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Bioengineering

Photoacoustic मूत्राशयचित्रण

Published: June 11, 2013 doi: 10.3791/50340
Automatic Translation
1,2, 3, 1,2
1Department of Biomedical Engineering, University at Buffalo, The State University of New York, 2Department of Creative IT Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), 3School of Electrical Engineering and Computer Science, Kyungpook National University

Summary

Photoacoustic मूत्राशयचित्रण (पीएसी) किसी भी विकिरण या विषाक्त विपरीत एजेंट का उपयोग किए बिना मूत्र मूत्राशय, बाल चिकित्सा रोगियों में विकिरण संवेदनशील आंतरिक अंग, नक्शा करने के लिए एक महान क्षमता है. यहाँ हम चूहों में ऑप्टिकल अपारदर्शी tracers का एक इंजेक्शन के साथ मूत्र मूत्राशय मानचित्रण के लिए पीएसी के उपयोग के प्रदर्शन

Abstract

एक रेडियो अपारदर्शी डाई का उपयोग नैदानिक ​​एक्स - रे पर आधारित है, जो परम्परागत बाल मूत्राशयचित्रण, हानिकारक विकिरण के उपयोग से ग्रस्त है. विकिरण जोखिम के कारण बच्चों में मूत्राशय के कैंसर का खतरा कई अन्य कैंसर की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण है. यहाँ हम लगभग अवरक्त (NIR) ऑप्टिकल absorbents (यानी methylene नीले, plasmonic सोने nanostructures, या एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग, photoacoustic मूत्राशयचित्रण (पीएसी) के रूप में भेजा मूत्र मूत्राशय के nonionizing और noninvasive photoacoustic (पीए) इमेजिंग की व्यवहार्यता का प्रदर्शन ) एक ऑप्टिकल पंकिल अनुरेखक के रूप में. हम सफलतापूर्वक एक काले क्षेत्र कोंफोकल पीएसी प्रणाली का उपयोग ऑप्टिकल अवशोषित एजेंटों से भरा एक चूहा मूत्राशय imaged है. इसके विपरीत एजेंटों के transurethral इंजेक्शन के बाद, चूहे के मूत्राशय महत्वपूर्ण पीए संकेत वृद्धि को प्राप्त करने से photoacoustically कल्पना थे. संचय स्पेक्ट्रोस्कोपी पीए इमेजिंग द्वारा मान्य किया गया था. इसके अलावा, केवल एक लेजर पल्स ऊर्जा का उपयोग करकेकम से कम 1 MJ / 2 सेमी (सुरक्षा सीमा के 1/20) की, हमारे मौजूदा इमेजिंग प्रणाली की गहराई पर methylene नीले रंग से भरे-चूहे मूत्राशय मानचित्र सकता vivo में जैविक ऊतकों में 1 सेमी से परे है. Vivo और पूर्व vivo पीए इमेजिंग परिणाम में दोनों विपरीत एजेंटों स्वाभाविक रूप से पेशाब के माध्यम से उत्सर्जित कर रहे थे कि मान्य. इस प्रकार, नैदानिक ​​अनुवाद की सुविधा होगी जो लंबे समय तक विषाक्त एजेंट संचय के बारे में कोई चिंता नहीं है, वहाँ है.

