एक कॉंपैक्ट स्पंदित लेजर डायोड आधारित डेस्कटॉप photoacoustic टोमोग्राफी (pld-पैट) प्रणाली को उच्च गति गतिशील के लिए छोटे जानवर वल्कुट वैस्क्युलेचर के vivo इमेजिंग में प्रदर्शन किया है ।
Photoacoustic (फिलीस्तीनी अथॉरिटी) टोमोग्राफी (पैट) इमेजिंग एक उभरते जैव चिकित्सा इमेजिंग मोडलिटी विभिंन पूर्व नैदानिक और नैदानिक अनुप्रयोगों में उपयोगी है । कस्टम निर्मित परिपत्र अंगूठी सरणी-ट्रांसड्यूसर और पारंपरिक भारी एन डी: YAG/ओपो पराबैंगनीकिरण क्लीनिकों के लिए पैट प्रणाली के अनुवाद रोकना । अल्ट्रा कॉंपैक्ट स्पंदित लेजर डायोड (plds) वर्तमान में पास के एक वैकल्पिक स्रोत के रूप में इस्तेमाल किया जा रहा है फिलीस्तीनी अथॉरिटी इमेजिंग के लिए अवरक्त उत्तेजना । Vivo इमेजिंग में उच्च गति गतिशील एक कॉंपैक्ट PLD-आधारित डेस्कटॉप पैट प्रणाली (PLD-पैट) का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया है । एक कल्पना प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल का उपयोग कर डेस्कटॉप pld-पैट प्रणाली वीवो ब्रेन इमेजिंग में गतिशील के लिए इस काम में प्रदान की जाती है । प्रोटोकॉल का वर्णन डेस्कटॉप pld-पैट प्रणाली विंयास, मस्तिष्क संवहनी इमेजिंग के लिए पशु की तैयारी, और indocyanine ग्रीन (आईसीजी) डाई तेज और के गतिशील दृश्य के लिए प्रक्रिया चूहा वल्कुट वाहिकाविन्यास में ।
फोटोध्वनिक कम्प्यूटेड टोमोग्राफी (पैक्ट/पैट) एक होनहार गैर-इनवेसिव बायोमेडिकल इमेजिंग मोडलिटी उच्च ultrasond संकल्प के साथअमीर ऑप्टिकल कंट्रास्ट संयोजन1,2,3,4, 5. जब एक नैनोसेकेंड स्पंदित लेजर किसी भी जैविक ऊतक के अंदर मौजूद प्रकाश अवशोषित chromophores पर ऊर्जा, स्थानीय तापमान बढ़ाता है तापप्रत्यास्थ विस्तार और ऊतक के संकुचन के लिए अग्रणी, उत्पादन में जिसके परिणामस्वरूप दबाव तरंगों । इन दबाव तरंगों अल्ट्रासाउंड तरंगों या photoacoustic (फिलीस्तीनी अथॉरिटी) तरंगों के रूप में जाना जाता है, जो नमूने के आसपास अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर द्वारा पता लगाया जा सकता है । पता लगाए गए पीए सिग्नलों को विभिन्न पुनर्निर्माण एल्गोरिदम6,7,8,9 के प्रयोग द्वारा पुन खंगाला जाता है ताकि प्रतिभागीय पीए इमेज उत्पन्न की जा सके । PA इमेजिंग शरीर के अंदर मौजूद अंतर्जात क्रोमोफोस की तरंगदैर्घ्य निर्भरता के कारण स्थूल अंगों से सूक्ष्म अंगकों तक संरचनात्मक और कार्यात्मक जानकारी प्रदान करता है। पैट इमेजिंग सफलतापूर्वक स्तन कैंसर का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया गया है1, प्रहरी लिम्फ नोड इमेजिंग11, oxyhemoglobin की मैपिंग (एचबीओ2), deoxyhemoglobin (hbo), कुल हीमोग्लोबिन एकाग्रता (HBO), ऑक्सीजन संतृप्ति (SO 2) 12 , 13, ट्यूमर angiogenesis14, छोटे जानवर पूरे शरीर इमेजिंग15, और अंय अनुप्रयोगों ।
Nd: YAG/OPO लेजर पहली पीढ़ी के पैट सिस्टम के लिए पारंपरिक उत्तेजना स्रोत है कि व्यापक रूप से छोटे जानवर इमेजिंग और गहरी ऊतक इमेजिंग के लिए photoacoustic समुदाय में इस्तेमाल कर रहे है16। इन लेज़रों ~ 10-100 हर्ट्ज की कम पुनरावृत्ति दरों पर ~ १०० mJ ऊर्जा दालों प्रदान करते हैं । पैट इमेजिंग सिस्टम इन महंगे और भारी लेजर का उपयोग कर एकल तत्व अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर (SUTs) के साथ उच्च गति इमेजिंग के लिए