この研究は、シンガポール教育省（ARC2 / 15：M4020238）とシンガポール保健省国立医学研究評議会（NMRC / OFIRG / 0005/2016：M4062012）が資金を提供するTier 2助成金によって支えられています。作者は機械ショップの助けを借りてChow Wai Hoong Bobbyに感謝したいと思います。

すべての動物実験は、シンガポール南陽技術大学の動物実験および使用委員会（Animal Protocol Number ARF-SBS / NIE-A0263）によって承認されたガイドラインおよび規制に従って行われた。 1.システムの説明<ol><li> 図1aに示すように、PLDを円形スキャナの内部に取り付けます。 PLDをレーザードライバユニット（LDU）に接続します。 注記：PLDは〜803 nmの波長で〜136 nsのパルスを提供し、最大パルスエネルギーは約1.42 mJ、繰返し速度は最大7 kHzです。レーザ駆動部（LDU）は、温度コントローラと、可変電源と、電源（12V）と、ファンクションジェネレータとを備え、材料の表を参照してください。可変電源はレーザパワーを制御するために使用され、ファンクションジェネレータはPLDの繰り返しレートを変更するために使用されます。 </li><li> PLDレーザーのスイッチを入れます。 PLDの繰り返しレートを &quot;7,000&quot;に設定するHzをLDU内の関数ジェネレータを使用して実行します。可変電源の電圧を「3.1」Vに設定することにより、パルスエネルギーを1.42mJに増加させる。 </li><li> 図1aに示すように、PLD出射窓の前に光学ディフューザー（OD）を取り付けて、出力ビームを均一にします 。 注：細かいグリット（ すなわち、 1,500グリットの磨き）のディフューザーを使用してください。 </li><li> 図1aに示すように、USTホルダーに焦点を合わせたUSTをスキャン領域の中央に向けて取り付けます 。 注：USTの中心周波数は2.25 MHzで、焦点距離は1.9インチです。 </li><li> 図1aに示すように、超音波検出器をアクリルタンクの中に置きます 。 USTが完全に浸水するようにタンクを水で満たしてください。 注：水媒体は、脳（サンプル）から光音響信号をUSTに結合するために使用されます。アクリル水タンク（WT;材料表参照）はカスタム小動物イメージング用に設計されています。水タンクの設計図は図1bに示されています 。 </li><li>パルサー/レシーバーユニット（PRU; 材料表を参照）を使用して、サンプルからのPAシグナルを確認します。 注：これらの信号は、100 MS / sのサンプリングレートで12ビットのDAQカード（ 表の表を参照）でデジタル化され、コンピュータに保存されました。 </li></ol>ラット脳画像化のための動物の準備注記：上記のPLD-PATシステムは、小型動物の脳を画像化するために実証された。これらの実験では、健康な雌ラット（ 表の表を参照）を使用した。 <ol><li> 2mLのケタミン、1mLのキシラジン、および1mLの生理食塩水（0.2mL / 100gの用量）のカクテルを腹腔内注射することによって動物を麻酔する。 </li><li>ヘアクリッパーを使って動物の頭皮の毛皮を除去する。優しく剃毛した毛髪に脱毛クリームを塗る毛皮のさらなる枯渇のための領域。 <ol><li>綿棒で4〜5分後に塗布したクリームを除去する。 </li><li>動物の目に人工涙軟膏を塗布し、麻酔およびレーザー照射による乾燥を防ぐ。 </li></ol></li><li>ラボジャック上の呼吸用マスク（ 表の表を参照）が装備されたカスタムメイドの動物ホルダー（ 表の表を参照）を取り付けます。 </li><li>動物をホルダー上で倒れやすい場所に置きます。イメージング中に動物の動きを避けるために、外科用テープを使用してホルダーに固定します。 </li><li>呼吸マスクがラットの鼻と口を覆って、吸入麻酔薬を送達するようにしてください。 </li></ol> 3. インビボラット脳画像化<ol><li> 呼吸マスクを麻酔機に接続します。麻酔装置のスイッチを入れ、0.75％イソフルランで酸素を1.0L /分供給するように設定します。 <ol><li>パルスオキシメータをクランプしてください動物の生理学的状態を監視するために使用される。 </li></ol></li><li> ラットの頭皮に無色の超音波ゲルの層を塗布する。ラボジャックの位置をスキャナの中心に合わせます。呼吸マスクは、イメージングウィンドウに合わせてカスタマイズされています。市販のノーズコーンの10％を切断し、手袋に接続する。 <ol><li>ラボジャックの高さを手動で調整して、イメージング面がUSTの焦点にくるようにします。 </li></ol></li><li>必要に応じて、データ収集ソフトウェアのパラメータを設定します（材料表を参照）。データ収集ソフトウェアプログラムを実行して、収集（ すなわち、画像化）を開始する。 注：このプログラムは、USTを回転させてAラインPA信号を収集するために使用されます。収集されたAラインはコンピュータに保存されます。 </li><li>撮影期間全体で動物を観察し、撮影が完了した後にPAT再構成に進む。 </li><li>データ取得が終了したら、再構成ソフトウェアプログラムを使用して、A線から断面脳画像を再構成する。 </li><li>麻酔システムをオフにして、ステージから動物を取り出し、ケージに戻し、意識が回復するまでモニターします。 注：たとえば、USTを5秒間回転させると、PLDは35,000（= 5 x 7,000）パルスを出力し、USTは35,000のAラインを収集します。 70,000を超える信号を平均化することによって（Aライン= 35,000 / 70 = 500の平均化後）、35,000のAラインが500に低減される。 図1cは、レーザパルスおよびAライン収集の照明を示す。遅延和和逆投影アルゴリズムに基づく再構成プログラムを使用すべきである。 </li></ol><img alt="図1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig1.jpg" /> 図1： PLD-PATシステムの回路 図 （ a ）PLD-PATの略図。 PLD：パルスレーザダイオード、CSP：サークルAM：麻酔機、M：モータ、MPU：モータプーリユニット、LDU：レーザドライバユニット、PRU：パルサ/レシーバユニット、UST：超音波トランスデューサ、WT：水タンク、PF：ポリマーフィルム、DAQ：データ取得カード。 （ b ） インビボ小動物脳画像化のための水槽の概略図、上面図（1）および断面図（2）。 A：メトリックネジ、B：アクリル環状プレート、C：シリコーンOリング、D：厚さ100μmの透明ポリエチレンカバー。このタンクはその底部に直径9cmの穴を有し、超音波で光学的に透明な100μm厚のポリエチレン膜で封止された。 （ c ）PLDおよびAラインからのレーザパルスの照射の概略図であり、5秒の連続走査時間で収集される。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55811/55811fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a>

