Name: Universal-Hand Dreidimensionale Optoakustische Bildgebung Sonde für Deep Tissue Menschen Angiographie und Funktions präklinischen Studien in Echtzeit (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 56 s
Description: Erfahren Sie die dreidimensionale optoakustische Bildgebung mit einer handgehaltenen Sonde für die Echtzeit-Visualisierung von Gefäßmorphologie und hämodynamischen Parametern in tiefem Gewebe.

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Die Forschung, die zu diesen Ergebnissen führt, wurde vom Europäischen Forschungsrat im Rahmen der Fördervereinbarung ERC-2010-StG-260991 gefördert.

Die Einzelheiten des Verfahrens zum Betreiben der volumetrischen Handoptoakustischen Sonde wird nachstehend beschrieben. Dieser Vorgang wird nach anerkannten institutionellen Regelungen zur Tier- und Menschenversuche durchgeführt. 1. Systemvorbereitungs <ol><li> Einschalten des Lasers für eine Aufwärmzeit von ca. 15 min vor dem Betrieb zur Stabilisierung der Ausgangslichtstrahl. </li><li> Setzen Sie den Wasser umschließenden Teil mit der Trennmembran, die in Kontakt mit der Haut (Abbildung 1) ist. HINWEIS: Der Abstand zwischen der Trennmembran (in Kontakt mit der Haut) und die Region mit der maximalen Empfindlichkeit des Wandlers (Zentrum der sphärischen Sonde) stellt die effektive Abbildungstiefe. </li><li> Füllen des gesamten Volumens von ca. 100 ml zwischen der Trennmembran und der Oberfläche des Wandlers mit entionisiertem Wasser mittels einer Pumpe. </li><li> Stellen Sie sicher, dass keine Wasserleckage noch Luftblasen Present. Alternativ zu vermeiden Luftblasen durch Rezirkulation des Wassers. </li><li> Führen die Versuche bei RT und gewährleisten die Koppelmedium (Wasser) wird bei dieser Temperatur gehalten. </li></ol> 2. Imaging Vorbereitung <ol><li> Menschliche Bildgebung Vorbereitung. </li><li> Entfernen von Haar des zu bild Teil mit einer Depilation Lotion, um einen unerwünschten Hintergrund in den Bildern zu vermeiden (dieser Schritt ist optional). </li><li> Anwendung Ultraschallgel auf die Haut, um den Bereich zu, um eine effiziente akustische Kopplung bereitzustellen abgebildet werden. Legen Sie die optoakustischen Sonde in der Region von Interesse. Darauf, dass keine Luftblasen in der Ultraschallankopplung Gel vorhanden sind. </li><li> Tierbildgebung Vorbereitung. </li><li> Stellen Sie sicher, dass die Pflege und experimentellen Verfahren mit Tieren sind in Übereinstimmung mit institutionellen und staatlichen Vorschriften. </li><li> Entfernen das Fell des Tieres in dem Bereich mit einer Rasierwasser abgebildet werden. Schützen Sie die Augen des Tieres mitTierarzt Salbe, die Trockenheit und Schäden durch Einwirkung von intensiver gepulster Laserstrahlung verhindert. </li><li> Betäubt das Tier mit Hilfe intraperitoneale Injektion (IP) von Ketamin / Xylazin (100 mg / kg KG Ketamin + 5 mg / kg KG Xylazin) vor dem Experiment oder mit Isofluran-Narkose (2-3% (Volumen) mit 0,9 l / min Gasstrom) während des Experiments. Betäubung Bestätigen durch Überprüfung der Reflex der hinteren Gliedmaßen des Tieres. </li><li> Anwendung Ultraschallgel auf die Haut um den Bereich zu, um eine effiziente akustische Kopplung bereitzustellen und legen die optoakustischen Sonde in dem interessierenden Bereich abgebildet werden. Darauf, dass keine Luftblasen in der Ultraschallankopplung Gel vorhanden sind. </li></ol> 3. Pre-view Operation Mode <ol><li> Stellen die Abbildungswellenlänge (n) zwischen 690 nm und 900 nm und die Pulswiederholungsrate zwischen 10 und 50 Hz. Die Parameter für die akustische Datenerfassungssystem - 1 MEingangsimpedanz. Erwerben 2030 Abtastwerte für jeden Laserpuls mit einer Abtastrate von 40 Megasamples pro Sekunde und 12-Bit-Vertikalauflösung. Auslösen der Erfassung mit Q-Schalter-Ausgang des Lasers. </li><li> Stellen Sie sicher, dass sowohl der Betreiber und der Patient Schutzbrille tragen zur optischen Anregungswellenlänge (n) angepasst. Eingestellt, die Laserleistung so, dass der Lichtfluss auf der Gewebeoberfläche unter 20 mJ / cm 2 während des Experiments zur nahen Infrarotwellenlängen, um die Sicherheit Grenzwerte für Menschenversuche 19 erfüllen und thermische Belastung und Schädigung der Haut bei Tieren verhindern gehalten . </li><li> Starten des pre-view-Software mit einer GPU Umsetzung Verarbeitungsalgorithmen ermöglichen die Visualisierung dreidimensionaler Bilder mit einer Bildrate entsprechend der Impulswiederholungsrate des Lasers. </li><li> Bewegen Sie die Sonde und / oder das Objekt, um Visualisierungsleistung zu optimieren und zu lokalisieren, die Strukturen von Interesse abgebildet werden. </li></ol> 4. Datenerfassung <ol><li> Die Datenerfassung für das Scannen (Handheld) Modus. </li><li> Falls erforderlich, Injizieren eines Kontrastmittels nach der Akquisition der Kontrast in der Region von Interesse zu machen. HINWEIS: In unseren Experimenten haben wir nicht kontrastverstärkten menschlichen Bildgebung durchgeführt. Dennoch können verschiedene Kontrastmittel potentiell für diesen Zweck verwendet werden. Indocyanin-Grün (ICG) ist ein Beispiel einer klinisch zugelassenen optische Kontrastmittel, die für die Kontrastverstärkung bei maximal empfohlenen Dosis von 2 mg / kg Körpergewicht bei Erwachsenen verwendet werden können. </li><li> Starten der Hardware für die Datenerfassung mit den in 3.1 beschriebenen Parameter Aufrechterhaltung der Ausführung des Vorschau Software. Bewegen vorsichtig die Sonde um den abgebildeten Bereich, um die Strukturen von Interesse zu verfolgen. HINWEIS: Wenn Bilder an mehreren Laserwellenlängen gleichzeitig erfasst, hat die Geschwindigkeit der Sondenbewegung im Handbetrieb deutlich verringert werden (vorzugsweise unter 2 mm / secfür eine Laserimpulswiederholungsrate von 50 Hz), um bewegungsbezogenen Artefakten in den spektral entmischten Bilder zu vermeiden. </li><li> Die Datenerfassung für den stationären Betrieb. </li><li> Montieren Sie das abgebildete Objekt (z. B. Tier) und der Handsonde auf den Halter und starten Sie die Übernahme mit den in 3.1 beschriebenen Parameter Aufrechterhaltung der Ausführung des Pre-View Software. </li><li> Aufrechterhaltung der optoakustischen Sonde und das Abbildungsteil in der gleichen Position während des Versuchs, um dynamische biologische Ereignisse in dem Bereich von Interesse darzustellen. </li><li> Injizieren eines Kontrastmittels, um seine dynamische Verteilung in der Region von Interesse zu verfolgen. HINWEIS: In unserem Mausexperimenten, Indocyaningrün (ICG) wurde zur Kontrastverstärkung eingesetzt. Als allgemeine Richtlinie gilt, einer Menge von 10 nmol oder 0,4 mg / kg ICG hat, um nachweisbare Unterschied multispektralen Optoakustik in vivo erzeugen in den Kreislauf eingebracht werden, der Maus. HINWEIS: Das Kontrastmittel mussfür den menschlichen und / oder tierischen Gebrauch durch den jeweiligen Behörde genehmigt. </li></ol> 5. Abschließen der Experiment <ol><li> Stoppen Sie den Laser. </li><li> Entfernen Sie die optoakustischen Sonde von der abgebildeten Region. Für Tierstudie, stoppen Sie die Anästhesieversorgung. </li><li> Positionieren Sie das Tier unter einer Infrarotheizung, um es warm zu halten und den