JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engenharia

उपंयास Photoacoustic माइक्रोस्कोपी और ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी दोहरे-मोडल Chorioretinal इमेजिंग खरगोश आंखों में रहने का

Published: February 08, 2018
doi:
10.3791/57135
, , , ,
1Kellogg Eye Center, Department of Ophthalmology and Visual Sciences,University of Michigan, 2Department of Biomedical Engineering,University of Michigan, 3Institute of Biomedical Engineering,Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College, 4Department of Radiology,University of Michigan

Summary

इस पांडुलिपि का वर्णन उपंयास सेटअप और एक photoacoustic माइक्रोस्कोपी और ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी दोहरी के संचालन की प्रक्रिया-इनवेसिव, लेबल मुक्त ऐसे खरगोश के रूप में बड़े पशुओं, के chorioretinal इमेजिंग के लिए रूपरेखा प्रणाली ।

Abstract

Photoacoustic नेत्र इमेजिंग एक उभरती हुई नेत्र इमेजिंग प्रौद्योगिकी है कि आक्रामक ध्वनि तरंगों में प्रकाश ऊर्जा परिवर्तित करके नेत्र ऊतक कल्पना कर सकते है और गहन जांच के तहत वर्तमान में है । हालांकि, सबसे तारीख को काम की सूचना दी छोटे जानवरों की आंखों के पीछे खंड के इमेजिंग पर ध्यान केंद्रित है, जैसे चूहों और चूहों, जो नैदानिक मानव छोटे गोलक आकार के कारण अनुवाद के लिए चुनौतियां बन गया है । इस पांडुलिपि का वर्णन एक उपंयास photoacoustic माइक्रोस्कोपी (पाम) और ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी (अक्टूबर) दोहरे पीछे खंड के लिए प्रणाली बड़े जानवरों की आंखों की, जैसे खरगोशों के रूप में इमेजिंग । प्रणाली विंयास, प्रणाली संरेखण, पशु तैयारी, और दोहरी-रूपरेखा के लिए प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल vivo में, इनवेसिव, लेबल मुक्त chorioretinal इमेजिंग खरगोशों में विस्तृत रहे हैं । विधि की प्रभावशीलता के प्रतिनिधि प्रयोगात्मक परिणामों के माध्यम से प्रदर्शन किया, रेटिना और धमनियां द्वारा प्राप्त vasculature सहित, पाम और OCT. इस पांडुलिपि खरगोश में इमेजिंग परिणाम reproducing और बड़े पशुओं में photoacoustic नेत्र इमेजिंग आगे बढ़ने के लिए एक व्यावहारिक गाइड प्रदान करता है ।

Introduction

हाल के दशकों में बायोमेडिकल photoacoustic इमेजिंग1,2,3,4,5,6,7 के क्षेत्र के विस्फोटक विकास देखा है ,8. ध्वनि में प्रकाश की ऊर्जा रूपांतरण के आधार पर, उभरते photoacoustic इमेजिंग organelles से तराजू पर जैविक नमूनों की कल्पना कर सकते हैं, कोशिकाओं, ऊतकों, छोटे जानवर पूरे शरीर के लिए अंगों और अपनी शारीरिक, कार्यात्मक, आणविक, आनुवंशिक प्रकट कर सकते हैं, और मेटाबोलिक जानकारी1,2,9,10,11,12. Photoacoustic इमेजिंग जैव चिकित्सा क्षेत्रों की एक श्रेणी में अद्वितीय अनुप्रयोगों पाया गया है, जैसे सेल बायोलॉजी13,14, संवहनी जीव विज्ञान15,16, न्यूरोलॉजी17,18 , कैंसर विज्ञान19,20,21,22, त्वचा विज्ञान23, 15 औषध विज्ञान24, और रुधिर25,26। नेत्र विज्ञान में अपने आवेदन, कि है, photoacoustic नेत्र इमेजिंग, दोनों वैज्ञानिकों और चिकित्सकों से पर्याप्त हितों को आकर्षित किया है और सक्रिय जांच के तहत वर्तमान में है ।

