Name: רזולוציה אקוסטית ואופטית למיקרוסקופיה פוטוקוסטית עבור בויבו בעלי חיים קטנים דם Vasculature הדמיה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: למד מיקרוסקופיה פוטוקוסטית עם רזולוציה אקוסטית ואופטית להדמיית כלי דם בבעלי חיים קטנים. השיטה משלבת אופטיקה ואולטרה-סאונד לתמונות ברזולוציה גבוהה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מבקשים להודות בתמיכה הכספית ממענק מדרגה שנייה במימון משרד החינוך בסינגפור (ARC2 / 15: M4020238). המחברים היו גם להודות למר צ&#39;או וואי הונג בובי לעזרה מכונת מכונת.

<ol><li>Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+imaging+and+characterization+of+the+microvasculature%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature.</a> J Biomed Opt. 15, 011101-01-011101-15 (2010).</li>
<li>Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Going+deeper+than+microscopy%3A+the+optical+imaging+frontier+in+biology%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology.</a> Nat Methods. 7 (8), 603-614 (2010).</li>
<li>Wang, L. V., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+guide+to+photoacoustic+tomography+in+the+life+sciences%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">A practical guide to photoacoustic tomography in the life sciences.</a> Nat Methods. 13, 627-638 (2016).</li>
<li>Zhou, Y., Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tutorial+on+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Tutorial on photoacoustic tomography.</a> J Biomed Opt. 21 (6), 061007(2016).</li>
<li>Upputuri, P. K., Sivasubramanian, K., Mark, C. S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+Developments+in+Vascular+Imaging+Techniques+in+Tissue+Engineering+and+Regenerative+Medicine%5BTitle%5D)+AND+%22BioMed+Res+Intl%22%5BJournal%5D)">Recent Developments in Vascular Imaging Techniques in Tissue Engineering and Regenerative Medicine.</a> BioMed Res Intl. 2015, (2015).</li>
<li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+Brain+Imaging%3A+from+Microscopic+to+Macroscopic+Scales%5BTitle%5D)+AND+%22Neurophotonics%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic Brain Imaging: from Microscopic to Macroscopic Scales.</a> Neurophotonics. 1 (1), 011003-1-011003-13 (2014).</li>
<li>Wang, L. V., Hu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+Tomography%3A+In+Vivo+Imaging+from+Organelles+to+Organs%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs.</a> Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).</li>
<li>Beard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomedical+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Interface+Focus%22%5BJournal%5D)">Biomedical photoacoustic imaging.</a> Interface Focus. 1 (4), 602-631 (2011).</li>
<li>Pan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+photoacoustic+imaging+of+angiogenesis+with+integrin-targeted+gold+nanobeacons%5BTitle%5D)+AND+%22FASEB+J%22%5BJournal%5D)">Molecular photoacoustic imaging of angiogenesis with integrin-targeted gold nanobeacons.</a> FASEB J. 25 (3), 875-882 (2011).</li>
<li>Cai, X., Kim, C., Pramanik, M., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography+of+foreign+bodies+in+soft+biological+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography of foreign bodies in soft biological tissue.</a> J Biomed Opt. 16 (4), 046017(2011).</li>
<li>Pan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near+infrared+photoacoustic+detection+of+sentinel+lymph+nodes+with+gold+nanobeacons%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Near infrared photoacoustic detection of sentinel lymph nodes with gold nanobeacons.</a> Biomaterials. 31 (14), 4088-4093 (2010).</li>
<li>Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiscale+photoacoustic+microscopy+and+computed+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photon%22%5BJournal%5D)">Multiscale photoacoustic microscopy and computed tomography.</a> Nat. Photon. 3 (9), 503-509 (2009).</li>
<li>Zhang, E. Z., Laufer, J. G., Pedley, R. B., Beard, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+high-resolution+3D+photoacoustic+imaging+of+superficial+vascular+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">In vivo high-resolution 3D photoacoustic imaging of superficial vascular anatomy.</a> Phys. Med. Biol. 54 (4), 1035-1046 (2009).</li>
<li>Park, S., Lee, C., Kim, J., Kim, C. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s13534-014-0153-z">Acoustic resolution photoacoustic microscopy.</a> Biomed.l Eng. Lett. 4 (3), 213-222 (2014).</li>
<li>Zhang, H. F., Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+photoacoustic+microscopy+for+high-resolution+and+noninvasive+in+vivo+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging.</a> Nat. Biotechnol. 24 (7), 848-851 (2006).</li>
<li>Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+dark-field+reflection-mode+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">In vivo dark-field reflection-mode photoacoustic microscopy.</a> Opt Lett. 30 (6), 625-627 (2005).</li>
<li>Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/7317491/">Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review.</a> IEEE J Sel Top Quantum Electron. 22 (3), 6801215(2016).</li>
<li>Kim, J. Y., Lee, C., Park, K., Lim, G., Kim, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+optical-resolution+photoacoustic+microscopy+using+a+2-axis+water-proofing+MEMS+scanner%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Fast optical-resolution photoacoustic microscopy using a 2-axis water-proofing MEMS scanner.</a> Sci Rep. 5, 07932(2015).</li>
<li>Matthews, T. P., Zhang, C., Yao, D. K., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+photoacoustic+microscopy+of+peripheral+nerves%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Label-free photoacoustic microscopy of peripheral nerves.</a> J Biomed Opt. 19 (1), 016004(2014).</li>
<li>Hai, P., Yao, J., Maslov, K. I., Zhou, Y., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-infrared+optical-resolution+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Near-infrared optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Opt Lett. 39 (17), 5192-5195 (2014).</li>
<li>Danielli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+photoacoustic+nanoscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Label-free photoacoustic nanoscopy.</a> J Biomed Opt. 19 (8), 086006(2014).</li>
<li>Zhang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reflection-mode+submicron-resolution+in+vivo+photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Reflection-mode submicron-resolution in vivo photoacoustic microscopy.</a> J Biomed Opt. 17 (2), 020501(2012).</li>
<li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Second-generation+optical-resolution+photoacoustic+microscopy+with+improved+sensitivity+and+speed%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed.</a> Opt Lett. 36 (7), 1134-1136 (2011).</li>
<li>Maslov, K., Zhang, H. F., Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical-resolution+photoacoustic+microscopy+for+in+vivo+imaging+of+single+capillaries%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical-resolution photoacoustic microscopy for in vivo imaging of single capillaries.</a> Opt Lett. 33 (9), 929-931 (2008).</li>
<li>Upputuri, P. K., Krishnan, M., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://biomedicaloptics.spiedigitallibrary.org/article.aspx?articleid=2589941">Microsphere enabled sub-diffraction limited optical resolution photoacoustic microscopy: a simulation study.</a> J Biomed Opt. 22, 045001(2017).</li>
<li>Upputuri, P. K., Wen, Z. B., Wu, Z., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-resolution+photoacoustic+microscopy+using+photonic+nanojets%3A+a+simulation+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Super-resolution photoacoustic microscopy using photonic nanojets: a simulation study.</a> J Biomed Opt. 19 (11), 116003(2014).</li>
<li>Allen, T. J. <a target="_blank" href="http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2505655">Novel fibre lasers as excitation sources for photoacoustic tomography and microscopy et al.</a> Proc SPIE. , 97080W(2016).</li>
<li>Xing, W., Wang, L., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+optical-and+acoustic-resolution+photoacoustic+microscopy+based+on+an+optical+fiber+bundle%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Integrated optical-and acoustic-resolution photoacoustic microscopy based on an optical fiber bundle.</a> Opt Lett. 38 (1), 52-54 (2013).</li>
<li>Estrada, H., Turner, J., Kneipp, M., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1612-2011/11/4/045601">Real-time optoacoustic brain microscopy with hybrid optical and acoustic resolution.</a> Laser Phys Lett. 11 (4), 045601(2014).</li>
<li>Jeon, S., Kim, J., Kim, C. <a target="_blank" href="http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2504761">In vivo switchable optica- and acoustic - resolution photoacoustic microscopy.</a> Proc SPIE. , 970845(2016).</li>
<li>Song, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+integrated+reflection-mode+photoacoustic%2C+two-photon%2C+and+second+harmonic+generation+microscopy+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Fully integrated reflection-mode photoacoustic, two-photon, and second harmonic generation microscopy in vivo.</a> Sci Rep. 6, 32240(2016).</li>
<li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Delay-multiply-and-sum-based+synthetic+aperture+focusing+in+Photoacoustic+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Opt%22%5BJournal%5D)">Delay-multiply-and-sum-based synthetic aperture focusing in Photoacoustic microscopy.</a> J Biomed Opt. 21 (3), 036010-10(2016).</li>
<li>ANSI Standard Z136.1-2000. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22American+National+Standard+for+Safe+Use+of+Lasers%22">American National Standard for Safe Use of Lasers</a>. , NY. (2000).</li>
<li>Moothanchery, M., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+Characterization+of+a+Switchable+Acoustic+Resolution+and+Optical+Resolution+Photoacoustic+Microscopy+System%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Performance Characterization of a Switchable Acoustic Resolution and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy System.</a> Sensors. 17 (2), 357(2017).</li>
</ol>