<ol>
	<li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+toward+preclinical+and+clinical+translation+of+photoacoustic+tomography:+a+review.">Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review.</a> J Biomed Opt. 22 (4), 041006 (2017).</li><li>Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Cell+Photoacoustic+Microscopy:+A+Review.">Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review.</a> IEEE Sel Top Quantum Electron. 22 (3), 6801215 (2016).</li><li>Valluru, K. S., Willmann, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+photoacoustic+imaging+of+cancer.">Clinical photoacoustic imaging of cancer.</a> Ultrasonography. 35 (4), 267 (2016).</li><li>Zhou, Y., Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tutorial+on+photoacoustic+tomography.">Tutorial on photoacoustic tomography.</a> J Biomed Opt. 21 (6), 061007 (2016).</li><li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+Brain+Imaging:+from+Microscopic+to+Macroscopic+Scales.">Photoacoustic Brain Imaging: from Microscopic to Macroscopic Scales.</a> Neurophotonics. 1 (1), 011003 (2014).</li><li>Kalva, S. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+validation+of+tangential+resolution+improvement+in+photoacoustic+tomography+using+a+modified+delay-and-sum+reconstruction+algorithm.">Experimental validation of tangential resolution improvement in photoacoustic tomography using a modified delay-and-sum reconstruction algorithm.</a> J Biomed Opt. 21 (8), 086011 (2016).</li><li>Strohm, E. M., Moore, M. J., Kolios, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+of+single+cells.">High resolution ultrasound and photoacoustic imaging of single cells.</a> Photoacoustics. 4 (1), 36-42 (2016).</li><li>Upputuri, P. K., Wen, Z. -. B., Wu, Z., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-resolution+photoacoustic+microscopy+using+photonic+nanojets:+a+simulation+study.">Super-resolution photoacoustic microscopy using photonic nanojets: a simulation study.</a> J Biomed Opt. 19 (11), 116003 (2014).</li><li>Zhou, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Phosphorus+Phthalocyanine+Formulation+with+Intense+Absorbance+at+1000+nm+for+Deep+Optical+Imaging.">A Phosphorus Phthalocyanine Formulation with Intense Absorbance at 1000 nm for Deep Optical Imaging.</a> Theranostics. 6 (5), 688-697 (2016).</li><li>Upputuri, P. K., Wu, Z., Gong, L., Ong, C. K., Wang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-resolution+coherent+anti-Stokes+Raman+scattering+microscopy+with+photonic+nanojets.">Super-resolution coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy with photonic nanojets.</a> Opt Express. 22 (11), 12890-12899 (2014).</li><li>Raghunathan, R., Singh, M., Dickinson, M. E., Larin, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography+for+embryonic+imaging:+a+review.">Optical coherence tomography for embryonic imaging: a review.</a> J Biomed Opt. 21 (5), 050902 (2016).</li><li>Burton, N. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multispectral+opto-acoustic+tomography+(MSOT)+of+the+brain+and+glioblastoma+characterization.">Multispectral opto-acoustic tomography (MSOT) of the brain and glioblastoma characterization.</a> Neuroimage. 65 (2), 522-528 (2013).</li><li>Su, R., Ermilov, S. A., Liopo, A. V., Oraevsky, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+optoacoustic+imaging+as+a+new+noninvasive+technique+to+study+long-term+biodistribution+of+optical+contrast+agents+in+small+animal+models.">Three-dimensional optoacoustic imaging as a new noninvasive technique to study long-term biodistribution of optical contrast agents in small animal models.</a> J Biomed Opt. 17 (10), 101506 (2012).</li><li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+functional+chronic+imaging+of+a+small+animal+model+using+optical-resolution+photoacoustic+microscopy.">In vivo functional chronic imaging of a small animal model using optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Med Phys. 36 (6), 2320-2323 (2009).</li><li>Zhang, E. Z., Laufer, J., Pedley, R. B., Beard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+photoacoustic+imaging+system+for+in+vivo+studies+of+small+animal+models.">3D photoacoustic imaging system for in vivo studies of small animal models.</a> Proc SPIE. 6856, 68560 (2008).</li><li>Deng, Z., Li, W., Li, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slip-ring-based+multi-transducer+photoacoustic+tomography+system.">Slip-ring-based multi-transducer photoacoustic tomography system.</a> Opt Lett. 41 (12), 2859-2862 (2016).</li><li>Tang, J., Coleman, J. E., Dai, X., Jiang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wearable+3-D+Photoacoustic+Tomography+for+Functional+Brain+Imaging+in+Behaving+Rats.">Wearable 3-D Photoacoustic Tomography for Functional Brain Imaging in Behaving Rats.</a> Sci Rep. 6, 25470 (2016).</li><li>Pramanik, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+carbon+nanotube-enhanced+non-invasive+photoacoustic+mapping+of+the+sentinel+lymph+node.">In vivo carbon nanotube-enhanced non-invasive photoacoustic mapping of the sentinel lymph node.</a> Phys Med Biol. 54 (11), 3291-3301 (2009).</li><li>Yao, J., Xia, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiscale+Functional+and+Molecular+Photoacoustic+Tomography.">Multiscale Functional and Molecular Photoacoustic Tomography.</a> Ultrason Imaging. 38 (1), 44-62 (2016).</li><li>Huang, S., Upputuri, P. K., Liu, H., Pramanik, M., Wang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dual-functional+benzobisthiadiazole+derivative+as+an+effective+theranostic+agent+for+near-infrared+photoacoustic+imaging+and+photothermal+therapy.">A dual-functional benzobisthiadiazole derivative as an effective theranostic agent for near-infrared photoacoustic imaging and photothermal therapy.</a> J Mat Chem B. 4 (9), 1696-1703 (2016).</li><li>Olefir, I., Mercep, E., Burton, N. C., Ovsepian, S. V., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+multispectral+optoacoustic+and+ultrasound+tomography+for+morphological+and+physiological+brain+imaging.">Hybrid multispectral optoacoustic and ultrasound tomography for morphological and physiological brain imaging.</a> J Biomed Opt. 21 (8), 086005 (2016).</li><li>Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+transcranial+brain+imaging+by+optical-resolution+photoacoustic+microscopy.">Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> J Biomed Opt. 14 (4), 040503 (2009).</li><li>Yao, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+photoacoustic+computed+tomography+of+mouse+brain+metabolism+in+vivo.">Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo.</a> Neuroimage. 64 (1), 257-266 (2013).</li><li>Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurovascular+photoacoustic+tomography.">Neurovascular photoacoustic tomography.</a> Front Neuroenergetics. 2, 10 (2010).</li><li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+characterization+of+low-cost,+high-speed,+portable+pulsed+laser+diode+photoacoustic+tomography+(PLD-PAT)+system.">Performance characterization of low-cost, high-speed, portable pulsed laser diode photoacoustic tomography (PLD-PAT) system.</a> Biomed Opt Express. 6 (10), 4118-4129 (2015).</li><li>Yang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+tomography+of+small+animal+brain+with+a+curved+array+transducer.">Photoacoustic tomography of small animal brain with a curved array transducer.</a> J Biomed Opt. 14 (5), 054007 (2009).</li><li>Sivasubramanian, K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+frame+rate+photoacoustic+imaging+at+7000+frames+per+second+using+clinical+ultrasound+system.">High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system.</a> Biomed Opt Express. 7 (2), 312-323 (2016).</li><li>Allen, J. S., Beard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+near-infrared+laser+diode+excitation+system+for+biomedical+photoacoustic+imaging.">Pulsed near-infrared laser diode excitation system for biomedical photoacoustic imaging.</a> Opt Lett. 31 (23), 3462-3464 (2006).</li><li>Kolkman, R. G. M., Steenbergen, W., van Leeuwen, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+photoacoustic+imaging+of+blood+vessels+with+a+pulsed+laser+diode.">In vivo photoacoustic imaging of blood vessels with a pulsed laser diode.</a> Lasers Med Sci. 21 (3), 134-139 (2006).</li><li>Daoudi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Handheld+probe+integrating+laser+diode+and+ultrasound+transducer+array+for+ultrasound/photoacoustic+dual+modality+imaging.">Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging.</a> Opt Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).</li><li>Upputuri, P. K., Pramanik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+laser+diode+based+optoacoustic+imaging+of+biological+tissues.">Pulsed laser diode based optoacoustic imaging of biological tissues.</a> Biomed Phys Eng Express. 1 (4), 045010-045017 (2015).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136.1-2000. , (2000).</li></ol>