उपयुक्त नहीं हैं, सीमित पल्स पुनरावृत्ति दर के कारण । यह पशु के अंदर उच्च गति पर होने वाले शारीरिक परिवर्तन की वास्तविक समय की निगरानी को रोकता है । सरणी-आधारित ट्रांसड्यूसर का उपयोग करना जैसे रेखीय, अर्द्ध-वृत्ताकार, वृत्ताकार, और आयतनमितीय सरणी के साथ: YAG लेजर उत्तेजन, उच्च गति इमेजिंग संभव है । हालांकि, इन सरणी ट्रांसड्यूसर महंगे है और suts की तुलना में कम संवेदनशीलता प्रदान; फिर भी, इमेजिंग गति लेजर की कम पुनरावृत्ति दर से सीमित है । राज्य के-the-कला एकल आवेग समझौता प्रणालियों के साथ अनुकूलित पूर्ण अंगूठी सरणी ट्रांसड्यूसर ५० हर्ट्ज फ़्रेम दरों पर पीए डेटा प्राप्त करें17. इन सरणी ट्रांसड्यूसर जटिल वापस अंत प्राप्त इलेक्ट्रॉनिक्स और सिग्नल एंपलीफायरों की जरूरत है, समग्र प्रणाली और अधिक महंगी और कठिन नैदानिक उपयोग के लिए बना ।
उनके कॉंपैक्ट आकार, कम लागत आवश्यकताओं, और उच्च पल्स पुनरावृत्ति दर (KHz के आदेश) स्पंदित लेजर डायोड (PLDs) और वास्तविक समय इमेजिंग के लिए आशाजनक बना । इन लाभों के कारण, PLDs सक्रिय रूप से दूसरी पीढ़ी पैट सिस्टम में एक वैकल्पिक उत्तेजना स्रोत के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं । Pld आधारित पैट सिस्टम को उच्च फ्रेम दर इमेजिंग का उपयोग कर के लिए सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया गया है सरणी ट्रांसड्यूसर18, गहरे ऊतक और ब्रेन इमेजिंग19,20,21, हृदय रोग निदान22 , और संधिशास्त्र निदान23। के रूप में SUTs बहुत संवेदनशील है और कम सरणी transducers की तुलना में महंगा है, वे अभी भी बड़े पैमाने पर पैट इमेजिंग के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं । फैंटम इमेजिंग24के लिए फाइबर आधारित पीएलडी सिस्टम का प्रदर्शन किया गया है । एक पोर्टेबल PLD-पैट प्रणाली पहले पैट स्कैनर25के अंदर pld बढ़ते द्वारा प्रदर्शन किया गया है । एक SUT परिपत्र स्कैनर के साथ, प्रेत इमेजिंग स्कैन समय के 3 एस के दौरान किया गया था, और vivo में चूहे ब्रेन इमेजिंग इस PLD-पैट प्रणाली19का उपयोग कर एक 5 एस अवधि के दौरान किया गया था ।
इसके अलावा, इस pld-पैट प्रणाली के लिए सुधार किया गया है इसे और अधिक कॉंपैक्ट बनाने और आठ ध्वनिक परावर्तक आधारित एकल तत्व अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर (sutrs)26,27का उपयोग कर एक डेस्कटॉप मॉडल बनाने के लिए । यहां, SUTs एक ९०° ध्वनिक परावर्तक28की सहायता के साथ क्षैतिज दिशा के बजाय एक ऊर्ध्वाधर में रखा गया था । इस प्रणाली के लिए ०.५ एस और ~ 3 सेमी ऊतक इमेजिंग में गहरी और vivo में छोटे पशु ब्रेन इमेजिंग में स्कैन के समय के लिए नियोजित किया जा सकता है । इस काम में, इस डेस्कटॉप PLD-पैट प्रणाली को छोटे पशुओं में vivo में ब्रेन इमेजिंग के लिए प्रयोगों के दृश्य प्रदर्शन प्रदान करने के लिए और तेज और खाद्य एवं औषधि प्रशासन (एफडीए) द्वारा अनुमोदित indocyanine की प्रक्रिया के गतिशील दृश्य के लिए प्रयोग किया जाता है चूहा दिमाग में हरा (आईसीजी) डाई ।
यह काम एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है एक डेस्कटॉप PLD-के लिए चूहों जैसे छोटे जानवरों पर प्रयोगों के संचालन के लिए पैट प्रणाली vivo में मस्तिष्क इमेजिंग और गतिशील तेजी से तेज और ICG जैसे कंट्रास्ट एजेंटों की मं…
The authors have nothing to disclose.
