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Bioengineering

संवहनी दृश्य के लिए दोहरी रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकौस्टिक स्मॉल-एनिमल इमेजर

Published: July 15, 2020 doi: 10.3791/61584
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2
1MOE Key Laboratory of Laser Life Science & Institute of Laser Life Science, College of Biophotonics, South China Normal University, 2Guangzhou Provincial Key Laboratory of Laser Life Science, College of Biophotonics, South China Normal University

Summary

एक दोहरी रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकैस्टिक इमेजर डिजाइन किया गया था, जो वाइड-फील्ड इमेजिंग और रियल-टाइम इमेजिंग को एकीकृत करता है।

Abstract

छोटे जानवरों पर संवहनी नेटवर्क की इमेजिंग बुनियादी जैव चिकित्सा अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है । फोटोकौस्टिक इमेजिंग तकनीक में छोटे जानवरों की इमेजोलॉजी में आवेदन की अपार संभावनाएं हैं। छोटे जानवरों की व्यापक क्षेत्र फोटोअकौस इमेजिंग उच्च स्थानिक संकल्प, गहरी पैठ, और कई विरोधाभासों के साथ छवियों को प्रदान कर सकते हैं। इसके अलावा, वास्तविक समय फोटोकांस्टिक इमेजिंग प्रणाली छोटे-पशु वाक्यूलेचर की हीमोडायनामिक गतिविधियों का निरीक्षण करने के लिए वांछनीय है, जिसका उपयोग छोटे-पशु शारीरिक विशेषताओं की गतिशील निगरानी के लिए किया जा सकता है। यहां, एक ड्यूल-रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकैस्टिक इमेजर प्रस्तुत किया गया है, जिसमें स्विचेबल डबल-मोड इमेजिंग फ़ंक्शन शामिल है। वाइड-फील्ड इमेजिंग दो-आयामी मोटराइज्ड अनुवाद चरण से प्रेरित है, जबकि वास्तविक समय इमेजिंग जस्ती के साथ महसूस की जाती है। विभिन्न मापदंडों और इमेजिंग मोड स्थापित करके, छोटे-पशु संवहनी नेटवर्क के वीवो विज़ुअलाइज़ेशन में प्रदर्शन किया जा सकता है। वास्तविक समय इमेजिंग का उपयोग नाड़ी परिवर्तन और दवा-प्रेरित के रक्त प्रवाह परिवर्तन आदि का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है। व्यापक क्षेत्र इमेजिंग ट्यूमर vasculature के विकास परिवर्तन को ट्रैक करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । बुनियादी बायोमेडिसिन अनुसंधान के विभिन्न क्षेत्रों में इन्हें अपनाया जाना आसान है।

Introduction

बुनियादी जैव चिकित्सा क्षेत्र में, छोटे जानवर मानव शारीरिक कार्य का अनुकरण कर सकते हैं। इसलिए, छोटे-पशु इमेजिंग मानव समरूप रोगों के अनुसंधान का मार्गदर्शन करने और प्रभावी उपचार की मांग करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं1। फोटोकांस्टिक इमेजिंग (पाई) ऑप्टिकल इमेजिंग और अल्ट्रासाउंड इमेजिंग2के फायदों के संयोजन वाली एक गैर-इनवेसिव इमेजिंग तकनीक है। फोटोकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी (पाम) छोटे जानवर 3 केबुनियादीशोध के लिए एक मूल्यवान इमेजिंग विधि है। पाम आसानी से ऑप्टिकल उत्तेजन और अल्ट्रासाउंड डिटेक्शन4के आधार पर उच्च-संकल्प, गहरी पैठ, उच्च विशिष्टता और उच्च-विपरीत छवियों को प्राप्त कर सकता है।

एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के साथ एक पल्स लेजर ऊतकों के अंतर्जात क्रोमोफोरस द्वारा अवशोषित होता है। बाद में, ऊतक का तापमान बढ़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप फोटो-प्रेरित अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्पादन होता है। अल्ट्रासोनिक तरंगों का पता अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर द्वारा लगाया जा सकता है। सिग्नल अधिग्रहण और छवि पुनर्निर्माण के बाद, अवशोषक का स्थानिक वितरण5प्राप्त किया जा सकता है। एक तरफ, पूरे अंग संवहनी नेटवर्क के दृश्य को देखने के एक व्यापक क्षेत्र की आवश्यकता है । चौड़े क्षेत्र स्कैनिंग की प्रक्रिया में आमतौर पर उच्च-संकल्प6,7,8 सुनिश्चित करने में लंबा समयलगताहै। दूसरी ओर, छोटे जानवरों की हीमोडायनामिक गतिविधियों को देखने के लिए तेजी से वास्तविक समय इमेजिंग की आवश्यकता होती है। वास्तविक समय इमेजिंग वास्तविक समय 9 , 10,11में छोटे जानवरों के महत्वपूर्ण संकेतों का अध्ययन करने के लिए फायदेमंदहै। वास्तविक समय इमेजिंग के दृश्य का क्षेत्र आमतौर पर उच्च अपडेट दर सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त रूप से छोटा होता है। इस प्रकार, अक्सर देखने और वास्तविक समय इमेजिंग के एक विस्तृत क्षेत्र को प्राप्त करने के बीच एक tradeoff है । पहले, दो अलग-अलग प्रणालियों का उपयोग अलग-अलग रूप से वाइड-फील्ड इमेजिंग या रीयल-टाइम इमेजिंग के लिए किया जाता था।

यह काम एक दोहरी रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकैकोस्टिक इमेजर (डीआरएस-पाई) की रिपोर्ट करता है, जिसने दो-आयामी मोटरचालित अनुवाद चरण और दो-अक्ष जस्ती स्कैनर के आधार पर वास्तविक समय इमेजिंग के आधार पर वाइड-फील्ड इमेजिंग को एकीकृत किया है। वाइड-फील्ड इमेजिंग मोड (WIM) संवहनी आकृति विज्ञान दिखाने के लिए किया जाता है। वास्तविक समय इमेजिंग मोड (आरआईएम) के लिए, वर्तमान में दो कार्य हैं। सबसे पहले, रिम वास्तविक समय बी स्कैन छवियों प्रदान कर सकते हैं । गहराई दिशा के साथ वाक्यूलेचर के विस्थापन को मापने से, श्वसन या नाड़ी की विशेषताओं का पता चला जा सकता है। दूसरा, रिम मात्रात्मक रूप से WIM छवि में विशिष्ट क्षेत्र को माप सकता है। स्थानीय WIM क्षेत्रों की तुलनीय छवियां प्रदान करके, स्थानीय परिवर्तन के विवरण सही ढंग से पता चला जा सकता है । सिस्टम संवहनी दृश्य और स्थानीय गतिशील के वास्तविक समय इमेजिंग के व्यापक क्षेत्र इमेजिंग के बीच एक लचीला संक्रमण डिजाइन करता है। यह प्रणाली बुनियादी जैव चिकित्सा अनुसंधान में वांछनीय है जहां छोटे-पशु इमेजिंग की आवश्यकता है।

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Protocol

सभी पशु प्रयोगों को दक्षिण चीन सामान्य विश्वविद्यालय, ग्वांग्झू, चीन की संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति द्वारा प्रदान किए गए दिशा-निर्देशों के अनुपालन में किया गया था ।

