Újszerű fotoakusztikus mikroszkópia és optikai koherencia-tomográfia Dual-modality chorioretinal Imaging

Összegzés

Ez a kézirat a fotoakusztikus mikroszkópia és az optikai koherencia tomográfia kettős modalitású rendszer újszerű felépítését és működését írja le nagyobb állatok, például nyulak nem invazív, címke nélküli korioretinalis képalkotásához.

Absztrakt

Bevezetés

Az elmúlt évtizedekben robbanásszerű fejlődés figyelhető meg az 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 biomedicinikus fotoakusztikus képalkotás területén., 8. A fény energiává történő átalakulása alapján a kialakuló fotoakusztikus kép a biológiai mintákat organellák, sejtek, szövetek, szervek, a kisállatok egész testének skáláján jeleníti meg, és felfedheti annak anatómiai, funkcionális, molekuláris, genetikai és metabolikus információit., 10, 11, 12. A fotoakusztikus képalkotás számos biomedicinális területen, a sejtbiológia 13, 14, érbiológia 15, 16, neurológia 17, 18 területén egyedülálló felhasználásra talált., Onkológia 19, 20, 21, 22, Bőrgyógyászat 23, Farmakológia 24 és Hematológia 25, 26. Alkalmazása a szemészetben, d. H. A fotoakusztikus szemképalkotás jelentős érdeklődést váltott ki a tudósok és klinikusok körében, és jelenleg aktívan tanulmányozzák.

Ennek érdekében nemrégiben beszámoltunk élő nyulak nem invazív, címkék nélküli korioretinalis képalkotásáról integrált fotoakusztikus mikroszkópia (PAM) és spektrális domén OCT (SD-OCT) alkalmazásával 38. A rendszer kiváló teljesítményt nyújt, és képes volt nagyobb állatok szemének retináját és choroidját vizualizálni az endogén felszívódás és a szemszövet szóródási kontrasztja alapján. A nyulakra vonatkozó előzetes eredmények azt mutatják, hogy a PAM lézeres expozíciós dózissal nem invazív módon megkülönböztetheti az egyes retina és choroidalis ereket (

80 nJ) jóval az American National Standards Institute (ANSI) biztonsága alatt (160 nJ) 570 nm-39-nél; az Office Fitting Tool pedig egyértelműen meg tudta oldani a retina, a choroid és a sclera különböző rétegeit. Ez az első demonstráció a nagyobb állatok PMS-sel végzett hátsó szegmenses képalkotásáról, és valószínűleg fontos lépés a klinikai transzláció felé, tekintve, hogy a nyulak szemgolyómérete (18,1 mm) 40 csaknem 80% -a a technológiai emberek axiális hosszának (23)., 9 mm).

Ebben a tézisben részletes leírást adunk a duális modalitású képalkotó rendszerről és az élő nyulak nem invazív, címke nélküli korioretinalis képalkotásához használt kísérleti protokollokról, és bemutatjuk a rendszer teljesítményét reprezentatív retina és choroid képalkotási eredmények révén.

Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.

Jegyzőkönyv

A nyulakra az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériuma (USDA) faj tartozik. Az orvosbiológiai kutatásban való alkalmazását szigorúan szabályozni kell. Minden nyúlkísérletet az állatok szemészeti és látáskutatásban való felhasználásáról szóló ARVO (The Association for Research for Vision and Ophthalmology) nyilatkozat szerint hajtottak végre, miután az egyetem jóváhagyta az állatlaboratóriumi protokollt. Michigani Egyetem Állathasználati és Gondozási Bizottsága (UCUCA) (Protokoll PRO00006486, PI Yannis Paulus).

