Dual Raster-Scanning Photoakustischer Kleintier-Imager für Vaskuläre Visualisierung
Summary
Es wurde ein doppelter Raster-Scanning-Foto-Imager entwickelt, der Weitfeld-Bildgebung und Echtzeit-Bildgebung integriert.
Abstract
Die Bildgebung von Gefäßnetzwerken an Kleintieren hat in der biomedizinischen Grundlagenforschung eine wichtige Rolle gespielt. Die photoakustische Bildgebungstechnologie hat ein großes Anwendungspotenzial in der Bildkunde von Kleintieren. Die großfläbige photoakustische Bildgebung von Kleintieren kann Bilder mit hoher raumzeitlicher Auflösung, tiefem Eindringen und mehreren Kontrasten liefern. Auch das photoakustische Bildgebungssystem in Echtzeit ist wünschenswert, um die hämodynamischen Aktivitäten der Kleintiervaskulatur zu beobachten, die zur Erforschung der dynamischen Überwachung der physiologischen Merkmale von Kleintieren verwendet werden kann. Hier wird ein photoakustischer Imager mit dualem Rasterscannen vorgestellt, der über eine schaltbare Doppelmodus-Bildgebungsfunktion verfügt. Die Weitfeld-Bildgebung wird durch eine zweidimensionale motorisierte Übersetzungsstufe angetrieben, während die Echtzeit-Bildgebung mit Galvanometern realisiert wird. Durch die Einstellung verschiedener Parameter und Bildgebungsmodi kann die In-vivo-Visualisierung des kleintierischen Gefäßnetzwerks durchgeführt werden. Die Echtzeit-Bildgebung kann verwendet werden, um Pulswechsel und Durchblutungsänderungen von medikamenteninduzierten, etc. zu beobachten. Die Weitfeldbildgebung kann verwendet werden, um die Wachstumsveränderung der Tumorvaskulatur zu verfolgen. Diese lassen sich in verschiedenen Bereichen der biomedizinischen Grundlagenforschung leicht anwenden.
Introduction
Im grundlegenden biomedizinischen Bereich können Kleintiere die physiologische Funktion des Menschen simulieren. Daher spielt die Kleintierbildgebung eine wichtige Rolle bei der Erforschung von humanen homologen Krankheiten und der Suche nach einer wirksamen Behandlung1. Photoakustische Bildgebung (PAI) ist eine nicht-invasive Bildgebungstechnik, die die Vorteile der optischen Und Ultraschall-Bildgebung2kombiniert. Die Photoakustische Mikroskopie (PAM) ist ein wertvolles bildgebendes Verfahren für die Grundlagenforschung von Kleintieren3. PAM kann problemlos hochauflösende, tiefdurchdrungene, hochspezifische und kontrastreiche Bilder auf Basis optischer Anregung und Ultraschallerkennungerhalten 4.
Ein Pulslaser mit einer bestimmten Wellenlänge wird von endogenen Chromophoren des Gewebes absorbiert. Anschließend steigt die Temperatur des Gewebes, was zur Produktion von photoinduzierten Ultraschallwellen führt. Die Ultraschallwellen können von einem Ultraschallwandler erfasst werden. Nach Signalaufnahme und Bildrekonstruktion kann die räumliche Verteilung des Absorbers5erreicht werden. Einerseits erfordert die Visualisierung des ganzorganären Gefäßnetzes ein weites Sichtfeld. Der Prozess des Breitfeld-Scannens dauert in der Regel eine lange Zeit, um eine hohe Auflösung6,7,8zu gewährleisten. Andererseits erfordert die Beobachtung der hämodynamischen Aktivitäten von Kleintieren eine schnelle Echtzeit-Bildgebung. Die Echtzeit-Bildgebung ist vorteilhaft, um die Vitalzeichen von Kleintieren in Echtzeit9,10,11zu studieren. Das Sichtfeld der Echtzeit-Bildgebung ist in der Regel ausreichend klein, um eine hohe Aktualisierungsrate zu gewährleisten. Daher gibt es oft einen Kompromiss zwischen der Erzielung eines weiten Sichtfeldes und der Echtzeit-Bildgebung. Zuvor wurden zwei verschiedene Systeme für Weitfeld-Bildgebung oder Echtzeit-Bildgebung verwendet, getrennt.
Diese Arbeit berichtet über einen dualen Raster-Scanning Photoacoustic Imager (DRS-PAI), der Weitfeld-Bildgebung auf Basis einer zweidimensionalen motorisierten Übersetzungsstufe und Echtzeit-Bildgebung auf Basis eines zweiachsigen Galvanometerscanners integriert hat. Der Wide-Field Imaging Mode (WIM) wird durchgeführt, um vaskuläre Morphologie anzuzeigen. Für den Echtzeit-Imaging-Modus (RIM) gibt es derzeit zwei Funktionen. Zunächst kann RIM B-Scan-Bilder in Echtzeit bereitstellen. Durch die Messung der Verschiebung der Vaskulatur entlang der Tiefenrichtung können die Eigenschaften der Atmung oder des Pulses aufgedeckt werden. Zweitens kann der RIM den spezifischen Bereich im WIM-Bild quantitativ messen. Durch die Bereitstellung vergleichbarer Bilder lokaler WIM-Regionen können die Details der lokalen Veränderung genau aufgedeckt werden. Das System entwirft einen flexiblen Übergang zwischen weiträumiger Bildgebung der Gefäßvisualisierung und Echtzeit-Bildgebung der lokalen Dynamik. Das System ist in der biomedizinischen Grundlagenforschung wünschenswert, wenn eine Kleintierbildgebung erforderlich ist.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hier präsentierten wir einen dualen Raster-Scanning-Photoakustischen Kleintier-Imager für nichtinvasive Gefäßvisualisierung, der entwickelt und entwickelt wurde, um die Struktur der Vaskulatur und die damit verbundene dynamische Veränderung des Blutes zu erfassen. Der Vorteil von DRS-PAI ist, dass es die WIM und den RIM in ein System integriert, was es einfacher macht, die vaskuläre dynamische und vaskuläre Netzwerkstruktur von Kleintieren zu untersuchen. Das System bietet hochauflösende Weitfeld-Gefäßvisualisi…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchten die finanzielle Unterstützung von der National Natural Science Foundation of China (61822505; 11774101; 61627827; 81630046), The Science and Technology Planning Project of Guangdong Province, China (2015B020233016) und The Science and Technology Program of Guangzhou (Nr. 2019020001) würdigen.
Materials
| 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 |
Riferimenti
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