1. सिस्टम सेटअप

  1. ऑप्टिकल पथ(चित्रा 1)
    1. सिस्टम लेजर स्रोत के रूप में एक 532 एनएम पल्स लेजर का प्रयोग करें। लेजर की पुनरावृत्ति दर को 10 किलोहर्ट्ज, आउटपुट ऊर्जा को 100% तक और उपयोगकर्ता-परिभाषित कार्यक्रम का उपयोग करके बाहरी ट्रिगर के लिए ट्रिगर सेटिंग सेट करें।
    2. एक ऑप्टिकल फाइबर कपलर (FC1) के माध्यम से एकल मोड फाइबर (SMF) के लिए लेजर बीम युगल । एक दो आयामी मोटर चालित चरण (मोटर, अधिकतम गति: 20 मिमी/
    3. दो-अक्ष गैल्वेनोमीटर स्कैनर (गाल्वा) का उपयोग करके लेजर बीम को मोड़ें। बीम को प्रतिबिंबित करने के लिए एक जंगम दर्पण (M1) का उपयोग करें। बीम को 4× ऑब्जेक्टिव लेंस (ओएल, न्यूमेरिकल अपर्चर: 0.1) के माध्यम से केंद्रित करें।
    4. स्व-निर्मित खोखले अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर (यूटी, सेंट्रल फ्रीक्वेंसी: 25 मेगाहर्ट्ज) को ठीक करने के लिए एक्सी ट्रांसलेटर माउंट (टीएम) का उपयोग करें; बैंडविड्थ: 90% से अधिक; केंद्र छेद: 3 मिमी) राजभाषा12के तल पर । अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के केंद्र छेद के माध्यम से केंद्रित बीम पास करें।
  2. स्कैनिंग पथ
    1. WIM के दौरान एक क्षेत्र-प्रोग्राम गेट सरणी (FPGA 2) का उपयोग करके गालवा को लॉक करें। उपयोगकर्ता-परिभाषित कार्यक्रम द्वारा उपयुक्त स्कैनिंग रेंज और स्कैनिंग गति सेट करें।
    2. रिम के दौरान एक क्षेत्र-प्रोग्राम गेट सरणी (FPGA 1) का उपयोग करके मोटर को लॉक करें। एफपीजीए 2 का उपयोग करके स्कैनिंग फ्रीक्वेंसी और स्कैनिंग पॉइंट्स की संख्या सेट करें। स्टार्ट को नियंत्रित करने और स्कैनिंग रोकने के लिए उपयोगकर्ता-परिभाषित कार्यक्रम का उपयोग करें।
  3. डेटा अधिग्रहण
    1. पीए सिग्नल को बढ़ाने के लिए 50-डीबी एम्पलीफायर (एएमपी) का इस्तेमाल करें। डेटा अधिग्रहण कार्ड (डीएक्यू) द्वारा सिग्नल को डिजिटाइज करें। एफपीजीए 1 या एफपीजीए 2 के माध्यम से ट्रिगर सिग्नल प्राप्त करें।
    2. डेटा को संसाधित करने और समानांतर13में छवियों को प्रदर्शित करने के लिए ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीयू) का उपयोग करें।
  4. सीसीडी इमेजिंग सिस्टम
    1. एक अंगूठी के आकार का सफेद एलईडी का प्रयोग करें (रंग तापमान: 6500 K; इलयूमिनेंस: 40000 लक्स; व्यास: 7.5 सेमी) एक प्रकाश स्रोत के रूप में। M1 निकालें, प्रकाश को प्रतिबिंबित करने के लिए एक निश्चित दर्पण (M2) का उपयोग करें।
    2. पीए इमेजिंग सिस्टम पर सीसीडी कैमरा (6.3 मिलियन पिक्सल) का उपयोग करके छवियों को रिकॉर्ड करें। एक डिस्प्ले सॉफ्टवेयर के साथ छवियों को प्रदर्शित करें।