  1. A szemfenék vizsgálata után a fundus kamerájával válassza le a V-gélt, ha csatlakoztatva van. Öblítse le a szemet szemöblítővel, kenjen be flurbiprofen szemészeti és neomicin- és polimixin B-szulfátokat és dexametazon szemészeti kenőcsöt, majd csukja be a szemét.
  2. Helyezze a nyulat a keringő víztakaróval egy helyreállító kamrába. Óvja a doboz tartalmát a fénytől, és várja meg, amíg a nyúl természetesen felébred. Ez alatt az idő alatt 15 percenként figyelje meg az állati zsigereket, és az archiválás céljából ismét tartsa a nyilvántartást és az állattartó létesítmény másolatát.
  3. Amint a nyúl felébred, aktív, éber és rendesen jár, szállítsa vissza az állatot. Ha akut kísérletet terveznek, eutanizálja az állatot eutanázia oldattal (pl. Beuthanasia, 0,22 ml/kg, intravénás injekció a peremfenékbe), és dobja ki a tetemet.
  4. Kapcsolja be a szoftvert és a lézereket. Tisztítsa meg az optikai padot.

Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.

Reprezentatív eredmények

A kettős modalitású képalkotó rendszert és a kísérleti protokollt sikeresen tesztelték a szerző laboratóriumában négy új-zélandi fehér nyulával. Az alábbiakban bemutatunk néhány reprezentatív eredményt.

1. ábra a PAM és az SD-OCT kettős modalitású képalkotó rendszer sematikus ábráját mutatja. A következő modulokból áll: fotoakusztikus fényforrás, változtatható lézer csillapító, sugárkolimátor, energiamérő, leolvasófej, fotoakusztikus érzékelő és érzékelő modul, TOT eszköz és szinkronizáló elektronika. A részletes rendszerkonfigurációkat az 1.1 szakasz részletezi.

2. ábra a nyúl choroidalis erek tipikus képalkotási eredményeit mutatja be, amelyek a kettős modalitású képalkotó rendszerrel lettek megszerezve. 2. ábra a) szemfenék fénykép, amely azt mutatja, hogy a choroidalis erek eloszlottak a nyúl fundusának nagy részén, míg a retina erek a medulláris sugárban vannak. 2. ábra b) egy tipikus PAM kép, amely a choroid éreket mutatja a szemfenék fényképén. A choroidalis ereket nagy oldalirányú felbontásra határoltuk. 2. ábra c) egy olyan TOT B-scan kép, amelyet azért kaptunk, hogy megtekinthesse a fundus anatómiáját és megerősítse a choroidalis erek jelenlétét. A retina, a choroid és a sclera nagy axiális felbontással jeleníthető meg, a choroidalis erekkel a retina pigment epithelium (RPE) festékrétege alatt.

3. ábra bemutatja a nyúl retina érrendszerének tipikus képalkotási eredményeit, amelyek a kettős modalitású képalkotó rendszerrel lettek megszerezve. 3. ábra a betű és 3. szám b betű A retina erek 2D-s MIP-jét és 3D-s volumetrikus ábrázolását PAM-rel kapjuk meg. 3. ábra c) ortogonális szeleteket jelenít meg a 3D-s képen. Az eredmények azt mutatják, hogy a PAM az RPE szint fölött fekvő retina ereket is képes megjeleníteni, és megerősíti, hogy a retina erek és a choroidalis erek különböző mélységben vannak. 3. ábra d) megfelelő OCT B képet mutat, bemutatja az egyes retina erek és az idegrostréteg (NFL) keresztmetszeteit.

mikroszkópia

1. ábra. Az integrált fotoakusztikus mikroszkópia és optikai koherencia tomográfia kettős modalitású képalkotó rendszer vázlata. OPO: optikai paraméteres oszcillátor; BS: gerendahasító; PD: fotodióda; M: tükör; DM: dikroikus tükrök; SL: szkennelési objektív; OL: szemészeti lencse; SMF: egymódú szál; DCG: diszperziós kompenzációs üveg; CCD: töltő - összekapcsolt. Kattintson ide az ábra nagyobb változatának megtekintéséhez.