כל הניסויים בבעלי חיים בוצעו על פי הנחיות ותקנות שאושרו של טיפול בבעלי חיים מוסדיים ועדת שימוש של אוניברסיטת נניאנג טכנולוגית, סינגפור (פרוטוקול בעלי חיים מספר ARF-SBS / NIE-A0263). למחברים אין אינטרסים כלכליים רלוונטיים בכתב היד ואין שום ניגודי אינטרסים פוטנציאליים אחרים שיש לגלותם.

לסיכום, מערכת AR ו - PAM הניתנים לשינוי ניתן להשיג הן הדמיה ברזולוציה גבוהה במעמקי הדמיה נמוכים יותר והן בהדמיה ברזולוציה נמוכה יותר במעמקי הדמיה גבוהים יותר. ההחלטה לרוחב ואת עומק הדמיה של מערכת switchable נקבע. היתרונות של מערכת ה- PAM הזאת הניתנים לשינוי כוללים: (1) הדמיה ברזולוציה גבוהה תוך שימוש במיקוד אופטי הדוק; (2) הדמיה של רקמות עמוקות באמצעות מיקוד אקוסטי; 3) תאורת שדה כהה עבור AR-PAM, אשר מונע אותות PA חזקה מלהופיע על פני העור; 4) היכולת לשמור את המדגם במקום אחד, מבלי ל...