著者は、原稿に関連する金銭的関心はなく、開示する可能性のある他の利益相反はない。

この研究は、PLD-PATシステムを用いてラットのインビボ脳イメージングを行うためのプロトコールを提示する。このプロトコルには、イメージングシステムとそのアラインメントの詳細な説明と、ラットの脳イメージングのイラストが含まれています。既存のOPOベースのPATシステムは高価で大型であり、5〜10分で1つの断面画像を提供することができる。 PLD-PATシステムは、コンパクトで携帯性があり、低コストであり、3秒で良好な画像を提供することができる。システムの性能は、以前にファントムで研究され、従来のPATシステム25と比較された。ここでは、同じPLD-PATが、速いインビボ脳画像化について実証された。結果は、システムが5秒以内でさえ高品質のインビボ画像を提供できることを実証する。 いくつかの利点があるが、PLD-PATシステムにはいくつかの欠点がある。この研究で使用されたPLDは、単一の波長でパルスを提供するので、機能を提供することはできません多波長照明を必要とする多焦点撮像が可能になる。機能イメージングのためには、多波長照明機能を有するPLDが必要である。低エネルギーのPLDパルスはイメージングの深さを制限します。しかしながら、外因性の造影剤を使用することにより、PLD-PATシステムの画像深度を向上させることが可能である。 通常、PLDレーザビームは均一ではないので、適切な光学ディフューザをレーザウィンドウの前に使用して画像品質を改善することができる。レーザービームの中心とイメージングエリアの中心が一致するようにしてください。脳の周りでUSTをスキャンする間、USTは常にスキャンセンターに面していることを確認してください。プロトコルを実施する際には、さらに注意を払う必要があります：（a）動物の体重に応じて麻酔カクテルを投与する必要があります。 （b）麻酔薬注入は、臓器（ 例えば、膀胱、腸および腎臓）が影響を受けないように正確でなければならない。 （c）毛髪clの間動物の頭皮に傷がつかないようにする。 （d）動物の水タンクの圧力はできるだけ小さくなければならない。 （e）動物をスキャナーの下に置いている間、脳の撮像断面がUSTの中心にあることを確認する。このシステムの今後の応用には、脳腫瘍イメージング、小動物の異なる器官のイメージング、5秒未満での高速イメージング、造影剤のための生体材料の調査、および治療用途が含まれる。画質が低い場合は、トラブルシューティングが必要な場合があります。 小型動物 in vivo イメージングの レーザー安全性 皮膚の最大許容曝露（MPE）限界は、励起波長、パルス幅、曝露時間、照射面積などのいくつかのパラメータに依存する。 インビボイメージングのMPE限界は、米国国家標準s研究所（ANSI） 32 。 700〜1050nmの波長範囲では、単一パルスによって送達される皮膚のエネルギー密度は、20×10 2（λ-700）/ 1,000mJ / cm 2 （λ：励起波長（nm））未満でなければならない。 803nmのPLD波長に対して、限界は約31mJ / cm 2である 。レーザがt = 5秒間にわたって連続的に使用される場合、MPEは1.1×10 2（λ-700）/ 1000 ×t 0.25J / cm 2 （= 2.6J / cm 2 ）になる。この実験では、PLDを7,000Hzで操作した。 5秒の走査時間では、合計35,000（5×7,000）パルスがサンプルに供給されたので、パルスごとに、MPEは0.07mJ / cm 2であった 。記載されたイメージングシステムでは、PLDは1パルスあたり約1.05mJのエネルギーでパルスを送出し、レーザビームは約12.6cm 2の面積にわたって拡大された。したがって、レーザーエネルギー密度は脳領域で約0.08mJ / cm 2であった。 PATシステムのANSIレーザー安全限界は、chレーザパワーを減少させることによって、レーザビームを拡大することによって、またはパルス繰り返し率を減少させることによって、調整される。

