Die Forschung wird unterstützt durch die Tier-2-Förderung durch das Ministerium für Bildung in Singapur (ARC2 / 15: M4020238) und der Singapur Ministerium für Gesundheit National Medical Research Council (NMRC / OFIRG / 0005/2016: M4062012) gefördert. Die Autoren danken Herrn Chow Wai Hoong Bobby für den Maschinenladen helfen.

Alle Tierversuche wurden nach den Richtlinien und Vorschriften durchgeführt, die vom Institutional Animal Care and Use Committee der Nanyang Technological University, Singapur (Tierprotokoll Nr. ARF-SBS / NIE-A0263) genehmigt wurden. 1. Systembeschreibung <ol><li> Montieren Sie die PLD in den kreisförmigen Scanner, wie in Abbildung 1a gezeigt . Verbinden Sie die PLD mit der Lasertreibereinheit (LDU). HINWEIS: Die PLD liefert ~ 136-ns-Impulse bei einer Wellenlänge von ~ 803 nm mit einer maximalen Pulsenergie von ~ 1,42 mJ und einer Wiederholrate bis zu 7 kHz. Die Laserantriebseinheit (LDU) umfasst: einen Temperaturregler, eine variable Stromversorgung, eine Stromversorgung (12 V) und einen Funktionsgenerator; Siehe die Tabelle der Materialien. Die variable Stromversorgung dient zur Steuerung der Laserleistung und der Funktionsgenerator dient zur Änderung der Wiederholrate der PLD. </li><li> Schalte den PLD-Laser ein. Setzen Sie die PLD-Wiederholrate auf &quot;7.000&quot; HZ mit dem Funktionsgenerator in der LDU. Erhöhen Sie die Pulsenergie auf 1,42 mJ, indem Sie die Spannung der variablen Stromversorgung auf &quot;3.1&quot; V einstellen. </li><li> Montieren Sie den optischen Diffusor (OD) vor dem PLD-Austrittsfenster, um den Ausgangsstrahl homogen zu machen, wie in Abbildung 1a gezeigt . HINWEIS: Verwenden Sie einen Diffusor mit einem feinen Korn ( dh 1,500-Korn-Polnisch). </li><li> Montieren Sie das fokussierte UST auf dem UST-Halter, so dass es dem Zentrum des Scanbereichs zugewandt ist, wie in Abbildung 1a gezeigt . HINWEIS: Die Mittenfrequenz des UST beträgt 2,25 MHz und die Brennweite beträgt 1,9 Zoll. </li><li> Legen Sie den Ultraschall-Detektor in den Acryl-Tank, wie in Abbildung 1a gezeigt . Füllen Sie den Tank mit Wasser, so dass die UST ist völlig eingetaucht. HINWEIS: Ein Wassermedium wird verwendet, um das photoakustische Signal vom Gehirn (Probe) an das UST zu koppeln. Ein Acryl-Wasser-Tank (WT, siehe die Tabelle der Materialien) war benutzerdefiniert-designed für kleine Tier-Bildgebung. Der Schaltplan des Wassertankentwurfs ist in Abbildung 1b dargestellt . </li><li> Überprüfen Sie das PA-Signal aus der Probe mit einer Pulser / Empfänger-Einheit (PRU, siehe Tabelle der Materialien ). HINWEIS: Diese Signale wurden durch eine 12-Bit-DAQ-Karte (siehe Tabelle der Materialien ) mit einer 100 MS / s-Abtastrate digitalisiert und auf einem Computer gespeichert. </li></ol> 2. Tiervorbereitung für Rattenhirnbildgebung HINWEIS: Das oben beschriebene PLD-PAT-System wurde für die Bildgebung von kleinen Tierhirn demonstriert. Für diese Experimente wurden gesunde weibliche Ratten (siehe Tabelle der Materialien ) verwendet. <ol><li> Anästhesieren des Tieres durch intraperitoneale Injektion eines Cocktails aus 2 ml Ketamin, 1 ml Xylazin und 1 ml Kochsalzlösung (Dosierung von 0,2 ml / 100 g). </li><li> Entfernen Sie das Fell auf der Kopfhaut des Tieres mit einem Haarschneider. Tragen Sie sanft Haare Entfernung Creme auf die rasierteBereich zur weiteren Erschöpfung des Fells <ol><li> Entfernen Sie die aufgetragene Creme nach 4-5 min mit einem Wattestäbchen. </li><li> Tragen Sie künstliche Tränensalbe auf die Augen des Tieres, um die Trockenheit durch Anästhesie und Laserbeleuchtung zu verhindern. </li></ol></li><li> Montieren Sie den maßgeschneiderten Tierhalter (siehe die Tabelle der Materialien ), der mit einer Atemmaske (siehe Tabelle der Materialien ) auf einer Laborbuchse ausgestattet ist. </li><li> Legen Sie das Tier in die anfällige Position auf den Halter. Sichern Sie es mit dem chirurgischen Band an den Halter, um eine Bewegung des Tieres während der Bildgebung zu vermeiden. </li><li> Stellen Sie sicher, dass die Atemmaske die Nase und den Mund der Ratte bedeckt, um inhalierte Anästhesie zu liefern. </li></ol> 3. In vivo Ratte Brain Imaging <ol><li> Verbinden Sie die Atemmaske mit der Narkosemaschine. Schalten Sie die Anästhesie-Maschine ein und stellen Sie sie ein, um 1,0 l / min Sauerstoff mit 0,75% Isofluran zu liefern. <ol><li> Klemmen Sie das Pulsoximeter dazuS Schwanz zur Überwachung der physiologischen Zustand des Tieres. </li></ol></li><li> Tragen Sie eine Schicht aus farblosem Ultraschallgel auf die Kopfhaut der Ratte auf. Stellen Sie die Position des Labors in die Mitte des Scanners ein. Die Atemmaske ist auf das Bildgebungsfenster abgestimmt. 10% des handelsüblichen Nasenkonus geschnitten und dann mit einem Handschuh verbunden. <ol><li> Stellen Sie die Höhe der Laborbuchse manuell ein, so dass die Abbildungsebene im Fokus des UST steht. </li></ol></li><li> Setzen Sie die Parameter in der Datenerfassungssoftware (siehe Tabelle der Materialien) nach Bedarf ein. Führen Sie das Datenerfassungs-Softwareprogramm aus, um die Erfassung zu starten ( dh die Bildgebung). HINWEIS: Das Programm wird verwendet, um die UST zu drehen und A-line PA-Signale zu sammeln. Die gesammelten A-Linien werden auf dem Computer gespeichert. </li><li> Beobachten Sie das Tier während der gesamten Bildgebung und fahren Sie mit der PAT-Rekonstruktion fort, nachdem die Bildgebung abgeschlossen ist. </li><li> Nachdem die Datenerfassung vorbei ist,Rekonstruieren Sie das Querschnitts-Hirnbild von den A-Linien mit dem Rekonstruktionssoftware-Programm. </li><li> Schalten Sie das Anästhesiesystem aus, entfernen Sie das Tier von der Bühne, bringen Sie es in den Käfig zurück und überwachen Sie es, bis es das Bewusstsein wiedererlangt. HINWEIS: Wenn zum Beispiel der UST für 5 s gedreht wird, liefert der PLD 35.000 (= 5 x 7.000) Impulse und der UST sammelt 35.000 A-Linien. Die 35.000 A-Linien werden durch Mittelwertbildung über 70 Signale auf 500 reduziert (nach Mittelung von A-Linien = 35.000 / 70 = 500). Abbildung 1c zeigt die Beleuchtung der Laserpulse und der A-Zeilen-Sammlung. Es sollte ein Rekonstruktionsprogramm verwendet werden, das auf dem Verzögerungs-und-Summen-Rückprojektionsalgorithmus basiert. </li></ol><img alt="Abbildung 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig1.jpg" /> Abbildung 1: Schematik des PLD-PAT-Systems. ( A ) Schema des PLD-PAT. PLD: gepulste Laserdiode, CSP: circuLDU: Lasertreiber-Einheit, PRU: Pulser / Empfänger-Einheit, UST: Ultraschall-Messumformer, WT: Wassertank, PF: Polymerfolie und DAQ: Datenerfassungskarte. ( B ) Schematik des Wassertanks, Draufsicht (1) und Querschnittsansicht (2) für in vivo kleine Tierhirnbildgebung. A: metrisch Schraube, B: Acryl Ringplatte, C: Silikon &quot;O&quot; Ring, D: 100 μm dicke, transparente Polyethylenabdeckung. Der Tank hatte an seinem Boden ein Loch von 9 cm Durchmesser und wurde mit einer ultraschall- und optisch transparenten 100 μm dicken Polyethylenmembran versiegelt. ( C ) Schema der Beleuchtung von Laserpulsen aus der PLD und A-Linie, Sammlung in einer 5 s kontinuierlichen Scan-Zeit. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55811/55811fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Die Autoren haben keine relevanten finanziellen Interessen im Manuskript und keine anderen potenziellen Interessenkonflikte zu offenbaren.