ברזולוציה גבוהה אופנות הדמיה אופטי, כגון טומוגרפיה קוהרנטיות אופטית, מיקרוסקופיה confocal, ומיקרוסקופ multiphoton, יש יתרונות רבים. עם זאת, רזולוציה מרחבית פוחתת באופן משמעותי ככל עומק הדמיה עולה. זה בגלל אופי מפוזר של תחבורה קלה ברקמות רכות 1 , 2 . שילוב של עירור אופטית ואולטראסאונד אופטי מספק פתרון כדי להתגבר על האתגר של הדמיה אופטית ברזולוציה גבוהה ברקמות עמוק. מיקרוסקופיה פוטוקוסטית (PAM) היא שיטה אחת כזו שיכולה לספק הדמיה עמוקה יותר מאשר אופני הדמיה אופטיים אחרים. זה יושם בהצלחה ב vivo מבניים, תפקודית, מולקולרית, תא הדמיה 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 </sup&gt; , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 על ידי שילוב של ניגוד קליטה אופטי חזק עם רזולוציה מרחבית גבוהה מן אולטרסאונד. ב PAM, דופק לייזר קצר מקריא את הרקמה / מדגם. ספיגת האור על ידי chromophores ( למשל, מלנין, המוגלובין, מים וכו &#39; ) גורם להגדלת הטמפרטורה, וכתוצאה מכך לייצר את גלי הלחץ בצורה של גלי אקוסטיקה (גלים photacoustic). גלים photacoustic שנוצר יכול להיות מזוהה על ידי מתמר קול רחב Broadband מחוץ לגבולות הרקמות. ניצול המיקוד האקוסטי חלש אופטי הדוק, הדמיה רקמה עמוקה יכולה להיות מושגת ברזולוציה אקוסטית מיקרוסקופיה photacoustic (AR-PAM) 14 , 15 , 16 . ב AR-PAM, רזולוציה לרוחב של 45 מיקרומטר עומק הדמיה עד 3 מ&quot;מ הודגמו 15 . על מנת לפתור נימים בודדים (~ 5 מיקרומטר) אקוסטי, מתמרים קוליים הפועלים ב&gt; 400 MHz תדרים מרכזיים נדרשים. בתדרים גבוהים כאלה, עומק החדירה הוא פחות מ -100 מיקרומטר. הבעיה הנגרמת על ידי מיקוד אקוסטי הדוק ניתן לפתור באמצעות מיקוד אופטי הדוק. רזולוציה אופטית מיקרוסקופית פוטוקוסטית (OR-PAM) מסוגלת לפתור נימים בודדים, או אפילו תא בודד 17 , ורזולוציה לרוחב של 0.5 מיקרומטר הושגה 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 . השימוש nanojet פוטוניים יכול לעזור להשיג החלטה מעבר לפתרון מוגבל עקיפהN 25 , 26 . ב OR-PAM, עומק החדירה מוגבל בשל התמקדות אור, והוא יכול תמונה עד ~ 1.2 מ&quot;מ בתוך הרקמה הביולוגית 23 . לכן, AR-PAM יכול תמונה עמוקה יותר, אבל עם רזולוציה נמוכה יותר, ו- OR-PAM יכול תמונה עם רזולוציה גבוהה מאוד, אבל עם עומק הדמיה מוגבל. מהירות ההדמיה של מערכת AR ו- OR-PAM תלויה בעיקר בשיעור הדופק של מקור הלייזר 27 . שילוב AR-PAM ו- OR-PAM יהיה בעל תועלת רבה ליישומים הדורשים הן רזולוציה גבוהה והן הדמיה עמוקה יותר. נעשה מאמץ קטן לשלב מערכות אלה יחד. בדרך כלל, שני סורקי הדמיה שונים משמשים הדמיה, אשר דורש כי המדגם יועברו בין שתי המערכות, ובכך מקשה לבצע הדמיה vivo . עם זאת, הדמיה היברידית עם שניהם AR ו - PAM או מאפשר הדמיה עם החלטות להרחבה אNd מעמקים. בגישה אחת, צרור סיבים אופטיים משמש כדי לספק אור הן AR ו- PAM. בגישה זו, שני לייזר לייזרים (לייזר אנרגיה גבוהה ב 570 ננומטר עבור AR ו אנרגיה נמוכה, שיעור חזרות גבוהה לייזר ב 532 ננומטר עבור OR) משמשים, מה שהופך את המערכת לא נוח ויקר 28 . אור הלייזר OR-PAM קבוע, ומחקרים רבים, כגון על רוויון החמצן, אינם אפשריים באמצעות מערכת משולבת זו. מחקרים השוואתיים בין AR ו- OR PAM גם הם בלתי אפשריים בגלל ההבדל באורכי גל לייזר בין AR ו- OR. יתר על כן, AR-PAM משתמש תאורה שדה בהיר; לכן, אותות חזקים photacoustic מ משטח העור להגביל את איכות התמונה. מסיבה זו, המערכת לא ניתן להשתמש ביישומים רבים ביו-בימוי. בגישה אחרת לביצוע AR ו- PAM, המיקוד האופטי והאולטראסאונד משתנה, מה שהופך את מוקד האור ואת המיקוד האולטראסאונד ללא שינוי. לכן, איכות התמונה אינה אופטימלית <suP class = &quot;xref&quot;&gt; 29. באמצעות טכניקה זו, AR-PAM ו OR-PAM יכול להשיג רק 139 מיקרומטר ו 21 מיקרומטר החלטות, בהתאמה, מה שהופך אותו מערכת ברזולוציה ירודה. גישה אחרת, הכוללת שינוי סיבים אופטיים collimating אופטיקה, דווחו לעבור בין AR ו - PAM, מה שהופך את תהליך היישור קשה 30 . בכל המקרים הללו, AR-PAM לא להשתמש תאורה שדה כהה. השימוש בהארת שדה כהה יכול להפחית את הדור של אותות Photoacoustic חזקה ממשטח העור. לכן, הדמיה רקמות עמוק יכול להתבצע באמצעות תאורה בצורת טבעת, כמו רגישות זיהוי של אותות photacoustic עמוק יהיה גבוה יותר להשוות את זה של תאורה שדה בהיר. עבודה זו מדווחת על מערכת הדמיה מסוג AR ו - PAM (AR-OR-PAM) המיועדים להדמיה ברזולוציה גבוהה, והדמיה ברזולוציה נמוכה של הדגימה בעומק הדגימה של אותו מדגם, תוך שימוש באותו לייזר וסורק עבור שתי הסיסטותEms. הביצועים של מערכת AR-OR-PAM התאפיינו בקביעת הרזולוציה המרחבית ועומק ההדמיה באמצעות ניסויים רפאים. ב vivo הדם vasculature הדמיה בוצעה על אוזן העכבר כדי להדגים יכולת הדמיה ביולוגית שלה.