<html>光音響トモグラフィ（PAT）は、臨床および前臨床試験1,2,3,4,5の両方において多くの用途を有するハイブリッド撮像モダリティである。 PATでは、ナノ秒のレーザーパルスが生体組織を照射します。組織発色団による入射光の吸収は、局部的な温度上昇をもたらし、次に音波が音波の形態で放出される。超音波検出器は、試料周辺の様々な位置で光音響信号を収集する。光音響（PA）信号は、光音響画像を生成するために様々なアルゴリズム（遅延 - 和アルゴリズムなど） 6を使用して再構成される。 このハイブリッドイメージングモダリティは、高解像度、深部組織イメージングおよび高い光吸収コントラスト7を提供し 、class = &quot;xref&quot;&gt; 8。最近では、より長い波長（約1,064nm）およびリン系フタロシアニンと呼ばれる外因性造影剤の助けを借りて、鶏の乳房組織において約12cmの画像深度9が達成された。この深度感度は、共焦点蛍光顕微鏡法、2光子蛍光顕微鏡法、 10光干渉断層法、 11 等の他の光学法の深度感度よりもはるかに高い.PATは、2つ以上の波長を使用して、器官における構造的および機能的変化。多くの人間の病気について、小動物のモデルは十分に確立されている12,13,14,15。小動物の画像化のために、いくつかの様式が実証されている。これらのアプローチのうち、PAイメージングは​​、上記の利点のためにかなり迅速に注目を集めています。 PATは、小動物4,16,17,18の組織および器官（ すなわち、心臓、肺、肝臓、眼、脾臓、脳、皮膚、脊髄、腎臓など ）における血管造影の可能性を示している。 PATは、小動物脳画像の確立されたモダリティである。 PA波は発色団による光吸収のために生成されるので、多重波長PATは総ヘモグロビン濃度（HbT）と酸素飽和度（SO 2 ）のマッピングを可能にする19,20,21,22。脳神経血管造影は、外因性造影剤12,23,24の助けを借りて達成された。 PAモダリティは脳の健康をよりよく理解するのに役立ちます分子レベルおよび遺伝子レベルで情報を提供する。 小動物イメージングのために、Nd：YAG / OPOレーザーがPAT励起源として広く使用されている。これらのレーザーは〜10 nsの繰返し率で約5 nsの近赤外パルスをエネルギー（OPO出力ウィンドウで約100 mJ）で照射します。このようなレーザを備えたPAシステムは、高価でかさばり、レーザ光源の繰り返し率が低いため、単一素子超音波トランスデューサ（UST）を用いた低速イメージングを可能にする。そのようなPAシステムにおける典型的なA線獲得時間は、断面25当たり約5分である。このような長い測定時間を有するイメージングシステムは、全身イメージング、時間分解能イメージングなどのための生理学的パラメータを制御することが困難であるため、小動物イメージングには理想的ではない。複数の単一素子USTを採用することによって、アレイベースのUST、または高繰返し率のレーザーを使用すると、PAのイメージング速度を高めることができますシステム。サンプルの周りのすべてのPA信号を収集するために1つの単一素子USTのみを使用することにより、システムのイメージング速度が制限される。高速または高感度のイメージング技術のために、円形または半円形の幾何学配置で配置された複数の単一素子USTが実証されています。線形、半円形、円形、および容積配列などのアレイベースのUST26は、リアルタイムイメージングにうまく使用されています1 。これらのアレイベースのUSTはイメージングスピードを増加させ、測定感度を低下させるが、高価である。しかし、アレイベースのUSTを使用するPAシステムのイメージング速度は、依然としてレーザの繰り返し速度によって制限されています。 パルスレーザ技術は、高繰返し率のパルスレーザダイオード（PLD）を製造するために進歩した。 7,000フレーム/秒臨床超音波プラットフォーム27を使用してPLDでBスキャン光音響イメージングが実証された。このようなPLDは、単一要素のUST円形走査形状であっても、PATシステムである。単一要素のUSTは、アレイベースのUSTとは異なり、安価で高感度です。過去10年間で、PAイメージングの励起源として高繰返し率PLDの使用に関する研究はほとんど報告されていませんでした。ファントム28の PAイメージングのためにファイバベースの近赤外PLDが実証された。低エネルギーPLDを使用して、人間の皮膚より1mm低い深さの血管のインビボイメージングが実証された29 。 PLDベースの光学解像度光音響顕微鏡（ORPAM）が報告された。 PLDを使用して、0.43Hzのフレームレートで〜1.5cmの深さのイメージングが実証されました30 。非常に最近、PLD-PATシステムが報告され、生物組織25,31において〜3秒程度の短時間および〜2cmの画像深度で画像が提供された。この研究は、このような低コストでコンパクトなシステムが高クオ高速でも画像を表示できます。 PLD-PATシステムは、高フレームレート（7,000fps）光音響イメージング、表面血管イメージング、指関節イメージング、2cm深部組織イメージング、小動物脳イメージングなどに使用することができる。 PLDからの低パルスエネルギーパルスは、その適用をマルチスペクトルおよび深部組織イメージングに限定する。実験は、前臨床応用に使用されたのと同じPLD-PATシステムを用いて小動物に対して行われている。この研究の目的は、小型動物のインビボ 2D断面脳画像化のためのPLD-PATシステムの視覚化実験デモを提供することである。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1212">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:243px;">Pulsed laser diode</td>
			<td style="width:195px;">Quantel, France</td>
			<td style="width:327px;">QD-Q1910-SA-TEC</td>
			<td style="width:449px;">It is the excitation laser source with specifications 803 nm, 1.4mJ per pulse, 136 ns pulse, 7kHz maximum, dimentions : 11.0 x 6.0 x 3.6 cm, weight: ~150 gm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Stepper motor with gearbox</td>
			<td style="width:195px;">LIN Engineering (Servo Dynamics)</td>
			<td style="width:327px;">Motor: CO-5718-01P, Gearbox: DPL64/1, I = 10 for NEMA 23; power supply PW100-48</td>
			<td style="width:449px;">To move the detector holder in a circular geometry. Torque: 2.08 N-m, Rotor inertia: 2.6 kg-cm2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Ultrasonic pulser/receiver</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>5072PR</td>
			<td style="width:449px;">To receive, filter and ampligy the PA signal from UST. Its bandwidth is 35MHz, and gain is &#177;59 dB.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Ultrasound Transducer</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>V306-SU-NK-CF1.9IN/Q4200069</td>
			<td style="width:449px;">Ultrasonic sensors used for photoacoustic detection. Central freqency 2.25 MHz, 0.5 in, Cylindrical focus 1.9 inch</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">PCIe DAQ (Data acquisition) Card</td>
			<td>GaGe</td>
			<td>CSE4227/ A6000610/B0E00610</td>