Introduction

एक्स - रे मूत्राशयचित्रण 1 ऐसे मूत्राशय कैंसर, vesicoureteral भाटा, मूत्रवाहिनी की रुकावट, तंत्रिकाजन्य मूत्राशय, आदि के रूप में मूत्राशय से संबंधित रोगों की पहचान करने के लिए एक इमेजिंग प्रक्रिया है. 2-5 आमतौर पर, urines voided हैं और एक रेडियो अपारदर्शी एजेंट एक के माध्यम से इंजेक्ट किया जाता है कैथेटर. फिर, fluoroscopic एक्स - रे छवियों मूत्र मूत्राशय चित्रित करने के लिए अर्जित कर रहे हैं. हालांकि, प्रमुख सुरक्षा का मुद्दा हानिकारक विकिरण इस प्रक्रिया में उपयोग किया जाने वाला है. इसके अलावा 0.6 से 1.8% करने के लिए नैदानिक ​​एक्स - रे पर्वतमाला से 75 साल के कारण उम्र. 6 से संचयी कैंसर के खतरे का प्रतिशत, कासीनजन खतरा बाल चिकित्सा रोगियों में महत्वपूर्ण है. ब्रिटेन के एक अध्ययन के 9 प्रमुख आंतरिक अंगों के बीच, एक्स - रे निदान से औसत वार्षिक विकिरण खुराक पुरुष बच्चों में 4 की तुलना में कम है और दूसरे स्थान पर कम से कम 4 से महिला बच्चों में मूत्राशय में सबसे ज्यादा थी कि पता चला है. 7 यह है कि मूत्राशय कैंसर के खतरे को इंगित करता है बाल चिकित्सा रोगियों में सबसे अधिक महत्वपूर्ण है. ऑल्टHough बाल रेडियोलॉजिस्ट यथोचित प्राप्त, विकिरण पूरी तरह से बाहर नहीं किया जा सकता है के रूप में कम के रूप में विकिरण जोखिम की दर को कम करने का प्रयास. इसलिए, सीमा मूत्राशयचित्रण में nonradioactive विपरीत एजेंटों के साथ एक पूरी तरह विकिरण मुक्त, संवेदनशील, लागत प्रभावी, और उच्च संकल्प इमेजिंग साधन के लिए एक जरूरत है बनाता है.

पैट मजबूत ऑप्टिकल अवशोषण विरोधाभासों और जैविक ऊतकों में एक उच्च अल्ट्रासोनिक स्थानिक संकल्प प्रदान कर सकते हैं, क्योंकि हाल ही में, photoacoustic टोमोग्राफी (पैट) एक प्रमुख बायोमेडिकल इमेजिंग साधन बन गया है. पैट के 8 सिद्धांत है अल्ट्रासोनिक तरंगों की वजह से एक लक्ष्य के thermoelastic विस्तार करने के लिए प्रेरित कर रहे हैं कि प्रकाश अवशोषण द्वारा पीछा किया. पता लगाने के द्वारा एक माध्यम है, दो या तीन आयामी photoacoustic (पीए) छवियों के माध्यम से यात्रा ध्वनिक लहरों समय हल गठन कर रहे हैं. अल्ट्रासाउंड (अमेरिका) प्रकाश (आमतौर परिमाण के दो या तीन आदेश), की तुलना में काफी कम बिखरे ऊतकों में है क्योंकिस्थानिक संकल्प इमेजिंग गहराई का 1/200 को बनाए रखा है, जबकि पैट की इमेजिंग गहराई, ऊतकों में ~ 8 सेमी तक पहुंच सकता है cystographic आवेदन के लिए पैट के 9 प्रमुख लाभ में शामिल हैं: (1). पैट आयनीकरण से पूरी तरह से मुक्त है विकिरण. (2) ClinicalUSimaging सिस्टम को आसानी से दोहरे मोडल पीए और अमेरिका इमेजिंग क्षमताओं की आपूर्ति करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है. इस प्रकार, दोहरे मोडल पीए / अमेरिका इमेजिंग प्रणाली तेजी से नैदानिक ​​अनुवाद के लिए महत्वपूर्ण मानदंड हैं, जो अपेक्षाकृत, पोर्टेबल, लागत प्रभावी और तेजी से किया जा सकता है. अंतर्जात और exogenous विरोधाभासों दोनों का प्रयोग, पैट ट्यूमर physiopathology, मस्तिष्क hemodynamics, आंतरिक अंगों, नेत्र विज्ञान, एंजियोग्राफी, और आदि का अध्ययन करने के ऊतकों के उच्च संकल्प, रूपात्मक कार्यात्मक, और आणविक इमेजिंग प्रदान की गई है. 10-16

