소형 동물에서의 고속 생체 내 뇌 이미징을위한 소형 펄스 레이저 다이오드 기반 광 음향 단층 촬영 (PLD-PAT) 시스템이 시연되었습니다.
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이 논문에서
요약
초록
생체 내 작은 동물 영상은 전임상 연구에서 중요한 역할을합니다. Photoacoustic tomography (PAT)는 전임상 및 임상 적용 모두에 대한 큰 잠재력을 보여주는 신흥 하이브리드 이미징 양식입니다. 기존의 광 매개 오실레이터 기반 PAT (OPO-PAT) 시스템은 부피가 크고 값 비싸고 고속 이미징을 제공 할 수 없습니다. 최근 펄스 레이저 다이오드 (PLD)가 PAT의 대안적인 여기 소스로서 성공적으로 시연되었습니다. 펄스 레이저 다이오드 PAT (PLD-PAT)는 광 음향 팬텀 및 생물 조직에서의 고속 이미징에 성공적으로 시연되었습니다. 이 작품은 PLD - 팻을 사용하여 생체 내 뇌 이미징을위한 시각화 실험 프로토콜을 제공합니다. 이 프로토콜에는 소형 PLD-PAT 시스템 구성과 그 기술, 뇌 이미징을위한 동물 준비 및 2D 횡단면 쥐 뇌 영상을위한 전형적인 실험 절차가 포함됩니다. PLD-PAT 시스템은 콤팩트하고 비용은 저렴합니다.fective이며 고속, 고품질 이미지를 제공 할 수 있습니다. 생체 내 에서 다양한 스캔 속도로 수집 된 뇌 이미지가 제시됩니다.
서론
Photoacoustic tomography (PAT)는 임상 및 전임상 연구 1 , 2 , 3 , 4 , 5 에서 많은 응용 분야가있는 하이브리드 이미징 모달입니다. PAT에서 나노초 레이저 펄스는 생물학적 조직을 조사합니다. 조직 발색단에 의한 입사광의 흡수는 국부적 인 온도 상승을 일으키고, 이는 음파의 형태로 방출되는 압력 파를 산출합니다. 초음파 검출기는 샘플 주변의 다양한 위치에서 광 음향 신호를 수집합니다. 광 음향 (PA) 신호는 광섬유 이미지를 생성하기 위해 다양한 알고리즘 (예 : 지연 - 합 알고리즘) 6 을 사용하여 재구성됩니다.
이 하이브리드 이미징 모달리티는 고해상도, 심 조직 이미징 및 높은 광학 흡수 대비를 제공합니다 .class = "xref"> 8. 최근에는 더 긴 파장 (~ 1,064 nm)과 인산염 프탈로시아닌 (phosphorus phthal....
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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 승인을받은 지침 및 규정에 따라 수행되었습니다.
1. 시스템 설명
- 그림 1a 와 같이 원형 스캐너 안에 PLD를 장착하십시오. PLD를 레이저 드라이버 장치 (LDU)에 연결하십시오.
참고 : PLD는 최대 펄스 에너지가 ~ 1.42 mJ이고 반복 속도가 최대 7 kHz 인 ~ 803 nm의 파장에서 ~ 136 ns 펄스를 제공합니다. 레이저 구동 유닛 (LDU)은 온도 제어기, 가변 전원, 전원 (12V) 및 함수 발생기를 포함한다. 재료 표를 참조하십시오. 가변 파워 서플라이는 레이저 파워를 제어하는데 사용되며, 함수 발생기는 PLD의 반복률을 변경하는 데 사용됩니다. - PLD 레이저를 켭니다. PLD 반복률을 "7,000"으로 설정합니다. Hz를 LDU의 함수 발생기를 사용하여 계산합니다. 가변 전원 장치의 전압을 "3.1"V로 설정하여 펄스 에너지를 1.42mJ로 증가시킵니다.
- 그림 1a 와 같이 광 확산....