			<td style="width:449px;">12 bit, 100 Ms/s, 2 channels, 1 Gs on board memory, PCIe x16 interface</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Rats</td>
			<td>In Vivos Pte Ltd, Singapore</td>
			<td style="width:327px;">NTac:SD, Sprague Dawley / SD</td>
			<td>Female, weight 100&#177;10g</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">Acrylic water tank </td>
			<td style="width:195px;">NTU workshop</td>
			<td style="width:327px;">Custom-made</td>
			<td style="width:449px;">It contains the water that acts as an acoustic coupling medium between brain and detector</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Circular Scanner </td>
			<td style="width:195px;">NTU workshop</td>
			<td style="width:327px;">Custom-made</td>
			<td>Scanner is made out of Alluminum </td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">Anesthetic Machine</td>
			<td>medical plus pte ltd</td>
			<td style="width:327px;">Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator.</td>
			<td>Supplies oxygen and isoflurane to animal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Pulse Oxymeter portable</td>
			<td>Medtronic</td>
			<td style="width:327px;">PM10N with veterinary sensor</td>
			<td>Monitors the pulse oxymetry of the animal</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Ultrasound gel</td>
			<td style="width:195px;">Progress/parker acquasonic gel</td>
			<td>PA-GEL-CLEA-5000</td>
			<td>Clear ultrasound gel</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:243px;">Data acqusison software</td>
			<td style="width:195px;">National Instruments Corporation,Austin,TX,USA)</td>
			<td style="width:327px;">NI LabVIEW 2015 SP1</td>
			<td style="width:449px;">LabVIEW based program was developed in our laboratory for controlling the stepper motor and acquring the PA singnals from the detector</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">Data processing software</td>
			<td style="width:195px;">Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td>
			<td style="width:327px;">Matlab R2012b</td>
			<td style="width:449px;">Matlab code for reconstruction of PA images was developed in our lab</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Temperature controller </td>
			<td>LaridTech, MO,USA</td>
			<td>MTTC1410</td>
			<td>It will constantly control temperature of the PLD </td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">12 V power supply </td>
			<td>Voltcraft </td>
			<td style="width:327px;">PPS-11810</td>
			<td>To supply operating voltage for PLD</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Variable power supply </td>
			<td>BASETech</td>
			<td>BT-153</td>
			<td>To change the laser output power</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:243px;">Funtion generator </td>
			<td style="width:195px;">Funktionsgenerator</td>
			<td>FG250D</td>
			<td style="width:449px;">To change the repetetion rate of the PLD. It will provide TTL signal to synchronize the DAQ with the laser excitation.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Animal distributor</td>
			<td style="width:195px;">In Vivos Pte Ltd, Singapore</td>
			<td style="width:327px;"></td>
			<td>Animal distributor that supplies small animals for research purpose.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Animal holder</td>
			<td style="width:195px;">NTU workshop</td>
			<td style="width:327px;">Custom-made</td>
			<td>Used for holding the animal on its abdomen</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Breathing mask</td>
			<td style="width:195px;">NTU workshop</td>
			<td style="width:327px;">Custom-made</td>
			<td>Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Pentobarbital sodium</td>
			<td style="width:195px;">Valabarb</td>
			<td style="width:327px;"></td>
			<td>Used for euthanizing the animal after the expeirment.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Optical diffuser</td>
			<td style="width:195px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:327px;">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