इस अनुच्छेद में, हम लगभग अवरक्त (NIR) ऑप्टिकल absorbents (यानी methylene नीले, जाने का उपयोग कर nonionizing photoacoustic मूत्राशयचित्रण की प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल (पीएसी) का प्रदर्शनnontoxic ऑप्टिकल पंकिल tracers साथ ld nanocages, या एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब). इसके विपरीत एजेंटों से भरा चूहा मूत्राशय photoacoustically और स्पैक्ट्रोस्कोप द्वारा vivo में चित्रित किया गया था. कोई एजेंट लगातार चूहों के मूत्राशय और गुर्दे में जमा हुए. इस प्रकार, एजेंट संचय के कारण हो सकता है जो लंबे समय तक विषाक्तता बाहर रखा जा सकता है. इस परिणाम ऑप्टिकल अवशोषक के संयोजन के साथ पीएसी संभावित बाल चिकित्सा रोगियों के लिए वास्तव में एक हानिरहित cystographic साधन हो सकता है कि निकलता है. सिस्टम विन्यास, प्रणाली संरेखण, और इन विवो / पूर्व vivo इमेजिंग प्रक्रियाओं में इस लेख में चर्चा कर रहे हैं.

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Protocol

1. दीप परावर्तन मोड Photoacoustic मूत्राशयचित्रण (पीएसी) सिस्टम

  1. सिस्टम विन्यास 17, 18
    1. ए क्यू स्विच एन डी: YAG लेजर (SLII-10, सातत्य, 532 एनएम) पंपों एक तरंग दैर्ध्य-tunable लेजर (Surelite OPO प्लस, सातत्य, तरंगदैर्ध्य ट्यूनिंग रेंज: 680 से 2,500 एनएम).
    2. प्रत्येक लेजर शॉट के स्पंद अवधि ~ 5 nsec है, और लेजर पुनरावृत्ति दर 10 हर्ट्ज है.
    3. तरंग दैर्ध्य इस्तेमाल किया विपरीत एजेंट के ऑप्टिकल अवशोषण शिखर पर निर्भर करता है. Methylene नीले विपरीत एजेंट के रूप में कार्य करता है तो शिखर अवशोषण है, जहां 667 एनएम के एक ऑप्टिकल तरंगदैर्ध्य, प्रयोग किया जाता है. Plasmonic सोने nanostructures उनके भौतिक और रासायनिक गुणों के आधार पर, NIR वर्णक्रमीय क्षेत्र में ट्यून करने योग्य स्थानीय सतह plasmon अनुनाद हो सकता है. इसके अलावा, एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब का व्यापक अवशोषण स्पेक्ट्रम तरंग दैर्ध्य के चयन के लिए एक व्यापक विकल्प प्रदान कर सकते हैं.
    4. Tunable लेजर से बाहर आने के लाइट एक गोलाकार शंक्वाकार लेंस टी के लिए दिया जाता हैhrough सही कोण प्रिज्म (PS908, Thorlabs).
    5. प्रकाश गोलाकार शंक्वाकार लेंस के माध्यम से गुजरता के बाद एक डोनट के आकार का प्रकाश बीम पैटर्न उत्पन्न होता है. घर का बना शंक्वाकार लेंस एक BK7 लेंस से बना है और कोन कोण 152 डिग्री है. लेंस का व्यास 2.5 सेमी है.
    6. अपसारी डोनट के आकार का प्रकाश किरण एक पारदर्शी ऐक्रेलिक शीट से बना एक ऑप्टिकल कंडेनसर, के माध्यम से निर्देशित कर दिये है. ऊपर और नीचे सतहों का व्यास क्रमश: 6.1 और 4.8 सेमी, कर रहे हैं. कंडेनसर की मोटाई 2.5 सेमी है. पुनः निर्देशित अंगूठी के आकार का प्रकाश किरण एक ऊतक सतह पर एक अंधेरे केंद्र के साथ डोनट के आकार का निर्माण करती है.
