संवहनी दृश्य के लिए दोहरी रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकौस्टिक स्मॉल-एनिमल इमेजर
Summary
एक दोहरी रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकैस्टिक इमेजर डिजाइन किया गया था, जो वाइड-फील्ड इमेजिंग और रियल-टाइम इमेजिंग को एकीकृत करता है।
Abstract
छोटे जानवरों पर संवहनी नेटवर्क की इमेजिंग बुनियादी जैव चिकित्सा अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है । फोटोकौस्टिक इमेजिंग तकनीक में छोटे जानवरों की इमेजोलॉजी में आवेदन की अपार संभावनाएं हैं। छोटे जानवरों की व्यापक क्षेत्र फोटोअकौस इमेजिंग उच्च स्थानिक संकल्प, गहरी पैठ, और कई विरोधाभासों के साथ छवियों को प्रदान कर सकते हैं। इसके अलावा, वास्तविक समय फोटोकांस्टिक इमेजिंग प्रणाली छोटे-पशु वाक्यूलेचर की हीमोडायनामिक गतिविधियों का निरीक्षण करने के लिए वांछनीय है, जिसका उपयोग छोटे-पशु शारीरिक विशेषताओं की गतिशील निगरानी के लिए किया जा सकता है। यहां, एक ड्यूल-रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकैस्टिक इमेजर प्रस्तुत किया गया है, जिसमें स्विचेबल डबल-मोड इमेजिंग फ़ंक्शन शामिल है। वाइड-फील्ड इमेजिंग दो-आयामी मोटराइज्ड अनुवाद चरण से प्रेरित है, जबकि वास्तविक समय इमेजिंग जस्ती के साथ महसूस की जाती है। विभिन्न मापदंडों और इमेजिंग मोड स्थापित करके, छोटे-पशु संवहनी नेटवर्क के वीवो विज़ुअलाइज़ेशन में प्रदर्शन किया जा सकता है। वास्तविक समय इमेजिंग का उपयोग नाड़ी परिवर्तन और दवा-प्रेरित के रक्त प्रवाह परिवर्तन आदि का निरीक्षण करने के लिए किया जा सकता है। व्यापक क्षेत्र इमेजिंग ट्यूमर vasculature के विकास परिवर्तन को ट्रैक करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । बुनियादी बायोमेडिसिन अनुसंधान के विभिन्न क्षेत्रों में इन्हें अपनाया जाना आसान है।
Introduction
बुनियादी जैव चिकित्सा क्षेत्र में, छोटे जानवर मानव शारीरिक कार्य का अनुकरण कर सकते हैं। इसलिए, छोटे-पशु इमेजिंग मानव समरूप रोगों के अनुसंधान का मार्गदर्शन करने और प्रभावी उपचार की मांग करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं1। फोटोकांस्टिक इमेजिंग (पाई) ऑप्टिकल इमेजिंग और अल्ट्रासाउंड इमेजिंग2के फायदों के संयोजन वाली एक गैर-इनवेसिव इमेजिंग तकनीक है। फोटोकॉस्टिक माइक्रोस्कोपी (पाम) छोटे जानवर 3 केबुनियादीशोध के लिए एक मूल्यवान इमेजिंग विधि है। पाम आसानी से ऑप्टिकल उत्तेजन और अल्ट्रासाउंड डिटेक्शन4के आधार पर उच्च-संकल्प, गहरी पैठ, उच्च विशिष्टता और उच्च-विपरीत छवियों को प्राप्त कर सकता है।
एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के साथ एक पल्स लेजर ऊतकों के अंतर्जात क्रोमोफोरस द्वारा अवशोषित होता है। बाद में, ऊतक का तापमान बढ़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप फोटो-प्रेरित अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्पादन होता है। अल्ट्रासोनिक तरंगों का पता अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर द्वारा लगाया जा सकता है। सिग्नल अधिग्रहण और छवि पुनर्निर्माण के बाद, अवशोषक का स्थानिक वितरण5प्राप्त किया जा सकता है। एक तरफ, पूरे अंग संवहनी नेटवर्क के दृश्य को देखने के एक व्यापक क्षेत्र की आवश्यकता है । चौड़े क्षेत्र स्कैनिंग की प्रक्रिया में आमतौर पर उच्च-संकल्प6,7,8 सुनिश्चित करने में लंबा समयलगताहै। दूसरी ओर, छोटे जानवरों की हीमोडायनामिक गतिविधियों को देखने के लिए तेजी से वास्तविक समय इमेजिंग की आवश्यकता होती है। वास्तविक समय इमेजिंग वास्तविक समय 9 , 10,11में छोटे जानवरों के महत्वपूर्ण संकेतों का अध्ययन करने के लिए फायदेमंदहै। वास्तविक समय इमेजिंग के दृश्य का क्षेत्र आमतौर पर उच्च अपडेट दर सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त रूप से छोटा होता है। इस प्रकार, अक्सर देखने और वास्तविक समय इमेजिंग के एक विस्तृत क्षेत्र को प्राप्त करने के बीच एक tradeoff है । पहले, दो अलग-अलग प्रणालियों का उपयोग अलग-अलग रूप से वाइड-फील्ड इमेजिंग या रीयल-टाइम इमेजिंग के लिए किया जाता था।
यह काम एक दोहरी रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकैकोस्टिक इमेजर (डीआरएस-पाई) की रिपोर्ट करता है, जिसने दो-आयामी मोटरचालित अनुवाद चरण और दो-अक्ष जस्ती स्कैनर के आधार पर वास्तविक समय इमेजिंग के आधार पर वाइड-फील्ड इमेजिंग को एकीकृत किया है। वाइड-फील्ड इमेजिंग मोड (WIM) संवहनी आकृति विज्ञान दिखाने के लिए किया जाता है। वास्तविक समय इमेजिंग मोड (आरआईएम) के लिए, वर्तमान में दो कार्य हैं। सबसे पहले, रिम वास्तविक समय बी स्कैन छवियों प्रदान कर सकते हैं । गहराई दिशा के साथ वाक्यूलेचर के विस्थापन को मापने से, श्वसन या नाड़ी की विशेषताओं का पता चला जा सकता है। दूसरा, रिम मात्रात्मक रूप से WIM छवि में विशिष्ट क्षेत्र को माप सकता है। स्थानीय WIM क्षेत्रों की तुलनीय छवियां प्रदान करके, स्थानीय परिवर्तन के विवरण सही ढंग से पता चला जा सकता है । सिस्टम संवहनी दृश्य और स्थानीय गतिशील के वास्तविक समय इमेजिंग के व्यापक क्षेत्र इमेजिंग के बीच एक लचीला संक्रमण डिजाइन करता है। यह प्रणाली बुनियादी जैव चिकित्सा अनुसंधान में वांछनीय है जहां छोटे-पशु इमेजिंग की आवश्यकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यहां हमने नॉनइनवेसिव वैस्कुलर विज़ुअलाइज़ेशन के लिए एक दोहरी रैस्टर-स्कैनिंग फोटोकाउस्टिक छोटे-पशु इमेजर प्रस्तुत किए जो वैक्यूलेचर की संरचना और रक्त के संबंधित गतिशील परिवर्तन को पकड़ने के लिए डि…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (61822505) से वित्तीय सहायता को स्वीकार करना चाहते हैं; 11774101; 61627827; 81630046), गुआंगदोंग प्रांत की विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी योजना परियोजना, चीन (2015B020233016), और ग्वांग्झू का विज्ञान और प्रौद्योगिकी कार्यक्रम (संख्या 2019020001) ।
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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