<table><tbody><tr><td>Q-switched Nd:YAG לייזר</td><td>Edgewave</td><td>BX80-2-L</td><td>לייזר משאבה&nbsp;</td></tr><tr><td>Credo-קצב חזרות גבוה לייזר</td><td>צבע ספקטרום פיזיקה</td><td>CREDO-DYE-N</td><td>לייזר צבע</td></tr><tr><td>דיוק שלב ליניארי</td><td>Physik Instrumente</td><td>PLS 85&nbsp;</td><td>שלב סריקת רסטר XY</td></tr><tr><td>שלב התרגום</td><td>Physik Instrumente</td><td>VT 80&nbsp;</td><td>קביעה קונפוקלית</td></tr><tr><td>פוטו-דיודה סיליקון רכובה</td><td>Thorlabs</td><td>SM05PD1A</td><td>טריגר/וריאציה של דופק</td></tr> שלב <tr><td>סיבוב רציף ממונע &nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>CR1/M-Z7</td><td>הסטת קרן לייזר</td></tr><tr><td>רכוב מסנן ND משתנה ברציפות</td><td>Thorlabs</td><td>NDC-50C-4M</td> כבל תיקון סיבים <td>משתנה בעוצמה</td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>M29L01</td> מיקרוסקופ <td>סיבים מולטימוד</td></tr><tr><td>אובייקטיבי</td><td>ניופורט</td><td>M-10X</td><td>מטרה&nbsp;</td></tr><tr><td>תושבת תרגום XY</td><td>Thorlabs</td><td>CXY1</td><td>תושבת תרגום</td></tr><tr><td>עדשה קמורה פלאנו עדשה קמורה</td><td>Thorlabs</td><td>LA1951</td><td>עדשה</td></tr><tr><td>חרוטית&nbsp;</td><td>Altechna</td><td>APX-2-B254</td><td>קרן בצורת טבעת</td></tr><tr><td>שלב תרגום</td><td>Thorlabs</td><td>CT1</td><td>שלב תרגום</td></tr><tr><td>מעבה אופטי</td><td>מתמר אולטרסאונד תוצרת</td><td></td><td></td>בית</tr><tr><td></td><td>Olympus-NDT</td><td>V214-BB-RM</td><td>מתמר 50MHz</td></tr><tr><td>עדשה קעורה פלאנו</td><td>Thorlabs</td><td>LC4573</td><td>עדשה אקוסטית</td></tr><tr><td>פולסר/מקלט</td><td>Olympus-NDT</td><td>5073PR</td><td>מגבר הד דופק&nbsp;</td></tr><tr><td>רכוב קשתית סטנדרטית</td><td>Thorlabs</td><td>ID12/M</td><td>עיצוב קרן</td></tr><tr><td>פלאנו עדשה קמורה</td><td>Thorlabs</td><td>LA4327</td><td>עדשת מעבה</td></tr><tr><td>רכוב חור דיוק</td><td>Thorlabs</td><td>P50S</td><td>סינון מרחבי</td></tr><tr><td>כבל תיקון סיבים במצב יחיד</td><td>Thorlabs</td><td>P1-460B-FC-1</td><td>מצמד סיבים במצב יחיד</td></tr><tr><td></td><td>ניופורט</td><td>F-91-C1</td><td>מצב יחיד צימוד</td></tr><tr><td>עדשת כפולה אכרומטית</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>32-317</td><td>כפל אכרומטי</td></tr><tr><td>מראה אליפטית כסף מוגן</td><td>Thorlabs</td><td>PFE10-P01</td><td>מראה</td></tr><tr><td>זווית ישרה תושבת מראה קינמטית</td><td>Thorlabs</td><td>KCB1</td><td>תושבת מראה</td></tr><tr><td>ציר Z תרגום הר</td><td>Thorlabs</td><td>SM1Z</td><td>z מתרגם</td></tr><tr><td>צינור עדשה</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SM05L10 UV התמזגה סיליקה זווית ישרה פריזמה</td><td>Thorlabs</td><td>PS615</td><td>פריזמה זווית ישרה</td></tr> פריזמה <tr><td>מעוין</td><td>אופטיקה אדמונד</td><td>47-214</td><td>גל גזירה</td></tr><tr><td>דימתילפוליסילוקסן</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>DMPS1M</td><td>מגבר שמן סיליקון</td></tr><tr><td></td><td>מיני מעגלים</td><td>ZFL-500LN</td><td>מגבר</td></tr><tr><td>16 סיביות ספקטרום דיגיטייזר במהירות גבוהה</td><td></td><td>M4i.4420</td><td>כרטיס רכישת נתונים</td></tr><tr><td>אוסילוסקופ</td><td>Agilent Technologies</td><td>DS06014A</td><td></td></tr><tr><td>עכברים&nbsp;</td><td>InVivos Pte.Ltd</td><td>ICR</td><td>מודל בעלי חיים</td></tr><tr><td>ג'ל אולטרסאונד&nbsp;</td><td>פרוגרס/פרקר ג'ל אקוואסוני</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>צימוד אקוסטי</td></tr><tr><td>מיכל מים</td><td>תוצרת</td><td></td><td></td>בית</tr><tr><td>שלב תרגום</td> מיתוג <td>תוצרת בית</td><td></td><td>AR-OR</td></tr><tr><td>ננו-חלקיקי זהב</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>742031</td><td>רזולוציה רוחבית</td></tr><tr><td>משחת עיניים סטרילית</td><td>Alcon</td><td>Duratears</td><td>הדמיית בעלי חיים</td></tr><tr><td>1951 USAF יעד בדיקת רזולוציה</td><td>Edmund Optics</td><td>38257</td><td>יישור קונפוקלי</td></tr><tr><td>תוכנת רכישת נתונים</td><td>National Instrument</td><td>Labview</td><td>תוכנה ביתית באמצעות תוכנת עיבוד תמונה Labview</td></tr><tr><td></td><td>Mathworks</td><td>Matlab</td><td>תוכנית תוצרת בית באמצעות Matlab</td></tr></tbody></table>

