 (2017).
- Yao, J., Wang, L. V.
- Awasthi, N., Kalva, S. K., Pramanik, M., Yalavarthy, P. K. Image Guided Filtering for Improving Photoacoustic Tomographic Image Reconstruction. Journal of Biomedical Optics. 23 (9), 091413 (2018).
- Kalva, S. K., Pramanik, M. Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm. Journal of Biomedical Optics. 21 (8), 086011 (2016).
- Pramanik, M. Improving tangential resolution with a modified delay-and-sum reconstruction algorithm in photoacoustic and thermoacoustic tomography. The Journal of the Optical Society of America. 31 (3), 621-627 (2014).
- Xu, M., Wang, L. V. Universal back-projection algorithm for photoacoustic computed tomography. Physical Review E. 71 (1), 016706 (2005).
- Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs. Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).
- Sivasubramanian, K., Periyasamy, V., Pramanik, M. Non-invasive sentinel lymph node mapping and needle guidance using clinical handheld photoacoustic imaging system in small animal. Journal of Biophotonics. 11 (1), e201700061 (2018).
- Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed. Optics Letters. 36 (7), 1134-1136 (2011).
- Stein, E. W., Maslov, K., Wang, L. V. Noninvasive, in vivo imaging of blood-oxygenation dynamics within the mouse brain using photoacoustic microscopy. Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 020502 (2009).
- Ku, G., Wang, X. D., Xie, X. Y., Stoica, G., Wang, L. V. Imaging of tumor angiogenesis in rat brains in vivo by photoacoustic tomography. Applied Optics. 44 (5), 770-775 (2005).
- Ma, R., Taruttis, A., Ntziachristos, V., Razansky, D. Multispectral optoacoustic tomography (MSOT) scanner for whole-body small animal imaging. Optics Express. 17 (24), 21414-21426 (2009).
- Zhou, Y., et al. A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging. Theranostics. 6 (5), 688-697 (2016).
- Li, L., et al. Single-impulse panoramic photoacoustic computed tomography of small-animal whole-body dynamics at high spatiotemporal resolution. Nature Biomedical Engineering. 1 (1), 0071 (2017).
- Sivasubramanian, K., Pramanik, M. High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system. Biomedical Optics Express. 7 (2), 312-323 (2016).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Dynamic in vivo imaging of small animal brain using pulsed laser diode-based photoacoustic tomography system. Journal of Biomedical Optics. 22 (9), 090501 (2017).
- Upputuri, P. K., Periyasamy, V., Kalva, S. K., Pramanik, M. A High-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging. Journal of Visualized Experiments. (124), e55811 (2017).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues. Biomedical Physics & Engineering Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).
- Arabul, M. U., et al. Toward the detection of intraplaque hemorrhage in carotid artery lesions using photoacoustic imaging. Journal of Biomedical Optics. 22 (4), (2016).
- Daoudi, K., et al. Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging. Optics Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).
- Allen, J. S., Beard, P. Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging. Optics Letters. 31 (23), 3462-3464 (2006).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Performance characterization of low-cost, high-speed, portable pulsed laser diode photoacoustic tomography (PLD-PAT) system. Biomed Opt Express. 6 (10), 4118-4129 (2015).
- Kalva, S. K., Upputuri, P. K., Pramanik, M. High-speed, low-cost, pulsed-laser-diode-based second-generation desktop photoacoustic tomography system. Optics Lett. 44 (1), 81-84 (2019).
- Kalva, S. K., Hui, Z. Z., Pramanik, M. Calibrating reconstruction radius in a multi single-element ultrasound-transducer-based photoacoustic computed tomography system. J Opt Soc Am A. 35 (5), 764-771 (2018).
- Kalva, S. K., Pramanik, M. Use of acoustic reflector to make compact photoacoustic tomography system. Journal of Biomedical Optics. 22 (2), 026009 (2017).
- American National Standard for Safe Use of Lasers. ANSI Standard Z136.1-2007. , NY. (2007).