Kontakt mit anderen Tieren zu verhindern, bis er aus der Narkose vollständig erholt. Sie das Tier nicht unbeaufsichtigt während der Erholung von der Narkose. </li></ol> 6. Off-line Datenverarbeitung <ol><li> Laden Sie die Datei (en) enthält, die erworbenen optoakustischen Signale in der Software-Anwendung für die Datenverarbeitung eingesetzt. </li><li> Verwenden eines Rekonstruktionsalgorithmus auf einer dreidimensionalen Matrixanordnung entsprechend einem volumetrischen Bild der optischen Absorption für jeden Rahmen, und jede Wellenlänge zu erhalten. HINWEIS: Für die Rekonstruktion ist es bevorzugt, einen Algorithmus zu verwenden, entfallen Störfaktoren, wie heterogenekeiten und Dämpfung in dem abgebildeten Objekt, Auswirkungen der endgültigen Bandbreite und geometrische Form der Erfassungselemente und Lichtfluenz Variationen, um eine quantitative Darstellung der Verteilung der absorbierten Energie zu erhalten. </li><li> Verwenden einen Algorithmus, um Entmischung zu erhalten, aus jedem Mehrfachwellenlängen-Rahmen, einen neuen Satz von dreidimensionalen Matrixarrays, die die optische Absorption für jeden in der Probe vorhandenen absorbierenden Substanz. </li><li> Bei Bedarf weiterverarbeiten die Matrix-Arrays, die die optischen Absorptionsverteilung bis zur Visualisierung und Lesen von biologisch relevanten Parameter zu erleichtern. </li></ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die einzigartigen Vorteile, die durch optoakustischen Bildgebungstechniken in kleinen Tierforschung angeboten haben starke Motivation für die Übersetzung der Technik in der klinischen Praxis mit einer Reihe von Diagnose und Therapieüberwachung Anwendungen vorgesehen, zB erstellt., Brust- und Hautkrebs, Entzündung oder periphere Gefäßkrankheiten. Jedoch, im Gegensatz zu Mäusen oder kleinere Tiere, die mit einer ausreichenden Anzahl von Lichtquellen und Detektorelementen umgeben sein kann, um eine wirksame tomogr...

Optoakustische (photoakustische) Bildgebung zieht wachsende Interesse aus den biologischen und medizinischen Forschungsgemeinschaften, wie sie in der ständig wachsenden Zahl von Publikationen umfassenden Vielzahl von neuen Anwendungen, die die einzigartigen Vorteile von der Technik 5.1 zu nutzen manifestiert. Insbesondere eröffnet die Fähigkeit, Bild spektral unverwechselbaren Foto-Absorptionsmittel mit hoher raum-zeitlicher Auflösung in Tiefen weit über die Diffusionsgrenze von Licht beispiellose Fähigkeiten für funktionelle und molekulare Bildgebung 6-10. Tatsächlich Übersetzung der optoakustischen Technologie in die klinische Praxis kommt mit vielversprechenden Perspektiven in der Diagnostik und Therapieüberwachung von vielen Krankheiten. Noch der begrenzte Ausbreitung von Photonen in optisch streuenden und absorbierenden Gewebe und der generell schwachen Reaktionen mit der optoakustischen Phänomen zu begrenzen den anwendbaren Tiefe des Verfahrens. Als Ergebnis Hand optoacoustic Sonden haben, um Bildteile von außerhalb des Körpers 11,12 zugänglich versucht worden, während endoskopischer Systeme werden verwendet, um Bilder aus dem Körperinneren, indem Sie sie über natürliche Körperöffnungen 13 bereitzustellen. Einige Low absorbierenden Teile des menschlichen Körpers, wie der weiblichen Brust sind auch von tomographischen optoakustische Scanner 14,15 zugänglich. Von besonderem Interesse ist das Hand Ansatz, da es ermöglicht große Vielseitigkeit, ähnlich wie Ultraschall. Hier bleibt die Anpassung der gemeinsamen Ultraschall lineare Anordnung Sonden für optoakustischen Bildgebung anspruchsvoll, vor allem auf grundlegende