    7. ध्वनिक युग्मन बढ़ावा देने के लिए एक छोटा सा पानी कंटेनर का उपयोग. पानी कंटेनर ऑप्टिकली और ध्वनि की दृष्टि से पारदर्शी है जो एक स्पष्ट पतली पॉलीथीन फिल्म के साथ लिपटे एक नीचे उद्घाटन किया गया है. छोटे जानवरों को पानी कंटेनर के तहत तैनात हैं.
    8. जनित पीए लहरों एक स्फेरिकली केंद्रित अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर (V308 द्वारा पता चला रहे हैं;ओलिंप एनडीटी, 5 मेगाहर्ट्ज केंद्रीय आवृत्ति), ऑप्टिकल कंडेनसर के मध्य में रखा जाता है. तत्व व्यास और ट्रांसड्यूसर की फोकल लंबाई क्रमश: 1.9 और 2.5 सेमी, कर रहे हैं. इस प्रकार, ट्रांसड्यूसर की च संख्या ~ 1.3 है.
    9. अनुप्रस्थ और अक्षीय प्रस्तावों क्रमश: 590 और 144 माइक्रोन, कर रहे हैं.
    10. पता चला पीए लहरों पहले pulser / रिसीवर (; ओलिंप एनडीटी, 5072PR 35 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ और 59 डीबी आरएफ लाभ) एक ब्रॉडबैंड अल्ट्रासोनिक द्वारा परिलक्षित कर रहे हैं, और तब (TDS5054, Tektronix) एक आस्टसीलस्कप ने अधिग्रहण कर लिया.
    11. पीए लहरों के आने के समय को मापने के द्वारा एक आयामी समय हल छवियों (एक लाइन के रूप में कहा जाता है) प्राप्त करते हैं. वर्तमान में, पीए लहरों की गति पूरी छवि अधिग्रहण पर 1,480 मीटर / सेकंड में माना जाता है. दो (बी स्कैन के रूप में कहा जाता है) और तीन आयामी पीए छवियों यंत्रवत् रैखिक रेखापुंज स्कैनिंग मंच (; Danaher डोवर XY6060) हिल द्वारा प्राप्त किया जा सकता है.
    12. इमेजिंग समय एक साथ एक बड़ा एकल तरंगदैर्ध्य पीए छवि के लिए ~ 25 मिनट हैxyz विमानों में 2.5 एक्स 2.4x 1.5 सेमी 3 के दृश्य (FOV) के क्षेत्र. हम 0.4 मिमी के एक कदम के आकार के साथ y दिशा साथ 0.2 मिमी, 60 नमूनों में से एक कदम आकार के साथ एक्स दिशा साथ 125 नमूनों का अधिग्रहण किया. एक 50 मेगाहर्ट्ज नमूना दर के साथ 500 डेटा बिंदुओं Z दिशा के साथ प्राप्त किया गया. यांत्रिक स्कैनिंग एक घर का बना एनआई LabVIEW सॉफ्टवेयर प्रणाली द्वारा नियंत्रित किया जाता है.
    13. बड़ा डेटा एक MathWorks MATLAB सॉफ्टवेयर प्रणाली का उपयोग कर अधिकतम आयाम प्रक्षेपण (एमएपी) का प्रतिनिधित्व करती है.
  2. सिस्टम संरेखण
    1. गोलाकार शंक्वाकार लेंस के बाद, बीम पैटर्न एक सही अंगूठी आकार है कि सुनिश्चित करें. डोनट के आकार का बीम पैटर्न ठीक से उत्पन्न नहीं होती है, त्वचा की सतह से उत्पन्न पीए संकेत प्रबल हैं. इस प्रकार, यह गहरी ऊतक इमेजिंग प्राप्त करने के लिए मुश्किल है.
    2. पानी में रेखा के आकार का प्रकाश फोकस coaxially अल्ट्रासाउंड केंद्र क्षेत्र के साथ गठबंधन किया जाना चाहिए. उन coaxially गठबंधन नहीं कर रहे हैं, सिस्टम कम संकेत से ग्रस्तशोर अनुपात.
    3. 2 तरंग दैर्ध्य 680 से 1000 एनएम से देखते है जब MJ / 2 सेमी, क्रमशः - त्वचा की सतह पर विकिरणित लेजर पल्स ऊर्जा ~ 1 से भिन्न है. ये लेजर पल्स ऊर्जा 20 से क्रमश: 80 वर्णक्रमीय क्षेत्र पर MJ / 2 सेमी, के लिए अलग, अमेरिकी राष्ट्रीय मानक संस्थान सुरक्षा सीमा से काफी कम हैं.