רזולוציה אקוסטית ואופטית למיקרוסקופיה פוטוקוסטית עבור<em&gt; בויבו</em&gt; בעלי חיים קטנים דם vasculature הדמיה

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

מיקרוסקופ Photoacoustic (PAM) הוא מהיר הדמיה invivo מודולציה הדמיה המשלבת הן אופטיקה אולטרסאונד, מתן חדירה מעבר נתיב אופטי אופטי חינם (~ 1 מ&quot;מ בעור) עם רזולוציה גבוהה. על ידי שילוב של ניגוד קליטה אופטי עם רזולוציה מרחבית גבוהה של אולטרסאונד במודל אחד, טכניקה זו יכולה לחדור ברקמות עמוק. מערכות מיקרוסקופיות פוטוקוסטיות יכולות להיות בעלות רזולוציה אקוסטית נמוכה או בדיקה עמוקה או רזולוציה אופטית גבוהה בדיקה רדוד. זה מאתגר להשיג רזולוציה מרחבית גבוהה חדירה עומק גדול עם מערכת אחת. עבודה זו מציגה מערכת AR-OR-PAM המסוגלת הן הדמיה ברזולוציה גבוהה בעומקים רדודים ברזולוציה נמוכה הדמיה ברקמות עמוק של המדגם אותו in vivo . רזולוציה לרוחב של 4 מיקרומטר עם 1.4 מ&quot;מ עומק הדמיה באמצעות מיקוד אופטי ברזולוציה לרוחב של 45 מיקרומטר עם 7.8 מ&quot;מ עומק הדמיה באמצעות התמקדות אקוסטית היו מוצלחיםהוכיחו באמצעות המערכת המשולבת. הנה, ב vivo קטן vwo דם בעלי חיים הדמיה מבוצעת כדי להדגים יכולת הדמיה ביולוגית שלה.

סכמטי של מערכת AR-OR-PAM מוצג באיור 1 . במסגרת זו ההתקנה, כל הרכיבים היו משולבים התאספו ההתקנה כלוב אופטי. השימוש במערכת כלוב הופך את סורק ה- AR-OR-PAM לסריקה קומפקטית וקל להרכבה בקלות, מיושר ומשולב על שלב סריקה יחיד. דו מימדי רציף סריקה סריקה של ראש הדמיה שימש במהלך רכישת התמונה. אותות הרשות שהוכנסו בזמן הוכפלו במהירו...