नियमित रूप से इस तरह के fluorescein एंजियोग्राफी (एफए) और indocyanine ग्रीन एंजियोग्राफी (ICGA) (प्रतिदीप्ति कंट्रास्ट के आधार पर), ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी (OCT) (ऑप्टिकल कैटरिंग कंट्रास्ट के आधार पर) के रूप में, आंख इमेजिंग प्रौद्योगिकियों27इस्तेमाल करने के लिए इसके विपरीत , और उसके व्युत्पंन अक्टूबर एंजियोग्राफी (लाल रक्त कोशिकाओं के प्रस्ताव के विपरीत के आधार पर), photoacoustic नेत्र इमेजिंग विपरीत तंत्र के रूप में ऑप्टिकल अवशोषण का उपयोग करता है । यह पारंपरिक नेत्र इमेजिंग प्रौद्योगिकियों से अलग है और आंख के ऑप्टिकल अवशोषण गुणों का अध्ययन है, जो आम तौर पर नेत्र ऊतक28के pathophysiological स्थिति के साथ जुड़े रहे है के लिए एक अनूठा उपकरण प्रदान करता है । तिथि करने के लिए, महत्वपूर्ण उत्कृष्ट कार्य photoacoustic नेत्र इमेजिंग29,30,31,३२,३३,३४,३५में किया गया है, ३६,३७, लेकिन इन अध्ययनों चूहों और चूहों जैसे छोटे जानवरों की आंखों के पीछे खंड पर ध्यान केंद्रित । अग्रणी अध्ययन अच्छी तरह से नेत्र विज्ञान में photoacoustic इमेजिंग की व्यवहार्यता का प्रदर्शन लेकिन वहां अभी भी एक लंबा रास्ता है के लिए प्रौद्योगिकी के नैदानिक अनुवाद की ओर जाने के बाद से चूहों और चूहों की गोलक आकार बहुत छोटे है (एक तिहाई से कम) है कि मनुष्यों की । एक महत्वपूर्ण लंबी दूरी पर अल्ट्रासाउंड तरंगों के प्रचार के कारण, संकेत तीव्रता और छवि गुणवत्ता बहुत जब तकनीक इमेजिंग के लिए बड़ा आंखों के पीछे खंड के लिए प्रयोग किया जाता है पीड़ित हो सकता है ।

इस लक्ष्य की ओर, हमने हाल ही में इनवेसिव, लेबल मुक्त chorioretinal इमेजिंग एकीकृत photoacoustic माइक्रोस्कोपी (पाम) और वर्णक्रमीय-डोमेन oct (SD-oct)३८का उपयोग कर रहने वाले खरगोशों में रिपोर्ट । प्रणाली उत्कृष्ट प्रदर्शन किया है और अंतर्जात अवशोषण और नेत्र ऊतक के विपरीत बिखरने के आधार पर बड़े पशुओं की आंखों की रेटिना और रंजित कल्पना सकता है । खरगोश में प्रारंभिक परिणाम बताते है कि पाम इनवेसिव व्यक्तिगत रेटिना और धमनियां रक्त वाहिकाओं एक लेज़र जोखिम खुराक (~ ८० एनजे) काफी नीचे अमेरिकी राष्ट्रीय मानक संस्थान (ANSI) सुरक्षा सीमा (१६० एनजे) ५७० पर का उपयोग कर भेद सकता है एनएम३९; और OCT स्पष्ट रूप से अलग रेटिना परतों, रंजित, और श्वेतपटल हल कर सकता है । यह बड़ा पाम का उपयोग पशुओं के पीछे खंड इमेजिंग के बहुत पहले प्रदर्शन है और विचार प्रौद्योगिकी के नैदानिक अनुवाद की दिशा में एक बड़ा कदम हो सकता है कि खरगोश (१८.१ mm) के गोलक आकार४० के अक्षीय लंबाई के लगभग ८०% है मनुष्य (२३.९ मिमी).

इस काम में, हम दोहरे-मोडल इमेजिंग प्रणाली और प्रायोगिक प्रोटोकॉल का एक विस्तृत विवरण प्रदान करते है इनवेसिव, लेबल मुक्त chorioretinal इमेजिंग में रहने वाले खरगोश में और प्रतिनिधि रेटिना के माध्यम से प्रणाली के प्रदर्शन का प्रदर्शन और धमनियां इमेजिंग परिणाम ।

Protocol

खरगोश एक संयुक्त राज्य अमेरिका के कृषि विभाग (USDA) प्रजातियों कवर कर रहे हैं । जैव चिकित्सा अनुसंधान में इसके उपयोग के लिए सख्त नियमों का पालन करने की जरूरत है । सभी खरगोश प्रयोगों के अनुसार ARVO (दृष्टि और न?…