Diese Arbeit stellt ein Protokoll für die Durchführung in vivo Gehirn-Bildgebung auf Ratten mit einem PLD-PAT-System. Das Protokoll enthält eine detaillierte Beschreibung des Bildgebungssystems und dessen Ausrichtung sowie eine Darstellung der Gehirnabbildung an Ratten. Die vorhandenen OPO-basierten PAT-Systeme sind teuer und sperrig und können in 5-10 min ein Querschnittsbild liefern. Das PLD-PAT-System ist kompakt, portabel und kostengünstig und kann in 3 s qualitativ hochwertige Bilder liefern. Die Leistung des Systems wurde zuvor in Phantomen untersucht und mit dem herkömmlichen PAT-System 25 verglichen. Hier wurde die gleiche PLD-PAT für die schnelle In-vivo- Gehirn-Bildgebung nachgewiesen. Das Ergebnis zeigt, dass das System auch in 5 s qualitativ hochwertige In-vivo- Bilder bereitstellen kann. Während es mehrere Vorteile gibt, hat das PLD-PAT-System mehrere Nachteile. Die PLD, die in dieser Studie verwendet wird, liefert Impulse bei einer einzigen Wellenlänge, so dass sie nicht func bieten kannDie eine Mehrwellenlängenbeleuchtung erfordert. Für die funktionelle Bildgebung ist eine PLD mit mehrwellenlängenbeleuchtungsfähigkeiten erforderlich. Die niederenergetischen PLD-Impulse begrenzen die Bildtiefe. Unter Verwendung eines exogenen Kontrastmittels ist es jedoch möglich, die Abbildungstiefe des PLD-PAT-Systems zu verbessern. Normalerweise ist der PLD-Laserstrahl nicht gleichmäßig, so dass ein geeigneter optischer Diffusor vor dem Laserfenster verwendet werden kann, um die Bildqualität zu verbessern. Stellen Sie sicher, dass die Mitte des Laserstrahls und die Mitte des Bildgebungsbereichs zusammenfallen. Beim Scannen der UST um das Gehirn, stellen Sie sicher, dass die UST immer die Scan-Center. Bei der Durchführung des Protokolls ist eine zusätzliche Sorgfalt erforderlich: (a) Die Menge an Anästhesiecocktail sollte nach dem Gewicht des Tieres verabreicht werden; (B) die Anästhesieinjektion muss genau sein, damit die Organe ( zB Harnblase, Darm und Niere) nicht betroffen sind; (C) während der Haare clIpping, stellen Sie sicher, dass die Kopfhaut des Tieres nicht zerkratzt wird; (D) der Druck des Wassertanks auf dem Tier muss so gering wie möglich sein; Und (e) während der Positionierung des Tieres unter dem Scanner, stellen Sie sicher, dass die bildgebende Querschnittsebene des Gehirns in der Mitte des UST ist. Zukünftige Anwendungen des Systems sind die Hirntumor-Bildgebung, die Bildgebung unterschiedlicher Organe bei kleinen Tieren, die Hochgeschwindigkeits-Bildgebung in weniger als 5 s, die Untersuchung von Biomaterialien für Kontrastmittel und Therapieanwendungen. Eine Fehlersuche kann erforderlich sein, wenn die Bildqualität niedrig ist. Lasersicherheit für Kleintier- In-vivo- Bildgebung Die maximal zulässige Exposition (MPE) für die Haut hängt von mehreren Parametern ab, wie zB Anregungswellenlänge, Pulsbreite, Belichtungszeit, Beleuchtungsfläche usw. Die MPE-Grenzwerte für die In-vivo- Bildgebung unterliegen dem American National StandardS Institut (ANSI) 32 . Im Wellenlängenbereich von 700 bis 1.050 nm sollte die von einem einzelnen Puls gelieferte Energiedichte auf der Haut weniger als 20 x 10 2 (λ-700) / 1.000 mJ / cm 2 (λ: Anregungswellenlänge in nm) betragen. Für die 803 nm PLD-Wellenlänge beträgt die Grenze ~ 31 mJ / cm 2 . Wenn der Laser kontinuierlich über einen Zeitraum von t = 5 s verwendet wird, wird das MPE 1,1 x 10 2 (λ-700) / 1000 × t 0,25 J / cm 2 (= 2,6 J / cm 2 ). In diesem Experiment wurde die PLD bei 7000 Hz betrieben. In einer 5-s-Abtastzeit wurden insgesamt 35.000 (5 × 7.000) Impulse an die Probe abgegeben, so dass pro Puls das MPE 0,07 mJ / cm 2 betrug. In dem beschriebenen Abbildungssystem liefert die PLD Impulse mit Energie bei ~ 1,05 mJ pro Impuls und der Laserstrahl wurde über einen Bereich von 12,6 cm 2 erweitert. Daher betrug die Laserenergiedichte ~ 0,08 mJ / cm 2 auf dem Gehirnbereich. Die ANSI-Lasersicherheitsgrenze des PAT-Systems kann chAnged durch Verringerung der Laserleistung, durch Expansion des Laserstrahls oder durch Verringerung der Pulswiederholrate.