כאן ברזולוציה אקוסטית להחלפה (AR) ו רזולוציה אופטי (OR) מיקרוסקופית photacoustic (AR-OR-PAM) מערכת המסוגלת הן הדמיה ברזולוציה גבוהה בעומק רדודים ברזולוציה נמוכה הדמיה רקמה עמוקה על אותו מדגם in vivo הוא הפגינו.

רזולוציה אקוסטית ואופטית למיקרוסקופיה פוטוקוסטית עבור<em&gt; בויבו</em&gt; בעלי חיים קטנים דם Vasculature הדמיה

Photoacoustic microscopy (PAM) is a fast-growing invivo imaging modality that combines both optics and ultrasound, providing penetration beyond the ...

המטרה הכללית של הליך זה היא להדגים מערכת מיקרוסקופיה פוטואקוסטית בעלת רזולוציה אקוסטית ואופטית ניתנת למיתוג עבור הדמיה של כלי דם בבעלי חיים קטנים in vivo. מיקרוסקופיה פוטואקוסטית היא שיטת הדמיה in vivo בעלת צמיחה מהירה המשלבת אופטיקה ואולטרסאונד, ומספקת עומק הדמיה מעבר למסלול האופטי ברזולוציה גבוהה. עבודה זו מציגה מערכת מיקרוסקופית פוטואקוסטית בעלת רזולוציה אקוסטית-אופטית ניתנת למיתוג, המסוגלת לבצע הדמיה ברזולוציה גבוהה יותר בעומק רדוד, כמו גם הדמיה של רקמה עמוקה ברזולוציה נמוכה יותר של אותה דגימה in vivo.את הפרוצדורה ידגימו ד"ר Mohesh Moothanchery, עמית מחקר מהמעבדה שלי, ו-Arunima Sharma, סטודנטית לדוקטורט מהמעבדה שלי. ראשית, הרכיבו מערכת לייזר הניתנת לכוונון בטווח של ננו-שנייה, המורכבת מלייזר Nd:YAG במצב מוצק המופעל על ידי דיודה ומלייזר בעל כוונון כפול בטווח של 559 עד 576 ננומטר. כווננו את הלייזר בעל הכוונון הכפול ל-570 nan.הצב על שולחן אופטי מיכל אקרילי עם חלון דימות מפוליאתילן בגודל שבעה סנטימטרים ברצפת המיכל. קבע במה דימות לעמוד אופטי מתחת לחלון הדימות. מעל המיכל, הצב כלוב אופטי המכיל את מערכת הדימות AR-OR-PAM על גבי לוחית מיתוג המחוברת לבמה motorized תלת-צירית הנשלטת על ידי מחשב.כדי להגדיר את המערכת עבור AR-PAM, השתמש במנסרה בעלת זווית ישרה המורכבת על במה סיבובית רציפה ממונעת כדי לכוון את הקרן דרך מסנן בעל צפיפות ניטרלית משתנה אל כבל סיב אופטי רב-סגמנט עם מחבר סיבים בעל 25 NA. חבר את מוצא הסיב לבמת תרגום XY במערכת ההדמיה. כוון את הקרן דרך עדשה קמורה-מישורית במרחק של 25 מילימטרים מהמוצא, ולאחר מכן דרך עדשה קונית כדי ליצור קרן בצורת טבעת.מקדמו את קרן האור בצורת טבעת באמצעות עיבשת אופטית סביב מתמר אולטרסאונד של 50 megahertz עם עדשה אקוסטית המותקנת ביציאת המתמר. לאחר מכן, כדי להגדיר את המערכת עבור OR-PAM, סובבו את הפריזמה הראשונה בזווית ישרה ב-90 מעלות כדי להפנות את קרן הלייזר דרך איריס, מסנן ניטרלי בעובי משתנה (neutral-density filter), עדשת עיבשת וחור סיכה (pinhole) הממוקם במרחק של 75 millimeters מעדשת העיבשת. השתמשו במצמד סיב אופטי Single-mode בעל 1 NA ובסיב Single-mode כדי להעביר את הקרן לבמת ההזזה של ציר Z במערכת ההדמיה.כוון את הקרן דרך עדשת דובלט אכרומטית המורכבת במרחק של 50 מילימטרים מפלט הסיב. השתמש במראה אליפטית, ניתנת לשליטה וקינמטית, כדי להסיט את הקרן לעדשת דובלט אכרומטית שנייה בתוך שפופרת עדשה. מקד את הקרן על מנסר זווית ישרה המופרד על ידי שכבת שמן סיליקון ממנסר רומבואיד, הנושא עדשה אקוסטית ומתמר אולטרסאונד בעל תדר של 50 מגה-هرץ, המהווים יחד את ראש הסריקה של ה-OR-PAM.לפני תחילת כיול המערכת, מלאו את מיכלי האקרילי במים מנווים. לאחר מכן, השתמשו בבמה הממונעת בעלת שלושה צירים כדי להזיז את מכלול הסריקה מעל המיכל. הורידו את המכלול עד שהעדשות האקוסטיות של שתי המערכות שקועות במים.