Name: Multispektrale optoakustische Tomographie zur funktionellen Bildgebung in der Gefäßforschung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-08T14:10:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: Erfahren Sie die multispektrale optoakustische Tomographie zur funktionellen Bildgebung in der Gefäßforschung. Diese Methode ermöglicht die Echtzeit-Visualisierung von Hautgefäßen und die frühzeitige Erkennung mikrovaskulärer Funktionsstörungen.

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Diese Forschung wird von ALIES und COFAC, den Hauptanbietern der untersuchten Technologie, und von der Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) durch den Zuschuss UIDB/04567/2020 an CBIOS finanziert.

Das experimentelle Protokoll wurde zuvor von der Ethikkommission der Fakultät für Gesundheitswissenschaften der Universität (EC. ECTS/P10.21). Die Verfahren beachteten uneingeschränkt die Grundsätze der guten klinischen Praxis, die für die Humanforschung festgelegt wurden13. Eine praktische Stichprobe von sechs gesunden Teilnehmern beiderlei Geschlechts (n = 3 pro Geschlecht) mit einem Durchschnittsalter von 32,8 ± 11,9 Jahren wurde aus der Universitätsgemeinschaft ausgewählt. Ausgewählte Teilnehmer mussten normotensiv, Nichtraucher und frei von Medikamenten oder Nahrungsergänzungsmitteln sein. Blutdruck, Herzfrequenz und der Body Mass Index wurden ebenfalls registriert. Alle Teilnehmer wurden zuvor über die Ziele und die Dauer der Studie informiert und erteilten eine schriftliche Einwilligung.
HINWEIS: Diese Studie wurde unter Verwendung der MSOTAcuity (siehe Materialtabelle) durchgeführt, die im Folgenden als optoakustische Bildgebungsplattform bezeichnet wird.
1. Vorbereitung der Akquisition
HINWEIS: In der folgenden experimentellen Beschreibung sind Bildschirmbefehle fett gedruckt.
<ol><li>Laden von Probandeninformationen: Schalten Sie das optoakustische Bildgebungsgerät ein. Während sich die Ausrüstung aufwärmt, geben Sie die Teilnehmerinformationen an. Das Hauptwillkommensfenster der Software öffnet sich mit der Scan-Übersicht. Geben Sie Daten (einschließlich Name, Studienbezeichnung, persönliche Daten und alle relevanten Beobachtungen) ein, nachdem Sie auf Patienten-ID geklickt haben, und beenden Sie den Antrag durch Drücken von Auswählen.</li>
	<li>Voreingestellte Auswahl: Stellen Sie sicher, dass die Meldung Laser is Ready (Laser ist bereit ) auf dem Gerätebildschirm angezeigt wird. Nach der Aufwärmzeit muss die Laserstatusleiste auf dem Gerätebildschirm von Laser Standby zu Laser is Ready (Laser ist bereit) geändert werden. Für dieses Protokoll ist die Voreinstellung für die Chromophore Hb, HbO2 und Melanin ausgelegt. Nach Auswahl der richtigen Voreinstellung wird die Laserleistung getestet.</li>
	<li>Stellen Sie an dieser Stelle sicher, dass auf dem Bildschirm eine Meldung angezeigt wird, die jeden Teilnehmer im Raum daran erinnert, Laserschutz-Googles anzuwenden. Drücken Sie das Fußpedal des Laserschalters und warten Sie, bis die Laserleistung selbst überprüft wird. Nach einigen Sekunden erscheint ein Fenster mit dem aktuellen Laserstatus mit einem Check-up-Bericht. Lassen Sie dieses Fenster los, indem Sie die verfügbare OK-Taste drücken. HINWEIS: Die optoakustische Bildgebungsplattform verwendet einen Nd:YAG-Laser, der als Laser der Klasse 4 gilt, der für das menschliche Auge besonders gefährlich ist. Daher muss dieser Laser mit angemessener Sorgfalt behandelt werden. VORSICHT: Kein Erwerb sollte stattfinden, ohne sicherzustellen, dass alle Sicherheitsmaßnahmen, einschließlich eines geeigneten Augenschutzes, vorhanden sind.</li>
</ol>2. Positionierung und Bildaufnahme
<ol><li>Akklimatisieren Sie den Teilnehmer an die Laborumgebung (21 ° C ± 1 ° C; 40% -60% relative Luftfeuchtigkeit) und wählen Sie eine bequeme Position, um unnötige Bewegungen zu minimieren. Stellen Sie sicher, dass der zu scannende Bereich zuvor gereinigt wurde. HINWEIS: Die Empfehlung des Herstellers, den abzubildenden Bereich mit einer 70%igen Ethanol/Wasser-Lösung zu reinigen, wird empfohlen. Darüber hinaus wird für eine optimale Bildaufnahme die Entfernung von Haaren (falls zutreffend) empfohlen.</li>
	<li>Sondenhalter und Bildstabilisierung<ol><li>Tragen Sie eine dünne Schicht Ultraschallgel auf die 3D-Tasse auf. Die Bildstabilisierung erfordert, dass die 3D-Tasse in der gewünschten Bildposition gehalten wird. Positionieren und stabilisieren Sie einen arretierbaren Arm für den interessierenden Bereich. Der in dieser Studie verwendete Arm wurde im eigenen Haus entworfen und mit Aluminiumprofilkomponenten gebaut (Abbildung 1).</li>