2. सिस्टम अलाइनमेंट

  1. एक पानी की टंकी (10 सेमी × 10 सेमी × 4.4 सेमी; नीचे की खिड़की: 3 सेमी × 3 सेमी) का चयन करें। पॉलीथीन झिल्ली (झिल्ली मोटी: 10 माइक्रोन) का उपयोग करके पूरे पानी की टंकी को कवर करें। पर्याप्त अल्ट्रापुरे पानी डालें।
  2. पानी की टंकी को वर्किंग स्टेज पर रखें।
  3. लेजर स्विच चालू करें। लेजर नियंत्रण कार्यक्रम का चयन करें। 5 मिनट के लिए प्रीहीट करें। पंपिंग स्विच पर "ऑन" बटन दबाएं। चरण 1.1.1 के अनुसार लेजर पैरामीटर निर्धारित करें। लेजर के चकरा खोलें।
  4. ए-लाइन एकत्र किए गए कार्यक्रम का चयन करें। एकल बिंदु संकेत पर कब्जा करने के लिए "स्टार्ट" बटन दबाएं और वर्तमान ए-लाइन सिग्नल के आयाम और स्पेक्ट्रम को प्रदर्शित करें।
  5. पानी की टंकी के नीचे एक ब्लेड रखें। ध्वनिक युग्मन के लिए पानी की टंकी में यूटी के नीचे के हिस्से को विसर्जित करें। यूटी के निचले हिस्से में बुलबुले से बचें।
  6. Galva की स्थिति को समायोजित करें, दोलन संकेत से बचने के लिए यूटी और ओएल के बीच XY अनुवादक को समायोजित करें, और सुनिश्चित करें कि यह कॉन्फोकल है।
  7. सिग्नल के आयाम को अधिकतम करने के लिए कार्य चरण की ऊंचाई को समायोजित करें, और फोकस स्थिति निर्धारित करें।