Unterschiede in Bildgebungsanforderungen zwischen Ultraschall und Optoakustik. Während hohe Frameraten in Standard-Sonographie werden durch sequentielle aktiviert Sende-Empfangs-Systeme, die Hochimpulsfolgefrequenzen im kHz-Bereich, wird in Echtzeit dreidimensionale optoakustischen Bildgebung durch gleichzeitige Sammlung von volumetrischen tomographischen Daten aus einer einzigen int erreichterrogating Laserpuls. Somit impliziert hochwertigen optoakustischen Tomographie-Erfassung von dreidimensionalen Daten aus einem möglichst großen Raumwinkel um das abzubildende Objekt. Kürzlich haben wir den ersten akusto-optischen Handsonde zur dreidimensionalen (volumetrisch) Bildgebung in Echtzeit 16. Das System basiert auf einem zweidimensionalen Array 256 auf einer Kugeloberfläche (blaue Punkte in 1A) angeordneten piezoelektrischen Elementen abdeckt einen Winkel von 90 ° bezogen. Die Größe der einzelnen Elemente von ca. 3 x 3 mm 2, sowie deren Orientierung und Frequenzbandbreite (ca. 2-6 MHz) garantieren effektive Signal Sammlung von einer zentimetergroßer Lautstärke rund um das Zentrum der Kugel (schwarz Würfel in Abbildung 1A). Optische Anregung der Abbildungsbereich mit einem Faserbündel durch einen zentralen zylindrischen Hohlraum der Anordnung eingesetzt ist, so dass jede Wellenlänge Susceptible der durch das Faserbündel übertragen kann für die Bildgebung verwendet werden. Eine tatsächliche Bild der Anordnung von Wandlern zusammen mit dem optischen Faserbündel ist in 1B gezeigt. Die effiziente Anregung und gleichzeitige Detektion von Signalen ermöglicht tiefen Gewebe-Bildgebung mit Single-Shot-Anregung (ein Laser-Impuls), so daß eine Echtzeitabbildung mit einer Bildrate von der Pulswiederholungsfrequenz des Lasers bestimmt ist ferner mit einer Grafik- aktiviert Verarbeitungseinheit (GPU) Durchführung des Wiederaufbauverfahren 17. Ein zylindrisches Gehäuse mit einem transparenten Polyethylenmembran (1C) mit der Wandleranordnung befestigt ist, um eine akustisch Übertragungsflüssigkeit (Wasser) zu umschließen. Die Membran wird auf die Gewebe mittels akustischer Gel gekoppelt. Ein Bild von der optoakustischen Sonde in handgehaltenen Betriebsmodus verwendet wird in 1D gezeigt. Das demonstriert three dimensional Handoptoakustischen Bildgebung in Verbindung mit dem Echtzeit-Funktionsabbildungsleistung wichtige Vorteile für die klinische Diagnostik und eine Anzahl von potentiellen Anwendungen sind für verschiedene Indikationen, wie periphere arterielle Verschlusskrankheit, des Lymphsystems, Brustkrebs, Hautläsionen vorgesehen, Entzündung oder Arthritis 18. Weiterhin schnelle Abbildungsleistung ermöglicht die Visualisierung von dynamischen biologischen Ereignisse mit dem in einer stationären Position angeordnet Sonde. Kombiniert mit schneller Wellenlängenabstimmung optischen parametrischen Oszillator (OPO), Lasertechnik, ermöglicht die Echtzeit-Bildgebung von biologischen Verteilung von Photoabsorptionsmittel dieser Ansatz. Dadurch kann neue Möglichkeiten gleichermaßen entstehen in der Kleintierbildgebungsanwendungen, z. B. bei der Untersuchung Gewebe Hämodynamik, in vivo Zellverfolgung, Visualisierung der Pharmakokinetik, Organperfusion, gezielte molekulare Bildgebung von Tumoren und Herz-Kreislauf-System oder Neuroimaging. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; In dieser Arbeit stellen wir eine detaillierte Beschreibung der experimentellen Bildgebung Protokoll, um mit dem sphärischen Array optoakustischen Handsonde und Schaufenster Leistung in mehreren typischen klinischen und Kleintierbildgebung Szenarien arbeiten.