		<li>Nachdem Sie den 3D-Becher auf den interessierenden Bereich gelegt haben, verriegeln Sie die stabilisierende Armsperre teilweise für die Bildaufnahme. HINWEIS: Die Qualität und gleichmäßige Anwendung des Ultraschallgels ist entscheidend; Das Vorhandensein von Luftblasen kann die Bilddefinition beeinträchtigen.</li>
	</ol></li>
	<li>Bildaufnahme für dynamische Bedingungen mit dem PORH-Manöver (Post-Occlusive Reactive Hyperemia) auf der Menüregisterkarte Untersuchung .<ol><li>Erfassen Sie den Baseline-Kontrollscan. Nachdem Sie ein Sichtfeld für die Bildgebung gefunden haben, verriegeln Sie mit der entleerten Blutdruckmanschette den 3D-Becherpositionierungsarm sicher.</li>
		<li>Üben Sie minimalen Druck auf die Bildgebungsstelle aus, da höhere Drücke die Messwerte beeinträchtigen können. Pushen Sie die Standardvoreinstellung Hb, HbO 2 und Melanin des Herstellers, die gleichzeitig Chromophore für Hb, HbO2 und Melanin misst. ACHTUNG: Es ist obligatorisch, die Augen während des Betriebs mit einer geeigneten Schutzbrille zu schützen. HINWEIS: Hautfototypen IV bis VI (dunkle Haut) sind anfällig für Fehllesungen und erfordern ein Baseline-Kontrollbild für die weitere Verarbeitung. Die Verwendung einer Schutzbrille während der Bildaufnahme (wenn der Laser aktiv ist) ermöglicht es dem menschlichen Auge nur, gelbe und blaue Farben zu erkennen. Farben können während der Bildbearbeitung bearbeitet werden.</li>
		<li>Wählen Sie den anatomischen Bereich für die Aufnahme von Basisbildern aus. Für Erkundungszwecke wird der ventrale Unterarm empfohlen. Fahren Sie fort, indem Sie das Laser-Fußschalterpedal drücken. HINWEIS: Die Touchscreen-Taste mit der Bezeichnung Ansicht (gelb gefärbt), die das Livebild auf dem Bildschirm anzeigt, wenn sie gedrückt wird. Der Bildstabilitätsstatus wird als grauer Balken in der Mitte des Touchscreens angezeigt, der die Stabilität der 3D-Sonde anzeigt.<ol><li>Wenn die Bildstabilität maximiert ist, machen (oder erfassen) Sie einen Schnappschuss des Bereichs, indem Sie die Schnappschusstaste auf dem Touchscreen drücken. Jeder Scan erfasst 10-12 Bilder in einer akustischen Tiefe von 150 mm für jede Wellenlänge, die innerhalb der Voreinstellung definiert ist, über eine Aufnahmezeit von 2 s. Dieser Baseline-Erfassungsscan umfasst insgesamt 30-36 Frames. HINWEIS: Für jedes detektierte Chromophor (Hb, HbO2 und Melanin) werden 10 Frames mit einer maximalen Tiefe von 15 mm gesammelt.</li>
			<li>Drücken Sie weiterhin das Laser-Fußschalterpedal für eine kontinuierliche Videoaufnahme und achten Sie auf die Ansichtstaste (gelb eingefärbt) auf dem Touchscreen. Das stabilisierte Bild wird angezeigt. Drücken Sie Aufnahme (blau eingefärbt), um die Live-Bildaufnahme zu starten.</li>
			<li>Stoppen Sie die Aufnahme, indem Sie die Stop-Taste (schwarz gefärbt) drücken. Die optoakustische Bildgebungsplattform stoppt die Aufnahme und rendert das Video automatisch in den Vorschaumodus.</li>
		</ol></li>
		<li>Dynamische Messungen (PORH-Abbildung): Stellen Sie die Druckmanschette am Arm des Patienten oberhalb des Ellenbogens ein, um dieses Manöver zu veranschaulichen. Blasen Sie die Manschette mit suprasystolischem Druck (~ 200 mmHg) auf und fahren Sie gemäß den Schritten 2.3.1 bis 2.3.3.1 fort, um das abgebildete Gefäßsystem unter Druck zu erfassen.</li>
		<li>Um ein Video aufzunehmen, um die Auswirkungen der Druckentlastung auf das abgebildete Gefäßsystem zu beurteilen, öffnen Sie das Druckventil, während Sie das Video wie in 2.3.3.2 aufnehmen. Folgen Sie wie zuvor dem Live-Bild auf dem Bildschirm. HINWEIS: Um dieses Manöver auszuführen, sollte der suprasystolische Druck für 1-5 min aufrechterhalten werden; Es ist wichtig zu wissen, dass dieser Druck unterschiedliche Toleranzgrade und Beschwerden beim Patienten hervorrufen kann. Dieser Aspekt sollte während der Experimente sorgfältig behandelt werden.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Bildanalyseprotokoll
<ol><li>Kopieren Sie die aufgezeichneten Scans in einen ausgewählten/dedizierten Ordner zur Sicherung und weiteren Analyse auf einem separaten Computerarbeitsplatz mit der speziellen Analysesoftware des Herstellers. Jeder Scan wird nach Erfassungszeit gespeichert und vom Programm in einem Studienordner mit einem laufenden Code geordnet. HINWEIS: Eine Sicherungskopie wird dringend empfohlen. Das direkte Arbeiten mit den aufgezeichneten Rohdaten ist möglich, es wird jedoch dringend davon abgeraten, da ein potenzieller Festplattenabsturz die Rohdaten beschädigen könnte.</li>