2. विवो और पूर्व vivo इमेजिंग प्रक्रियाओं में

  1. पशु तैयारी
    1. सभी पीए इमेजिंग प्रयोगों में 250 ग्राम - 200 के एक वजन के साथ महिला Spraque-Dawley चूहों का प्रयोग करें.
    2. शुरू करने के साथ, ketamine (85 मिग्रा / शरीर के वजन के प्रति किलो) और xylazine (15 मिलीग्राम / किग्रा) के एक मिश्रण की intraperitoneal इंजेक्शन द्वारा चूहे anesthetize.
    3. उदर क्षेत्र में बाल बाल हटाना.
    4. एक कस्टम निर्मित पशु धारक के ऊपर चूहे की स्थिति.
    5. कैथेटर प्रविष्टि में सुधार के लिए स्नेहक के साथ कोट एक 22 गेज कैथेटर.
    6. कैथेटर वर्टिका पकड़ोlly मूत्रमार्ग खोलने पर. कैथेटर के हब के अंत में उद्घाटन पहुंचता है जब तक अगला, मूत्रमार्ग में, क्षैतिज, कैथेटर के बाहर का अंत डालने.
    7. मूत्राशय में मूत्र कैथेटर के माध्यम से शून्य होगा.
  2. विवो पीएसी इमेजिंग में
    1. पीएसी प्रणाली में पानी कंटेनर के नीचे पशु धारक के शीर्ष पर स्थित चूहे, स्थिति.
    2. ध्वनिक युग्मन सुधार करने के लिए पशुओं की त्वचा की सतह और प्लास्टिक झिल्ली के बीच अल्ट्रासाउंड जेल (Sonotech) लागू करें.
    3. पूरी तरह विवो पीए इमेजिंग प्रयोगों के दौरान isoflurane के वाष्पीकृत (1 एल / ऑक्सीजन के मिनट और 0.75 isoflurane%) का उपयोग चूहे anesthetize.
    4. इसके विपरीत एजेंटों के इंजेक्शन के लिए पहले एक नियंत्रण पीए छवि प्राप्त करते हैं.
    5. Methylene नीले (30 मिमी की एक एकाग्रता के साथ 0.8 छ / μl शरीर के वजन), nanocages सोना (2 एनएम के एक एकाग्रता के साथ 1.2 छ / μl शरीर के वजन), या एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब (0.8 μl / छ शरीर के एक जलीय घोल का परिचय साथ वजनकैथेटर के माध्यम से मूत्राशय के लिए 0.3 माइक्रोन की एकाग्रता). एक 22 गेज कैथेटर के साथ एक 1 मिलीलीटर सिरिंज का प्रयोग करें.
    6. पीए छवियों की एक श्रृंखला मोल.
  3. पूर्व vivo पीएसी इमेजिंग
    1. Pentobarbital की अधिक मात्रा के इंजेक्शन लगाने के द्वारा, विवो पीएसी इमेजिंग में बाद चूहे बलिदान.
    2. , दो प्रमुख अंगों, मूत्राशय और गुर्दे निकालें biodistribution जांच करने के लिए, और एक गिलास प्लेट पर.
    3. पीएसी प्रणाली में पानी कंटेनर के नीचे गिलास प्लेट रखें.
    4. ध्वनिक युग्मन सुधार करने के लिए excised अंगों और प्लास्टिक झिल्ली के बीच अल्ट्रासाउंड जेल (Sonotech) लागू करें.
    5. पीए छवियों मोल.
    6. Photoacoustically छवि एक नियंत्रण के रूप में एक स्वस्थ चूहे से हटा अंगों.