インビボ小動物イメージングは​​、前臨床研究において重要な役割を果たす。光音響トモグラフィー（PAT）は、前臨床および臨床の両方の用途に大きな可能性を示す新興ハイブリッドイメージングモダリティです。従来の光パラメトリック発振器ベースのPAT（OPO-PAT）システムは、かさばって高価であり、高速イメージングを提供することができない。近年、PATの代替励起源として、パルスレーザダイオード（PLD）が成功裏に実証されている。パルスレーザダイオードPAT（PLD-PAT）は、光音響ファントムや生体組織の高速イメージングにも成功しています。この研究は、PLD-PATを用いたインビボ脳イメージングのための視覚化された実験プロトコルを提供する。このプロトコルには、コンパクトなPLD-PATシステム構成とその説明、脳イメージングのための動物の準備、および2D断面ラット脳画像の典型的な実験手順が含まれる。 PLD-PATシステムはコンパクトでコスト効率が良い高速で高品質な画像を提供することができます。 インビボで様々なスキャン速度で収集された脳画像が提示される。

記載されたPLD-PATシステムの能力を実証するインビボ脳イメージング結果がこのセクションに示されている。 PLD-PATシステムの高速イメージング能力を実証するために、2つの異なる健康なラットのインビボ脳イメージングを行った。 図2は、様々なスキャン速度での雌ラット（93g）の脳画像を示す。 図2aおよびbは、脳領域上の頭皮を除去する前後のラット脳の写真を示す。 PATイメージングは​​、非侵襲的に（ すなわち、皮膚および頭蓋骨を無傷で）行った。脳の断面からのPA信号を、USTを5秒、10秒、20秒、および30秒間循環回転させることによって収集した。 図2c〜fは、5秒、10秒、20秒、および30秒のスキャン時間で得られたラット脳のPAT再構成断面像を示す。これらの脳の画像すべてにおいて、<html>横洞（TS）、上矢状洞（SS）、および脳静脈（CV）（枝を含む）がはっきりと見える。これらの特徴は、 図2fに示す画像上に示されている。これらの結果は、システムが高スキャン速度でも高品質のインビボ画像を提供できることを約束する。 <img alt="図2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig2.jpg" /> 図2： 非侵襲的なインビボの PLD-PAT画像。 93gの雌ラットの脳における脈管構造の非侵襲的PLD-PAT画像。頭皮を除去する前（ a ）および後（ b ）のラット脳の写真。 （ c ）5秒間、（ d ）10秒間、（ e ）20秒間、および（ f ）30秒間のインビボ脳画像。 SS：矢状洞、TS：横鼻洞、およびCV：​​脳静脈。<html> les / ftp_upload / 55811 / 55811fig2large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt;この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 同様のイメージング実験を別の雌ラット（95g）で行い、5秒、10秒、20秒および30秒で得られた対応する脳画像を図3に示す。 <img alt="図3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55811/55811fig3.jpg" /> 図3 ： インビボでの非侵襲性PLD-PAT画像。 95gの雌ラットの脳における脈管構造の非侵襲的PLD-PAT画像。頭皮を除去する前（ a ）および後（ b ）のラット脳の写真。 （ c ）5秒間、（ d ）10秒間、（ e ）20秒間、および（ f ）30秒間のインビボ脳画像。rce.jove.com/files/ftp_upload/55811/55811fig3large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt;この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。

Watch this Scientific Journal Video about A High-performance Compact Photoacoustic Tomography System for In Vivo Small-animal Brain Imaging at JoVE.com

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

小型動物での高速インビボ脳イメージングのためのコンパクトパルスレーザダイオード光音響トモグラフィ（PLD-PAT）システムが実証されています。

高性能小型光音響トモグラフィーシステム<em&gt;インビボ</em&gt;小動物脳イメージング

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 ビュー.  Nanyang Technological University. 小型動物での高速インビボ脳イメージングのためのコンパクトパルスレーザダイオード光音響トモグラフィ（PLD-PAT）システムが実証されています。 

ビデオ: 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.

三次元光学分解能光音響顕微鏡

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

生物工学

Viral Nanoparticles for In vivo Tumor Imaging

The use of nanomaterials has the potential to revolutionize materials science and medicine. Currently, a number of different nanoparticles are being investigated for applications in imaging and therapy. Viral nanoparticles (VNPs) derived from plants can be regarded as self-assembled bionanomaterials with defined sizes and shapes. Plant viruses under investigation in the Steinmetz lab include icosahedral particles formed by Cowpea mosaic virus (CPMV) and Brome mosaic virus (BMV), both of which are 30 nm in diameter. We are also developing rod-shaped and filamentous structures derived from the following plant viruses: Tobacco mosaic virus (TMV), which forms rigid rods with dimensions of 300 nm by 18 nm, and Potato virus X (PVX), which form filamentous particles 515 nm in length and 13 nm in width (the reader is referred to refs. 1 and 2 for further information on VNPs).
From a materials scientist's point of view, VNPs are attractive building blocks for several reasons: the particles are monodisperse, can be produced with ease on large scale in planta, are exceptionally stable, and biocompatible. Also, VNPs are "programmable" units, which can be specifically engineered using genetic modification or chemical bioconjugation methods 3. The structure of VNPs is known to atomic resolution, and modifications can be carried out with spatial precision at the atomic level4, a level of control that cannot be achieved using synthetic nanomaterials with current state-of-the-art technologies.
In this paper, we describe the propagation of CPMV, PVX, TMV, and BMV in Vigna ungiuculata and Nicotiana benthamiana plants. Extraction and purification protocols for each VNP are given. Methods for characterization of purified and chemically-labeled VNPs are described. In this study, we focus on chemical labeling of VNPs with fluorophores (e.g. Alexa Fluor 647) and polyethylene glycol (PEG). The dyes facilitate tracking and detection of the VNPs 5-10, and PEG reduces immunogenicity of the proteinaceous nanoparticles while enhancing their pharmacokinetics 8,11. We demonstrate tumor homing of PEGylated VNPs using a mouse xenograft tumor model. A combination of fluorescence imaging of tissues ex vivo using Maestro Imaging System, fluorescence quantification in homogenized tissues, and confocal microscopy is used to study biodistribution. VNPs are cleared via the reticuloendothelial system (RES); tumor homing is achieved passively via the enhanced permeability and retention (EPR) effect12. The VNP nanotechnology is a powerful plug-and-play technology to image and treat sites of disease in vivo. We are further developing VNPs to carry drug cargos and clinically-relevant imaging moieties, as well as tissue-specific ligands to target molecular receptors overexpressed in cancer and cardiovascular disease.

Viral Nanoparticles for In vivo Tumor Imaging

Plant viral nanoparticles (VNPs) are promising platforms for applications in biomedicine. Here, we describe the procedures for plant VNP propagation, purification, characterization, and bioconjugation. Finally, we show the application of VNPs for tumor homing and imaging using a mouse xenograft model and fluorescence imaging.

のためのウイルス粒子<emインビボ&gt;</em&gt;腫瘍イメージング

The use of nanomaterials has the potential to revolutionize materials science and medicine. Currently, a number of different nanoparticles are being ...