	<li>Öffnen Sie das Analyseprogramm auf dem Arbeitsplatzrechner. Wählen Sie Programmmenü > Studie öffnen , um Dateien zu importieren und auf Backup-Scans zuzugreifen. Öffnen Sie die Studie, und scrollen Sie zum Ende des Ordners (mit aufgezeichneten Scans), um Dateien mit einer . NOD-Erweiterung. Dies ist der einzige Dateityp, der von der Software erkannt wird, um eine Studie zu öffnen. ANMERKUNG:. NOD-Dateien werden automatisch mit einer laufenden Nummer für jede Studie benannt und enthalten keine Patienteninformationen im Dateinamen.</li>
	<li>Für die Bildrekonstruktion öffnen Sie das Bildanalysemodul, indem Sie auf das Softwaremenü > Erweiterte Verarbeitung zugreifen.<ol><li>Stellen Sie sicher, dass die Registerkarten des Programm-Workflows in der oberen Menüleiste sichtbar (schwarz eingefärbt) sind (zusätzliche Abbildung 1): Menü; Scan-Übersicht; Wiederaufbau; Fluence-Korrektur; Spektrale Entmischung; Visualisierung & Analyse. Während der Analyse wird jede aktivierte Workflow-Registerkarte blau eingefärbt. HINWEIS: Wenn Advance Processing nicht geöffnet ist, zeigt die Software nur Scan-Übersicht und Visualisierung & Analyse an.</li>
	</ol></li>
	<li>Rekonstruieren Sie das Bild über die Registerkarte Rekonstruktion der Software. Wählen Sie die zu rekonstruierenden Scans auf der linken Seite des Hauptprogrammmenüs aus. Geladene Scans werden auf der rechten Seite des Bildschirms angezeigt. Behalten Sie die standardmäßigen sechs optoakustischen Emissionswellenlängen (700, 730, 760, 800, 850 und 900 nm) bei, da sie das maximale optoakustische Signal für HbO2 bei 900 nm, für Hb bei 760 nm und Melanin bei 700 nm enthalten.<ol><li>Führen Sie die Scanrekonstruktion mithilfe des Symbols auf der rechten Seite durch. Folgen Sie dem Programm-Workflow, indem Sie die Scan-Vorgabe und das Sichtfeld (Auflösung) auswählen. Die Informationen werden in der oberen linken Ecke des Hauptbildschirms angezeigt. Stellen Sie die Schallgeschwindigkeit ein, um den Scanfokus anzupassen (ergänzende Abbildung 2). Das Rekonstruktionspanel zeigt auch die Anzahl der Frames jedes aufgenommenen Scans an und ermöglicht die Auswahl der Wiederholungen, die (falls erforderlich) analysiert werden können. HINWEIS: Jeder Scan wird mit einer Standardschallgeschwindigkeit von -90 geladen, die vom Benutzer angepasst werden sollte. Die Schallgeschwindigkeit kann auch automatisch mit einer Autofokus-Funktion (AF) angepasst werden.</li>
	</ol></li>
	<li>Drücken Sie die Taste Scans rekonstruieren am oberen Bildschirmrand, um zur Scanrekonstruktion zu gelangen. Ein temporäres Dashboard mit der Meldung Job Processing (Auftragsbearbeitung) wird angezeigt. Dieses Panel kann auch über das Menü > Bearbeitungsstatus aufgerufen werden. Nach Abschluss der Rekonstruktion muss die Bildnachbearbeitungsanalyse zur Fluence-Korrektur übergehen.</li>
	<li>Aktivieren Sie die Fluence-Korrektur von rekonstruierten Bildern im Dashboard-Menü. Rekonstruierte Bilder müssen zur Fluencekorrektur geladen werden. Diese werden mit einem Flag neben jeder Scannummer angezeigt. Geladene Dateien werden sofort auf der rechten Seite des Bildschirms als Ausgewählte Rekonstruktionen angezeigt. Aktivieren Sie die Fluence-Korrektur , indem Sie mit dem Symbol auf der rechten Seite des Bildschirms interagieren (ergänzende Abbildung 3). Drücken Sie die Save Fluence Korrektur(en), um fortzufahren.</li>
	<li>Nachdem Sie die Fluenzkorrektur gespeichert haben, führen Sie die spektrale Entmischung des erworbenen Presets (Hb, HbO2 und Melanin) durch. Wählen Sie die Registerkarte Spektrale Entmischung, um die Liste der ausgewählten Rekonstruktionen für die spektrale Entmischung zu öffnen. Eine Liste mit jedem Scan der ausgewählten Studie wird mit der Historie der vorherigen Bildverarbeitungsschritte angezeigt.</li>