Representative Results

दोहरे मोडल इमेजिंग प्रणाली और प्रायोगिक प्रोटोकॉल का सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया है लेखकों की प्रयोगशाला में चार ंयूजीलैंड सफेद खरगोश का उपयोग कर । निंनलिखित कुछ प्रतिनिधि परिणाम दिख?…

Discussion

एक बरकरार और नियमित रूप से आंसू फिल्म उच्च गुणवत्ता fundus छवियों के लिए आवश्यक है । एक अनियमित और बिगड़ा हुआ आंसू फिल्मों काफी छवि गुणवत्ता४२नीचा कर सकते हैं । आंसू फिल्म की अखंडता को बनाए रखने औ?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

यह काम राष्ट्रीय नेत्र संस्थान 4K12EY022299 (YMP) के उदार समर्थन द्वारा समर्थित किया गया था, दृष्टि के लिए लड़ो-इंटरनेशनल रेटिना रिसर्च फाउंडेशन FFS GIA16002 (YMP), दृष्टिहीनता को रोकने के लिए अनुसंधान से अप्रतिबंधित विभागीय समर्थन, और विश्वविद्यालय नेत्र विज्ञान और दृश्य विज्ञान के मिशिगन विभाग के । यह काम विजन राष्ट्रीय नेत्र संस्थान से P30 EY007003 द्वारा वित्त पोषित अनुसंधान के लिए कोर सेंटर का उपयोग किया ।