3. पशु प्रयोग

  1. 20\u201230 ग्राम के बॉडीवेट के साथ 5 \u20126 सप्ताह पुराने BALB/c माउस का उपयोग करें।
  2. प्रयोग से पहले मूत्रेथेन (1 ग्राम/किलो) का उपयोग करके जानवर को इंट्रापेरिटी रूप से इंजेक्ट किया जाता है।
  3. WIM और रिम के बीच संक्रमण का संचालन करें।
    1. एक प्लैनर अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग करें। एक ट्रिमर और डिपिलेटरी क्रीम का उपयोग करके माउस के पीछे फर को शेव करें। माउस को धारक (8 सेमी × 2.8 सेमी × 2 सेमी) प्रवण स्थिति में रखें।
    2. इमेजिंग क्षेत्र को अल्ट्रासाउंड जेल का उपयोग करके पॉलीथीन झिल्ली के संपर्क में रहने दें। संपर्क भाग में बुलबुले से बचें।
    3. ध्वनिक युग्मन के लिए काम के चरण पर धारक रखें। लेजर शुरू करने और ए-लाइन सिग्नल इकट्ठा करने के लिए चरण 2.3\u20122.4 का पालन करें। संरेखित करने के लिए चरण 2.6\u20122.7 का पालन करें। संरेखण के बाद संग्रह को समाप्त करने के लिए "स्टॉप" दबाें।
    4. WIM कार्यक्रम का चयन करें। नवनिर्मित फ़ोल्डर का नाम। "स्कैनिंग स्पीड" टैब में 20 मिमी/s, "स्कैनिंग एरिया" टैब में "20 मिमी * 20 मिमी" और "स्टेप" टैब में "20" पर स्कैनिंग पैरामीटर सेट करें। स्कैनिंग शुरू करने के लिए कलेक्ट बटन पर क्लिक करें।
    5. अधिग्रहण के बाद स्कैनिंग समाप्त करने के लिए स्टॉप बटन पर क्लिक करें। मोटर को शून्य पर लाने के लिए शून्य पर लौटें। लेजर चकरा बंद करो। आंतरिक ट्रिगर करने के लिए ट्रिगर सेटिंग सेट करें। पंपिंग स्विच के लिए ऑफ बटन दबाएं।
    6. WIM ट्रिगर को रिम ट्रिगर के रूप में बदलें और इसे बाहरी लेजर ट्रिगर से कनेक्ट करें। पंपिंग स्विच के लिए ऑन बटन दबाएं। बाहरी ट्रिगर पर ट्रिगर सेटिंग सेट करें। WIM प्रोग्राम से बाहर निकलने के लिए एग्जिट बटन पर क्लिक करें।
    7. ए-लाइन सिग्नल इकट्ठा करने के लिए चरण 2.4 का उपयोग करें। लेजर चकरा खोलें। संरेखित करने के लिए चरण 2.6\u20122.7 का पालन करें। संरेखण के बाद संग्रह को समाप्त करने के लिए प्रेस स्टॉप।
    8. रिम कार्यक्रम का चयन करें। नवनिर्मित फ़ोल्डर का नाम। स्कैनिंग शुरू करने के लिए कलेक्ट बटन पर क्लिक करें।
    9. अधिग्रहण पूरा करने के बाद स्कैनिंग समाप्त करने के लिए स्टॉप बटन पर क्लिक करें। रिम प्रोग्राम से बाहर निकलने के लिए एग्जिट बटन पर क्लिक करें।
    10. इमेजिंग के समापन पर गर्भाशय ग्रीवा अव्यवस्था का उपयोग कर जानवर इच्छामृत्यु।
  4. संवहनी दृश्य का विम आचरण करें।
    1. एक केंद्रित अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर (केंद्रीय आवृत्ति: 25 मेगाहर्ट्ज; का उपयोग करें; बैंडविड्थ: 90% से अधिक; फोकल लंबाई: 8 मिमी)। चूहों के कान या खोपड़ी के बाल हटा दें।
      1. माउस के कपाल लौकिक शीर्ष (खोपड़ी के लिए गहराई) के पार्श्व पक्ष पर एक छोटा सा चीरा बनाने के लिए एक स्केलपेल का उपयोग करें। इस चीरा से शुरू करने के लिए नेत्र कैंची का प्रयोग करें। खोपड़ी के बाहरी हिस्से के चारों ओर खोपड़ी काटें। रक्तस्राव को रोकने के लिए रक्तस्राव बिंदु को सेक करें। घाव को सामान्य नमकीन से धोएं। माउस को धारक पर रखें।
    2. इमेजिंग क्षेत्र को अल्ट्रासाउंड जेल का उपयोग करके पॉलीथीन झिल्ली के संपर्क में रहने दें। संपर्क क्षेत्र में बुलबुले से बचें(अनुपूरक चित्रा 1)।
    3. ध्वनिक युग्मन के लिए काम के चरण पर धारक रखें। लेजर खोलने और ए-लाइन सिग्नल इकट्ठा करने के लिए चरण 2.3\u20122.4 का उपयोग करें। संरेखित करने के लिए चरण 2.6\u20122.7 का उपयोग करें। संरेखण के बाद संग्रह को समाप्त करने के लिए प्रेस स्टॉप।
    4. WIM कार्यक्रम का चयन करें। नवनिर्मित फ़ोल्डर का नाम। "स्कैनिंग स्पीड" टैब में "10 मिमी/s", "स्कैनिंग एरिया" टैब के तहत "10 मिमी * 10 मिमी" और "स्टेप" टैब में "10" में स्कैनिंग पैरामीटर सेट करें। स्कैनिंग शुरू करने के लिए कलेक्ट बटन पर क्लिक करें।
    5. अधिग्रहण पूरा करने के बाद स्कैनिंग समाप्त करने के लिए स्टॉप बटन पर क्लिक करें। शून्य पर वापसी पर क्लिक करें मोटर शून्य पर वापसी करने के लिए। WIM प्रोग्राम से बाहर निकलने के लिए एग्जिट बटन पर क्लिक करें।
    6. प्रक्रिया के समापन पर जानवर को इच्छामृत्यु दें जबकि जानवर अभी भी संज्ञाहरण के अधीन है।
  5. छोटे जानवरों की गतिशील निगरानी के लिए रिम का संचालन करें।
    1. माउस पेट के बालों को शेव करें। रीढ़ की स्थिति में धारक पर माउस रखें।
    2. इमेजिंग क्षेत्र को अल्ट्रासाउंड जेल का उपयोग करके पॉलीथीन झिल्ली के संपर्क में रहने दें। संपर्क क्षेत्र में बुलबुले से बचें।
    3. ध्वनिक युग्मन के लिए काम के चरण पर धारक रखें। लेजर शुरू करने और ए-लाइन सिग्नल इकट्ठा करने के लिए चरण 2.3\u20122.4 करें। संरेखित करने के लिए चरण 2.6\u20122.7 प्रदर्शन करें। संरेखण के बाद संग्रह को समाप्त करने के लिए प्रेस स्टॉप।
    4. रिम कार्यक्रम का चयन करें। नवनिर्मित फ़ोल्डर का नाम। स्कैनिंग शुरू करने के लिए कलेक्ट बटन पर क्लिक करें।
    5. अधिग्रहण पूरा करने के बाद स्कैनिंग समाप्त करने के लिए स्टॉप बटन पर क्लिक करें। रिम प्रोग्राम से बाहर निकलने के लिए एग्जिट बटन पर क्लिक करें।
  6. उपयोगकर्ता-परिभाषित कार्यक्रम द्वारा गहराई दिशा के साथ अधिकतम आयाम प्रक्षेपण (मानचित्र) के पुनर्निर्माण के लिए रिम डेटा का उपयोग करें। जानवर में गतिशील परिवर्तनों का निरीक्षण करें।

