여기에는 생체 내 동일한 샘플 에서 심도 깊은 곳에서의 고해상도 이미징과 저해상도 깊은 조직 이미징이 가능한 스위칭 가능한 음향 해상도 (AR) 및 광학 해상도 (OR) 광 음향 현미경 (AR-OR-PAM) 시스템이 시연됩니다.
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이 논문에서
요약
초록
Photoacoustic microscopy (PAM)는 광학 및 초음파를 모두 결합한 빠르게 성장하는 인비 보 이미징 양식으로 고해상도 의 광학 평균 자유 경로 (~ 1 mm 피부)를 넘어서는 침투를 제공합니다. 광학 흡수 콘트라스트와 초음파의 높은 공간 해상도를 단일 양식으로 결합함으로써이 기술은 심부 조직을 투과 할 수 있습니다. 광 음향 현미경 검사 시스템은 음향 해상도가 낮고 탐침 깊이가 크거나 광학 해상도가 높고 탐침을 얕게 가질 수 있습니다. 단일 시스템으로 높은 공간 해상도와 큰 깊이의 침투를 달성하는 것은 어려운 일입니다. 이 작품은 얕은 깊이에서 고해상도 이미징과 생체 내 동일한 샘플의 저해상도 심 조직 이미징이 가능한 AR-OR-PAM 시스템을 제시합니다. 음향 집속을 사용하여 광학 집속을 사용하는 1.4 mm 이미징 깊이와 7.8 mm 이미징 깊이로 45 μm의 측면 해상도를 사용한 4 μm의 측면 해상도결합 된 시스템을 사용하여 시연되었습니다. 여기서 생체 내 소 동물 혈관 조영술은 생물학적 이미징 능력을 입증하기 위해 수행됩니다.
서론
광학 결맞음 단층 촬영, 공 촛점 현미경 검사 및 다 광자 현미경 검사와 같은 고해상도 광학 이미징 양식은 많은 이점을 가지고 있습니다. 그러나 공간 해상도는 이미징 깊이가 증가함에 따라 크게 감소합니다. 이것은 연조직 1 , 2 에서의 빛 전달의 확산 성 때문입니다. 광학 여기와 초음파 검출의 통합은 깊은 조직에서의 고해상도 광학 이미징의 과제를 극복 할 수있는 솔루션을 제공합니다. Photoacoustic microscopy (PAM)는 다른 광학 이미징 양식보다 더 깊은 이미징을 제공 할 수있는 하나의 모달입니다. 그것은 성공적으로 생체 내 구조, 기능, 분자 및 세포 이미징에 적용되었습니다 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8
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프로토콜
모든 동물 실험은 싱가포르 남양 기술 대학교 (Animal Protocol Number ARF-SBS / NIE-A0263)의 기관 동물 관리 및 사용위원회의 승인 된 규정과 지침에 따라 수행되었습니다.
1. AR-OR-PAM 시스템 ( 그림 1 )
- 시스템 구성 : AR-PAM
- 다이오드 조사 방식의 고체 상태 Nd-YAG 레이저 (532 nm)와 559-576 nm의 조도 범위를 갖는 염료 레이저로 구성된 나노초 가변 파장 레이저 시스템을 광 조사 광원으로 사용하십시오. 외부 제어기를 사용하여 레이저 파장을 570 nm로 설정하고 레이저 소프트웨어를 사용하여 레이저의 반복 속도를 1 kHz로 설정하십시오.
- 가변 레이저 필터 (NDF1, OD = 0-4.0)를 통해 레이저 출력의 5 %를 광 다이오드로 전환하려면 레이저 앞에 45 ° 각도로 빔 샘플러를 배치합니다.
- 90 °에서 빔 샘플러를 사용하여 레이저 빔을 방향 전환합니다.직각 프리즘 (RAP1)을 포함한다.
- 다른 중립 밀도 프리즘 (RAP2)을 사용하여 광 중성 밀도 필터 (NDF2, OD = 0-4.0)와 멀티 ....
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결과
AR-OR-PAM 시스템의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다. 이 설정에서 모든 구성 요소는 광학 케이지 설정에서 통합되고 조립되었습니다. 케이지 시스템을 사용하면 AR-OR-PAM 스캐닝 헤드를 소형으로 만들 수 있으며 단일 조립 단계로 쉽게 조립, 정렬 및 통합 할 수 있습니다.
이미지 획득 중에 이미징 헤드의 2 차원 연속 래스터 스캐닝이 사용되었습니다. 시간 - 분해 된 PA 신호는 소리의 속도 (1,540 m / s)로 곱해 져서 A- 라인을 얻습니다. Y- 스테이지의 연속 동작 중에 캡처 된 여러 개의 A- 라인은 2 차원 B- 스캔을 생성했습니다. 이미징 영역의 여러 B- 스캔을 캡처하여 컴퓨터에 저장하고 MAP 광 음향 이미지를 처리하고 생성하는 데 사용되었습니다.
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토론
결론적으로, 낮은 이미징 깊이에서 고해상도 이미징과 높은 이미징 깊이에서 저해상도 이미징을 모두 수행 할 수있는 전환 가능한 AR 및 OR PAM 시스템이 개발되었습니다. 전환 가능한 시스템의 측 해상도와 영상 깊이가 결정되었습니다. 이 전환 가능한 PAM 시스템의 장점은 다음과 같습니다. (1) 엄격한 광학 초점을 사용하는 고해상도 이미징. (2) 음향 집속을 이용한 심 조직 영상; 3) 강력한 PA 신호가 피부 표면에 나타나는 것을 방지하는 AR-PAM의 암시 야 조명. 4) 서로 다른 시스템 사이에서 샘플을 옮기지 않고 한 장소에 샘플을 보관할 수있는 능력. 5) 다중 레이저 및 스캐닝 스테이지의 사용을 피할 수있는 가능성; 6) 수제 성분의 최소 사용. 이것은 샘플 / ob을 움직이지 않고 동일한 샘플의 고해상도, 얕은 깊이 이미지 및 저해상도, 심 조직 이미지를 제공하는 OR-PAM과 암시 야 AR-PAM의 최초보고 된 조합입니다ject. 동일한 스캐닝 스테이지와 레이저를 사용하면 시스템을 효율적이고 비용 효율적으로 .......