इस शोध का समर्थन सिंगापुर के स्वास्थ्य मंत्रालय के राष्ट्रीय चिकित्सा अनुसंधान परिषद (NMRC/OFIRG/0005/2016: M4062012) । लेखकों को मशीन की दुकान का समर्थन के लिए श्री चाउ वाई Hoong बॉबी शुक्रिया अदा करना चाहूंगा ।
12 V power supply | Voltcraft | PPS-11810 | To supply operating voltage for PLD |
Acoustic reflector | Olympus | F102 | 45 degree reflector augmented to the ultrasound transducer |
Acrylic water tank | NTU workshop | Custom-made | It is used to hold water that acts as an acoustic coupling medium between animal brain and detector |
Anesthetic Machine | Medical plus pte ltd | Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator. | Supplies oxygen and isoflurane to animal |
Animal distributor | In Vivos Pte Ltd, Singapore | Animal distributor that supplies small animals for research purpose | |
Animal holder | NTU workshop | Custom-made | Used for holding animal on its abdomen |
Breathing mask | NTU workshop | Custom-made | Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal |
Circular Scanner | NTU workshop | Custom-made | Scanner is made out of aluminum |
DAQ (Data acquisition) Card | Spectrum | M2i.4932-exp | 16 bit, 30 Ms/s, 8 channels, 1 Gs, PCIe |
Data acqusition software | National Instruments Corporation,Austin,TX,USA) | NI LabVIEW 2015 SP1 (32 bit) | LabVIEW based program developed in our laboratory for controlling the stepper motor and acquring the PA singnals from the detector |
Data processing software | Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA) | Matlab R2015b | Matlab code developed in our laboratory for reconstructing cross-sectional PA images |
Function generator | RIGOL | DG1022 | To change the repetition rate of the PLD. It will provide TTL signal to synchronize the DAQ with the laser excitation. |
Low noise signal amplifier | Genetron | Custom-made using Mini-circuits, ZFL-500LN-BNC | To receive, and amplify the PA signal from SUTR. Its gain is 24 dB. |
Optical diffuser | Thorlabs | DG-120 | Used to to make the laser beam homogeneous |
Pulsed laser diode | Quantel, France | QD-Q1924-ILO-WATER | It is the excitation laser source with specifications of 816 nm wavelength, 3.4 mJ per pulse energy, 107 ns pulse width, 2 KHz maximum pulse repitition rate, dimensions : 13.0 x 7.6 x 5.0 cm |
Rats | In Vivos Pte Ltd, Singapore | NTac:SD, Sprague Dawley / SD | Female, weight 100±10g, strain of rats: Sprague Dawley, age: 4-5 weeks |
Stepper motor with gearbox | LIN Engineering (Servo Dynamics) | Motor: CO-5718L-01P-RO, Gearbox: DPL64/1; Power supply PW-100-24 | To move the detector holder in a circular geometry. Torque: 2.08 N-m, Rotor inertia: 2.6 kg-cm2 |
Ultrasound gel | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Clear ultrasound gel |
Ultrasound Transducer | Olympus | V309-SU/ U8423013 | Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection. Central freqency 5 MHz, 0.5 in |
Variable high voltage power supply | Elektro-Automatik | EA-PS 8160-04 T | To change the laser output power |