<html> Photoakustische Tomographie (PAT) ist eine hybride bildgebende Methode, die sowohl in der klinischen als auch in der präklinischen Studie 1 , 2 , 3 , 4 , 5 viele Anwendungen hat. In PAT bestrahlen Nanosekunden-Laserpulse biologisches Gewebe. Die Absorption von einfallendem Licht durch die Gewebe-Chromophore führt zu einem lokalen Temperaturanstieg, der dann Druckwellen ergibt, die in Form von Schallwellen emittiert werden. Ein Ultraschalldetektor sammelt die photoakustischen Signale an verschiedenen Positionen um die Probe herum. Die photoakustischen (PA) Signale werden unter Verwendung verschiedener Algorithmen (wie z. B. eines Verzögerungs- und Summenalgorithmus) 6 rekonstruiert, um das photoakustische Bild zu erzeugen. Diese Hybrid-Bildgebungsmodalität bietet eine hochauflösende, tiefgewebte Bildgebung und einen hohen optischen Absorptionskontrast 7 ,Class = &quot;xref&quot;&gt; 8 Vor kurzem wurde in Hühnerbrustgewebe mit Hilfe einer längeren Wellenlänge (~ 1.064 nm) und einem exogenen Kontrastmittel, Phosphorphthalocyanin genannt, eine ~ 12-cm-Bildtiefe 9 erreicht. Diese Tiefenempfindlichkeit ist viel höher als die Tiefenempfindlichkeit anderer optischer Methoden wie konfokale Fluoreszenzmikroskopie, Zwei-Photonen-Fluoreszenzmikroskopie, 10 optische Kohärenztomographie, 11 etc. Mit mehr als einer Wellenlänge kann PAT strukturelle und funktionelle Veränderungen in den Organen nachweisen . Für viele menschliche Krankheiten sind Kleintiermodelle gut etabliert 12 , 13 , 14 , 15 . Für die Bildgebung von kleinen Tieren wurden mehrere Modalitäten nachgewiesen. Aus all diesen Ansätzen hat sich die PA-Bildgebung aufgrund der oben genannten Vorteile sehr schnell bemerkbar gemacht. PAT hat sein Potenzial für die Bildgebung von Blutgefäßen in den Geweben und Organen ( dh Herz, Lunge, Leber, Augen, Milz, Gehirn, Haut, Rückenmark, Niere usw. ) von kleinen Tieren 4 , 16 , 17 , 18 gezeigt . PAT ist eine etablierte Modalität für kleine Tier-Gehirn-Bildgebung. PA-Wellen werden aufgrund der Lichtabsorption durch die Chromophore erzeugt, so dass die Mehrfachwellenlänge PAT die Abbildung der Gesamt-Hämoglobinkonzentration (HbT) und der Sauerstoffsättigung (SO 2 ) 19 , 20 , 21 , 22 ermöglicht . Die Hirnneurovaskuläre Bildgebung wurde mit Hilfe exogener Kontrastmittel 12 , 23 , 24 erreicht . PA-Modalität kann dazu beitragen, ein besseres Verständnis der Gehirn Gesundheit durchBereitstellung von Informationen auf molekularer und genetischer Ebene. Für die Kleintier-Bildgebung werden Nd: YAG / OPO-Laser weithin als PAT-Anregungsquellen verwendet. Diese Laser liefern ~ 5 ns Nah-Infrarot-Impulse mit Energie (~ 100 mJ am OPO-Ausgangsfenster) bei einer ~ 10-Hz-Wiederholrate 25 . Das mit solchen Lasern ausgestattete PA-System ist kostspielig und sperrig und ermöglicht aufgrund der geringen Wiederholrate der Laserquelle eine Low-Speed-Bildgebung mit Einzelelement-Ultraschallwandlern (UST). Eine typische A-line-Erfassungszeit in solchen PA-Systemen beträgt ~ 5 min pro Querschnitt 25 . Ein Abbildungssystem mit einer so langen Messzeit ist für die Kleintier-Bildgebung nicht ideal, da es schwierig ist, die physiologischen Parameter für die Ganzkörper-Bildgebung, die zeitaufgelöste Funktionsabbildung usw. zu kontrollieren . Durch die Einführung mehrerer Einzelelement-USTs, Array -basierte USTs oder ein Laser mit hoher Wiederholrate, ist es möglich, die Abbildungsgeschwindigkeit von PA zu erhöhenSysteme Mit nur einem Einzelelement UST, um alle PA-Signale um die Probe zu sammeln, wird die Abbildungsgeschwindigkeit des Systems begrenzt. Mehrere Einzelelement-USTs, die in kreisförmiger oder halbkreisförmiger Geometrie angeordnet sind, werden für hochgeschwindigkeits-hochempfindliche bildgebende Verfahren demonstriert. Array-basierte USTs 26 , wie lineare, halbkreisförmige, kreisförmige und volumetrische Arrays, wurden erfolgreich für die Echtzeit-Bildgebung verwendet 1 . Diese Array-basierten USTs erhöhen die Abbildungsgeschwindigkeit und reduzieren die Messempfindlichkeit, aber sie sind teuer. Jedoch ist die Abbildungsgeschwindigkeit von PA-Systemen, die Array-basierte USTs verwenden, immer noch durch die Wiederholungsrate des Lasers begrenzt. Die gepulste Lasertechnologie wurde entwickelt, um hochauflösende gepulste Laserdioden (PLDs) herzustellen. 7.000 Frames / s B-scan photoacoustic Imaging wurde mit PLDs mit einer klinischen Ultraschallplattform 27 demonstriert. Solche PLDs können die Abbildungsgeschwindigkeit von th verbessernE PAT-System, auch mit Single-Element UST kreisförmigen Scan-Geometrie. Single-Element USTs sind weniger teuer und hochempfindlich, im Gegensatz zu Array-basierten USTs. Im Laufe des letzten Jahrzehnts wurde wenig Forschung über die Verwendung von hochauflösenden PLDs als Anregungsquelle für die PA-Bildgebung berichtet. Für die PA-Abbildung von Phantomen 28 wurde eine faserbasierte Nah-Infrarot-PLD nachgewiesen. Die in vivo- Bildgebung von Blutgefäßen in einer Tiefe von 1 mm unterhalb der menschlichen Haut wurde mit Niedrigenergie-PLDs 29 demonstriert. Es wurde ein PLD-basiertes optisches Auflösungs-Fotoakustikmikroskop (ORPAM) berichtet. Mit PLDs wurde eine 1,5 cm tiefe Bildgebung mit einer Bildrate von 0,43 Hz nachgewiesen. Vor kurzem wurde ein PLD-PAT-System berichtet, das Bilder in so kurz wie ~ 3 s und bei einer ~ 2 cm Bildtiefe im biologischen Gewebe 25 , 31 lieferte. Diese Studie zeigte, dass solch ein kostengünstiges, kompaktes System High-Qua liefern kannLity Bilder, auch bei hohen Geschwindigkeiten. Das PLD-PAT-System kann für hochauflösende (7000 fps) photoakustische Bildgebung, Surf-Blutgefäß-Bildgebung, Fingergelenk-Bildgebung, 2 cm tiefe Gewebe-Bildgebung, Klein-Tier-Gehirn-Bildgebung, etc. verwendet werden. Die Ein-Wellenlänge und Tiefpuls-Energie-Impulse von PLD begrenzen ihre Anwendung auf Multispektral- und Tiefgewebe-Bildgebung. Experimente wurden an kleinen Tieren mit demselben PLD-PAT-System durchgeführt, das für präklinische Anwendungen verwendet wurde. Der Zweck dieser Arbeit ist es, die visualisierte experimentelle Demonstration des PLD-PAT-Systems für die in vivo- 2D-Querschnitts-Gehirn-Bildgebung von kleinen Tieren bereitzustellen.