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공개 사항
모든 동물 실험은 싱가포르 남양 기술 대학교 (Animal Protocol Number ARF-SBS / NIE-A0263)의 기관 동물 관리 및 사용위원회의 승인 된 지침 및 규정에 따라 수행되었습니다. 저자는 원고에 관련있는 금전적 이해 관계가없고 공개 할 다른 잠재적 인 이해 상충은 없다.
감사의 글
저자는 싱가포르 교육부 (ARC2 / 15 : M4020238)에서 후원하는 Tier 2 교부금에 대한 재정 지원을 인정하고자합니다. 저자는 Machine Shop의 도움을 주신 Chow Wai Hoong Bobby에게 감사드립니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Q-switched Nd:YAG 레이저 | Edgewave | BX80-2-L | 펌프 레이저 |
| Credo-High Repetition Rate Dye Laser | Spectra 물리학 | CREDO-DYE-N | 염료 레이저 |
| 정밀 선형 스테이지 | 물리 기기 | PLS 85 | XY 래스터 스캐닝 스테이지 |
| 번역 스테이지 | Physik Instrumente | VT 80 | 컨포칼 결정 |
| 장착된 실리콘 포토다이오드 | Thorlabs | SM05PD1A | 트리거링/펄스 변동 |
| 모터화된 연속 회전 스테이지 | Thorlabs | CR1/M-Z7 | 전환 레이저 빔 |
| 장착 연속 가변 ND 필터 | Thorlabs | NDC-50C-4M | 강도 가변 |
| 섬유 패치 케이블 | Thorlabs | M29L01 | 멀티모드 섬유 |
| 현미경 목표 | Newport | M-10X | 목표 |
| XY 변환 마운트 | Thorlabs | CXY1 | 변환 마운트 |
| Plano 볼록 렌즈 | Thorlabs | LA1951 | Collimating lens |
| Conical lens | Altechna | APX-2-B254 | 링 모양 빔 |
| 번역 스테이지 | Thorlabs | CT1 | 변환 스테이지 |
| 광학 콘덴서 | 홈 메이드 | ||
| 초음파 트랜스듀서 | Olympus-NDT | V214-BB-RM | 50MHz 트랜스듀서 |
| Plano 오목 렌즈 | Thorlabs | LC4573 | 음향 렌즈 |
| 펄서/수신기 | Olympus-NDT | 5073PR | 펄스 에코 증폭기 |
| 장착 된 표준 아이리스 | Thorlabs | ID12 / M | 빔 형성 |
| Plano 볼록 렌즈 | Thorlabs | LA4327 | 집광 렌즈 |
| 장착 정밀 핀홀 | Thorlabs | P50S | 공간 필터링 |
| 단일 모드 광섬유 패치 케이블 | Thorlabs | P1-460B-FC-1 | 단일 모드 |
| 광섬유 커플러 | Newport | F-91-C1 | 단일 모드 커플 링 |
| 무채색 이중선 렌즈 | Edmund Optics | 32-317 | 무채색 이중선 |
| 보호 실버 타원형 미러 | Thorlabs | PFE10-P01 | Mirror |
| 직각 키네마틱 미러 마운트 | Thorlabs | KCB1 | 미러 마운트 |
| Z축 변환 마운트 | Thorlabs | SM1Z | z 변환기 |
| 렌즈 튜브 | Thorlabs | ||
| UV 용융 실리카 직각 프리즘 | Thorlabs | PS615 | 직각 프리즘 |
| 마름모 프리즘 | Edmund Optics | 47-214 | 전단파 |
| 디메틸 폴리 실록산 | 시그마 Aldrich | DMPS1M | 실리콘 오일 |
| 증폭기 | 미니 회로 | ZFL-500LN | 증폭기 |
| 16 비트 고속 디지타이저 | 스펙트럼 | M4i.4420 | 데이터 수집 카드 |
| 오실로스코프 | Agilent Technologies | DS06014A | |
| 마우스 | InVivos Pte.Ltd | ICR | 동물 모델 |
| 초음파 젤 | 프로그레스 / 파커 아쿠아 소닉 젤 | PA-GEL-CLEA-5000 | 음향 커플 링 |
| 물 탱크 | 집에서 만든 | ||
| 번역 무대 | 수제 | 스위칭 AR-OR | |
| 골드 나노 입자 | 시그마 알드리치 | 742031 | 측면 해상도 |
| 멸균 안구 연고 | Alcon | Duratears | 동물 이미징 |
| 1951 USAF 해상도 테스트 대상 | Edmund Optics | 38257 | 컨포칼 정렬 |
| 데이터 수집 소프트웨어 | National Instrument | Labview | Home은 Labview |
| 이미지 처리 소프트웨어를 | Mathworks | Matlab | Home은 Matlab을 사용하여 프로그램을 만들었습니다 |
참고문헌
- Hu, S., Wang, L. V. Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature. J Biomed Opt. 15, 011101-01-011101-15 (2010).
- Ntziachristos, V. Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology. Nat Methods. 7 (8), 603-614 ....
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재인쇄 및 허가