<table><tbody><tr><td>Optisch-parametrischer Oszillator (OPO)-basierter Laser</td><td>Innolas Laser GmbH, Krailling (Deutschland)</td><td>Sonderanfertigung</td><td>Der Laser liefert Laserpulse mit einer Dauer von ca. 10 nsec und einer Energie von bis zu 80 mJ. Die Wellenlänge ist zwischen 680-950 nm abstimmbar.</td></tr><tr><td>Sphärisches Array von Piezokomposit-Detektoren</td><td>Imasonic SaS, Voray (Frankreich)</td><td>Sonderanfertigung</td><td>Das Array besteht aus 256 piezoelektrischen Sensoren, die auf einer sphärischen Oberfläche verteilt sind. Jedes Element hat die Abmessungen 3 x 3 mm2, eine Zentralfrequenz von 4 MHz und eine Bandbreite von 100%.&nbsp;</td></tr><tr><td>Datenerfassungssystem (DAQ)</td><td>Falkenstein Mikrosysteme GmbH, Taufkirchen (Deutschland)</td><td>Sonderanfertigung</td><td>Das Datenerfassungssystem erfasst gleichzeitig 256 Signale mit 40 Megasamples pro Sekunde und 2.030 Samples. Die Eingangsimpedanz beträgt 1 MW.</td></tr><tr><td>Faserbündel</td><td>CeramOptec GmbH, Bonn (Deutschland)</td><td>Sonderanfertigung</td><td>Das Bündel besteht aus 480 einzelnen Fasern, die zufällig im Ein- und Ausgang verteilt sind. Die numerische Apertur jeder einzelnen Faser beträgt 0,22.</td></tr><tr><td>Athymische Nacktmaus</td><td>Harlan Laboratories (Niederlande)</td><td>Athymische Nacktmaus - Foxn1nu</td><td>Die Maus war zum Zeitpunkt des Experiments 8 Wochen alt (adult) Das ethische Protokoll wurde von der bayerischen Staatsregierung genehmigt (Nummer 55.2.1.54-2632-102-11)</td></tr><tr><td>Bepanthen-Creme</td><td>Bayer AG (Deutschland)</td><td></td><td>Tierarztsalbe zum Schutz der Augen während der Narkose</td></tr><tr><td>Datenverarbeitungssoftware</td><td>Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA)</td><td>maßgeschneidert</td><td>Die Datenverarbeitungssoftware wurde an unserem Institut entwickelt. Sie ermöglicht die Rekonstruktion bei jeder Wellenlänge und die Entmischung mehrerer Wellenlängen sowie die weitere Datenverarbeitung.</td></tr><tr><td>Wasserumschließendes Teil</td><td></td><td>nach Maß</td><td>Dieses Teil enthält das Wasser, das als akustisches Kopplungsmedium zwischen Haut und Schallkopfelementen fungiert</td></tr><tr><td>Indocyaningrün (ICG)</td><td>PULSION Medical Systems SE</td><td></td><td>ICG-PULSION (Wirkstoff: Indocyaningrün-Farbstoff) ist ein Medikament, das in der Herz-, Kreislauf- und Mikrokreislaufdiagnostik, Leberfunktionsdiagnostik und ophthalmologischen Angiographiediagnostik eingesetzt wird.</td></tr></tbody></table>

universal-hand dreidimensionale optoakustische bildgebung sonde für deep tissue menschen angiographie und funktions präklinischen studien in echtzeit

Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time

Die exklusive Kombination aus hohem optischem Kontrast und hervorragender räumlicher Auflösung macht die Optoakustik (Photoakustik) ideal, um gleichzeitig anatomischen, funktionellen und molekularen Kontrast in tiefen, optisch undurchsichtigen Geweben zu erzielen. Während in jüngster Zeit ein enormes Potenzial bei der Anwendung der Optoakustik für die Kleintierforschung gezeigt wurde, wurden auch enorme Anstrengungen unternommen, um diese Bildgebungstechnologie in die klinische Praxis zu übertragen. Wir stellen hier einen neu entwickelten optoakustischen Tomographie-Ansatz vor, der in der Lage ist, hochauflösende und spektral angereicherte volumetrische Bilder der Gewebemorphologie und -funktion in Echtzeit zu liefern. Es wird eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Protokolls für den Betrieb mit dem Bildgebungssystem sowohl im Handheld- als auch im stationären Modus bereitgestellt und für verschiedene potenzielle Szenarien mit funktionellen und molekularen Studien in Mausmodellen und beim Menschen vorgestellt. Die Möglichkeit der Echtzeit-Visualisierung in drei Dimensionen sowie das vielseitige Handheld-Design der bildgebenden Sonde machen den neu entwickelten Ansatz einzigartig im Pantheon der Bildgebungsmodalitäten, die in der heutigen präklinischen Forschung und klinischen Praxis verwendet werden.

