用于血管可视化的双栅格扫描光声小动物成像仪
Summary
设计了双栅格扫描光声成像仪，集成了广域成像和实时成像。
Abstract
小动物血管网络成像在基础生物医学研究中发挥了重要作用。光声成像技术在小动物影像学中具有巨大的应用潜力。小型动物的广域光声成像可以提供具有高空间分辨率、深度渗透和多重对比度的图像。此外，实时光声成像系统可观测小动物血管的血动力学活动，可用于研究小动物生理特征的动态监测。在这里，展示了一个双栅格扫描光声成像仪，具有可切换的双模成像功能。广域成像由二维机动转换阶段驱动，而实时成像则由电表实现。通过设置不同的参数和成像模式，可以进行小动物血管网络的体内可视化。实时成像可用于观察药物引起的脉搏变化和血流量变化等。广域成像可用于跟踪肿瘤血管的生长变化。这些在基础生物医学研究的各个领域都很容易被采用。
Introduction
在基础生物医学领域，小动物可以模拟人类的生理功能。因此，小动物成像在指导人类同源性疾病研究、寻求有效治疗等方面起着重要作用。光声成像 （PAI） 是一种非侵入性成像技术，结合了光学成像和超声成像2的优点。光声显微镜（PAM）是小动物3的基础研究的宝贵成像方法。PAM可以根据光学激发和超声波检测4轻松获得高分辨率、深渗透、高特异性和高对比度图像。
具有特定波长的脉冲激光被组织内源性色谱吸收。随后，组织温度升高，导致产生光诱发的超声波。超声波可以通过超声波传感器检测。经过信号采集和图像重建，吸收器的空间分布可达到5.一方面，全器官血管网络的可视化需要广阔的视野。广域扫描过程通常需要很长时间才能确保高分辨率6，7，8。另一方面，观察小动物的血动力学活动需要快速的实时成像。实时成像有利于实时研究小动物的生命体征9、10、11。实时成像的视野通常足够小，以确保较高的更新率。因此，在实现广阔的视野和实时成像之间往往存在权衡。以前，两个不同的系统分别用于广域成像或实时成像。
这项工作报告了双栅格扫描光声成像仪 （DRS-PAI），它集成了基于二维机动转换阶段的广域成像和基于双轴电表扫描仪的实时成像。进行宽场成像模式 （WIM） 以显示血管形态。对于实时成像模式 （RIM），目前有两个功能。首先，RIM 可以提供实时 B 扫描图像。通过测量沿深度方向的血管位移，可以揭示呼吸或脉搏的特征。其次，RIM 可以定量测量 WIM 图像中的特定区域。通过提供当地 WIM 区域的可比图像，可以准确显示当地变化的细节。该系统在血管可视化的广域成像和局部动态的实时成像之间设计了灵活的过渡。该系统在基础生物医学研究中是可取的，因为那里需要小动物成像。
Protocol
Representative Results
Discussion
在这里，我们提出了一个双栅格扫描光声小动物成像仪非侵入性血管可视化，这是设计和开发，以捕捉血管结构和相关的血液动态变化。DRS-PAI 的优点是将 WIM 和 RIM 集成到一个系统中，从而更容易研究小动物的血管动态和血管网络结构。该系统可提供高分辨率广域血管可视化和实时血液动力学。
在目前的系统中，光激发采用单波长光源实现。未来的多波长系统将提供其他参?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者感谢中国国家自然科学基金（61822505;11774101;61627827：81630046）、中国广东省科技规划项目（2015B020233016）和广州科技计划（201902001）的资助。
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 |
References
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