fotoakusztikus

2. ábra. A nyúl choroid erek PAM és OCT kettős modalitású képalkotása. a) A fundus fényképe azt mutatja, hogy a teljes fundus choroidalis erek (CV) szétszóródnak, míg a retina erek (RV) a medulláris sugárban vannak, mivel a nyulak merangiotikus állatok. (b) Az önéletrajzok PAM C képe, amely megmutatja, hogy a PAM nagy oldalfelbontásra képes behatárolni az önéletrajzokat. (c) A TOT B-képe a nyúlfenék anatómiai szerkezetét és a choroidalis erek axiális helyzetét mutatja. GCL: ganglion sejtréteg; INL: nukleáris belső réteg; IPL: belső plexiform réteg; ONL: nukleáris külső réteg; OPL: külső plexiform réteg; OLM: külső határoló membrán; EZ: Ellipszoid zóna; MZ: myoid zóna; OS: külső szegmens; BM, Bruch membránja; IZ: interdigitációs zóna 38. Kattintson ide az ábra nagyobb változatának megtekintéséhez.

mikroszkópia

3. ábra. Nyulak retinális erének PAM és TOT kettős modalitású képalkotása. a) a lakóautók és önéletrajzok PAM C képe. (b) A PAM kép 3D volumetrikus megjelenítése. (c) A PAM kép 2D-s ortogonális szeletei különböző mélységben mutatják az RV-ket és a CV-ket. d) TOT B kép, amely RV-ket, NFL-t és sclera-t mutat 38. Kattintson ide az ábra nagyobb változatának megtekintéséhez.

Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.

Vita

A jó minőségű szemfenékképekhez elengedhetetlen az ép és szabályos könnyfilm. A szabálytalan és romlott szakító filmek jelentősen befolyásolhatják a képminőséget 42. A könnyfilm és a szaruhártya felületes pontszerű keratopathia integritásának elkerülése érdekében fontos, hogy a szaruhártyát nagyon gyakran, kb. Két percenként kenjék szemmosóval. Ha aggályai merülnek fel a szem homályosságával kapcsolatban, használjon réslámpát és fluoreszcein csíkokat a szaruhártya állapotának ellenőrzésére.

Számos nehézség állhat fenn a nagyobb állatok szemének hátsó szegmenses képalkotásában, ideértve a fotoakusztikus jel csillapítását, különösen a nagyfrekvenciás komponensek távolságával, a szaruhártya-dehidrációt és az optikai rendellenességeket. A fotoakusztikus jel amplitúdója általában jelentős csillapítást tapasztal, mielőtt a tű alakú ultrahangos jelátalakító észlelné. Minél nagyobb a szemgolyó, annál nagyobb a csillapítás. A nyúl szemgolyómérete (

18,1 mm) körülbelül háromszor nagyobb, mint a patkányoké, és hatszor nagyobb, mint az egereké, ami különösen megnehezíti a nyúl szemének képalkotását. Az ésszerű képminőség érdekében előnyös egy kis átmérőjű lézersugár (ebben a vizsgálatban 2 mm-rel a kollimátornyaláb után) és egy kollimált hullámfront (ideális esetben sík hullámfront), mivel ezeket a szaruhártya belső optikai aberrációi minimálisan befolyásolják, és jó hatással lehetnek a retinára legyen összpontosított. Ez a pont kulcsfontosságú a lézeres expozíciós dózis csökkentése és a képfelbontás javítása szempontjából. Ezenkívül egy 27 MHz-es középfrekvenciás ultrahangos jelátalakító, nem pedig a kísérleti eredmények alapján, nagyobb középfrekvenciával jelzi, hogy ez a maximális ultrahangos jel ezen a távolságon.

Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.

Közzétételek

A szerzők nem árultak el semmit.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát a Nemzeti Szemészeti Intézet 4K12EY022299 (YMP), a Fight for Sight-Nemzetközi Retina Kutató Alapítvány, az FFS GIA16002 (YMP), a vakságmegelőzéssel kapcsolatos kutatások teljes körű támogatása és a Michigani Egyetem Szemészeti Tanszékének nagylelkű támogatása támogatta. és vizuális tudományok. Ez a munka az Országos Szemészeti Intézet által finanszírozott P30 EY007003 kutatás jövőképét használta a Core Center segítségével.