Repräsentative Ergebnisse, demonstriert die Fähigkeiten des beschriebenen volumetrischen Handoptoakustischen Sonde, werden in diesem Abschnitt vorgestellt. In allen Fällen wurde der Lichtfluss auf der Hautoberfläche unter den Sicherheitsgrenzwert von 20 mJ / cm 2 19 gehalten. Die Leistung der Sonde in Echtzeit-Tracking peripheren menschlichen Gefäß ist in Figur 2 vorgestellt. Im Verlauf dieses Versuches wurde die Sonde langsam entlang der Hand eines gesunden mensc...

Wir bieten hierin eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Protokolls für die Bildgebung mit einem neu entwickelten tragbaren optoakustischen (photoakustischen) System für dreidimensionale funktionelle und molekulare Bildgebung in Echtzeit. Die demonstrierte Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit kann neue Anwendungsbereiche der optoakustischen Technologie in der präklinischen Forschung und klinischen Praxis definieren.

Universal-Hand Dreidimensionale Optoakustische Bildgebung Sonde für Deep Tissue Menschen Angiographie und Funktions präklinischen Studien in Echtzeit

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die bildgebenden Fähigkeiten eines neu entwickelten tragbaren optoakustischen Systems für die dreidimensionale, funktionelle und molekulare Bildgebung in Echtzeit zu veranschaulichen. Dies wird durch die Verwendung einer Sonde mit einem sphärischen Matrixarray aus Pizo erreicht, elektrischen Wandlern um ein Faserbündel, das Lichtimpulse leitet, wenn es gegen Gewebe gehalten wird. Lichtimpulse mit einer Dauer von Nanosekunden regen Ultraschallreaktionen an, die von der Sonde erfasst werden.Anschließend werden die Daten verwendet, um eine Echtzeit-Bildrekonstruktion durchzuführen, die Scans im Handheld-Modus ermöglicht. Die Ergebnisse zeigen die Machbarkeit der Tiefengewebsbildgebung der Gefäßmorphologie sowie wichtiger hämodynamischer und Perfusionsparameter mit einem tragbaren System. Der besondere Fokus aller Labore liegt auf der Entwicklung neuartiger biomedizinischer Bildgebungswerkzeuge, die auf optischer Akustik, diffuser Optik, Ultraschall und multimodalen Ansätzen basieren.Das neu entwickelte tragbare optische akustische Tomographiesystem kann im Wesentlichen eine wirklich fünfdimensionale Bildgebung ermöglichen. Das bedeutet, dass es hochauflösende, spektral angereicherte volumetrische Bildgebung der Gewebemorphologie und -funktion in Echtzeit liefern kann. Der volumetrische Ansatz der Handbildgebung in Kombination mit der Echtzeitfunktion und der Eliminierung von Kapazitäten bringt wichtige Vorteile für die klinische Diagnostik mit sich.Zum Beispiel bei peripheren Gefäßerkrankungen, Erkrankungen des Lymphsystems, Brustkrebs, Hautläsionen, Entzündungen, Arthritis. In Kombination mit der Lasertechnologie zur schnellen Wellenlängenabstimmung ermöglicht das System die Echtzeit-Bildgebung der Bioverteilung von photoabsorbierenden Mitteln. Aus diesem Grund können sich auch bei der molekularen Bildgebung von Kleintieren neue Möglichkeiten ergeben.Zum Beispiel die Untersuchung der Gewebehämodynamik in vivo, die Zellverfolgung, die Visualisierung der Pharmakokinetik, die Organperfusion oder die Neurobildgebung Beginnen Sie mit der Vorbereitung der Hardware. Schalten Sie die abstimmbare Nahinfrarot-Laserquelle für eine Aufwärmphase von etwa 15 Minuten ein. Um den Ausgang zu stabilisieren, wird der