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Representative Results

चित्रा 1 ऑप्टिकली पंकिल methylene नीले (एमबी) का उपयोग इन विवो nonionizing और noninvasive पीएसी में पता चलता है. नियंत्रण पीए छवि एमबी (चित्रा 1 ए) के लिए पीक ऑप्टिकल अवशोषण में, 667 एनएम पर प्राप्त हुई थी. FOV में रक्त वाहिकाओं स्पष्ट रूप से कल्पना कर रहे हैं हालांकि यह इस तरंग दैर्ध्य में ऑप्टिकली पारदर्शी है क्योंकि, मूत्राशय अदृश्य है. चित्रा 1 बी में दिखाया गया है, मूत्राशय स्पष्ट रूप से 0.2 घंटा एमबी के बाद इंजेक्शन पर अधिग्रहीत फिलीस्तीनी अथॉरिटी छवि में पता चला है. मूत्राशय में एमबी के संचय की पुष्टि करने के लिए, हम आसपास के ढांचे से एमबी से भरा मूत्राशय के बीच भेद करने के लिए दो ऑप्टिकल तरंगदैर्ध्य (667 और 850 एनएम) का इस्तेमाल किया. 850 एनएम पर एमबी की ऑप्टिकल अवशोषण गुणांक लगभग 0 है क्योंकि जैसा कि चित्र 1 सी में दिखाया गया है, मूत्राशय के भीतर पीए आयाम दिखाई नहीं देते हैं. इस प्रकार, इस परिणाम मूत्राशय एमबी से भरा रहा है. नतीजतन, यह दर्शाता है कि स्पेक्ट्रोस्कोपीपीए छवि स्पष्ट रूप से अलग अंतर्जात और exogenous choromophores भेद कर सकते हैं. -1 डी और 1E आंकड़े क्रमश: आंकड़े 1 ए और 1 बी में बिंदीदार रेखा के साथ स्कैन गहराई हल पीए बी स्कैन छवियों, दिखा. मूत्राशय के ऊपर की सतह vivo और पूर्व vivo इमेजिंग में दोनों अल्ट्रासाउंड transducer केन्द्र बिन्दु पर स्थित था. गहराई दिशा साथ मूत्राशय की स्थिति स्पष्ट रूप से पहचान की है, त्वचा की सतह के नीचे ~ 3.5 मिमी. इसके अलावा, 24 पर मापा मूत्राशय और 48 घंटे के बाद इंजेक्शन के भीतर पीए संकेतों पूर्व इंजेक्शन पर प्राप्त संकेत के लिए लगभग समान हैं. इस परिणाम इंजेक्शन विपरीत एजेंट पूरी तरह से शरीर से हटा दिया गया था कि निकलता है, और कोई एजेंट जमा हुए. इसलिए, कोई दीर्घकालिक एजेंट विषाक्तता हमारे दृष्टिकोण में की उम्मीद है. इसके अलावा, के बाद इंजेक्शन पीए छवि (चित्रा 1 बी) की गहराई चित्रा 2 में एक छद्म रंग का उपयोग कर एन्कोडेड है. टीवह मूत्राशय की स्थिति गहराई हल पीए बी स्कैन छवि (चित्रा 1E) के साथ अच्छी तरह से संबद्ध है, जो त्वचा की सतह के नीचे ~ 3.5 मिमी है. एक बाल चिकित्सा मूत्राशय के ऊपर और नीचे की सीमाओं के विशिष्ट गहराई पेट की सतह से, क्रमशः ~ 1.4 और 4.3 सेमी, कर रहे हैं. कम से कम 1 MJ / 2 सेमी (सुरक्षा सीमा के 1/20) की केवल एक लेजर पल्स ऊर्जा का उपयोग करके, हमारे मौजूदा इमेजिंग प्रणाली जैविक में परे 1 सेमी की गहराई पर methylene नीले रंग से भरे-चूहे मूत्राशय मानचित्र सकता vivo में ऊतकों. 17 हम ऊपर उल्लेख किया है, पैट की इमेजिंग गहराई methylene नीले रंग की सहायता से ऊतकों में ~ 8 सेमी तक पहुंच सकता है. 9