Materials

Dual-modality imaging system
OPO laser Ekspla (Vilnius, Lithuania) NT-242
Beam attenuator Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AHWP10M-600
Motorized rotation stage Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) PRM1/MZ8
Motorized rotation stage controller Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) TDC001
Focusing lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AC254-250-B
Pinhole Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) P50S
Collimating lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AC127-030-B
Photodiode Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) PDA36A 
Laser shutter Vincent Associates Inc. (Toronto, Canada) LS6S2T0
Laser shutter driver Vincent Associates Inc. (Toronto, Canada) VCM-D1
Dichroic mirror Semrock, Inc. (Rochester, NY, USA) Di03-R785-t3-25×36
Scan lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) OCT-LK3-BB
Ophthalmic lens Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) AC080-010-B-ML
Ultrasonic transducer Optosonic Inc. (Arcadia, CA, USA) Custom
Amplifier L3 Narda-MITEQ (Hauppauge, NY, USA) AU-1647
Band-pass filter Mini-Circuits (Brooklyn, NY, USA) BLP-30+
Digitizer DynamicSignals LLC (Lockport, IL, USA) PX1500-4 
Synchronization electronics National Instruments Corporation (Austin, TX, USA) USB-6353
OCT module Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) Ganymede-II-HR
Dispersion compensation glass Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) LSM03DC
Illumination LED light Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) MCWHF2 
Power meter Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) S121C 
Power meter interface Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) PM100USB 
Height measurement tool  Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) BHM1
Fundus camera Topcon Corporation (Tokyo, Japan)  TRC 50EX
Matlab MathWorks (Natick, MA, USA) 2017a
Oscilloscope Teledyne LeCroy (Chestnut Ridge, NY, USA) WaveJet 354T
Animal experiment
Water-circulating blanket Stryker Corporation (Kalamazoo, MI, USA) TP-700
Ketamine hydrochloride injection Par pharmaceutical, Inc. (Woodcliff Lake, NJ, USA) NDC code 42023-115-10
Xylazine hydrochloride VetOne (Boise, ID, USA) NDC code 13985-704-10
Tropicamide ophthalmic Akorn Pharmaceuticals Inc. (Lake Forest, IL, USA) NDC code 17478-102-12
Phenylephrine hydrochloride ophthalmic Paragon BioTeck, Inc. (Portland, OR, USA) NDC code 42702-102-15
Eye lubricant Hub Pharmaceuticals LLC (Rancho Cucamonga, CA, USA) NDC code 17238-610-15
Eyewash Altaire Pharmaceuticals, Inc. (Aquebogue, NY, USA) NDC code 59390-175-18
Tetracaine hydrochloride ophthalmic solution Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) NDC code 24208-920-64
Flurbiprofen sodium ophthalmic solution Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) NDC code 24208-314-25
Neomycin and Polymyxin B Sulfates and Dexamethasone Ophthalmic Ointment Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) NDC code 24208-795-35
Meloxicam injection Henry Schein Inc. (Queens, NY, USA) NDC code 11695-6925-1
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic tomography: in vivo imaging from organelles to organs. Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).
  2. Beard, P. Biomedical photoacoustic imaging. Interface Focus. , (2011).
  3. Taruttis, A., Ntziachristos, V. Advances in real-time multispectral optoacoustic imaging and its applications. Nat Photonics. 9 (4), 219-227 (2015).
  4. Tian, C., Xie, Z., Fabiilli, M. L., Wang, X. Imaging and sensing based on dual-pulse nonlinear photoacoustic contrast: a preliminary study on fatty liver. Opt Lett. 40 (10), 2253-2256 (2015).
  5. Tian, C., et al. Dual-pulse nonlinear photoacoustic technique: a practical investigation. Biomed Opt Express. 6 (8), 2923-2933 (2015).
  6. Tian, C., et al. Non-Contact Photoacoustic Imaging Using a Commercial Heterodyne Interferometer. IEEE Sens J. 16 (23), 8381-8388 (2016).
  7. Kim, K. H., et al. Air-coupled ultrasound detection using capillary-based optical ring resonators. Sci Rep. 7, 1 (2017).
  8. Feng, T., et al. Bone assessment via thermal photo-acoustic measurements. Opt Lett. 40 (8), 1721-1724 (2015).
  9. Chen, S. -. L., Xie, Z., Carson, P. L., Wang, X., Guo, L. J. In vivo flow speed measurement of capillaries by photoacoustic correlation spectroscopy. Opt Lett. 36 (20), 4017-4019 (2011).
  10. Dean-Ben, X., Fehm, T. F., Razansky, D. Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time. J Vis Exp. (93), e51864 (2014).
  11. Galanzha, E. I., et al. In vivo magnetic enrichment and multiplex photoacoustic detection of circulating tumour cells. Nat Nanotechnol. 4 (12), 855-860 (2009).
  12. Xiang, L., Wang, B., Ji, L., Jiang, H. 4-D photoacoustic tomography. Sci Rep. 3, (2013).
  13. Tian, C., et al. Plasmonic nanoparticles with quantitatively controlled bioconjugation for photoacoustic imaging of live cancer cells. Adv Sci. 3 (12), (2016).
  14. Zhou, F., Wu, S., Yuan, Y., Chen, W. R., Xing, D. Mitochondria-Targeting Photoacoustic Therapy Using Single-Walled Carbon Nanotubes. Small. 8 (10), 1543-1550 (2012).