<table><tbody><tr><td>Pulsed laser diode</td><td>Quantel, France</td><td>QD-Q1910-SA-TEC</td><td>It is the excitation laser source with specifications 803 nm, 1.4 mJ per pulse, 136 ns pulse, 7 kHz maximum, dimentions : 11.0 x 6.0 x 3.6 cm, weight: ~150 gm</td></tr><tr><td>Stepper motor with gearbox</td><td>LIN Engineering (Servo Dynamics)</td><td>Motor: CO-5718-01P, Gearbox: DPL64/1, I = 10 for NEMA 23; power supply PW100-48</td><td>To move the detector holder in a circular geometry. Torque: 2.08 N-m, Rotor inertia: 2.6 kg-cm2</td></tr><tr><td>Ultrasonic pulser/receiver</td><td>Olympus</td><td>5072PR</td><td>To receive, filter and ampligy the PA signal from UST. Its bandwidth is 35 MHz, and gain is &amp;plusmn;59 dB.</td></tr><tr><td>Ultrasound Transducer</td><td>Olympus</td><td>V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069</td><td>Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection. Central freqency 2.25 MHz, 0.5 in, Cylindrical focus 1.9 inch</td></tr><tr><td>PCIe DAQ (Data acquisition) Card</td><td>GaGe</td><td>CSE4227/ A6000610/B0E00610</td><td>12 bit, 100 Ms/s, 2 channels, 1 Gs on board memory, PCIe x16 interface</td></tr><tr><td>Rats</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td><td>NTac:SD, Sprague Dawley / SD</td><td>Female, weight 100 &amp;plusmn;10g</td></tr><tr><td>Acrylic water tank&amp;nbsp;</td><td>NTU workshop</td><td>Custom-made</td><td>It contains the water that acts as an acoustic coupling medium between brain and detector</td></tr><tr><td>Circular Scanner&amp;nbsp;</td><td>NTU workshop</td><td>Custom-made</td><td>Scanner is made out of Alluminum&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Anesthetic Machine</td><td>medical plus pte ltd</td><td>Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator.</td><td>Supplies oxygen and isoflurane to animal</td></tr><tr><td>Pulse Oxymeter portable</td><td>Medtronic</td><td>PM10N with veterinary sensor</td><td>Monitors the pulse oxymetry of the animal</td></tr><tr><td>Ultrasound gel</td><td>Progress/parker acquasonic gel</td><td>PA-GEL-CLEA-5000</td><td>Clear ultrasound gel</td></tr><tr><td>Data acqusison software</td><td>National Instruments Corporation,Austin,TX,USA)</td><td>NI LabVIEW 2015 SP1</td><td>LabVIEW based program was developed in our laboratory for controlling the stepper motor and acquring the PA singnals from the detector</td></tr><tr><td>Data processing software</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>Matlab R2012b</td><td>Matlab code for reconstruction of PA images was developed in our lab</td></tr><tr><td>Temperature controller&amp;nbsp;</td><td>LaridTech, MO,USA</td><td>MTTC1410</td><td>It will constantly control temperature of the PLD&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>12 V power supply&amp;nbsp;</td><td>Voltcraft&amp;nbsp;</td><td>PPS-11810</td><td>To supply operating voltage for PLD</td></tr><tr><td>Variable power supply&amp;nbsp;</td><td>BASETech</td><td>BT-153</td><td>To change the laser output power</td></tr><tr><td>Funtion generator&amp;nbsp;</td><td>Funktionsgenerator</td><td>FG250D</td><td>To change the repetetion rate of the PLD. It will provide TTL signal to synchronize the DAQ with the laser excitation.</td></tr><tr><td>Animal distributor</td><td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td><td></td><td>Animal distributor that supplies small animals for research purpose.</td></tr><tr><td>Animal holder</td><td>NTU workshop</td><td>Custom-made</td><td>Used for holding the animal on its abdomen</td></tr><tr><td>Breathing mask</td><td>NTU workshop</td><td>Custom-made</td><td>Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal</td></tr><tr><td>Pentobarbital sodium</td><td>Valabarb</td><td></td><td>Used for euthanizing the animal after the expeirment.</td></tr><tr><td>Optical diffuser</td><td>Thorlabs</td><td>DG10-1500</td><td>Used to to make the laser beam homogeneous</td></tr></tbody></table>

a high-performance compact photoacoustic tomography system for in vivo small-animal brain imaging