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Representative Results

डीआरएस-पाई की योजनाबद्ध चित्रा 1में दिखाया गया है । सिस्टम रिम के साथ WIM के बीच लचीला और दोहराने योग्य स्विचन की अनुमति देता है। पीए बी-स्कैन और एमएपी इमेज जेनरेट करने के लिए एक्साइटेड पीए सिग्नल को जल्दी से प्रोसेस किया जाता है। सीसीडी कैमरा नमूनों की तस्वीरें उपलब्ध करा सकता है।

डीआरएस-पाई के सभी घटक एकीकृत और एक इमेजर सेटअप(चित्रा 2) में इकट्ठे होतेहैं, जिससे इसे इकट्ठा करना और संचालित करना आसान हो जाता है। WIM में, दो आयामी मोटर चालित चरण की निरंतर रैस्टर स्कैनिंग का उपयोग किया जाता है। रनिंग स्टेज का सिग्नल रिकॉर्ड किया जाता है। मंच के एक समान अनुवाद के दौरान डेटा अधिग्रहण आगे बढ़ा । रिम में दो धुरी गैल्वेनोमीटर स्कैनर का इस्तेमाल किया गया । यह डेटा गाल्वा स्कैनिंग(चित्रा 3)के साथ समकालिक रूप से एकत्र किया गया था ।

यहां, प्रत्येक इमेजिंग मोड के साथ नमूनों की संवहनी छवियां एकत्र की गईं। चित्रा 4A WIM में वापस माउस के मानचित्र छवि से पता चलता है । इमेजिंग समय के बारे में ३३ मिनट था । चित्रा 4B रिम के दौरान वापस माउस के बी स्कैन छवियों से पता चलता है । रिम की पूरी प्रक्रिया वीडियो 1में दिखाई गई है । फिर, एक केंद्रित अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया गया था। माउस कान और मस्तिष्क के संवहनी नेटवर्क को चित्र 5में दिखाया गया है । इमेजिंग का समय करीब 16 मिनट था । यह डीआरएस-पाई की छवि वाइड-फील्ड वैक्यूलेचर की क्षमता को दर्शाता है। इसके अलावा, चित्रा 6A से पता चलता है कि इमेजिंग रेंज में एक पोत होता है। फोकस्ड अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के इस्तेमाल के कारण रिम की इमेजिंग रेंज करीब 100 माइक्रोन है। माउस पेट बनाम समय की गहराई दिशा के साथ विस्थापन छवि चित्र 6बीमें दिखाया गया है । वीडियो 2 संवहनी विस्थापन की प्रक्रिया को दर्शाता है और वर्तमान नाड़ी या श्वसन वक्र प्राप्त करता है।