	<li>Laden Sie die zuvor gespeicherten Fluence-Korrekturdateien. Geladene Scans werden sofort auf der rechten Seite des Bildschirms als Selected Reconstructions (Ausgewählte Rekonstruktionen) angezeigt (Ergänzende Abbildung 4). Aktivieren Sie die spektrale Entmischung, indem Sie auf das Symbol auf der rechten Seite des Bildschirms drücken.<ol><li>Beobachten Sie die Wellenlängen, die ungemischt sein sollen. Alle sechs optoakustischen Emissionswellenlängen (700, 730, 760, 800, 850 und 900 nm), die in den Rekonstruktionsschritt (Schritt 3.4) einbezogen wurden, werden automatisch für die spektrale Entmischung ausgewählt. Bearbeiten Sie ggf. die gewünschten zu verarbeitenden Spektren (z. B. Spektren: Hb, HbO2 und Melanin) über das XYZ-Symbol .</li>
		<li>Nachdem Sie die angepassten Parameter bestätigt haben, klicken Sie auf Start Spectral Unmixing , damit die spektrale Entmischung fortgesetzt werden kann. Eine Verarbeitungsmenüleiste wird angezeigt, die den Fortschritt des Vorgangs anzeigt. HINWEIS: Während der spektralen Entmischung sind verschiedene Parameteranpassungen möglich, und es stehen mehrere Entmischungsmethoden zur Verfügung. In diesem Protokoll wird die lineare Regressionsmethode als Standard verwendet, um Hb, HbO2 und Melanin zu entmischen.</li>
	</ol></li>
	<li>Greifen Sie auf die Registerkarte Visualisierung und Analyse zu. Klicken Sie auf einen aktivierten Scan, um alle in Schritt 1.1 eingeführten Themeninformationen und Kommentare anzuzeigen (ergänzende Abbildung 5). HINWEIS: Mehrere Scans können parallel visualisiert werden.<ol><li>Drücken Sie die Taste + , um eine Analyse mit mehreren Scans zu erstellen. Rufen Sie in diesem Fenster eine Mehrfachscanansicht ein und klicken Sie auf die Schaltfläche Speichern . Nach dem Speichern des Ansichtsnamens wird ein neues Dashboard angezeigt, das alle Scans der analysierten Studie enthält.</li>
		<li>Wählen Sie jeden gewünschten Scan aus, um (jeden) zur gespeicherten Analyseansicht hinzuzufügen. Fügen Sie zusätzliche Scans in der oberen linken Ecke hinzu, und diese werden automatisch in der Analyseansicht angezeigt.</li>
	</ol></li>
	<li>Legen Sie in der Analyseansicht die richtigen Farbnachschlagetabellen fest, um das Bild für die Analyse vorzubereiten. Klicken Sie in der oberen Menüleiste auf Weitere Bildsteuerungsoptionen und aktivieren Sie das Symbol Max. Intensitätsprojektion . Ordnen Sie Ebenen Farben zu, indem Sie auf das Symbol in der unteren rechten Ecke der Bildanzeige neben der 2D+-Bildanzeige klicken.</li>
	<li>Wählen Sie Mehr , um die Farben aller Kanäle gleichzeitig zu bearbeiten. Dieses Menü zeigt alle Chromophore unvermischt an und ermöglicht die Auswahl mehrerer Schichten zur Anzeige. HINWEIS: Wenn Sie die Maus über die Softwaresymbole bewegen, wird deren Name grau dargestellt, wie er im Protokoll angezeigt wird.</li>
	<li>Passen Sie die Farbintensität jeder Ebene mit den Werkzeugen unten links auf dem Bildschirm an. HINWEIS: Die Anpassung mit Min/Max-Interpolation für jeden Kanal führt im Allgemeinen zu guten Ergebnissen.</li>
</ol>4. Analyse der Region of Interest (ROI)
HINWEIS: Die Auswahl einer Region of Interest (ROI) ist für die Datenanalyse obligatorisch.
<ol><li>Identifizieren Sie den zu analysierenden ROI. Umgeben Sie den ROI mit den im XY-Bild verfügbaren Formen (in der Menüleiste), während Sie denselben ROI innerhalb der orthogonalen Ansichten auf der XZ- und YZ-Achse nachzeichnen (ergänzende Abbildung 6). HINWEIS: Für die aktuelle ROI-Analyse wurde eine Polygonform verwendet.<ol><li>Folgen Sie der ROI-Form in der verbleibenden XZ- und YZ-Achse (Beispiel in Abbildung 2), während Sie mehrere Polygon-Layer mit der Funktion Interpolieren hinzufügen und Unterbereiche entfernen platzieren. Die Daten können nach der Definition/Auswahl des gewünschten ROI grafisch dargestellt werden.</li>
		<li>Klicken Sie auf das Symbol Import Region of Interest to Quantification und beobachten Sie die Multispektrenkomponente, die auf der rechten Seite des Bildschirms als grafisches Detail des ausgewählten ROI angezeigt wird.</li>
		<li>Exportieren Sie ROI-Daten, indem Sie auf das Excel-Symbol am unteren Rand der grafischen Ansicht der ROI-Daten klicken. Das gesamte Datenpaket aus allen Regionen wird als Bündel in eine Tabellenkalkulation zur anschließenden Analyse exportiert. Abbildung 3 zeigt Daten eines Teilnehmers, der sich einer auf 200 mmHg aufgeblasenen Druckmanschette unterzog und das Gefäßsystem im Vergleich zum Ruhezustand des Gefäßsystems bei 0 mmHg analysierte.</li>
	</ol></li>
	<li>Quantifizieren Sie mehrere ROI-Objekte gleichzeitig, indem Sie die Schritte 4.1-4.1.3 ausführen.</li>
	<li>Exportieren Sie Bilder aus demselben Menü wie TIFF-Dateien mit allen eingebetteten Daten und integriertem ROI-Umriss (Abbildung 2).</li>
</ol>

