Yaşam tavşan gözünde roman Photoacoustic mikroskobu ve optik Koherens tomografi çift-modality Chorioretinal görüntüleme
Summary
Bu el yazması roman kurulum ve işletim photoacoustic mikroskobu ve optik Koherens tomografi çift-modalite sistem noninvaziv, etiket içermeyen chorioretinal görüntüleme tavşan gibi daha büyük hayvanlar için yordamı açıklar.
Abstract
Photoacoustic oküler görüntüleme bir görüntüleme teknolojisi Noninvazif oküler doku ses dalgaları ışık enerjisi dönüştürerek görselleştirebilirsiniz ve şu anda yoğun araştırılmaktadır oftalmik ortaya çıkan var. Ancak, çoğu iş bugüne sıçanlar ve fareler, gibi küçük hayvanlar gözünde küçük göz küresi boyutları nedeniyle klinik insan çeviri için sorunlar pozlar posterior segmentinin görüntüleme odaklanmıştır rapor. Bu el yazması bir roman photoacoustic mikroskobu (PAM) ve optik Koherens tomografi (OCT) çift-modalite sistemi gözlerin arka segment görüntüleme için tavşan gibi büyük hayvanlar açıklar. Sistem yapılandırma, sistem hizalama, hayvan hazırlanması ve çift-modalite deneysel protokoller içinde vivo, noninvaziv, etiket içermeyen chorioretinal tavşan içinde görüntüleme için ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Yönteminin etkinliğini PAM ve OCT tarafından elde edilen retina ve choroidal damarlara dahil olmak üzere temsilci deneysel sonuçlar ile gösterilmiştir. Bu el yazması görüntüleme sonuçları tavşanların üreme ve daha büyük hayvanlarda photoacoustic oküler görüntüleme ilerleyen için pratik bir kılavuz sağlar.
Introduction
Son yıllarda alan Biyomedikal photoacoustic görüntüleme1,2,3,4,5,6,7 patlayıcı gelişimine tanık olduk ,8. Ses ışık enerji dönüşüm bağlı olarak, ortaya çıkan photoacoustic görüntüleme organelleri, hücreler, dokular, organlar ölçekten küçük hayvan tüm vücut için biyolojik örnekler görselleştirebilirsiniz ve onun anatomik ortaya çıkarabilir, fonksiyonel, moleküler, genetik, ve metabolik bilgi1,2,9,10,11,12. Photoacoustic görüntüleme benzersiz uygulama çeşitli hücre Biyoloji13,14, vasküler Biyoloji15,16, Nöroloji17,18 gibi Biyomedikal alanlarda bulunan , Onkoloji19,20,21,22, Dermatoloji23, Farmakoloji24ve Hematoloji25,26. Göz hastalıkları, diğer bir deyişle, oküler photoacoustic kendi uygulamasında görüntüleme, bilim adamları ve klinisyenler önemli ilgi çekti ve şu anda etkin araştırılmaktadır.
Aksine rutin olarak kullanılan (optik saçılma Karşıtlık’dayalı) oküler görüntüleme teknolojileri27, floresein anjiyografi (FA) ve indocyanine yeşil anjiografi (ICGA) (floresan Karşıtlık’dayalı), optik Koherens tomografi (OCT) gibi ve onun (kırmızı kan hücreleri hareket karşıtlığını dayalı) türev OCT anjiyografi, photoacoustic göz kullanır optik emme kontrast mekanizması olarak görüntüleme. Bu geleneksel oküler görüntüleme teknolojileri farklıdır ve genellikle oküler doku28patofizyolojik durum koduyla ilişkili olan optik emme özellikleri göz, eğitim için eşsiz bir araç sağlar. Önemli bugüne kadar mükemmel iş photoacoustic29,30,31,32,33,34,35Imaging oküler yapılmıştır, 36,37ama bu çalışmalar sıçanlar ve fareler gibi küçük hayvanlar gözünde posterior segmentinin odaklanın. Öncü çalışmalar de photoacoustic görüntüleme Oftalmoloji fizibilite göstermek ama hala göz küresi boyutlarda sıçanlar ve fareler beri teknoloji klinik Çeviri doğru gitmek için uzun bir yol vardır daha küçük (daha az 1 / 3) daha insanlar. Büyük gözler posterior segmentinin görüntüleme için tekniği kullanıldığında önemli ölçüde uzun mesafelerde ultrason dalgaların yayılması nedeniyle, sinyal şiddeti ve görüntü kalitesi büyük ölçüde düşebilir.