Figure 1
चित्रा 1: डीआरएस-पाई प्रणाली की योजनाबद्ध। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: डीआरएस-पाई सिस्टम का डिजाइन।
}डीआरएस-पाई सिस्टम की तस्वीर। (ख)पैनल लेजर पथ विधानसभा के लिए सेटअप की एक तस्वीर दिखाता है । (ग)पैनल लेजर पथ असेंबली के लिए 3डी मॉडल दिखाता है। (घ)पैनल दो धुरी फास्ट गैल्वेनोमीटर स्कैनर असेंबली को दिखाता है । (ई)पैनल जांच विधानसभा को दर्शाता है । (एफ)पैनल सीसीडी ऑप्टिकल पाथ असेंबली को दिखाता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: विभिन्न इमेजिंग मोड के लिए स्कैन का सेटअप।
(A)WIM का स्कैन पथ । (ख)रिम का स्कैन पथ । (ग)दो इमेजिंग मोड का ट्रिगर सेटअप । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: माउस वापस के फोटोकौस्टिक WIM और रिम।
(क)WIM में माउस वापस की मानचित्र छवि । (ख)रिम में वापस माउस की बी-स्कैन छवियां । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: माउस का फोटोकौस्टिक WIM।
(क)WIM में माउस कान की एमएपी छवि। (ख)WIM में माउस मस्तिष्क की मानचित्र छवि । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6: माउस पेट का फोटोयुक्त रिम।
(क)रिम में माउस के पेट की बी-स्कैन छवियां । (ख)रिम में समय बनाम माउस पेट की गहराई दिशा के साथ मानचित्र छवि । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

वीडियो 1: माउस वापस रिम की प्रक्रिया। कृपया इस वीडियो को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

वीडियो 2: माउस पेट बनाम समय की गहराई दिशा के साथ मानचित्र छवि की प्रक्रिया। कृपया इस वीडियो को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

अनुपूरक चित्रा 1: पॉलीथीन झिल्ली के संपर्क में इमेजिंग क्षेत्र का हिस्सा। इस आंकड़े को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

यहां हमने नॉनइनवेसिव वैस्कुलर विज़ुअलाइज़ेशन के लिए एक दोहरी रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकाउस्टिक छोटे-पशु इमेजर प्रस्तुत किए जो वैक्यूलेचर की संरचना और रक्त के संबंधित गतिशील परिवर्तन को पकड़ने के लिए डिजाइन और विकसित किया गया था। डीआरएस-पाई का लाभ यह है कि यह WIM और रिम को एक प्रणाली में एकीकृत करता है, जिससे छोटे जानवरों की संवहनी गतिशील और संवहनी नेटवर्क संरचना का अध्ययन करना आसान हो जाता है। सिस्टम उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाइड-फील्ड वैस्कुलर विज़ुअलाइज़ेशन और वास्तविक समय रक्त गतिशीलता प्रदान कर सकता है।

वर्तमान प्रणाली में, ऑप्टिकल उत्तेजन को एकल तरंगदैर्ध्य प्रकाश स्रोत के साथ लागू किया गया था। भविष्य की बहु-तरंगदैर्ध्य प्रणाली रक्त ऑक्सीजन संतृप्ति जैसे अन्य मापदंड प्रदान करेगी। इसके अलावा, मात्रात्मक विश्लेषण के लिए एक विशेष छवि प्रसंस्करण एल्गोरिदम विकसित किया जा सकता है, जिसमें संवहनी व्यास, संवहनी घनत्व, संवहनी टॉर्टुओसिटी आदि का आकलन शामिल है। मात्रात्मक विश्लेषण रोगों के शीघ्र निदान और उपचार के लिए मूल्यवान जानकारी प्रदान कर सकता है।