Integrated Photoacoustic Ophthalmoscopy and Spectral-domain Optical Coherence Tomography

Both the clinical diagnosis and fundamental investigation of major ocular diseases greatly benefit from various non-invasive ophthalmic imaging technologies. Existing retinal imaging modalities, such as fundus photography1, confocal scanning laser ophthalmoscopy (cSLO)2, and optical coherence tomography (OCT)3, have significant contributions in monitoring disease onsets and progressions, and developing new therapeutic strategies. However, they predominantly rely on the back-reflected photons from the retina. As a consequence, the optical absorption properties of the retina, which are usually strongly associated with retinal pathophysiology status, are inaccessible by the traditional imaging technologies.
Photoacoustic ophthalmoscopy (PAOM) is an emerging retinal imaging modality that permits the detection of the optical absorption contrasts in the eye with a high sensitivity4-7 . In PAOM nanosecond laser pulses are delivered through the pupil and scanned across the posterior eye to induce photoacoustic (PA) signals, which are detected by an unfocused ultrasonic transducer attached to the eyelid. Because of the strong optical absorption of hemoglobin and melanin, PAOM is capable of non-invasively imaging the retinal and choroidal vasculatures, and the retinal pigment epithelium (RPE) melanin at high contrasts 6,7. More importantly, based on the well-developed spectroscopic photoacoustic imaging5,8 , PAOM has the potential to map the hemoglobin oxygen saturation in retinal vessels, which can be critical in studying the physiology and pathology of several blinding diseases 9 such as diabetic retinopathy and neovascular age-related macular degeneration.
Moreover, being the only existing optical-absorption-based ophthalmic imaging modality, PAOM can be integrated with well-established clinical ophthalmic imaging techniques to achieve more comprehensive anatomic and functional evaluations of the eye based on multiple optical contrasts6,10 . In this work, we integrate PAOM and spectral-domain OCT (SD-OCT) for simultaneously in vivo retinal imaging of rat, where both optical absorption and scattering properties of the retina are revealed. The system configuration, system alignment and imaging acquisition are presented.

Photoacoustic ophthalmology (PAOM), an optical-absorption-based imaging modality, provides the complementary evaluation of the retina to the currently available ophthalmic imaging technologies. We report the using of PAOM integrated with spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) for simultaneous multimodal retinal imaging in rats.

統合された光音響眼底検査とスペクトラルドメイン光コヒーレンストモグラフィー

Both the clinical diagnosis and fundamental investigation of major ocular diseases greatly benefit from various non-invasive ophthalmic imaging ...

Anatomical Reconstructions of the Human Cardiac Venous System using Contrast-computed Tomography of Perfusion-fixed Specimens

A detailed understanding of the complexity and relative variability within the human cardiac venous system is crucial for the development of cardiac devices that require access to these vessels. For example, cardiac venous anatomy is known to be one of the key limitations for the proper delivery of cardiac resynchronization therapy (CRT)1 Therefore, the development of a database of anatomical parameters for human cardiac venous systems can aid in the design of CRT delivery devices to overcome such a limitation. In this research project, the anatomical parameters were obtained from 3D reconstructions of the venous system using contrast-computed tomography (CT) imaging and modeling software (Materialise, Leuven, Belgium). The following parameters were assessed for each vein: arc length, tortuousity, branching angle, distance to the coronary sinus ostium, and vessel diameter.
	CRT is a potential treatment for patients with electromechanical dyssynchrony. Approximately 10-20% of heart failure patients may benefit from CRT2. Electromechanical dyssynchrony implies that parts of the myocardium activate and contract earlier or later than the normal conduction pathway of the heart. In CRT, dyssynchronous areas of the myocardium are treated with electrical stimulation. CRT pacing typically involves pacing leads that stimulate the right atrium (RA), right ventricle (RV), and left ventricle (LV) to produce more resynchronized rhythms. The LV lead is typically implanted within a cardiac vein, with the aim to overlay it within the site of latest myocardial activation. 
	We believe that the models obtained and the analyses thereof will promote the anatomical education for patients, students, clinicians, and medical device designers. The methodologies employed here can also be utilized to study other anatomical features of our human heart specimens, such as the coronary arteries. To further encourage the educational value of this research, we have shared the venous models on our free access website: <a href="http://www.vhlab.umn.edu/atlas" target="_blank">www.vhlab.umn.edu/atlas</a>.

The objective of this research is to recreate and then access the anatomy of the human cardiac venous system using 3D reconstructions generated from contrast-computed tomography scans.

灌流固定標本のコントラストコンピュータ断層撮影を用いた人間の心臓静脈系の解剖学的再建

A detailed  understanding of the complexity and relative variability within the human  cardiac venous system is crucial for the development of cardiac ...

The Arteriovenous (AV) Loop in a Small Animal Model to Study Angiogenesis and Vascularized Tissue Engineering

A functional blood vessel network is a prerequisite for the survival and growth of almost all tissues and organs in the human body. Moreover, in pathological situations such as cancer, vascularization plays a leading role in disease progression. Consequently, there is a strong need for a standardized and well-characterized in vivo model in order to elucidate the mechanisms of neovascularization and develop different vascularization approaches for tissue engineering and regenerative medicine.
We describe a microsurgical approach for a small animal model for induction of a vascular axis consisting of a vein and artery that are anastomosed to an arteriovenous (AV) loop. The AV loop is transferred to an enclosed implantation chamber to create an isolated microenvironment in vivo, which is connected to the living organism only by means of the vascular axis. Using 3D imaging (MRI, micro-CT) and immunohistology, the growing vasculature can be visualized over time. By implanting different cells, growth factors and matrices, their function in blood vessel network formation can be analyzed without any disturbing influences from the surroundings in a well controllable environment. 
In addition to angiogenesis and antiangiogenesis studies, the AV loop model is also perfectly suited for engineering vascularized tissues. After a certain prevascularization time, the generated tissues can be transplanted into the defect site and microsurgically connected to the local vessels, thereby ensuring immediate blood supply and integration of the engineered tissue. By varying the matrices, cells, growth factors and chamber architecture, it is possible to generate various tissues, which can then be tailored to the individual patient's needs.

The Arteriovenous AV Loop in a Small Animal Model to Study Angiogenesis and Vascularized Tissue Engineering

We describe a microsurgical approach for the generation of an arteriovenous (AV) loop as a model for analyzing vascularization in vivo in an isolated and well-characterized environment. This model is not only useful for the investigation of angiogenesis, but is also optimally suited for engineering axially vascularized and transplantable tissues.