  15. Maslov, K., Zhang, H. F., Hu, S., Wang, L. V. Optical-resolution photoacoustic microscopy for in vivo imaging of single capillaries. Opt Lett. 33 (9), 929-931 (2008).
  16. Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy. J Vis Exp. (51), e2729 (2011).
  17. Yao, J., et al. High-speed label-free functional photoacoustic microscopy of mouse brain in action. Nat Methods. 12 (5), 407-410 (2015).
  18. Yang, X., Skrabalak, S. E., Li, Z. -. Y., Xia, Y., Wang, L. V. Photoacoustic tomography of a rat cerebral cortex in vivo with au nanocages as an optical contrast agent. Nano Lett. 7 (12), 3798-3802 (2007).
  19. Agarwal, A., et al. Targeted gold nanorod contrast agent for prostate cancer detection by photoacoustic imaging. J Appl Phys. 102 (6), 064701 (2007).
  20. Zackrisson, S., van de Ven, S., Gambhir, S. Light in and sound out: emerging translational strategies for photoacoustic imaging. Cancer Res. 74 (4), 979-1004 (2014).
  21. Ermilov, S. A., et al. Laser optoacoustic imaging system for detection of breast cancer. J Biomed Opt. 14 (2), 024007 (2009).
  22. Mallidi, S., Luke, G. P., Emelianov, S. Photoacoustic imaging in cancer detection, diagnosis, and treatment guidance. Trends Biotechnol. 29 (5), 213-221 (2011).
  23. Zhang, H. F., Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging. Nat Biotechnol. 24 (7), 848 (2006).
  24. Keswani, R. K., et al. Repositioning Clofazimine as a Macrophage-Targeting Photoacoustic Contrast Agent. Sci Rep. 6, 23528 (2016).
  25. Strohm, E. M., Berndl, E. S., Kolios, M. C. Probing red blood cell morphology using high-frequency photoacoustics. Biophys J. 105 (1), 59-67 (2013).
  26. Nguyen, V. P., Kim, J., Ha, K. -. l., Oh, J., Kang, H. W. Feasibility study on photoacoustic guidance for high-intensity focused ultrasound-induced hemostasis. J Biomed Opt. 19 (10), 105010 (2014).
  27. Keane, P. A., Sadda, S. R. Retinal imaging in the twenty-first century: state of the art and future directions. Ophthalmology. 121 (12), 2489-2500 (2014).
  28. Keane, P., Sadda, S. Imaging chorioretinal vascular disease. Eye. 24 (3), 422-427 (2010).
  29. Jiao, S., et al. Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging. Opt Express. 18 (4), 3967-3972 (2010).
  30. Liu, T., et al. Near-infrared light photoacoustic ophthalmoscopy. Biomed Opt Express. 3 (4), 792-799 (2012).
  31. Song, W., et al. A combined method to quantify the retinal metabolic rate of oxygen using photoacoustic ophthalmoscopy and optical coherence tomography. Sci Rep. 4, 6525 (2014).
  32. Liu, W., Zhang, H. F. Photoacoustic imaging of the eye: a mini review. Photoacoustics. 4 (3), 112-123 (2016).
  33. de La Zerda, A., et al. Photoacoustic ocular imaging. Opt Lett. 35 (3), 270-272 (2010).
  34. Hu, S., Rao, B., Maslov, K., Wang, L. V. Label-free photoacoustic ophthalmic angiography. Opt Lett. 35 (1), 1-3 (2010).
  35. Silverman, R. H., et al. High-resolution photoacoustic imaging of ocular tissues. Ultrasound Med Biol. 36 (5), 733-742 (2010).
  36. Wu, N., Ye, S., Ren, Q., Li, C. High-resolution dual-modality photoacoustic ocular imaging. Opt Lett. 39 (8), 2451-2454 (2014).
  37. Hennen, S. N., et al. Photoacoustic tomography imaging and estimation of oxygen saturation of hemoglobin in ocular tissue of rabbits. Exp Eye Res. 138, 153-158 (2015).
  38. Tian, C., Zhang, W., Mordovanakis, A., Wang, X., Paulus, Y. M. Noninvasive chorioretinal imaging in living rabbits using integrated photoacoustic microscopy and optical coherence tomography. Opt Express. 25 (14), 15947-15955 (2017).
  39. Laser Institute of America. American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1 – 2007. American National Standards Institute, Inc. , (2007).
  40. Hughes, A. A schematic eye for the rabbit. Vision Res. 12 (1), 123 (1972).
  41. Ma, T., et al. Systematic study of high-frequency ultrasonic transducer design for laser-scanning photoacoustic ophthalmoscopy. J Biomed Opt. 19 (1), 016015 (2014).
  42. Song, W., Wei, Q., Jiao, S., Zhang, H. F. Integrated photoacoustic ophthalmoscopy and spectral-domain optical coherence tomography. J Vis Exp. (71), (2013).
  43. Mattison, S., Kim, W., Park, J., Applegate, B. Molecular Imaging in Optical Coherence Tomography. Curr Mol Imaging. 3 (2), 88-105 (2014).

Tags

Photoacoustic MicroscopyOptical Coherence TomographyDual-modality ImagingChorioretinal ImagingRabbit EyesNon-invasiveLabel-freeOphthalmic ImagingOxygen SaturationBlood DistributionMelaninOptical Parametric Oscillator LaserBeam SplitterTwo-dimensional GalvanometerTelescopeOphthalmic LensWater Circulating Heating BlanketPupil DilationUltrasonic AmplifierLow Pass FilterAmerican National Standards InstituteSpectral Domain OCT
check_url/pt/57135?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Tian, C., Zhang, W., Nguyen, V. P., Wang, X., Paulus, Y. M. Novel Photoacoustic Microscopy and Optical Coherence Tomography Dual-modality Chorioretinal Imaging in Living Rabbit Eyes. J. Vis. Exp. (132), e57135, doi:10.3791/57135 (2018).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image