Bu hedef doğrultusunda, biz son zamanlarda noninvaziv, rapor etiket içermeyen chorioretinal görüntüleme yaşayan tavşanların kullanarak entegre photoacoustic mikroskobu (PAM) ve etki alanı spektral OCT (SD-Ekim)38. Sistem mükemmel performans ve retina ve koroid gözlerin daha büyük hayvanların endojen emme ve saçılma kontrast oküler doku göre görselleştirmek. Tavşanlarda ön sonuçları göster PAM Noninvazif bireysel retina ve choroidal bir lazer maruz kalma doz kullanarak damarları ayırt edilebileceğini (~ 80 nJ) Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI) Emanet sınırın altındaki önemli ölçüde (160 nJ) 570, NM39; ve OKT açıkça farklı retina katmanları, koroid ve sklera gidermek. Posterior segment görüntüleme PAM kullanarak daha büyük hayvanların çok ilk gösteri ve tavşan (18,1 mm)40 göz küresi boyutunu Aksiyel uzunluğu neredeyse % 80’i olduğunu düşünürsek teknoloji klinik Çeviri doğru büyük bir adım olabilir insanlar (23,9 mm).
Bu çalışmada, çift-modalite görüntüleme sistemi ve deneysel protokoller yaşayan tavşanların noninvaziv, etiket içermeyen chorioretinal görüntüleme için kullanılan, ayrıntılarıyla ve temsilcisi retina yoluyla sistem performansını göstermek ve choroidal görüntüleme sonuçları.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bir sağlam ve düzenli gözyaşı film yüksek kaliteli fundus görüntüler için esastır. Bir düzensiz ve bozulan gözyaşı film görüntü kalitesi42önemli ölçüde düşebilir. Gözyaşı film bütünlüğünü korumak ve kornea yüzeysel punctate keratopathy önlemek için göz boyama çok sık kullanılarak kornea yaklaşık her iki min yağlamak için önemlidir. Gözün saydamlığını ile ilgili herhangi bir endişeniz varsa, slit lamba kullanın ve kornea koşullarını kontrol i?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser Ulusal göz Enstitüsü 4K12EY022299 cömert desteği tarafından desteklenmiştir (YMP), mücadele için görme-uluslararası retina Araştırma Vakfı FFS GIA16002 (YMP), araştırma sınırsız bölüm desteğinden körlük, önlemek ve Michigan Üniversitesi Oftalmoloji departmanı ve Görsel Bilimler. Bu eser çekirdek Merkezi vizyon P30 EY007003 Ulusal göz Enstitüsü tarafından finanse edilen araştırma için kullanılmaktadır.
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 |
References
- Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic tomography: in vivo imaging from organelles to organs. Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).
- Beard, P. Biomedical photoacoustic imaging. Interface Focus. , (2011).
- Taruttis, A., Ntziachristos, V. Advances in real-time multispectral optoacoustic imaging and its applications. Nat Photonics. 9 (4), 219-227 (2015).
- 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).
- Tian, C., et al. Dual-pulse nonlinear photoacoustic technique: a practical investigation. Biomed Opt Express. 6 (8), 2923-2933 (2015).
- Tian, C., et al. Non-Contact Photoacoustic Imaging Using a Commercial Heterodyne Interferometer. IEEE Sens J. 16 (23), 8381-8388 (2016).