הפעילו את הלייזר. חברו את המתמרים העל-קוליים לשני מגברים בעלי הגבר קבוע של 25 דציבל. מקמו את ראש הסריקה של ה-AR-PAM מעל חלון הדימיון.הנח זכוכית כיסוי עטופה בסרט בידוד שחור על במת הדימוי והרם את הבמה כדי להביא את הזכוכית למגע עם חלון הדימוי. כוונן את העדשה הקונית עד שамפליטודת האות הפוטו-אקוסטי הנוצר מהזכוכית תגיע למקסימום, דבר המעיד על כך שהעדשות האופטיות והאקוסטיות הן קונפוקאליות. לאחר מכן, עבור ידנית למערכת ה-OR-PAM.כווננו את עדשת הדאבלט האכרומטית עד שהעדשות האופטית והאקוסטית יהיו קונפוקאליות, כפי שניתן לזהות על ידי מקסום אמפליטודת האות הפוטואקוסטית מהשקופית המכוסה בסרט דבק. כדי לקבוע את הרזולוציה הלטרלית של כל מערכת, הניחו תחילה 1 milliliter של תמיסה מדוללת של ננו-חלקיקי זהב בגודל 100 nanometer במים על לוחית כיסוי. הניחו את השקופית על במת הדימוי.והעלו את הבמה עד שתמיסת הננו-חלקיקים תיבוא במגע עם חלון הדימיון. העבירו את הלייזר ואת ראש הסריקה למערכת ה-AR-PAM. הגדירו את תוכנת המכשיר לסריקת AR-PAM ובצעו סריקת רסטר בודדת.חזור על תהליך זה עבור מערכת ה-OR-PAM. לאחר מכן, הסר את השקופית ונקה את חלון הדימיג באמצעות מק swabs אלכוהול. התאם את פונקציות פיזור הנקודה שנקבעו מהתמונות שנרכשו לעקומה גאוסיאנית.רוחב החצייה המקסימלי (FWHM) מייצג את הרזולוציה הלטרלית של מערכת הסריקה המתאימה. לאחר מכן, כדי לקבוע את עומק הדימוי המקסימלי ברקמה, הכניסו תחילה לוח מתכת חד עטוף בסרט שחור לתוך חלק קטן של רקמת עוף בזווית רדודה. מקמו את הרקמה במיכל המים תחת ראש הסורק.השיגו תמונת B-scan אחת עבור כל מערכת. מדדו את העומק מתחת לפני השטח של הרקמה שבו הסרט השחור אינו ניתן להבחנה בבירור. לפני הצילום, ודאו שחלון הדימות מפוליאתילן ובמת הדימות של בעל החיים נקיים.לאחר הרדמת העכבר, השג עכברת בת ארבעה שבועות במשקל 25 גרם לצורך הליך הדימיון. הסר שיער מפני האוזן באמצעות קרם להסרת שיער. מרח פומדה עינית סטרילית על עיני העכבר כדי למנוע יובש ולחסום קרני לייזר מפוזרות.הניחו את העכבר על במת דימות עם פלטה למיקום האוזן המיועדת לדימות. עקבו אחר המצב הפיזיולוגי של העכבר באמצעות מד סטורציה (pulse oximeter) המחובר לזנב או לרגל של העכבר. מרחו ג'ל אולטרסאונד על האוזן המיועדת לדימות.העלה לאט את במת הדימות כדי להביא את האוזן למגע עדין עם חלון הדימות העשוי פוליאתילן. בצע סריקות רסטר של AR-PAM ו-OR-PAM של אוזן העכבר, תוך ניטור המצב הפיזיולוגי של העכבר לאורך התהליך. אפשר לעכבר להתאושש באופן מלא לאחר הדימות.מערכת כלי הדם של עכבר דומתה כאן in vivo באמצעות מערכת AR-OR-PAM הניתנת למיתוג. כלי דם בעובי העולה על 45 micrometers היו גלויים בבירור בתמונת ה-AR-PAM. נימים בודדים ברוחב של כחמישה micrometers נרשמו באמצעות דימוי OR-PAM.למערכת ה-AR-OR-PAM המשולבת יש רזולוציה לטראלית של כארבעה מיקרון, ועומק הדמיה של 0.4 mm עבור ה-OR-PAM, ורזולוציה לטראלית של כ-45 מיקרומטר ועומק הדמיה של 7.8 mm עבור ה-AR-PAM. מערכת ה-AR-OR-PAM המשולבת הניתנת להחלפה מאפשרת הדמיה ללא צורך בהזזת הדגימה בין מערכות הדמיה שונות.ניתן להשתמש במערכת שפותחה עבור דימות פרה-קליני. יישומים פרה-קליניים מרכזיים כוללים דימות של אנדרוגנזה, סביבות מיקרו של גידולים, מיקרו-סירקולציה, תגובה לתרופות, תפקוד מוחי, סמנים ביולוגיים ופעילות גנים.

switchable-acoustic-optical-resolution-photoacoustic-microscopy-for

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

מיקרוסקופיה אופטית ברזולוציה photoacoustic (OR-PAM) היא טכנולוגיה המתעוררים מסוגל קליטה הדמיה אופטית...