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결과
이 섹션에서는 설명 된 PLD-PAT 시스템의 기능을 보여주는 생체 내 뇌 영상 결과를 보여줍니다. PLD-PAT 시스템의 고속 이미징 기능을 입증하기 위해 두 가지 건강한 쥐의 생체 내 뇌 영상을 수행했습니다. 그림 2 는 다양한 스캔 속도에서 암컷 쥐 (93g)의 뇌 이미지를 보여줍니다. 그림 2a 와 b는 두뇌 영역에서 두피를 제거하기 전후의 쥐 뇌 사진입니다. PAT 이미징은 비 침습적으로 이루어졌습니다 ( 예 : 피부와 두개골을 그대로 유지). 뇌의 단면으로부터의 PA 신호는 UST를 5 초, 10 초, 20 초 및 30 초 동안 순환 회전시킴으로써 수집되었다. 그림 2c -f는 5 초, 10 초, 20 초 및 30 초 스캔 시간에서 얻은 쥐 뇌의 PAT.......
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토론
이 작품은 쥐 PLD - PAT 시스템을 사용하여 생체 내 뇌 영상을 수행하기위한 프로토콜을 제공합니다. 이 프로토콜에는 쥐의 뇌 영상에 대한 일러스트레이션뿐만 아니라 이미징 시스템과 그 정렬에 대한 자세한 설명이 포함되어 있습니다. 기존의 OPO 기반 PAT 시스템은 값 비싸고 부피가 크며 5-10 분 내에 하나의 단면 이미지를 제공 할 수 있습니다. PLD-PAT 시스템은 콤팩트하고 휴대 가능하며 저렴한 비용으로 3 초 안에 우수한 품질의 이미지를 제공 할 수 있습니다. 이 시스템의 성능은 이전에 팬텀으로 연구되었으며 기존의 PAT 시스템과 비교되었습니다 25 . 여기에서 동일한 PLD-PAT가 빠른 생체 내 뇌 영상 에 대해 입증되었습니다. 결과는 시스템이 5 초안에서도 고품질 의 생체 내 이미지를 제공 할 수 있음을 보여줍니다.
몇 가지 장점이 있지만 PLD-PA.......
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공개 사항
저자는 원고에 관련있는 금전적 이해 관계가없고 공개 할 다른 잠재적 인 이해 상충은 없다.
감사의 글
이 연구는 싱가포르 교육부 (ARC2 / 15 : M4020238)와 싱가포르 보건 의료 연구 협의회 (NMRC / OFIRG / 0005 / 2016 : M4062012)가 후원하는 Tier 2 보조금으로 지원됩니다. 저자는 Machine Shop의 도움으로 Chow Wai Hoong Bobby에게 감사드립니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 펄스 레이저 다이오드 | Quantel, France | QD-Q1910-SA-TEC | 사양 803 nm, 펄스당 1.4 mJ, 136 ns 펄스, 최대 7 kHz, 치수: 11.0 x 6.0 x 3.6 cm, 무게: ~150 gm |
| 기어박스가 있는 스테퍼 모터 | LIN Engineering(서보 동역학) | 모터: CO-5718-01P, 기어박스: DPL64/1, NEMA 23의 경우 I = 10, 전원 공급 장치 PW100-48 | 검출기 홀더를 원형 형상으로 이동합니다. 토크: 2.08Nm, 로터 관성: 2.6kg-cm2 |
| 초음파 펄서/수신기 | Olympus | 5072PR | UST에서 PA 신호를 수신, 필터링 및 증폭합니다. 대역폭은 35MHz이고 이득은 ±입니다. 59 데시벨. |
| 초음파 변환기 | Olympus | V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069 | 광음향 감지에 사용되는 초음파 센서. 중앙 주파수 2.25MHz, 0.5인치, 원통형 초점 1.9인치 |
| PCIe DAQ(데이터 수집) 카드 | GaGe | CSE4227/A6000610/B0E00610 | 12비트, 100Ms/s, 2채널, 1Gs 온보드 메모리, PCIe x16 인터페이스 |
| Rats | In Vivos Pte Ltd, Singapore | NTac:SD, Sprague Dawley/SD | Female, 무게 100 ± 10g |
| 아크릴 물 탱크 | NTU 워크숍 | 맞춤 제작 | 그것은 뇌와 탐지기 사이의 음향 결합 매체로 작용하는 물을 포함하고 |
| 원형 스캐너 | NTU 작업장 | 맞춤형 | 스캐너는 알루미늄으로 만들어졌습니다 |
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| 컨트롤러 | LaridTech, MO, USA | MTTC1410 | PLD의 온도를 지속적으로 제어할 것입니다. |
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참고문헌
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review. J Biomed Opt. 22 (4), 041006(2017).
- Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review. IEEE Sel Top Quantum Electron. 22 (3), 6801215(2016).
- Valluru, K. S., ....
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