Photoakustische Zystographie

Zusammenfassung

Photoakustische cystography (PAC) hat ein großes Potenzial, um Harnblasen, eine Strahlung empfindlichen inneren Organe bei pädiatrischen Patienten, ohne Verwendung ionisierender Strahlung oder giftige Kontrastmittel abzubilden. Hier zeigen wir die Verwendung von PAC zum Abbilden Harnblasen mit einer Injektion von optisch opaken Tracer in Ratten In vivo.

Zusammenfassung

Konventionelle pädiatrischen cystography, die auf röntgendiagnostischen basiert mit einem radio-opaken Farbstoff, leidet unter der Verwendung von schädlichen ionisierenden Strahlung. Das Risiko von Blasenkrebs bei Kindern aufgrund der Strahlenbelastung ist wichtiger als viele andere Krebsarten. Hier zeigen wir die Machbarkeit und nichtionisierende nichtinvasive photoacoustic (PA)-Bildgebung von Harnblasen, die so genannte photoacoustic cystography (PAC), mit Nah-Infrarot (NIR) optische Absorber (dh Methylenblau, plasmonischen Gold-Nanostrukturen oder einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren ) als optischer Indikator-trübe. Wir haben erfolgreich eine Rattenblase mit den optischen Absorptionsmittel mit einer Dunkelfeld-konfokalen PAC befüllt abgebildet. Nach transurethrale Injektion der Kontrastmittel waren der Ratte Blasen photoakustisch visualisiert Erzielung erheblicher PA Signalverstärkung. Die Akkumulation wurde durch spektroskopische Bildgebung PA validiert. Ferner kann durch Verwendung nur einer Laserpulsenergievon weniger als 1 mJ / cm ² (1/20 der Sicherheitsgrenze) konnte in unserem aktuellen Abbildungssystem die Methylenblau-Voll-Ratte-Blase in einer Tiefe von mehr als 1 cm Karte in biologischen Geweben in vivo. Sowohl in vivo und ex vivo Bildgebung PA Ergebnisse bestätigen, dass die Kontrastmittel waren natürlich über Wasserlassen ausgeschieden. Somit gibt es keine Bedenken hinsichtlich langfristiger toxisches Mittel Akkumulation, die klinische Translation erleichtert wird.

Einleitung

X-ray cystography ¹ ist ein bildgebendes Verfahren zur Blase im Zusammenhang mit Krankheiten wie Blasenkrebs, VUR, Verstopfung der Harnleiter, neurogene Blase, etc. identifizieren. ^2-5 Typischerweise Urin entleert sind und eine radio-opaken Mittel durch eine eingespritzt Katheter. Dann werden fluoroskopischen Röntgenbilder erworben Harnblasen abzugrenzen. Allerdings ist die Frage der Sicherheit Schlüssel, dass schädliche ionisierende Strahlung in diesem Verfahren verwendet wird. Der Prozentsatz der kumulativen Krebsrisiko Alter von 75 Jahren wegen diagnostischen Röntgenstrahlen Bereich von 0,6 bis 1,8%. ^6. Außerdem ist die kr....

Protokoll

1. Tiefe Spiegelung Modus Photoakustische Zystographie (PAC)-System

1. Systemkonfiguration ^{17, 18}
   1. Ein Q-switched Nd: YAG-Laser (SLII-10; Continuum; 532 nm) Pumpen ein wellenlängenabstimmbare Laser (Surelite OPO PLUS; Continuum; Wellenlängenabstimmbereich: 680 bis 2500 nm).
   2. Die Impulsdauer der einzelnen Laserpuls ist ~ 5 ns, und die Repetitionsrate 10 Hz.
   3. Die Wellenlänge hängt von dem optischen Absorptions-Peak des verwendeten Kontrastmittel. Wenn Methylenblau dient als Kontrastmittel wird eine optische Wellenlänge von 667 nm verwendet wird, wobei der Peak-Absorption ist. Plasmonic Gold-Nanostrukturen können abstimmbare ....

Ergebnisse

Abbildung 1 zeigt die in vivo und nicht-invasive nichtionisierende PAC mit optisch trübe Methylenblau (MB). Die Steuerung PA Bild wurde bei 667 nm erhalten, auf dem Höhepunkt optische Absorption für MB (Abbildung 1A). Obwohl die Blutgefäße im FOV deutlich sichtbar sind, ist die Blase unsichtbar, weil es optisch transparent bei dieser Wellenlänge ist. Wie in 1B gezeigt ist, ist die Blase eindeutig im PA Bild bei 0,2 Stunden nach der Injektion von MB erworben off.......

Diskussion

Zusammenfassend haben wir die Möglichkeit, nichtionisierende PAC mit ungiftigen optische Absorber in einem Rattenmodell in vivo gezeigt. Wir haben erfolgreich eine Ratte Blase mit optischen Absorptionsmittel mit unserem nichtionisierende und nicht-invasive PAC-System gefüllt abgebildet. Zwei kritische Fragen der Sicherheit in unserem Ansatz gelöst worden: (1) die Verwendung von nichtionisierender Strahlung für cystographischen Anwendungen und (2) ohne Anreicherung von Kontrastmittel in den Körper.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
gütegeschalteter Nd:YAG-Laser	Kontinuum	SLII-10	Pumplaser
OPO-Laser	Kontinuum	Surelite OPO PLUS	abstimmbarer Laser
Prismen	Thorlabs	PS908	Licht liefern
Ultraschallwandler	Olympus NDT	V308	5 MHz
Ultraoundpulser/Empfänger	Olympus NDT	5072PR	Verstärker
Oszilloskop	Tektronix	TDS5054	Datenerfassung
Abtasttisch	Danaher Dover	XY6060	Raster Abtastung
Methylenblau	Sigma-Aldrich	M9140-25G	Kontrastmittel
Ratten	Harlan	Spague-Dawley	Tier
Isofluoran Verdampfer	Euthanex	EZ-155	Anästhesie
Ultraschallgel	Sonotech	Clear Image singles akustische	Kopplung