<ol><li>Iskander-Rizk, S., vander Steen, A. F. W., van Soest, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+imaging+for+guidance+of+interventions+in+cardiovascular+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic imaging for guidance of interventions in cardiovascular medicine.</a> Physics in Medicine and Biology. 64 (16), (2019).</li>
<li>Cakmak, H. A., Demir, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MicroRNA+and+cardiovascular+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Balkan+Medical+Journal%22%5BJournal%5D)">MicroRNA and cardiovascular diseases.</a> Balkan Medical Journal. 37 (2), 60-71 (2020).</li>
<li>Li, Z., Gupte, A. A., Zhang, A., Hamilton, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pet+imaging+and+its+application+in+cardiovascular+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Methodist+DeBakey+Cardiovascular+Journal%22%5BJournal%5D)">Pet imaging and its application in cardiovascular diseases.</a> Methodist DeBakey Cardiovascular Journal. 13 (1), 29-33 (2017).</li>
<li>Karlas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiovascular+optoacoustics%3A+From+mice+to+men+-+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Cardiovascular optoacoustics: From mice to men - A review.</a> Photoacoustics. 14, 19-30 (2019).</li>
<li>MacRitchie, N., Noonan, J., Guzik, T. J., Maffia, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging+of+cardiovascular+inflammation%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging of cardiovascular inflammation.</a> British Journal of Pharmacology. 178 (21), 4216-4245 (2021).</li>
<li>Granja, T., Andrade, S., Rodrigues, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optoaccoustic+tomography+-+good+news+for+microcirculatory+research%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+and+Biopharmaceutical+Research%22%5BJournal%5D)">Optoaccoustic tomography - good news for microcirculatory research.</a> Biomedical and Biopharmaceutical Research. 18 (2), 1-13 (2022).</li>
<li>Tan, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Total-body+PET%2FCT%3A+Current+applications+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Roentgenology%22%5BJournal%5D)">Total-body PET/CT: Current applications and future perspectives.</a> American Journal of Roentgenology. 215 (2), 325-337 (2020).</li>
<li>Masthoff, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+optoacoustic+tomography+of+systemic+sclerosis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biophotonics%22%5BJournal%5D)">Multispectral optoacoustic tomography of systemic sclerosis.</a> Journal of Biophotonics. 11 (11), 201800155(2018).</li>
<li>Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+imaging+and+characterization+of+the+microvasculature%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature.</a> Journal of Biomedical Optics. 15 (1), 011101(2010).</li>
<li>Wu, M., Awasthi, N., Rad, N. M., Pluim, J. P. W., Lopata, R. G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+in+cardiology%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Advanced ultrasound and photoacoustic imaging in cardiology.</a> Sensors (Basel). 21 (23), 7947(2021).</li>
<li>Yang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+ultrasound+priors+in+optoacoustic+reconstruction%3A+Improving+clinical+vascular+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Soft ultrasound priors in optoacoustic reconstruction: Improving clinical vascular imaging.</a> Photoacoustics. 19, 100172(2020).</li>
<li>Dean-Ben, X. L., Gottschalk, S., Mc Larney, B., Shoham, S., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+optoacoustic+methods+for+multiscale+imaging+of+in+vivo+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Advanced optoacoustic methods for multiscale imaging of in vivo dynamics.</a> Chemical Society Reviews. 46 (8), 2158-2198 (2017).</li>
<li>World Medical Association. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((World+Medical+Association+Declaration+of+Helsinki%3A+ethical+principles+for+medical+research+involving+human+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22JAMA%22%5BJournal%5D)">World Medical Association Declaration of Helsinki: ethical principles for medical research involving human subjects.</a> JAMA. 310 (20), 2191-2194 (2013).</li>
</ol>