Vivo इमेजिंग प्रयोगों में आखिर, हम दो प्रमुख अंगों, मूत्राशय और biodistribution जांच करने के लिए गुर्दे excised. एक नियंत्रण के रूप में, एक मूत्राशय और गुर्दे की एक स्वस्थ चूहे से हटा रहे थे. चूहों के दो समूहों से हटा मूत्राशय और गुर्दे के भीतर मापा पीए संकेतों, घ लगभग समान हैंकोई एजेंट अंगों में जमा हुए कि emonstrating.

चित्रा 1
चित्रा 1. विवो nonionizing और noninvasive पीएसी में ऑप्टिकली अपारदर्शी methylene नीले (एमबी) का उपयोग कर. केवल रक्त वाहिकाओं दिखा 667 एनएम के एक ऑप्टिकल तरंगदैर्ध्य के साथ एमबी की पूर्व इंजेक्शन में हासिल एक चूहे के पेट क्षेत्र के (ए) के नियंत्रण पीए छवि, (बी.वी. ). एमबी की ऑप्टिकल अवशोषण चोटी के साथ इस तरंगदैर्ध्य मैचों. (बी) के पीए छवि MB के साथ संचित BV और मूत्राशय (बी) दोनों. (सी खुलासा, 667 एनएम के एक ऑप्टिकल तरंगदैर्ध्य के साथ एमबी के 0.2 घंटे के बाद ट्रांसयूरेथ्रल इंजेक्शन में प्राप्त एमबी के इंजेक्शन के बाद 850 एनएम पर प्राप्त) पीए छवि. एमबी की ऑप्टिकल अवशोषण इस तरंग दैर्ध्य में न्यूनतम है क्योंकि एमबी से भर बी.डी. पीए छवि में गायब हो जाता है.(डी) और (ई) गहराई हल पीए बी स्कैन छवियों (ए) और (बी), क्रमशः में बिंदीदार रेखा के साथ काटा. रेफरी 17 से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित. अमेरिका का कॉपीराइट 2011 ऑप्टिकल सोसाइटी.

चित्रा 2
चित्रा 2. चित्रा 1 बी की गहराई इनकोडिंग पीए छवि. रंग गहराई से जानकारी का प्रतिनिधित्व करता है. बी.वी., रक्त वाहिकाओं, बीडी, मूत्राशय, और एमबी, methylene नीले.

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Discussion

अंत में, हम इन विवो में एक चूहे मॉडल में nontoxic ऑप्टिकल अवशोषक का उपयोग करते हुए पीएसी nonionizing की संभावना दिखाई है. हम सफलतापूर्वक हमारे nonionizing और noninvasive पीएसी प्रणाली का उपयोग ऑप्टिकल absorbents से भरा एक चूहा मूत्राशय imaged है. दो महत्वपूर्ण सुरक्षा मुद्दों पर हमारे दृष्टिकोण में हल किया गया है: (1) cystographic अनुप्रयोगों और शरीर में एजेंटों के विपरीत (2) कोई संचय के लिए nonionizing विकिरण का उपयोग करें.

