تصوير تشوريوريتينال المزدوج-طريقة رواية التنظير المجهري والتصوير المقطعي التماسك البصري في عيون الأرانب الحية
Summary
ويصف هذه المخطوطة رواية الإعداد والتشغيل الداخلي نظام مزدوج-طريقة التصوير المقطعي التماسك البصري لتصوير تشوريوريتينال موسع، خاليا من الحيوانات الكبيرة، مثل الأرانب والتنظير المجهري.
Abstract
تصوير العين التنظير هو الناشئة العيون التصوير التكنولوجيا التي يمكن تصور نونينفاسيفيلي أنسجة العين بتحويل الطاقة الضوئية إلى الموجات الصوتية، ويجري حاليا تحقيقات مكثفة. ومع ذلك، أفادت معظم العمل حتى الآن يتركز على تصوير الجزء الخلفي من عيون الحيوانات الصغيرة، مثل الفئران والجرذان، مما يشكل تحديات للترجمة البشرية السريرية بسبب أحجام صغيرة مقلة العين. ويصف هذه المخطوطة رواية التنظير المجهري (بام) والتماسك البصري النظام المزدوج-طريقة التصوير المقطعي (OCT) لتصوير الجزء الخلفي من العيون للحيوانات الكبيرة، مثل الأرانب. يتم تكوين النظام، ومحاذاة النظام وإعداد الحيوانات، وبروتوكولات في فيفو، تشوريوريتينال موسع، خالية من تسمية التصوير في الأرانب التجريبية المزدوج-طريقة مفصلة. فعالية الأسلوب الذي يتجلى من خلال النتائج التجريبية التمثيلية، بما في ذلك المفرج الشبكية وتشورويدال التي حصل عليها بام وأكتوبر. هذه المخطوطة يوفر دليل عملي لاستنساخ نتائج التصوير في الأرانب والنهوض بالتنظير تصوير بصري في الحيوانات الكبيرة.
Introduction
وقد شهدت العقود الأخيرة وضع المتفجرة في ميدان الطب الأحيائي التنظير التصوير1،2،3،4،،من56،7 ،8. تعتمد على تحويل الطاقة من الضوء إلى صوت، تصوير التنظير الناشئة يمكن تصور العينات البيولوجية في الموازين من العضيات والخلايا والأنسجة وأجهزة الجسم كله الحيوانات الصغيرة، ويمكن أن تكشف عن التشريحية والوظيفية والجزيئية والوراثية، والمعلومات الأيضية1،2،9،10،،من1112. التصوير بالتنظير قد وجدت تطبيقات فريدة من نوعها في مجموعة من المجالات الطبية الحيوية، مثل خلية علم الأحياء13،14،15،بيولوجيا الأوعية الدموية16، الأعصاب17،18 ، الأورام19،20،،من2122،23من الأمراض الجلدية والصيدلة24وأمراض الدم25،26. تطبيقه في العيون، فالتنظير العين التصوير واجتذبت مصالح كبيرة من العلماء والأطباء، وهو حاليا قيد التحقيق.
خلافا لتستخدم بشكل روتيني العين التصوير التكنولوجيات27، مثل fluorescein الأوعية (اتحاد كرة القدم) والأوعية إيندوسيانيني الخضراء (إيكجا) (استناداً إلى التباين الأسفار)، والتصوير المقطعي التماسك الضوئية (OCT) (استناداً إلى التباين التشتت البصري) ، والمشتقة من الأوعية أكتوبر (استناداً إلى تباين الحركة من خلايا الدم الحمراء)، والعين التنظير التصوير الاستيعاب البصري يستخدم كآلية للتباين. وهذا يختلف عن تقنيات التصوير العين التقليدية ويوفر أداة فريدة لدراسة خصائص الاستيعاب البصري للعين، والتي ترتبط عادة بالحالة الفيزيولوجية المرضية لانسجة العين28. قد أنجز حتى الآن، كبيرة من عمل ممتاز في التنظير العين التصوير29،30،،من3132،،من3334،35، ،من 3637، ولكن هذه الدراسات تركز على الجزء الخلفي من عيون الحيوانات الصغيرة، مثل الفئران والجرذان. دراسات رائدة إثبات إمكانية تصوير التنظير في طب العيون ولكن لا يزال هناك طريق طويل للذهاب نحو الترجمة السريرية للتكنولوجيا منذ أحجام مقلة العين للفئران والجرذان هي أصغر بكثير (أقل من الثلث) من ذلك من البشر. نظراً لانتشار الموجات بالموجات فوق الصوتية مسافات أطول بشكل ملحوظ، قد تعاني كثافة إشارة وجوده الصورة إلى حد كبير عند استخدام هذه التقنية للتصوير في الجزء الخلفي من عيون أكبر.
نحو تحقيق هذا الهدف، أبلغنا مؤخرا موسع، تصوير تشوريوريتينال خالية من التسمية في الأرانب الحية باستخدام المتكاملة التنظير المجهري (بام) والمجال الطيفي أكتوبر (SD–أكتوبر)38. النظام الأداء الممتاز ويمكن تصور الشبكية والمشيميه من عيون أكبر الحيوانات على أساس الاستيعاب الذاتية ونثر على النقيض من نسيج العين. وتظهر النتائج الأولية في الأرانب أن بام يمكن أن تميز نونينفاسيفيلي الفردية الأوعية الدموية الشبكية وتشورويدال باستخدام جرعة تعرض لليزر (~ 80 نيوجيرسي) إلى حد كبير أقل من حد الأمان معهد المعايير الوطنية الأمريكية (ANSI) (160 نيوجيرسي) في 570 39من شمال البحر الأبيض المتوسط؛ ويمكن حل OCT وضوح مختلف طبقات الشبكية والمشيميه في الصلبة العينية. المظاهرة الأولى لتصوير الجزء الخلفي من أكبر الحيوانات باستخدام بام وقد يكون خطوة رئيسية نحو ترجمة السريرية للتكنولوجيا النظر إلى أن حجم مقلة العين من الأرانب (18.1 ملم)40 تقريبا 80% طول محوري البشر (23.9 mm).
في هذا العمل، ونحن تقديم وصف تفصيلي لنظام التصوير بطريقة مزدوجة والبروتوكولات التجريبية المستخدمة لتصوير تشوريوريتينال موسع، خالية من التسمية في الأرانب الحية وإثبات أداء النظام من خلال الممثل الشبكية و نتائج التصوير تشورويدال.
Protocol
Representative Results
Discussion
فيلم المسيل للدموع سليمة ومنتظمة أمر ضروري للصور عالية الجودة النظارة. يمكن أن تتحلل أفلام المسيلة للدموع غير النظامية وتدهورت إلى حد كبير نوعية الصورة42. للحفاظ على سلامة الفيلم المسيل للدموع ومنع القرنية كيراتوباثي الشروريه سطحية، من المهم لتليين القرنية استخدام ايوش كثير…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
كان يؤيد هذا العمل بدعم سخي من 4K12EY022299 المعهد الوطني للعين (المعرض)، الكفاح للبصر الدولية الشبكية بحوث مؤسسة جبهة القوى الاشتراكية GIA16002 (المعرض)، دعم الإدارات غير المقيد من البحوث “منع العمى”، إدارة جامعة ميشيغان لطب العيون والعلوم البصرية. يستخدم هذا العمل المركز الأساسية “الرؤية البحوث” الممولة من EY007003 P30 من المعهد الوطني للعين.
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).