In vivo spielt die Kleinbild-Bildgebung eine wichtige Rolle in präklinischen Studien. Photoakustische Tomographie (PAT) ist eine aufkommende Hybrid-Imaging-Modalität, die ein großes Potenzial für präklinische und klinische Anwendungen zeigt. Konventionelle optische parametrische Oszillator-basierte PAT (OPO-PAT) -Systeme sind sperrig und teuer und können keine Hochgeschwindigkeits-Bildgebung bereitstellen. In letzter Zeit wurden Pulslaserdioden (PLDs) als alternative Anregungsquelle für PAT erfolgreich nachgewiesen. Die Puls-Laserdiode PAT (PLD-PAT) wurde erfolgreich für die Hochgeschwindigkeits-Bildgebung auf photoakustischen Phantomen und biologischen Geweben demonstriert. Diese Arbeit liefert ein visualisiertes experimentelles Protokoll für die in vivo- Gehirn-Bildgebung mit PLD-PAT. Das Protokoll beinhaltet die kompakte PLD-PAT-Systemkonfiguration und deren Beschreibung, Tierpräparation für die Gehirn-Bildgebung und ein typisches experimentelles Verfahren für die 2D-Querschnittsrücken-Gehirn-Bildgebung. Das PLD-PAT-System ist kompakt und kostengünstigFective und kann High-Speed, qualitativ hochwertige Bildgebung. Gehirnbilder, die in vivo bei verschiedenen Scan-Geschwindigkeiten gesammelt wurden, werden präsentiert.

Die in vivo- Gehirn-Imaging-Ergebnisse, die die Fähigkeiten des beschriebenen PLD-PAT-Systems zeigen, werden in diesem Abschnitt gezeigt. Um die High-Speed-Imaging-Fähigkeiten des PLD-PAT-Systems zu demonstrieren, wurde die in vivo- Gehirn-Bildgebung von zwei verschiedenen gesunden Ratten durchgeführt. Fig. 2 zeigt die Gehirnbilder einer weiblichen Ratte (93 g) bei verschiedenen Abtastgeschwindigkeiten. Abbildung 2a und b zeigen die Fotografien des Rattenhirns vor und nach dem Entfernen der Kopfhaut über dem Gehirnbereich. Die PAT-Bildgebung erfolgte nicht-invasiv ( dh mit der Haut und dem Schädel intakt). PA-Signale aus dem Querschnitt des Gehirns wurden durch zirkuläres Drehen des UST für 5 s, 10 s, 20 s und 30 s gesammelt. Abbildung 2c -f zeigt die PAT-rekonstruierten Querschnittsbilder des Rattenhirns, die in 5 s, 10 s, 20 s und 30 s Scan-Zeiten erhalten wurden. In all diesen Hirnbildern, die<html> Quer-Sinus (TS), überlegener Sagittal-Sinus (SS) und Zerebralvenen (CV), einschließlich Äste, sind deutlich sichtbar. Diese Merkmale sind auf dem in Abbildung 2f dargestellten Bild angegeben . Diese Ergebnisse versprechen, dass das System auch bei hohen Scan-Geschwindigkeiten qualitativ hochwertige In-vivo- Bilder bereitstellen kann. <img alt="Figur 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig2.jpg" /> Abbildung 2: Nicht-invasive In-vivo- PLD-PAT-Bilder. Nicht-invasive PLD-PAT-Bilder der Vaskulatur in einem 93 g weiblichen Rattenhirn. Foto des Rattenhirns vor ( a ) und nach ( b ) Entfernen der Kopfhaut. In vivo- Gehirnbilder zu verschiedenen Scan-Zeiten: ( c ) 5 s, ( d ) 10 s, ( e ) 20 s und ( f ) 30 s. SS: Sagittal Sinus, TS: Quer Sinus und CV: Zerebrale Venen.<html> Les / ftp_upload / 55811 / 55811fig2large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Ein ähnliches Bildgebungsexperiment wurde an einer anderen weiblichen Ratte (95 g) durchgeführt, und entsprechende Hirnbilder, die in 5 s, 10 s, 20 s und 30 s erhalten wurden, sind in 3 gezeigt . <img alt="Abbildung 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig3.jpg" /> Abbildung 3 : Nicht-invasive In-vivo- PLD-PAT-Bilder. Nicht-invasive PLD-PAT-Bilder der Vaskulatur in einem 95 g weiblichen Rattenhirn. Foto des Rattenhirns vor ( a ) und nach ( b ) Entfernen der Kopfhaut. In vivo- Gehirnbilder zu verschiedenen Scan-Zeiten: ( c ) 5 s, ( d ) 10 s, ( e ) 20 s und ( f ) 30 s.Rce.jove.com/files/ftp_upload/55811/55811fig3large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

Ein kompaktes Puls-Laser-Dioden-basiertes photoakustisches Tomographie-System (PLD-PAT) für die Hochgeschwindigkeits- In-vivo- Gehirn-Bildgebung bei kleinen Tieren wird gezeigt.

Ein leistungsstarkes kompaktes Fotoakustik-Tomographie-System für<em&gt; In vivo</em&gt; Kleintier Gehirn Bildgebung

In vivo small-animal imaging has an important role to play in preclinical studies. Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging hybrid imaging modality ...

a-high-performance-compact-photoacoustic-tomography-system-for-vivo

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

10.4K Aufrufe.  Nanyang Technological University.  Ein kompaktes Puls-Laser-Dioden-basiertes photoakustisches Tomographie-System (PLD-PAT) für die Hochgeschwindigkeits- In-vivo- Gehirn-Bildgebung bei kleinen Tieren wird gezeigt. 