हमारे नैदानिक ​​ब्याज बाल चिकित्सा रोगियों में vesicoureteral भाटा (VUR) की निगरानी भी शामिल है. संयुक्त राज्य अमेरिका में बच्चों के बारे में 3% मूत्र मार्ग में संक्रमण 19 से प्रभावित है, और उन रोगियों के लगभग 1.5% VUR से पीड़ित रहे हैं. वर्तमान नैदानिक ​​अभ्यास में, इन सभी रोगियों को सीधे आयनी एक्स - रे fluoroscopic इमेजिंग गुजरना. अमेरिकी मूत्र संबंधी एसोसिएशन बाल VUR नैदानिक ​​दिशा निर्देशों पैनल दृढ़ता से बाल थपथपाना को विकिरण के उपयोग को कम करने की सिफारिश कीients. 20 हमारा दीर्घकालिक लक्ष्य पीएसी का उपयोग कर nontoxic ऑप्टिकल विपरीत एजेंटों के संयोजन के साथ VUR नजर रखने के लिए है. रोगियों में VUR वहाँ है इस प्रकार, यदि हम इंजेक्शन एजेंट गुर्दे को मूत्राशय से वापस प्रवाह होगा कि उम्मीद है. एक्स - रे मूत्राशयचित्रण साथ तुलना में, पीएसी एक सीमित प्रवेश गहराई है. इस प्रकार, नैदानिक ​​पीएसी के लिए हमारे मुख्य लक्ष्य बाल चिकित्सा रोगियों के लिए है. हमारे वर्तमान पीएसी प्रणाली की इमेजिंग गति अपेक्षाकृत यांत्रिक स्कैनिंग के कारण धीमी गति से होता है, एक वास्तविक समय नैदानिक ​​अल्ट्रासाउंड प्रणाली को आसानी से पीएसी के लिए अनुकूलित किया जा सकता. 21-27 नतीजतन, इस दृष्टिकोण संभवतः VUR निगरानी का उपयोग करने के लिए एक पोर्टेबल और सस्ती साधन प्रदान करता है जो एक अतिरिक्त लाभ है. इस प्रकार, हम दृढ़ता से हमारे आवेदन के नैदानिक ​​अनुवाद की व्यवहार्यता बहुत अधिक है कि विश्वास करते हैं. यह नैदानिक ​​सेटिंग में परीक्षण करने से पहले भविष्य के अध्ययन के लिए, ऑप्टिकल अवशोषक का उपयोग कर पीए VUR निगरानी एक सुअर का मॉडल में जांच की जाएगी.

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Disclosures

सभी पशु प्रयोगों भैंस संस्थागत पशु की देखभाल पर न्यूयॉर्क के राज्य विश्वविद्यालय और उपयोग समिति के अनुपालन में थे.
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

इस काम भैंस नैदानिक ​​और translational अनुसंधान केंद्र में विश्वविद्यालय और भैंस Translational कंसोर्टियम, भैंस पर विश्वविद्यालय, आईटी सन्निपतन रचनात्मक कार्यक्रम से Roswell पार्क एलायंस फाउंडेशन, स्टार्टअप धन से अनुदान के पायलट अध्ययन कार्यक्रम से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था MKE, और NIPA (C1515-1121-0003) और सर्वाधिक के एनआरएफ अनुदान (2012-0009249) की.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Q-switched Nd:YAG laser Continuum SLII-10 pump laser
OPO laser Continuum Surelite OPO PLUS tunable laser
Prisms Thorlabs PS908 light deliver
Ultrasound transducer Olympus NDT V308 5 MHz
Ultraoundpulser/receiver Olympus NDT 5072PR amplifier
Oscilloscope Tektronix TDS5054 data acquisition
Scanning stage Danaher Dover XY6060 raster scanning
Methylene blue Sigma-Aldrich M9140-25G contrast agent
Rats Harlan Spague-Dawley animal subject
Isoflourane vaporizer Euthanex EZ-155 anesthesia
Ultrasound gel Sonotech Clear Image singles acoustic coupling

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References

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Jeon, M., Kim, J., Kim, C. Photoacoustic Cystography. J. Vis. Exp. (76), e50340, doi:10.3791/50340 (2013).

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