Laserausgang mit dem Handtaster verbunden.Die Sonde besteht aus einem Matrixarray aus elektrischen Elementen, die so angeordnet sind, dass sie einen Teil einer Kugel mit einer Öffnung für ein Faserbündel abdecken. Schließen Sie in der Mitte ein Faserbündel an, um den Laserstrahl vom Laserausgang zur Handsonde zu leiten. Verbinden Sie als nächstes das sphärische Matrixdetektionsarray der Handsonde mit dem parallelen Datenerfassungssystem, das durch den Q-Schalterausgang des Lasers ausgelöst wird, indem die akustische Kopplung für die Sonde vorbereitet wird.Der Wandler verfügt über ein passendes Gehäuse, das mit einer optisch und akustisch transparenten Polyethylenmembran bedeckt ist, die mit der Haut in Kontakt kommt und die aktive Wandleroberfläche mit dem Gehäuse verschließt. Die relative Position der aktiven Detektionsfläche in Bezug auf die Gewebeoberfläche bestimmt die effektive Abbildungstiefe. Schließen Sie eine Pumpe zwischen dem Tank und der Sonde an.Anschließend füllen Sie damit das ca. 100 Milliliter große Volumen zwischen Schallkopf und Membran. Sobald das Pumpen abgeschlossen ist, trennen Sie die Pumpe. Überprüfen Sie die Sonde, um sicherzustellen, dass keine Luftblasen oder Lecks vorhanden sind.Setzen Sie jetzt zur Sicherheit eine Schutzbrille auf, die für nahinfrarote Wellenlängen geeignet ist. Fahren Sie fort, indem Sie die Bildwellenlängen und die Wiederholrate des Laserpulses einstellen. In der Steuerungssoftware beträgt der Wellenlängenbereich 690 bis 900 Nanometer, wobei die optische Auswahl je nach dem jeweiligen Gewebe, Chromo, Fours und extrinsisch verabreichten Wirkstoffen von Interesse ist.Die Pulswiederholrate liegt im Bereich von 10 bis 50 Hertz und ist abhängig von der gewünschten volumetrischen Bildrate, wird aber auch durch die Expositionsgrenzen des Lasers begrenzt. Stellen Sie außerdem das akustische Datenerfassungssystem auf eine Eingangsimpedanz von einem Megaohm mit einer Abtastrate von 40 Megasamples pro Sekunde und einer vertikalen Auflösung von 12 Bit ein. Für einen sicheren Betrieb.Messen Sie die Belichtung im nahen Infrarot-Spektralbereich mit einem Laserleistungsmesser. Platzieren Sie den Leistungsmesser für die Messung an der Polyethylenmembran der Sonde. Lassen Sie die Laserstrahlung durch die Sonde und stellen Sie die Laserleistung und die Wiederholrate ein.Um also bei Anpassungen sichere Expositionswerte an der Membran einzuhalten, entfernen Sie den Leistungsmesser. Die Sonde ist einsatzbereit. Der nächste Schritt besteht darin, den Patienten auf den Eingriff vorzubereiten.Stellen Sie dem Patienten eine Schutzbrille zur Verfügung, die für die Wellenlängen des nahen Infrarots geeignet ist. Überprüfen Sie den Bereich, der abgebildet werden soll. Wenn Haare vorhanden sind, tragen Sie eine Erschöpfungslotion auf, um sie zu entfernen und unerwünschten Hintergrund auf den Bildern zu vermeiden.Reinigen Sie den Bereich mit einem feuchten Tuch. Sobald die Region frei ist, tragen Sie Ultraschallgel auf die Haut in dem Bereich auf, der abgebildet werden soll. Um eine effiziente akustische Kopplung zu gewährleisten.Halten Sie die Sonde an Ort und Stelle und starten Sie die Vorschausoftware, die die Laserausgabe ermöglicht und die Visualisierung dreidimensionaler Bilder ermöglicht. Die Bildrate der optoakustischen Bilder entspricht der Wiederholungsrate des Laserpulses und wird in