Serie: A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As the mainstays of in vivo three-dimensional (3-D) optical microscopy, single-/multi-photon fluorescence microscopy and optical coherence tomography (OCT) have demonstrated their extraordinary sensitivities to fluorescence and optical scattering contrasts, respectively. However, the optical absorption contrast of biological tissues, which encodes essential physiological/pathological information, has not yet been assessable. 
The emergence of biomedical photoacoustics has led to a new branch of optical microscopy optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM)1, where the optical irradiation is focused to the diffraction limit to achieve cellular1 or even subcellular2 level lateral resolution. As a valuable complement to existing optical microscopy technologies, OR-PAM brings in at least two novelties. First and most importantly, OR-PAM detects optical absorption contrasts with extraordinary sensitivity (i.e., 100%). Combining OR-PAM with fluorescence microscopy3 or with optical-scattering-based OCT4 (or with both) provides comprehensive optical properties of biological tissues. Second, OR-PAM encodes optical absorption into acoustic waves, in contrast to the pure optical processes in fluorescence microscopy and OCT, and provides background-free detection. The acoustic detection in OR-PAM mitigates the impacts of optical scattering on signal degradation and naturally eliminates possible interferences (i.e., crosstalks) between excitation and detection, which is a common problem in fluorescence microscopy due to the overlap between the excitation and fluorescence spectra. 
Unique for optical absorption imaging, OR-PAM has demonstrated broad biomedical applications since its invention, including, but not limited to, neurology5, 6, ophthalmology7, 8, vascular biology9, and dermatology10. In this video, we teach the system configuration and alignment of OR-PAM as well as the experimental procedures for in vivo functional microvascular imaging.

Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) is an emerging technology capable of imaging optical absorption contrasts in vivo with cellular resolution and sensitivity. Here, we provide a visualized instruction on the experimental protocols of OR-PAM, including system configuration, system alignment, typical in vivo experimental procedures, and functional imaging schemes.

Dreidimensionale Optische Auflösung photoakustische Mikroskopie

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Forschung

Biotechnik

Computed Tomography-guided Time-domain Diffuse Fluorescence Tomography in Small Animals for Localization of Cancer Biomarkers

Small animal fluorescence molecular imaging (FMI) can be a powerful tool for preclinical drug discovery and development studies1. However, light absorption by tissue chromophores (e.g., hemoglobin, water, lipids, melanin) typically limits optical signal propagation through thicknesses larger than a few millimeters2. Compared to other visible wavelengths, tissue absorption for red and near-infrared (near-IR) light absorption dramatically decreases and non-elastic scattering becomes the dominant light-tissue interaction mechanism. The relatively recent development of fluorescent agents that absorb and emit light in the near-IR range (600-1000 nm), has driven the development of imaging systems and light propagation models that can achieve whole body three-dimensional imaging in small animals3.
Despite great strides in this area, the ill-posed nature of diffuse fluorescence tomography remains a significant problem for the stability, contrast recovery and spatial resolution of image reconstruction techniques and the optimal approach to FMI in small animals has yet to be agreed on. The majority of research groups have invested in charge-coupled device (CCD)-based systems that provide abundant tissue-sampling but suboptimal sensitivity4-9, while our group and a few others10-13 have pursued systems based on very high sensitivity detectors, that at this time allow dense tissue sampling to be achieved only at the cost of low imaging throughput. Here we demonstrate the methodology for applying single-photon detection technology in a fluorescence tomography system to localize a cancerous brain lesion in a mouse model.
The fluorescence tomography (FT) system employed single photon counting using photomultiplier tubes (PMT) and information-rich time-domain light detection in a non-contact conformation11. This provides a simultaneous collection of transmitted excitation and emission light, and includes automatic fluorescence excitation exposure control14, laser referencing, and co-registration with a small animal computed tomography (microCT) system15. A nude mouse model was used for imaging. The animal was inoculated orthotopically with a human glioma cell line (U251) in the left cerebral hemisphere and imaged 2 weeks later. The tumor was made to fluoresce by injecting a fluorescent tracer, IRDye 800CW-EGF (LI-COR Biosciences, Lincoln, NE) targeted to epidermal growth factor receptor, a cell membrane protein known to be overexpressed in the U251 tumor line and many other cancers18. A second, untargeted fluorescent tracer, Alexa Fluor 647 (Life Technologies, Grand Island, NY) was also injected to account for non-receptor mediated effects on the uptake of the targeted tracers to provide a means of quantifying tracer binding and receptor availability/density27. A CT-guided, time-domain algorithm was used to reconstruct the location of both fluorescent tracers (i.e., the location of the tumor) in the mouse brain and their ability to localize the tumor was verified by contrast-enhanced magnetic resonance imaging.
Though demonstrated for fluorescence imaging in a glioma mouse model, the methodology presented in this video can be extended to different tumor models in various small animal models potentially up to the size of a rat17.

Diffuse fluorescence tomography offers a relatively low-cost and potentially high-throughout approach to preclinical in vivo tumor imaging. The methodology of optical data collection, calibration, and image reconstruction is presented for a computed tomography-guided non-contact time-domain system using fluorescent targeting of the tumor biomarker epidermal growth factor receptor in a mouse glioma model.

Computertomographie-gesteuerte Time-Domain diffuse Fluoreszenz-Tomographie in der Kleintiere für die Lokalisierung von Krebs-Biomarker

Small animal fluorescence molecular imaging (FMI) can be a powerful tool for preclinical drug discovery and development studies1. However, light ...

Medizin

Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously attaining anatomical, functional and molecular contrast in deep optically opaque tissues. While enormous potential has been recently demonstrated in the application of optoacoustics for small animal research, vast efforts have also been undertaken in translating this imaging technology into clinical practice. We present here a newly developed optoacoustic tomography approach capable of delivering high resolution and spectrally enriched volumetric images of tissue morphology and function in real time. A detailed description of the experimental protocol for operating with the imaging system in both hand-held and stationary modes is provided and showcased for different potential scenarios involving functional and molecular studies in murine models and humans. The possibility for real time visualization in three dimensions along with the versatile handheld design of the imaging probe make the newly developed approach unique among the pantheon of imaging modalities used in today&#8217;s preclinical research and clinical practice.

