우리는 난소/부속기 병변의 질식 영상에 대해 공동 등록된 초음파 및 광음향 영상 프로토콜을 보고합니다. 이 프로토콜은 다른 병진 광 음향 영상 연구, 특히 광 음향 신호 검출을위한 상용 초음파 어레이 및 이미징을위한 표준 지연 및 합계 빔 형성 알고리즘을 사용하는 연구에 유용 할 수 있습니다.
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이 논문에서
요약
초록
난소암은 조기 발견 및 진단을 위한 신뢰할 수 있는 선별 도구가 없기 때문에 모든 부인과 악성 종양 중 가장 치명적인 상태로 남아 있습니다. 광음향 영상 또는 단층 촬영(PAT)은 암 진단에 중요한 매개변수인 난소/부속기 병변의 총 헤모글로빈 농도(상대적 척도, rHbT) 및 혈중 산소 포화도(%sO2)를 제공할 수 있는 새로운 영상 방식입니다. 공동 등록 된 초음파 (미국)와 결합 된 PAT는 난소 암을 감지하고 난소 병변을 정확하게 진단하여 효과적인 위험 평가와 양성 병변의 불필요한 수술을 줄일 수있는 큰 잠재력을 보여주었습니다. 그러나 임상 응용 분야의 PAT 이미징 프로토콜은 우리가 아는 한 연구마다 크게 다릅니다. 여기에서는 다른 임상 연구, 특히 광 음향 신호 감지를위한 상용 초음파 어레이 및 이미징을위한 표준 지연 및 합계 빔 형성 알고리즘을 사용하는 임상 연구에 도움이 될 수있는 질식 난소 암 이미징 프로토콜을보고합니다.
서론
광음향 영상 또는 단층 촬영(PAT)은 조직 광학 확산 한계(~1mm)를 훨씬 초과하는 미국 해상도 및 깊이에서 광학 흡수 분포를 측정하는 하이브리드 영상 방식입니다. PAT에서 나노초 레이저 펄스는 생물학적 조직을 여기시키는 데 사용되어 광학 흡수로 인해 일시적인 온도 상승을 유발합니다. 이로 인해 초기 압력 상승이 발생하고 결과적인 광 음파는 US 변환기로 측정됩니다. 다중 스펙트럼 PAT는 조직을 조명하기 위해 조정 가능한 레이저 또는 서로 다른 파장에서 작동하는 다중 레이저를 사용하여 여러 파장에서 광학 흡수 맵을 재구성할 수 있습니다. 근적외선(NIR) 창에서 산소화 및 탈산소화 헤모글로빈의 차등 흡수를 기반으로 다중 스펙트럼 PAT는 종양 혈관 신생 및 혈액 산소화 소비 또는 종양 대사와 관련된 모든 기능적 바이오마커인 산소화 및 탈산소화 헤모글로빈 농도, 총 헤모글로빈 농도 및 혈중 산소 포화도의 분포를 계산할 수 있습니다. PAT는 난소암1,2, 유방암 3,4,5, 피부암6, 갑상선암 7,8<....
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프로토콜
수행 된 모든 연구는 워싱턴 대학교 기관 검토위원회의 승인을 받았습니다.
1. 시스템 구성: 광학 조명(그림 1)
- 10Hz에서 펄스가 있고 조정 가능한 (690-890 nm) Ti- 사파이어 레이저를 펌핑하는 Nd : YAG 레이저를 사용하십시오.
- 먼저 평면 오목 렌즈로 빔을 발산한 다음 평면 볼록 렌즈로 빔을 시준하여 레이저 빔을 확장합니다. 두 개의 미러를 사용하여 빔을 빔 스플리터로 향하게합니다 (아래 설명 ).
- 편광 빔 스플리터로 원래 빔을 2 개로 분할 한 다음 2 단계 빔 스플리터로 2 개의 빔을 분할하여 확장 된 레이저 빔을 동일한 에너지로 4 개의 빔으로 분할합니다.
- 광섬유 척으로 4개의 다중 모드 광섬유를 장착합니다.
- 4 개의 평면 볼록 렌즈를 사용하여 4 개의 레이저 빔을 4 개의 섬유에 집중시킵니다.
- 레이저 안전 고려 사항으로 인해 광학 경로가 노출되지 않도록 금속 상자 아래의 모든 광학 구성 요소를 덮으십시오.
- 4 개의 섬유의 다른 쪽 끝을 질식 초음파 프로브에 부착하고 프로브와 섬유를....
