Summary

Novela fotoacústico microscopia e tomografia de coerência óptica Imaging Dual-modalidade choriorétiniennes nos olhos de coelho vivo

Published: February 08, 2018
doi:

Summary

Este manuscrito descreve o romance de configuração e funcionamento interno de um fotoacústico microscopia e sistema de dual-modalidade de tomografia computadorizada de coerência óptica para a imagem latente de choriorétiniennes não-invasivo, livre de rótulo de animais maiores, tais como coelhos.

Abstract

Imagem de ocular fotoacústico é um emergente oftálmica tecnologia que canaliza pode visualizar o tecido ocular, convertendo energia luminosa em ondas sonoras e está atualmente sob investigação intensiva de imagem. No entanto, a maioria relatou que trabalho até à data é focado sobre a imagem do segmento posterior dos olhos de pequenos animais, como ratos e camundongos, o que coloca desafios clínico tradução humana devido a tamanhos pequeno globo ocular. Este manuscrito descreve um romance fotoacústico microscopia (PAM) e o sistema de dual-modalidade de tomografia computadorizada (OCT) de coerência óptica para a imagem latente de segmento posterior dos olhos de animais maiores, tais como coelhos. A configuração do sistema, alinhamento de sistema, preparação de animais e dual-modalidade protocolos experimentais para vivo em, não invasivo, livre de rótulo choriorétiniennes imagem em coelhos são detalhados. A eficácia do método é demonstrada através de resultados experimentais representativos, incluindo a vasculatura da retina e da coroide, obtida pelo OCT e PAM. Este manuscrito fornece um guia prático para reproduzir os resultados de imagem em coelhos e avançando fotoacústico imagem ocular em animais maiores.

Introduction

Últimas décadas têm testemunhado o desenvolvimento explosivo do campo da biomédica fotoacústico imagem1,2,3,4,5,6,7 ,8. Baseia-se a conversão de energia da luz, em som, a imagem de fotoacústico emergentes pode Visualizar amostras biológicas em escalas de organelas, células, tecidos e órgãos para pequenos animais de corpo inteiro e pode revelar sua anatômica, funcional, molecular, genética, e informações metabólicas1,2,9,10,11,12. Imagem latente fotoacústico encontrou aplicações únicas em uma variedade de campos biomédicos, como célula biologia13,14, biologia vascular15,16,,Neurologia1718 , oncologia19,20,21,22, Dermatologia23, farmacologia,24e25,de hematologia26. Sua aplicação em oftalmologia, ou seja, fotoacústico ocular imaging, tem atraído interesse substancial de cientistas e clínicos e é atualmente sob investigação.

Em contraste com a usada rotineiramente ocular de imagem tecnologias27, tais como a angiografia fluoresceína (FA) e angiografia indocianina verde (ICGA) (baseado no contraste de fluorescência), tomografia de coerência óptica (OCT) (baseado no contraste de dispersão óptica) e seus derivada angiografia de OCT (baseado no contraste do movimento das células vermelhas do sangue), ocular fotoacústico absorção óptica de usos como o mecanismo de contraste de imagem. Isto é diferente do convencionais oculares tecnologias de imagem e fornece uma única ferramenta para o estudo das propriedades de absorção óptica do olho, que são normalmente associadas com o estado fisiopatológico do tecido ocular28. Até à data, significativa excelente trabalho tem sido feito em fotoacústico ocular de imagem29,30,31,32,33,34,35, 36,37, mas estes estudos enfocam o segmento posterior dos olhos de pequenos animais, como ratos e camundongos. Os estudos pioneiros bem demonstraram a viabilidade da imagem latente fotoacústico em oftalmologia, mas ainda há um longo caminho a percorrer no sentido clínica tradução da tecnologia desde tamanhos de globo ocular de ratos e camundongos são muito menor (menos de um terço) do que de seres humanos. Devido a propagação de ondas de ultra-som uma significativamente longas distâncias, qualidade de imagem e a intensidade do sinal pode sofrer muito quando a técnica é usada para imagens de segmento posterior de olhos maiores.

Para este objetivo, nós recentemente relatou o não-invasiva, imagem latente de choriorétiniennes livre de rótulo em coelhos vivos usando integrado fotoacústico microscopia (PAM) e o domínio espectral OCT (SD-OCT)38. O sistema tem excelente desempenho e pode visualizar a retina e a coroide dos olhos de animais maiores, com base na absorção endógena e contraste de espalhamento de tecido ocular. Os resultados preliminares em coelhos mostram que o PAM canaliza poderia distinguir individuais vasos sanguíneos da retina e da coroide usando uma dose de exposição do laser (~ 80 nJ) significativamente abaixo do limite de segurança de American National Standards Institute (ANSI) (160 nJ) no 570 nm,39; e a OCT claramente poderia resolver diferentes camadas da retina, coroide e a esclera. É a primeira demonstração da imagem latente de segmento posterior de animais maiores usando PAM e pode ser um passo importante para a tradução clínica da tecnologia considerando-se que o tamanho do globo ocular de coelhos (18,1 mm)40 é quase 80% do comprimento axial do seres humanos (23,9 mm).

Neste trabalho, nós fornecemos uma descrição detalhada do sistema de imagem dual-modalidade e protocolos experimentais utilizados para a imagem latente de choriorétiniennes não-invasivo, livre de rótulo em coelhos vivos e demonstrar o desempenho do sistema através de representante da retina e resultados de imagem da coroide.

Protocol

Os coelhos são que um departamento de agricultura dos Estados Unidos (USDA) coberto de espécies. Sua utilização na investigação biomédica precisa de seguir rigorosamente. Todos os experimentos de coelho foram realizados em conformidade com a instrução de ARVO (Associação para pesquisa em visão e Oftalmologia) para o uso de animais em oftalmologia e Vision Research, após a aprovação do protocolo de animais de laboratório pela Universidade Comité sobre utilização e cuidados a animais (UCUCA) da Universid…

Representative Results

O sistema de duplo-modalidade de imagem e protocolo experimental foram testados com sucesso em laboratório dos autores usando quatro coelhos Nova Zelândia branco. A seguir apresenta alguns resultados representativos. A Figura 1 mostra o diagrama esquemático do PAM e SD-OCT dual-modalidade de imagem sistema. Ele é composto dos seguintes módulos: fotoacústico luz fonte, atenuador variável do la…

Discussion

Um filme de lágrima intacta e regular é essencial para imagens de alta qualidade do fundo. Filmes um desgaste irregular e se deteriorou significativamente podem degradar a imagem qualidade42. Para preservar a integridade do filme lacrimal e evitar corneal superficial punctate bulhosa, é essencial para lubrificar a córnea usando colírio muito frequentemente, aproximadamente a cada 2 min. Se houver qualquer preocupação em relação a opacidade do olho, use uma lâmpada de fenda e fluoresceín…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi financiado com o apoio generoso de 4K12EY022299 o National Eye Institute (YMP), luta para a GIA16002 do FFS de fundação pesquisa de Retinal visão-International (YMP), irrestrito apoio departamental da investigação para evitar cegueira e o Universidade de Michigan no departamento de Oftalmologia e Ciências visuais. Este trabalho utilizou o núcleo centro para visão investigação financiada pela P30 EY007003 do Instituto Nacional do olho.

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

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Citer Cet Article
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).

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