- Kim, K. H., et al. Air-coupled ultrasound detection using capillary-based optical ring resonators. Sci Rep. 7, 1 (2017).
- Feng, T., et al. Bone assessment via thermal photo-acoustic measurements. Opt Lett. 40 (8), 1721-1724 (2015).
- 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).
- 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).
- Galanzha, E. I., et al. In vivo magnetic enrichment and multiplex photoacoustic detection of circulating tumour cells. Nat Nanotechnol. 4 (12), 855-860 (2009).
- Xiang, L., Wang, B., Ji, L., Jiang, H. 4-D photoacoustic tomography. Sci Rep. 3, (2013).
- Tian, C., et al. Plasmonic nanoparticles with quantitatively controlled bioconjugation for photoacoustic imaging of live cancer cells. Adv Sci. 3 (12), (2016).
- 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).
- 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).
- Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy. J Vis Exp. (51), e2729 (2011).
- Yao, J., et al. High-speed label-free functional photoacoustic microscopy of mouse brain in action. Nat Methods. 12 (5), 407-410 (2015).
- 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).
- Agarwal, A., et al. Targeted gold nanorod contrast agent for prostate cancer detection by photoacoustic imaging. J Appl Phys. 102 (6), 064701 (2007).
- 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).
- Ermilov, S. A., et al. Laser optoacoustic imaging system for detection of breast cancer. J Biomed Opt. 14 (2), 024007 (2009).
- Mallidi, S., Luke, G. P., Emelianov, S. Photoacoustic imaging in cancer detection, diagnosis, and treatment guidance. Trends Biotechnol. 29 (5), 213-221 (2011).
- 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).
- Keswani, R. K., et al. Repositioning Clofazimine as a Macrophage-Targeting Photoacoustic Contrast Agent. Sci Rep. 6, 23528 (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- Keane, P., Sadda, S. Imaging chorioretinal vascular disease. Eye. 24 (3), 422-427 (2010).
- Jiao, S., et al. Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging. Opt Express. 18 (4), 3967-3972 (2010).
- Liu, T., et al. Near-infrared light photoacoustic ophthalmoscopy. Biomed Opt Express. 3 (4), 792-799 (2012).
- 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).
- Liu, W., Zhang, H. F. Photoacoustic imaging of the eye: a mini review. Photoacoustics. 4 (3), 112-123 (2016).
- de La Zerda, A., et al. Photoacoustic ocular imaging. Opt Lett. 35 (3), 270-272 (2010).
- Hu, S., Rao, B., Maslov, K., Wang, L. V. Label-free photoacoustic ophthalmic angiography. Opt Lett. 35 (1), 1-3 (2010).
- Silverman, R. H., et al. High-resolution photoacoustic imaging of ocular tissues. Ultrasound Med Biol. 36 (5), 733-742 (2010).
- Wu, N., Ye, S., Ren, Q., Li, C. High-resolution dual-modality photoacoustic ocular imaging. Opt Lett. 39 (8), 2451-2454 (2014).
- 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).
- 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).
- Laser Institute of America. American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1 – 2007. American National Standards Institute, Inc. , (2007).
- Hughes, A. A schematic eye for the rabbit. Vision Res. 12 (1), 123 (1972).
- Ma, T., et al. Systematic study of high-frequency ultrasonic transducer design for laser-scanning photoacoustic ophthalmoscopy. J Biomed Opt. 19 (1), 016015 (2014).
- Song, W., Wei, Q., Jiao, S., Zhang, H. F. Integrated photoacoustic ophthalmoscopy and spectral-domain optical coherence tomography. J Vis Exp. (71), (2013).
- Mattison, S., Kim, W., Park, J., Applegate, B. Molecular Imaging in Optical Coherence Tomography. Curr Mol Imaging. 3 (2), 88-105 (2014).