Die Autoren berichten von keinen Interessenkonflikten.

Dieses Protokoll betont die Arbeitsschritte, die als praktische Anforderungen für den Betrieb dieses neuen optoakustischen Bildgebungsinstruments angesehen werden, von der geeigneten Positionierung (Teilnehmer, Sonde), die für die Stabilisierung der 3D-Bechersonde erforderlich ist, bis hin zur Bildaufnahme, ROI-Auswahl und Bildrekonstruktion und -analyse.
Der vorgeschlagene experimentelle Ansatz, bei dem "sofortige" Aufnahmen zusammen mit Bildern verwendet werden, die unter dynamischen Bedingu...

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit wiederkehrende häufigste Todesursachen und stellen eine enorme Belastung für jedes Gesundheitssystem dar 1,2. Die Technologie hat wesentlich zur Erweiterung unseres Verständnisses der grundlegenden Herz- und Gefäßpathophysiologie beigetragen, indem sie präzisere Diagnosewerkzeuge und die Möglichkeit der Früherkennung von Krankheiten und eines effektiveren Managements bietet. Bildgebende Verfahren bieten die Möglichkeit, nicht nur die Herz- und Hauptgefäßleistung zu messen, sondern in einem viel kleineren Maßstab unter anderem auch die Kapillardichte, die lokale Perfusion und das Volumen sowie die endotheliale Dysfunktion zu berechnen. Diese Technologien haben erste quantitative Einblicke in die Gefäßbiologie mit direkter klinischer Anwendung ermöglicht. Veränderungen der Kapillardichte, lokale Perfusionsreduktion oder Okklusion entsprechen wahrscheinlich einem ischämischen Zustand, was dazu beiträgt, die wachsende Rolle der Bildgebung zu erklären und zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der kardiovaskulären Forschung und Praxis zu werden 3,4,5.
In den letzten Jahren hat die funktionelle Bildgebung konsequent den Takt in der technologischen Innovation vorgegeben, mit Ultraschall (US), Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) als einige bekannte Beispiele. Mehrere Bedenken schränken jedoch ihre Anwendung ein, von Kosten und Patientensicherheit (sowie Komfort) bis hin zu Bildkontrast und Auflösung 6,7. Die optoakustische Tomographie (OT) hat sich in jüngster Zeit als neue Richtung in der optisch-basierten Gefäßforschung herausgebildet. Diese Technologie, die sich auf die Detektion von Ultraschallwellen konzentriert, die durch thermoelastische Expansion des mit ultrakurzen Laserpulsen getroffenen Gewebes erzeugt werden, ist seit einiger Zeit bekannt 6,8. Diese physikalische Reaktion von Wärmeentwicklung und Gewebeausdehnung ruft ein akustisches Signal hervor, das von einem Ultraschallwandler detektiert wird. Die Verwendung von Lichtimpulsen vom sichtbaren bis zum nahen Infrarot und das Fehlen eines akustischen Hintergrundsignals kommen der Auflösungstiefe zugute. Der festgestellte Kontrast ergibt sich aus den wichtigsten vorhandenen Chromophoren (Hämoglobin oder Melanin). Im Vergleich zu anderen Technologien hat OT die Vorteile, dass (1) kein Kontrast benötigt wird (markierungsfreie Bildgebung), (2) besserer Kontrast und Auflösung mit weniger Artefakten als Ultraschall und (3) niedrigerer Preis sowie schnellere Erfassung und einfache Bedienung 6,9,10,11.
Die multispektrale optoakustische Tomographie (MSOT) gehört zur neuesten Generation von OT-Instrumenten. Gebaut mit einem abstimmbaren optischen parametrischen Oszillator (OPO), der von einem Nd:YAG-Laser gepumpt wird, der Anregungspulse liefert, wird ein 3D-Bild von zeitaufgelösten Signalen aufgenommen, die von hochfrequenten Ultraschall-Anregungspulsen bei Wellenlängen von 680 nm bis 980 nm mit einer Wiederholrate von bis zu 50 Hz12 detektiert werden. Die optoakustische Bildgebungsplattform ermöglicht die Quantifizierung verschiedener Chromophore in der Tiefe (bis zu 15 mm). Variablen wie HbO2, Hb und Melanin sind leicht zugänglich. Andere Variablen von Interesse, wie maximales sauerstoffreiches Hämoglobin (Max HbO2) und desoxygeniertes Hämoglobin (Max Hb), sind ebenfalls verfügbar. Rekonstruktionsalgorithmen aus der Software des Herstellers erlauben die Berechnung weiterer Variablen wie Gefäßdichte (μVu), mittlerer Abstand zwischen Einheiten (ζAd) und Kapillarvolumen (mm3).
Die vorliegende Studie untersucht die wesentlichen operativen Aspekte dieses neuen Systems, um seine praktischen Aspekte und potenziellen Anwendungen in der kardiovaskulären präklinischen Forschung besser zu verstehen.

<table><tbody><tr><td>Manschette</td><td>PIC</td><td>107001</td><td></td></tr><tr><td>Vorhänge</td><td>Pajunk</td><td>021151-1501</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol 70%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>EX0281</td><td></td></tr><tr><td>Gogless</td><td>Univet</td><td>559G.00.00.201</td><td></td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>Amoos</td><td>5601856202331.00</td><td></td></tr><tr><td>MSOT</td><td>iThera</td><td>MSOTAcuity</td><td></td></tr><tr><td>Stabilisierender Arm</td><td>ITEM</td><td></td><td>Selbst entwickelt und montiert</td></tr><tr><td>Ultraschallgel</td><td>Parker Laboratories</td><td>308</td><td></td></tr><tr><td>Waxing cream</td><td>Veet</td><td>kkdg08hagd</td><td></td></tr></tbody></table>

multispektrale optoakustische tomographie zur funktionellen bildgebung in der gefäßforschung

Multispectral Optoacoustic Tomography for Functional Imaging in Vascular Research

Mikrozirkulationsstörungen wurden in verschiedenen Krankheitsprozessen erkannt, die diesem wachsenden Thema in der Gefäßforschung zugrunde liegen. In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Live-Bildgebungssystemen sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der klinischen Forschung das (analytische) Tempo vorgegeben, mit dem Ziel, neue Instrumente zu schaffen, die in der Lage sind, quantifizierbare Endpunkte in Echtzeit mit klinischem Interesse und Anwendung zu liefern. Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) sind unter anderem verfügbar, aber Kosten, Bildauflösung und reduzierter Kontrast werden als häufige Herausforderungen erkannt. Die optoakustische Tomographie (OT) bietet eine neue Perspektive auf die vaskuläre funktionelle Bildgebung und kombiniert modernste optische Absorptions- und räumliche Auflösungskapazitäten (von der optischen bis zur akustischen Auflösung im Mikrometerbereich) mit der Gewebetiefe. In dieser Studie haben wir die Anwendbarkeit der multispektralen optoakustischen Tomographie (MSOT) für die funktionelle Bildgebung getestet. Das System verwendet einen abstimmbaren optischen parametrischen Oszillator (OPO), der von einem Nd: YAG-Laser gepumpt wird und Anregungsimpulse liefert, die von einer 3D-Sonde bei Wellenlängen von 680 nm bis 980 nm erfasst werden. Bilder, die vom menschlichen Unterarm erhalten wurden, wurden durch einen speziellen Algorithmus (der in der Software des Herstellers enthalten ist) basierend auf der Reaktion bestimmter Chromophore rekonstruiert. Maximales oxygeniertes Hämoglobin (Max HbO 2) und desoxygeniertes Hämoglobin (Max Hb), Gesamthämoglobin (HbT) und mittlere Sauerstoffsättigung (mSO2) bis Gefäßdichte (μVu), mittlere Abstände zwischen Einheiten (ζAd) und kapillares Blutvolumen (mm3) können mit diesem System gemessen werden. Das bei diesem OT-System gefundene Anwendbarkeitspotenzial ist relevant. Laufende Softwareentwicklungen werden sicherlich den Nutzen dieses Bildgebungssystems verbessern.