血管新生および血管組織工学を研究するための小さな動物モデルにおける動静脈（AV）ループ

A functional blood vessel network is a prerequisite for the survival and growth of almost all tissues and organs in the human body. Moreover, in ...

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.

切り替え可能な音響光学分解能光音響顕微鏡<em&gt;インビボ</em&gt;小動物の血管系イメージング

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

Proper Positioning and Restraint of a Rat Hind Limb for Focused High Resolution Imaging of Bone Micro-architecture Using In Vivo Micro-computed Tomography

The use of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) is a powerful tool which involves the non-destructive imaging of internal structures at high resolutions in live animal models. This allows for repeated imaging of the same rodent over time. This feature not only reduces the total number of rodents required in an experimental design and thereby reduces the inter-subject variation that can arise, but also allows researchers to assess longitudinal or life-long responses to an intervention. To acquire high quality images that can be processed and analyzed to more accurately quantify outcomes of bone micro-architecture, users of in vivo &#181;CT scanners must properly anesthetize the rat, and position and restrain the hind limb. To do this, it is imperative that the rat be anesthetized to a level of complete relaxation, and that pedal reflexes are lost. These guidelines may be modified for each individual rat, as the rate of isoflurane metabolism can vary depending on strain and body size. Proper technique for in vivo &#181;CT image acquisition enables accurate and consistent measurement of bone micro-architecture within and across studies.

Proper Positioning and Restraint of a Rat Hind Limb for Focused High Resolution Imaging of Bone Micro-architecture Using In Vivo Micro-computed Tomography

This paper instructs users of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) scanners how to anesthetize, correctly position and restrain the hind limb of a rat for minimal movement during high-resolution imaging of the tibia. The result is high quality images that can be processed to accurately quantify bone micro-architecture.

適切なポジショニングと骨のマイクロ アーキテクチャを使用して体内のマイクロ-コンピューター断層撮影の焦点の高分解能イメージングのためのラットの後肢の拘束

The use of in vivo micro-computed tomography (&#181;CT) is a powerful tool which involves the non-destructive imaging of internal structures at high ...

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.

手持ちの臨床音響小動物の非侵襲的な実時間イメージングによる画像計測

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

Rigid Embedding of Fixed and Stained, Whole, Millimeter-Scale Specimens for Section-free 3D Histology by Micro-Computed Tomography

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in every tissue to be identified and characterized. Our laboratory is actively working to make technological advances in X-ray micro-computed tomography (micro-CT) that will bring the diagnostic power of histology to the study of full tissue volumes at cellular resolution (i.e., an X-ray Histo-tomography modality). Toward this end, we have made targeted improvements to the sample preparation pipeline. One key optimization, and the focus of the present work, is a straightforward method for rigid embedding of fixed and stained millimeter-scale samples. Many of the published methods for sample immobilization and correlative micro-CT imaging rely on placing the samples in paraffin wax, agarose, or liquids such as alcohol. Our approach extends this work with custom procedures and the design of a 3-dimensional printable apparatus to embed the samples in an acrylic resin directly into polyimide tubing, which is relatively transparent to X-rays. Herein, sample preparation procedures are described for the samples from 0.5 to 10 mm in diameter, which would be suitable for whole zebrafish larvae and juveniles, or other animals and tissue samples of similar dimensions. As proof of concept, we have embedded the specimens from Danio, Drosophila, Daphnia, and a mouse embryo; representative images from 3-dimensional scans for three of these samples are shown. Importantly, our methodology leads to multiple benefits including rigid immobilization, long-term preservation of laboriously-created resources, and the ability to re-interrogate samples.

We developed protocols and designed a custom apparatus to enable embedding of millimeter-scale specimens. We present sample preparation procedures with an emphasis on embedding in acrylic resin and polyimide tubing to achieve rigid immobilization and long-term storage of specimens for the interrogation of tissue architecture and cell morphology by micro-CT.

剛体の埋め込み固定し、ステンド グラス、全体、マイクロ コンピューター断層撮影によってセクション-無料の 3 D の組織学のためのミリ波スケール標本

For over a hundred years, the histological study of tissues has been the gold standard for medical diagnosis because histology allows all cell types in ...

In Vivo Two-Color 2-Photon Imaging of Genetically-Tagged Reporter Cells in the Skin

Fibroblasts are mesenchymal cells that change their morphology upon activation, ultimately influencing the microenvironment of the tissue they are located in. Although traditional imaging techniques are useful in identifying protein interactions and morphology in fixed tissue, they are not able to give insight as to how quickly cells are able to bind and uptake proteins, and once activated how their morphology changes in vivo. In the present study, we ask 2 major questions: 1) what is the time-course of fibroblast activation via toll-like receptor-4 (TLR4) and lipopolysaccharide (LPS) interaction and 2) how do these cells behave once activated? Using 2-photon imaging, we have developed a novel technique to assess the ability of LPS-FITC to bind to its cognate receptor, TLR4, expressed on peripheral fibroblasts in the genetic reporter mouse line; FSP1cre; tdTomatolox-stop-lox&#160;in vivo. This unique approach allows researchers to create in-depth, time-lapse videos and/or pictures of proteins interacting with live cells that allows one to have an increased level of granularity in understanding how proteins can alter cellular behavior.

Morphological changes occur in immune responsive fibroblast cells following activation and promote alterations in cellular recruitment. Utilizing 2-photon imaging in conjunction with a genetically engineered Fibroblast-specific protein 1 (FSP1)-cre; tdTomato floxed-stop-floxed (TB/TB) mouse line and green fluorescently tagged lipopolysaccharide-FITC, we can illustrate highly specific uptake of lipopolysaccharide in dermal fibroblasts and morphological changes in vivo.

皮膚における遺伝的にタグ付けされたレポーター細胞の生体内2色2光子イメージング

Fibroblasts are mesenchymal cells that change their morphology upon activation, ultimately influencing the microenvironment of the tissue they are located ...