We provide herein a detailed description of the experimental protocol for imaging with a newly developed hand-held optoacoustic (photoacoustic) system for three-dimensional functional and molecular imaging in real time. The demonstrated powerful performance and versatility may define new application areas of the optoacoustic technology in preclinical research and clinical practice.

Universal-Hand Dreidimensionale Optoakustische Bildgebung Sonde für Deep Tissue Menschen Angiographie und Funktions präklinischen Studien in Echtzeit

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously ...

Non-invasive Parenchymal, Vascular and Metabolic High-frequency Ultrasound and Photoacoustic Rat Deep Brain Imaging

Photoacoustics and high frequency ultrasound stands out as powerful tools for neurobiological applications enabling high-resolution imaging on the central nervous system of small animals. However, transdermal and transcranial neuroimaging is frequently affected by low sensitivity, image aberrations and loss of space resolution, requiring scalp or even skull removal before imaging. To overcome this challenge, a new protocol is presented to gain significant insights in brain hemodynamics by photoacoustic and high-frequency ultrasounds imaging with the animal skin and skull intact. The procedure relies on the passage of ultrasound (US) waves and laser directly through the fissures that are naturally present on the animal cranium. By juxtaposing the imaging transducer device exactly in correspondence to these selected areas where the skull has a reduced thickness or is totally absent, one can acquire high quality deep images and explore internal brain regions that are usually difficult to anatomically or functionally describe without an invasive approach. By applying this experimental procedure, significant data can be collected in both sonic and optoacoustic modalities, enabling to image the parenchymal and the vascular anatomy far below the head surface. Deep brain features such as parenchymal convolutions and fissures separating the lobes were clearly visible. Moreover, the configuration of large and small blood vessels was imaged at several millimeters of depth, and precise information were collected about blood fluxes, vascular stream velocities and the hemoglobin chemical state. This repertoire of data could be crucial in several research contests, ranging from brain vascular disease studies to experimental techniques involving the systemic administration of exogenous chemicals or other objects endowed with imaging contrast enhancement properties. In conclusion, thanks to the presented protocol, the US and PA techniques become an attractive noninvasive performance-competitive means for cortical and internal brain imaging, retaining a significant potential in many neurologic fields.

The present work describes a new protocol to perform non-invasive high-frequency ultrasound and photoacoustic based imaging on rat brain, to efficiently visualize deep subcortical regions and their vascular patterns by directing signals on skull foramina naturally present on animal cranium.

Nicht-invasive Parenchymale, Gefäß- und Stoffwechselhochfrequenz-Ultraschall und Photoakustische Rat Deep Brain Imaging

Photoacoustics and high frequency ultrasound stands out as powerful tools for neurobiological applications enabling high-resolution imaging on the central ...

Neurowissenschaften

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

Photoacoustic microscopy (PAM) is a fast-growing invivo imaging modality that combines both optics and ultrasound, providing penetration beyond the optical mean free path (~1 mm in skin) with high resolution. By combining optical absorption contrast with the high spatial resolution of ultrasound in a single modality, this technique can penetrate deep tissues. Photoacoustic microscopy systems can have either a low acoustic resolution and probe deeply or a high optical resolution and probe shallowly. It is challenging to achieve high spatial resolution and large depth penetration with a single system. This work presents an AR-OR-PAM system capable of both high-resolution imaging at shallow depths and low-resolution deep-tissue imaging of the same sample in vivo. A lateral resolution of 4 &#181;m with 1.4 mm imaging depth using optical focusing and a lateral resolution of 45 &#181;m with 7.8 mm imaging depth using acoustic focusing were successfully demonstrated using the combined system. Here,&#160;in vivo&#160;small-animal blood vasculature imaging is performed to demonstrate its biological imaging capability.

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

Here a switchable acoustic resolution (AR) and optical resolution (OR) photoacoustic microscopy (AR-OR-PAM) system capable of both high resolution imaging at shallow depth and low resolution deep tissue imaging on the same sample in vivo is demonstrated.

Umschaltbare akustische und optische Auflösung Photoakustische Mikroskopie für<em&gt; In vivo</em&gt; Kleintier-Blut-Vaskulatur-Bildgebung

Photoacoustic microscopy (PAM) is a fast-growing invivo imaging modality that combines both optics and ultrasound, providing penetration beyond the ...

Hand-held Clinical Photoacoustic Imaging System for Real-time Non-invasive Small Animal Imaging

Translation of photoacoustic imaging into the clinic is a major challenge. Handheld real-time clinical photoacoustic imaging systems are very rare. Here, we report a combined photoacoustic and clinical ultrasound imaging system by integrating an ultrasound probe with light delivery for small animal imaging. We demonstrate this by showing sentinel lymph node imaging in small animals along with minimally invasive real-time needle guidance. A clinical ultrasound platform with access to raw channel data allows the integration of photoacoustic imaging leading to a handheld real-time clinical photoacoustic imaging system. Methylene blue was used for sentinel lymph node imaging at 675 nm wavelength. Additionally, needle guidance with dual modal ultrasound and photoacoustic imaging was shown using the imaging system. Depth imaging of up to 1.5 cm was demonstrated with a 10 Hz laser at a photoacoustic imaging frame rate of 5 frames per second.

A clinical handheld photoacoustic imaging system will be demonstrated for real-time non-invasive small animal imaging.

Hand-Held klinische photoakustische Imaging-System für Echtzeit-nicht-invasive kleine Tier Imaging

Translation of photoacoustic imaging into the clinic is a major challenge. Handheld real-time clinical photoacoustic imaging systems are very rare. Here, ...

Pulsed Laser Diode-Based Desktop Photoacoustic Tomography for Monitoring Wash-In and Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature

Photoacoustic (PA) tomography (PAT) imaging is an emerging biomedical imaging modality useful in various preclinical and clinical applications. Custom-made circular ring array-based transducers and conventional bulky Nd:YAG/OPO lasers inhibit translation of the PAT system to clinics. Ultra-compact pulsed laser diodes (PLDs) are currently being used as an alternative source of near-infrared excitation for PA imaging. High-speed dynamic in vivo imaging has been demonstrated using a compact PLD-based desktop PAT system (PLD-PAT). A visualized experimental protocol using the desktop PLD-PAT system is provided in this work for dynamic in vivo brain imaging. The protocol describes the desktop PLD-PAT system configuration, preparation of animal for brain vascular imaging, and procedure for dynamic visualization of indocyanine green (ICG) dye uptake and clearance process in rat cortical vasculature.&#160;

A compact pulsed laser diode-based desktop photoacoustic tomography (PLD-PAT) system is demonstrated for high-speed dynamic in vivo imaging of small animal cortical vasculature.