Daten, die durch optoakustische Bildgebung bereitgestellt werden, können in nachbearbeiteten Exportbildern (Abbildung 2) und geplotteten Daten (Abbildung 3) analysiert werden. Ziel war es, die Funktionsweise der optoakustischen funktionellen Bildgebung vorzustellen und ihre Anwendung in der bekannteren Gefäßforschung zu erforschen. Dazu verglichen wir Bilder, die während der Ruhe und nach einem 200 mmHg-Verschluss einer Hauptversorgungsarterie aufgenommen wurden...

Das vorliegende Protokoll beschreibt die Aufnahme multispektraler optoakustischer Bilder von in vivo menschlichen Hautgefäßen. Dazu gehört die Quantifizierung von Hämoglobin und Melanin, die als Chromophore von Interesse für die Funktionsanalyse angesehen werden.

Multispektrale optoakustische Tomographie zur funktionellen Bildgebung in der Gefäßforschung

Microcirculatory impairment has been recognized in various disease processes, underlying this growing theme within vascular research. In recent years, the ...

Dieses Protokoll mit optoakustischer Technologie ermöglicht es uns, den vaskulären Status eines Patienten in Echtzeit mit funktioneller Bildgebung zu beurteilen. Und wir können 3D-Bildscans untersuchen, die unter statischen oder dynamischen Bedingungen aufgenommen wurden. Das potenzielle Interesse eines solchen Ansatzes ist enorm und wirkt sich auf viele gesundheitsbezogene Bereiche aus.Das System bietet eine lebendige In-vivo-Visualisierung der Gefäßstruktur der Haut in verschiedenen Tiefen. Das bedeutet, dass wir sowohl auf den Hautplexus zugreifen können, auf den oberflächlichen als auch auf den tieferen, obwohl dies einige wiederholte Erfahrungen vom Bediener erfordert. Mit einer detaillierten, wirklich funktionellen Bildgebung ist eine Früherkennung und Charakterisierung mikrovaskulärer Beeinträchtigungen möglich und kann als Diagnoseinstrument oder Follow-up-Protokoll integriert werden, um den Krankheitsverlauf und/oder die Auswirkungen der Behandlung zu bewerten. Um Probandeninformationen zu laden, schalten Sie zunächst das optoakustische Bildgebungsgerät ein.Während sich die Ausrüstung aufwärmt, stellen Sie die Teilnehmerinformationen vor. Das Hauptwillkommensfenster der Software öffnet sich mit der Scan-Übersicht. Geben Sie Daten ein, nachdem Sie auf Patienten-ID geklickt haben, und beenden Sie die Anwendung, indem Sie auf Select drücken.Stellen Sie sicher, dass der Laser bereit ist, indem Sie den Gerätebildschirm überprüfen. Nach der Aufwärmzeit muss die Laserstatusleiste auf dem Gerätebildschirm vom Laser-Standby-Modus wechseln. Wählen Sie im Untersuchungsbildschirm die Voreinstellung für die optoakustische Erfassung, Hämoglobin, Oxyhämoglobin und Melanin.Drücken Sie das Fußpedal des Laserschalters und warten Sie auf die Selbstkontrolle der Laserleistung. Nach einigen Sekunden erscheint ein Fenster mit dem aktuellen Laserstatus mit einem Checkup-Bericht Lassen Sie dieses Fenster durch Drücken der verfügbaren OK-Taste los. Akklimatisieren Sie den Teilnehmer an die Laborumgebung und wählen Sie eine bequeme Position, um unnötige Bewegungen zu minimieren.Stellen Sie sicher, dass der zu scannende Bereich zuvor gereinigt wurde. Tragen Sie eine dünne Schicht Ultraschallgel auf die 3D-Tasse auf. Die Bildstabilisierung wird erreicht, indem der 3D-Becher in der gewünschten Bildposition am Unterarm des Probanden gehalten wird.Nachdem Sie den 3D-Becher auf den interessierenden Bereich gelegt haben, verriegeln Sie die stabilisierende Armsperre teilweise für die Bildaufnahme. Wählen Sie den anatomischen Bereich für die Aufnahme von Basisbildern aus. Für Erkundungszwecke wird der ventrale Unterarm empfohlen.Üben Sie minimalen Druck auf die Bildgebungsstelle aus, damit höhere Druckanzeigen ordnungsgemäß erfasst werden können. Wenn die Bildstabilität maximiert ist, erfassen Sie einen Schnappschuss des Bereichs, indem Sie die Schnappschusstaste auf dem Touchscreen drücken. Erfassen Sie den Baseline-Kontrollscan.Um das postokklusive reaktive Hyperämiemanöver zu beobachten, ist es notwendig, eine Baseline-Akquisition mit der entleerten Druckmanschette im gewünschten brachialen Bereich des Arms des Probanden aufzuzeichnen. Nachdem Sie die vorherigen Schritte ausgeführt haben, halten Sie das Laser-Fußschalterpedal für eine kontinuierliche Videoaufnahme gedrückt und achten Sie auf die Ansichtstaste auf dem Touchscreen. Das stabilisierte Bild wird angezeigt.Drücken Sie Aufnahme, um die Live-Bildaufnahme zu starten. Dynamische Messungen sind erforderlich, um das postokklusive reaktive Hyperämiemanöver zu beobachten. Blasen Sie die Manschette mit suprasystolischem Druck auf und nehmen Sie Bilder des Gefäßsystems unter Druck auf.Um ein Video aufzunehmen, um die Auswirkungen der Druckentlastung auf das abgebildete Gefäßsystem zu beurteilen, öffnen Sie das Überdruckventil, während Sie das Video aufnehmen. Folgen Sie dem Live-Bild auf dem Bildschirm. Stoppen Sie die Aufnahme, indem Sie die Stop-Taste drücken.Die optoakustische Bildgebungsplattform stoppt die Aufnahme und rendert das Video automatisch in den Vorschaumodus. In der XY-Ebene kann das Melaninsignal auch in den Ebenen YZ und XZ beobachtet werden, was die Epidermisgrenze anzeigt. Der Verschluss der Arteria brachialis provoziert eine gewisse Stasis in den größeren Gefäßen, visualisiert durch die OT-Sonde.Infolgedessen stellten wir einen Anstieg der Gesamtsignale von reduziertem und oxidiertem Hämoglobin fest, der als Zunahme von blauen und roten Farben an den Achsen XY, YZ und XZ gezeigt wurde. Das Melaninsignal bestätigt eine korrekte spektrale Entmischung, da es während der postokklusiven reaktiven Hyperämie-Bildaufnahme konstant bleibt. Im Gegensatz zu den aufgezeichneten Oxyhämoglobin- und Hämoglobinsignalen, die sich mit der Manschette ändern, ändert sich der Druck im Laufe der Zeit. Es ist wichtig, die 3D-Sonde korrekt zu handhaben, um Bilder in guter Qualität zu erhalten.Die Beherrschung der Handhabung der Sonde ist entscheidend für die korrekte Datenerfassung und -analyse. Hier zeigen wir, wie das System unter statischen und dynamischen Bedingungen eingesetzt werden kann. In diesem Fall verwendeten wir das postokklusive reaktive Hyperämie-Manöver, das ein klassischer Herausforderer ist, um lokale Anpassungsmechanismen zu erforschen.Wir können die gleichen Strategien mit unterschiedlichen Positionierungen, Messungen an anderen Körperstellen anwenden und natürlich andere Herausforderungen anwenden. Etablierte Methoden wie Laser-Doppler-Telemetrie oder Photoplethysmographie, obwohl sehr nützlich, sind Einzelpunktmessungen, die begrenzte wahllose Informationen liefern, die teilweise mit Perfusion zusammenhängen. Die mit diesem System erhaltenen funktionalen Informationen sind vom interessierenden Bereich nicht mit der Tiefe und den bereitgestellten Variablen vergleichbar.Die Messungen werden hier nicht-invasiv in vivo und in Echtzeit durchgeführt. Das Potenzial für Forschung und Diagnostik mit klinischer Anwendung ist enorm.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