תלת ממדית ברזולוציה אופטית photoacoustic מיקרוסקופית

רפואת עיני photoacoustic (PAOM), שיטת הדמיה אופטית המבוססת על קליטה, מספקת את ההערכה המשלימה של הרשתית לטכנולוגיות ההדמיה לרפואת העיניים הזמינים כיום. אנו מדווחים על השימוש של PAOM משולב עם טומוגרפיה רפאים-תחום קוהרנטיות אופטית (SD-אוקטובר) להדמית רשתית multimodal סימולטני בחולדות.

Ophthalmoscopy photoacoustic משולב וטומוגרפיה אופטית קוהרנטיות Spectral-תחום

ההדמיה intravital ברזולוציה גבוהה עם ניגודיות משופרת עד 120 מיקרומטר עומק בבלוטות הלימפה של עכברים בוגרים מושגת על ידי מרחבית ויסות דפוס העירור של מיקרוסקופ שני פוטונים רב המוקדים. ב100 עומק מיקרומטר מדדנו החלטות 487 ננומטר (לרוחב) ו551 ננומטר (צירי), ובכך לעקוף את מגבלות פיזור ועקיפות.

מיקרוסקופית Intravital הפסים תאורה נפתר מאוד של מרכזי ז&#39;רמינל

העבודה הנוכחית מתארת פרוטוקול חדש לביצוע אולטרסאונד לא פולשני בתדר גבוה והדמיה פוטו-אקוסטית מבוססת על מוח חולדה, כדי לדמיין ביעילות אזורים תת-קורטיקליים עמוקים ואת דפוסי כלי הדם שלהם על ידי הכוונת אותות על נקבי הגולגולת הנמצאים באופן טבעי בגולגולת בעלי חיים.

רקמת ריאה, כלי דם וחילוף חומרים בתדר גבוהים לא פולשני אולטראסאונד וphotoacoustic עכברוש Deep Brain Imaging

מערכת קומפקטית המבוססת על דיודות פולוקוסטיות (PLD-PAT) המבוססת על דיודות פולס-קומפקטיות עבור הדמיה מהירה במוח בחיות קטנות מופגנת.

קומפקטית קומפקטית טומוגרפיה מערכת עבור<em&gt; בויבו</em&gt; הדמיה מוחית קטנה של המוח

Photoacoustic כף יד קליני מערכת הדמיה תודגמנה עבור בזמן אמת לא פולשנית הדמיה בעלי חיים קטנים.

כף יד Photoacoustic קליניים מערכת הדמיה עבור בזמן אמת לא פולשנית הדמיה בעלי חיים קטנים

כתב יד זה מתאר את הרומן ההתקנה והפעלת הליך של מיקרוסקופ photoacoustic וכן מערכת כפולה-מודאליות טומוגרפיה אופטית קוהרנטית עבור הדמיה לא פולשנית, ללא תווית chorioretinal בעלי חיים גדולים יותר, כמו ארנבים.

הדמיה Chorioretinal כפול-מודאליות מיקרוסקופ Photoacoustic הרומן ו טומוגרפיה אופטית קוהרנטית בעיניים הארנב חי

קומפקטי פעמו לייזר דיודה מבוססי שולחן העבודה המבוסס פוטואקוסטית טומוגרפיה (PLD-PAT) מערכת מוכיחה עבור דינמי במהירות גבוהה ב-vivo הדמיה של בעלי חיים קטנים קליפת הגוף.

לייזר דיודה פעמו מבוססי שולחן עבודה פוטואקוסטית טומוגרפיה עבור ניטור לשטוף ולשטוף-Out של צבען ב הקורקולטורה של חולדה

תוכנן צילום פוטואקוסטי כפול לסריקת רסטר, אשר שילב הדמיה רחבת שדה והדמיה בזמן אמת.

צילום כפול של בעלי חיים קטנים פוטואקוסטיים לסריקת רסטר לפריטים חזותיים של כלי דם

מיקרוסקופ פוטואקוסטי אולטרה סגול במהירות גבוהה ופתוח שיכול לספק תמונות היסטולוגיות תוך ניתוחיות לניתוח שוליים כירורגיים מודגם, כולל תצורת המערכת, יישור אופטי, הכנת דגימות והליכים ניסיוניים.

מיקרוסקופיה פוטואקוסטית אולטרה סגולה במהירות גבוהה להדמיה היסטולוגית עם צביעה וירטואלית בסיוע למידה עמוקה

הפרוטוקול הנוכחי מתאר רכישה של תמונות אופטואקוסטיות מולטיספקטרליות של כלי דם בעור אנושי in vivo . אלה כוללים כימות של המוגלובין ומלנין, הנחשבים כרומופורים בעלי עניין לניתוח פונקציונלי.

טומוגרפיה אופטואקוסטית מולטיספקטרלית להדמיה תפקודית בחקר כלי הדם

למד מיקרוסקופיה פוטוקוסטית עם רזולוציה אקוסטית ואופטית להדמיית כלי דם בבעלי חיים קטנים. השיטה משלבת אופטיקה ואולטרה-סאונד לתמונות ברזולוציה גבוהה.

רזולוציה אקוסטית ואופטית למיקרוסקופיה פוטוקוסטית עבור

גלה סרטונים נוספים