Gepulste Laser-Diode-Based Desktop photoakustische Tomographie für die Überwachung von Wash-In und Wash-Out of Dye in Rat Cortical Vasculature

Photoacoustic (PA) tomography (PAT) imaging is an emerging biomedical imaging modality useful in various preclinical and clinical applications. ...

Dual Raster-Scanning Photoacoustic Small-Animal Imager for Vascular Visualization

Imaging of vascular networks on small animals has played an important role in basic biomedical research. Photoacoustic imaging technology has great potential for application in the imageology of small animals. The wide-field photoacoustic imaging of small animals can provide images with high spatiotemporal resolution, deep penetration, and multiple contrasts. Also, the real-time photoacoustic imaging system is desirable to observe the hemodynamic activities of small-animal vasculature, which can be used to research the dynamic monitoring of small-animal physiological features. Here, a dual-raster-scanning photoacoustic imager is presented, featuring a switchable double-mode imaging function. The wide-field imaging is driven by a two-dimensional motorized translation stage, while the real-time imaging is realized with galvanometers. By setting different parameters and imaging modes, in vivo visualization of small-animal vascular network can be performed. The real-time imaging can be used to observe pulse change and blood flow change of drug-induced, etc. The wide-field imaging can be used to track the growth change of tumor vasculature. These are easy to be adopted in various areas of basic biomedicine research.

A dual raster-scanning photoacoustic imager was designed, which integrated wide-field imaging and real-time imaging.

Dual Raster-Scanning Photoakustischer Kleintier-Imager für Vaskuläre Visualisierung

Imaging of vascular networks on small animals has played an important role in basic biomedical research. Photoacoustic imaging technology has great ...

A High-Throughput Image-Guided Stereotactic Neuronavigation and Focused Ultrasound System for Blood-Brain Barrier Opening in Rodents

The blood-brain barrier (BBB) has been a major hurdle for the treatment of various brain diseases. Endothelial cells, connected by tight junctions, form a physiological barrier preventing large molecules (&#62;500 Da) from entering the brain tissue. Microbubble-mediated focused ultrasound (FUS) can be used to induce a transient local BBB opening, allowing larger drugs to enter the brain parenchyma.
In addition to large-scale clinical devices for clinical translation, preclinical research for therapy response assessment of drug candidates requires dedicated small animal ultrasound setups for targeted BBB opening. Preferably, these systems allow high-throughput workflows with both high-spatial precision as well as integrated cavitation monitoring, while still being cost effective in both initial investment and running costs.
Here, we present a bioluminescence and X-ray guided stereotactic small animal FUS system that is based on commercially available components and fulfills the aforementioned requirements. A particular emphasis has been placed on a high degree of automation facilitating the challenges typically encountered in high-volume preclinical drug evaluation studies. Examples of these challenges are the need for standardization in order to ensure data reproducibility, reduce intra-group variability, reduce sample size and thus comply with ethical requirements and decrease unnecessary workload. The proposed BBB system has been validated in the scope of BBB opening facilitated drug delivery trials on patient-derived xenograft models of glioblastoma multiforme and diffuse midline glioma.

The blood-brain barrier (BBB) can be temporarily disrupted with microbubble-mediated focused ultrasound (FUS). Here, we describe a step-by-step protocol for high-throughput BBB opening in vivo using a modular FUS system accessible for non-ultrasound experts.

Ein hochdurchsatzgesteuertes, stereotaktisches Neuronavigations- und fokussiertes Ultraschallsystem für die Öffnung der Blut-Hirn-Barriere bei Nagetieren

The blood-brain barrier (BBB) has been a major hurdle for the treatment of various brain diseases. Endothelial cells, connected by tight junctions, form a ...

Nicht-invasive integrierte PAUSAT Ganzhirn-Bildgebung bei ischämischem Schlaganfall

Integrated Photoacoustic, Ultrasound, and Angiographic Tomography (PAUSAT) for NonInvasive Whole-Brain Imaging of Ischemic Stroke

Presented here is an experimental ischemic stroke study using our newly developed noninvasive imaging system that integrates three acoustic-based imaging technologies: photoacoustic, ultrasound, and angiographic tomography (PAUSAT). Combining these three modalities helps acquire multi-spectral photoacoustic tomography (PAT) of the brain blood oxygenation, high-frequency ultrasound imaging of the brain tissue, and acoustic angiography of the cerebral blood perfusion. The multi-modal imaging platform allows the study of cerebral perfusion and oxygenation changes in the whole mouse brain after stroke. Two commonly used ischemic stroke models were evaluated: the permanent middle cerebral artery occlusion (pMCAO) model and the photothrombotic (PT) model. PAUSAT was used to image the same mouse brains before and after a stroke and quantitatively analyze both stroke models. This imaging system was able to clearly show the brain vascular changes after ischemic stroke, including significantly reduced blood perfusion and oxygenation in the stroke infarct region (ipsilateral) compared to the uninjured tissue (contralateral). The results were confirmed by both laser speckle contrast imaging and triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining. Furthermore, stroke infarct volume in both stroke models was measured and validated by TTC staining as the ground truth. Through this study, we have demonstrated that PAUSAT can be a powerful tool in noninvasive and longitudinal preclinical studies of ischemic stroke.

Autor im Rampenlicht: Integrierte Photoakustik-, Ultraschall- und Angiographische Tomographie (PAUSAT) für die nicht-invasive Ganzhirnbildgebung von ischämischen Schlaganfällen  

This work demonstrates the use of a multimodal ultrasound-based imaging platform for noninvasive imaging of ischemic stroke. This system allows for the quantification of blood oxygenation through photoacoustic imaging and impaired perfusion in the brain through acoustic angiography.

Integrierte photoakustische, Ultraschall- und Angiographietomographie (PAUSAT) für die nicht-invasive Ganzhirnbildgebung des ischämischen Schlaganfalls

Presented here is an experimental ischemic stroke study using our newly developed noninvasive imaging system that integrates three acoustic-based imaging ...

Ein leistungsstarkes kompaktes Fotoakustik-Tomographie-System für

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