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Photoakustischen Ophthalmologie (PAOM), eine optische Absorption-basierenden Bildgebungsmodalität, bietet der ergänzenden Bewertung der Netzhaut zu den derzeit verfügbaren ophthalmische Imaging-Technologien. Wir berichten über die Verwendung von PAOM mit spektraler-Domain Optischen Kohärenztomographie (SD-OCT) zur gleichzeitigen multimodalen Netzhaut bei Ratten integriert.

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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

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Hier wird eine umschaltbare akustische Auflösung (AR) und eine optische Auflösung (OR) photoakustische Mikroskopie (AR-OR-PAM) -System gezeigt, die sowohl eine hochauflösende Bildgebung in flacher Tiefe als auch eine niedrige Auflösung der tiefen Gewebeabbildung auf der gleichen Probe in vivo ermöglicht .

Umschaltbare akustische und optische Auflösung Photoakustische Mikroskopie für<em&gt; In vivo</em&gt; Kleintier-Blut-Vaskulatur-Bildgebung

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um ein großes Sichtfeld (FOV) dreidimensionale (3D) Fluoreszenz und OCT Netzhautbild mithilfe eine neuartige bildgebende multimodale Plattform abrufen. Wir werden das System-Setup, die Methode der Ausrichtung und der operativen Protokolle vorstellen. In-Vivo Bildgebung werden demonstriert und repräsentative Ergebnisse zur Verfügung gestellt werden.

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Es wurde ein doppelter Raster-Scanning-Foto-Imager entwickelt, der Weitfeld-Bildgebung und Echtzeit-Bildgebung integriert.

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Integrierte photoakustische, Ultraschall- und Angiographietomographie (PAUSAT) für die nicht-invasive Ganzhirnbildgebung des ischämischen Schlaganfalls

Hier stellen wir ein Protokoll zur Durchführung von Oxygen Sensitive – Dynamic Contrast Enhanced Optoacoustic Imaging (OS-DCE OAI) zur Bewertung präklinischer Modelle von Krebs und Wundheilung vor. OS OAI kann Oxy- und Deoxyhämoglobin abbilden und so die Sauerstoffversorgung des Gewebes kartieren. DCE-OAI kann die Pharmakokinetik eines exogenen Kontrastmittels abbilden und so die vaskuläre Perfusion kartieren.

Bewertungen der Sauerstoffversorgung und der vaskulären Perfusion in präklinischen Modellen von Krebs und Wundheilung mittels OS-DCE OAI

Erfahren Sie die multispektrale optoakustische Tomographie zur funktionellen Bildgebung in der Gefäßforschung. Diese Methode ermöglicht die Echtzeit-Visualisierung von Hautgefäßen und die frühzeitige Erkennung mikrovaskulärer Funktionsstörungen.

Multispektrale optoakustische Tomographie zur funktionellen Bildgebung in der Gefäßforschung

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