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결과
여기에서는 USPAT에서 촬영한 악성 및 정상 난소 병변의 예를 보여줍니다. 그림 3 은 조영제 강화 CT에 의해 밝혀진 양측 다낭성 부속기 종괴를 가진 50세 폐경 전 여성을 보여줍니다. 그림 3A 는 낭성 병변 내부의 의심스러운 고형 결절을 표시하는 ROI가 있는 왼쪽 부속기의 미국 이미지를 보여줍니다. 도 3B 는 미국에 중첩되고 적색으로 도시된 PAT rHbT 지도를 도시한다. rHbT는 1cm에서 5cm의 깊이 범위에서 광범위한 확산 혈관 분포를 보였고 수준은 17.1 (a.u.)로 높았습니다. 그림 3C 는 미국에 중첩된 %sO2 분포를 보여주며, 그 수준은 46.4%의 평균값으로 낮았다. ROI에서 rHbT 및 %sO2의 히스토그램은 rHbT 및 %sO2 맵의 오른쪽 모서리에 표시됩니다. 외과 병리학은 오.......
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토론
광학 조명
사용되는 섬유의 수는 조명 균일 성과 시스템 복잡성의 두 가지 요소를 기반으로합니다. 핫스팟을 피하기 위해 피부 표면에 균일한 조명 패턴을 갖는 것이 중요합니다. 최소한의 섬유로 시스템을 단순하고 견고하게 유지하는 것도 중요합니다. 4 개의 개별 섬유를 사용하는 것은 이전에 수 밀리미터 이상의 깊이에서 균일 한 조명을 만드는 데 최적 인 것으로 나타났습니다. 또한 4개의 광섬유에 대한 광 결합은 환자 연구에 필요한 만큼 비교적 간단하고 견고합니다. 우리는 이전에 반사율이 높은 프로브 외피에 수용된 조직으로부터 약 10mm 떨어진 광섬유 팁을 갖는 4개의 1mm 코어 다중 모드 광섬유의 사용(설계에 대한 보충 파일 1 참조)이 질식 광음향 영상(17)에 최적임을 보여주었습니다.
USPAT 디스플레이 소프트웨어
우리가 사용하는 임.......
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공개 사항
저자는 원고에 대한 관련 재정적 이해관계가 없으며 공개할 다른 잠재적인 이해 상충이 없습니다.
감사의 글
이 작업은 NCI (R01CA151570, R01CA237664)의 지원을 받았습니다. 저자는 환자 모집을 도와준 Mathew Powell 박사가 이끄는 전체 GYN 종양학 그룹, 미국 연구를 도와준 방사선 전문의 Cary Siegel, William Middleton 및 Malak Itnai 박사, 데이터의 병리학적 해석을 도와준 병리학자 Ian Hagemann 박사에게 감사드립니다. 저자는 메간 루터와 GYN 연구 코디네이터가 연구 일정을 조정하고, 연구를 위해 환자를 식별하고, 정보에 입각 한 동의를 얻는 노력에 감사드립니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 임상 미국 이미징 시스템 | Alpinion Medical Systems | EC-12R | 완전히 프로그래밍 가능한 임상 미국 시스템 |
| 유전체 미러 | Thorlabs | BB1-E03 | 광학 경로를 따라 빛을 반사하는 데 사용 |
| Endocavity US 변환기 | Alpinion Medical Systems | EC3-10 | Transvaginal 초음파 프로브 |
| 레이저 파워 미터 | Coherent | LabMax TOP | 사용 레이저 에너지를 측정하기 위해 |
| 다중 모드 광섬유 | Thorlabs | FP1000ERT | 레이저 광을 엔도캐비티 초음파 프로브에 결합합니다 |
| . 비편광 빔 스플리터 플레이트 | Thorlabs | BSW11 | 레이저 빔을 센서로 분할하여 에너지를 측정하기 위해 |
| 플라노-오목 렌즈 | Thorlabs | LC1715 | 레이저 빔 확장을 위한 |
| 플라노-볼록 렌즈 | Thorlabs | LA1484-B | 레이저 빔 시준용 |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1433-B | 4 개의 광섬유로 빛을 집중시키는 데 사용 |
| 편광 빔 스플리터 큐브 | Thorlabs | PBS252 | 레이저 빔을 4 개의 빔으로 분할 보호 |
| 프로브 건강 | 맞춤형 3D 인쇄 | 초음파 프로브 끝에 있는 4개의 광섬유를 잡고 보호 | |
| 직각 프리즘 미러 | Thorlabs | MRA25-E03 | 광학 경로를 따라 빛을 반사하는 데 사용 |
| 조정 가능한 레이저 시스템 | Symphotic TII | LS-2145-LT50PC | 멀티 스펙트럼 PAT |
| USPAT 제어 소프트웨어 | C++ | 초음파 기계 및 레이저 파장의 수집 매개변수 제어 | |
| USPAT 이미지 디스플레이 소프트웨어 | C++ | USPAT B-스캔 및 sO2/rHbT 맵을 실제로 표시합니다. 시간 |
참고문헌
- Nandy, S., et al. Evaluation of ovarian cancer: Initial application of coregistered photoacoustic tomography and US. Radiology. 289 (3), 740-747 (2018).
- Amidi, E., et al. Role of blo....
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재인쇄 및 허가