Echtzeit angezeigt. Wenn die tomographische Rekonstruktion auf einer Grafikverarbeitungseinheit implementiert ist, bewegen Sie die Sonde vorsichtig, um die Visualisierung zu optimieren und die gewünschte Struktur zu lokalisieren.Verwenden Sie die Vorschausoftware weiter und schalten Sie die Hardware am Patienten in den Datenerfassungsmodus. Bewegen Sie die Sonde vorsichtig einige Millimeter pro Sekunde um den abgebildeten Bereich, um die interessierenden Strukturen zu verfolgen. Nach Abschluss der Datenerfassung stoppen Sie die Software, die auch den Laser stoppt.Der Unterarm eines gesunden Probanden befindet sich auf der linken Seite. Das weiße Feld stellt den Bereich dar, der mit der Sonde visualisiert wurde. Auf der rechten Seite befinden sich die Projektionsbilder mit maximaler Intensität des untersuchten Bereichs.Da die Sonde langsam über den Unterarm abgetastet wurde, wurde eine Echtzeit-Visualisierung der Gefäße für alle Scanpositionen erreicht. Die Bilder verwendeten 800 Nanometer Licht mit einer Laserpulswiederholrate von 10 Hertz. Die multispektrale Bildgebung wurde durchgeführt, indem die Sonde entlang des Handgelenks eines gesunden Freiwilligen gescannt wurde.Es wurde eine 50-Hertz-Laserpulswiederholrate in Verbindung mit einer Wellenlängenabstimmung pro Puls verwendet. Die verwendeten Wellenlängen lagen zwischen 730 Nanometern und 850 Nanometern in 30-Nanometer-Schritten. Unten rechts sind spektral ungemischte Bilder zu sehen, die die Verteilung von sauerstoffreichem Hämoglobin in rot, sauerstoffarmem Hämoglobin in blau und Melanin in gelb zeigen.Unter der Annahme, dass nur diese Komponenten für die Absorption verantwortlich sind, während die Sonde das Handgelenk abtastet, kann die Verteilung dieser drei Gewebechromophore in Echtzeit verfolgt werden. Dieser Film zeigt die Fähigkeit der Sonde, dynamischen Prozessen zu folgen. Die Durchblutung im Mittelfinger wurde mit einem Gummiband behindert und bei der Datenerfassung freigegeben.Das Aussehen der Schere zeigt den Moment an, in dem das Gummiband entfernt wurde. Die Daten wurden mit 10 Bildern pro Sekunde bei einer Wellenlänge von 900 Nanometern gesammelt. Das handgeführte Bildgebungsverfahren kann in sehr kurzer Zeit gemeistert werden, und da andere klinische Bildgebungsmodalitäten nicht in der Lage sind, volumetrische Bilder mit vergleichbarer Zeitauflösung zu liefern, sind wir zuversichtlich, dass das vorgestellte System einen neuen Wert für eine genaue Diagnostik und Behandlungsüberwachung erreichen wird. Bewegungsartefakte können die Leistung und Bildqualität bei Verwendung der Sonde im Handheld-Modus immer noch stark beeinträchtigen.Als Faustregel gilt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit drei Millimeter pro Sekunde nicht überschreiten darf. Wird eine Laserwiederholrate von 10 Hertz in Kombination mit einer Multim-Datenerfassung verwendet, ist natürlich eine schnellere Bewegung erlaubt. Wenn ein Laser mit höherer Wiederholrate eingesetzt wird Mit einem neuen bildgebenden Ansatz hoffen wir, neue biologische Entdeckungen zu ermöglichen.Außerdem möchten wir Ärzten ein neues Werkzeug für die klinische Diagnostik in mehreren Indikationen anbieten. Zum Beispiel kardiovaskuläre und periphere Gefäßerkrankungen, Erkrankungen des Lymphsystems, Brustläsionen, Arthritis und Entzündungen.

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