संक्षेप में, प्रणाली शोधकर्ताओं को जैव चिकित्सा प्रासंगिकता के साथ छोटे-पशु अनुसंधान में उच्च आयामी शारीरिक और रोग अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में सक्षम बनाती है। सिस्टम को अधिकांश छोटे-पशु अनुसंधान सेटिंग्स के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जिसमें एंजियोजेनेसिस की इमेजिंग, ट्यूमर माइक्रोएनवायरमेंट्स, हेमोडायनामिक, मस्तिष्क में कार्यात्मक कनेक्शन, माइक्रोसर्कुलेशन, दवा प्रतिक्रियाएं और चिकित्सा प्रतिक्रियाएं शामिल हैं, शामिल हैं, लेकिन सीमित नहीं हैं। प्रोटोकॉल के भीतर महत्वपूर्ण चरणों में दोहरी स्कैनिंग संरचना का डिजाइन, डब्ल्यूआईएम में ऑप्टिकल और ध्वनिक फोकस का कॉन्फोकल समायोजन और रिम में ध्वनि क्षेत्र का केंद्र बिंदु समायोजन शामिल है।

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Disclosures

संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति के अनुमोदित दिशा-निर्देशों और विनियमों के अनुसार सभी पशु प्रयोग किए गए । लेखकों पांडुलिपि में कोई प्रासंगिक वित्तीय हितों और हितों के कोई अंय संभावित संघर्ष का खुलासा करने के लिए है ।

Acknowledgments

लेखक नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (61822505) से वित्तीय सहायता को स्वीकार करना चाहते हैं; 11774101; 61627827; 81630046), गुआंगदोंग प्रांत की विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी योजना परियोजना, चीन (2015B020233016), और ग्वांग्झू का विज्ञान और प्रौद्योगिकी कार्यक्रम (संख्या 2019020001) ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
12 bit multi-purpose digitizer Spectrum M3i.3221 Data acquisition card
A-line collected program National Instrument LabVIEW User-defined program
Amplifier RF Bay LNA-650 Amplifier
Depilatory Cream Veet 33-II Animal depilatory
Fiberport Coupler Thorlab PAF-X-7-A Fiber Coupler
Field Programmable Gate Array Altera Cyclone IV Trigger Control
Fixed Focus Collomation Packages Thorlabs F240FC-532 Fiber Collimator
Foused ultrasonic transducer Self-made
Graphics Processing Unit NVIDIA GeForce GTX 1060 Processing data
Holder Self-made Animal fixation
Laser control program National Instrument LabVIEW User-defined program
Mice Guangdong Medical Laboratory Animal Center BALB/c Animal Model
Microscope camera Mshot MS60 CCD camera
Microscope Objective Daheng Optics GCO-2111 Objective Lens
Mirror Daheng Optics GCC-1011 Moveable/Fixed Mirror
Moving Magnet Capacitive Detector Galvanometer Scanner Century Sunny S8107 real-time scanner
Mshot image analysis system Mshot Display software
Normal Saline CR DOUBLE-CRANE H34023609 Normal Saline
Ophthalmic Scissors SUJIE Scalp Remove
Planar ultrasonic transducer Self-made
Plastic Wrap HJSJLSL Polyethylene Membrane
Program Control Software National Instrument LabVIEW User-defined Program
Pulsed Q-swithched Laser Laser-export DTL-314QT 532-nm pulse Laser
Real-time imaging program National Instrument LabVIEW User-defined program
Ring-shaped white LED Self-made
Shaver Codos CP-9200 Animal Shaver
Single-Mode Fibers Nufern 460-HP Single-mode fiber
Surgical Blade SUJIE 11 Blade
Surgical Scalpel SUJIE 7 Scalp Remove
Translation Stage Jiancheng Optics LS2-25T wide-field scanning stage
Ultrasonic Transducer Self-made
Ultrasound gel GUANGGONG PAI ZC4252418 Acoustic Coupling
Urethane Tokyo Chemical Industry C0028 Animal Anestheized
Water tank Self-made
Wide-field imaging program National Instrument LabVIEW User-defined program
XY Translator Mount Self-made

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Yang, F., Wang, Z., Yang, S. Dual Raster-Scanning Photoacoustic Small-Animal Imager for Vascular Visualization. J. Vis. Exp. (161), e61584, doi:10.3791/61584 (2020).

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