Summary
Bu yazıda over / adneksiyal lezyonların transvajinal görüntülemesi için kokayıtlı ultrason ve fotoakustik görüntüleme protokolü sunulmuştur. Protokol, diğer translasyonel fotoakustik görüntüleme çalışmaları, özellikle fotoakustik sinyallerin tespiti için ticari ultrason dizileri ve görüntüleme için standart gecikme ve toplam hüzmeleme algoritmaları kullananlar için değerli olabilir.
Abstract
Yumurtalık kanseri, erken teşhis ve tanı için güvenilir tarama araçlarının bulunmaması nedeniyle tüm jinekolojik malignitelerin en ölümcül olanı olmaya devam etmektedir. Fotoakustik görüntüleme veya tomografi (PAT), kanser tanısında önemli parametreler olan yumurtalık/adneksiyal lezyonların toplam hemoglobin konsantrasyonunu (nispi ölçek, rHbT) ve kan oksijen satürasyonunu (%sO2) sağlayabilen yeni bir görüntüleme yöntemidir. Kokayıtlı ultrason (US) ile kombine edildiğinde PAT, yumurtalık kanserlerini tespit etmek ve etkili risk değerlendirmesi ve benign lezyonların gereksiz ameliyatlarının azaltılması için yumurtalık lezyonlarını doğru bir şekilde teşhis etmek için büyük potansiyel göstermiştir. Bununla birlikte, klinik uygulamalarda PAT görüntüleme protokolleri, bildiğimiz kadarıyla, farklı çalışmalar arasında büyük ölçüde farklılık göstermektedir. Burada, diğer klinik çalışmalara, özellikle fotoakustik sinyallerin tespiti için ticari ultrason dizileri ve görüntüleme için standart gecikme ve toplam hüzmeleme algoritmaları kullananlara faydalı olabilecek bir transvajinal yumurtalık kanseri görüntüleme protokolü sunuyoruz.
Introduction
Fotoakustik görüntüleme veya tomografi (PAT), ABD çözünürlüğünde ve doku optik difüzyon sınırının (~ 1 mm) çok ötesindeki derinliklerde optik absorpsiyon dağılımını ölçen hibrit bir görüntüleme yöntemidir. PAT'ta, biyolojik dokuyu uyarmak için nanosaniyelik bir lazer darbesi kullanılır ve optik emilim nedeniyle geçici bir sıcaklık artışına neden olur. Bu, başlangıçta basınç artışına yol açar ve ortaya çıkan fotoakustik dalgalar ABD dönüştürücüleri tarafından ölçülür. Multispektral PAT, dokuyu aydınlatmak için ayarlanabilir bir lazerin veya farklı dalga boylarında çalışan çoklu lazerlerin kullanılmasını içerir, böylece optik absorpsiyon haritalarının çoklu dalga boylarında yeniden yapılandırılmasını sağlar. Yakın kızılötesi (NIR) penceresinde oksijenli ve deoksijenli hemoglobinin diferansiyel emilimine dayanarak, multispektral PAT, tümör anjiyogenezi ve kan oksijenasyon tüketimi veya tümör metabolizması ile ilgili fonksiyonel biyobelirteçler olan oksijenli ve deoksijenli hemoglobin konsantrasyonlarının, toplam hemoglobin konsantrasyonunun ve kan oksijen doygunluğunun dağılımlarını hesaplayabilir. PAT, yumurtalık kanseri 1,2, meme kanseri 3,4,5, cilt kanseri 6, tiroid kanseri 7,8, rahim ağzı kanseri9, prostat kanseri 10,11 ve kolorektal kanser12 gibi birçok onkoloji uygulamasında başarı göstermiştir.
Yumurtalık kanseri tüm jinekolojik malignitelerin en ölümcül olanıdır. Yumurtalık kanserlerinin sadece% 38'i erken (lokalize veya bölgesel) bir aşamada teşhis edilir, burada 5 yıllık sağkalım oranı% 74.2 ila% 93.1'dir. Çoğu, 5 yıllık sağkalım oranının% 30.8 veya daha az13 olduğu geç bir aşamada teşhis edilir. Transvajinal ultrasonografi (TUS), Doppler US, serum kanser antijeni 125 (CA 125) ve insan epididim protein 4 (HE4) dahil olmak üzere güncel klinik tanı yöntemlerinin erken over kanseri tanısı için duyarlılık ve özgüllükten yoksun olduğu gösterilmiştir14,15,16. Ek olarak, iyi huylu over lezyonlarının büyük bir kısmının mevcut görüntüleme teknolojileri ile doğru bir şekilde teşhis edilmesi zor olabilir, bu da artan sağlık maliyetleri ve cerrahi komplikasyonlarla gereksiz ameliyatlara yol açmaktadır. Bu nedenle, yönetimi ve sonuçları optimize etmek için adneksiyal kitlelerin risk tabakalaşması için ek doğru non-invaziv yöntemlere ihtiyaç vardır. Açıkçası, erken evre yumurtalık kanserine duyarlı ve spesifik olan ve benign lezyonlardan malign tanımlamada daha doğru bir tekniğe ihtiyaç vardır.
Grubumuz, klinik bir ABD sistemini, ışık dağıtımı için optik fiberleri barındırmak için özel yapım bir prob kılıfını ve ayarlanabilir bir lazer1'i birleştirerek yumurtalık kanseri tanısı için ortak kayıtlı bir transvajinal US ve PAT sistemi (USPAT) geliştirmiştir. USPAT sisteminden türetilen toplam hemoglobin konsantrasyonu (nispi ölçek, rHbT) ve kan oksijen satürasyonu (%sO2), erken evre yumurtalık kanserlerinin tespiti ve etkili risk değerlendirmesi ve gereksiz benign lezyon ameliyatlarının azaltılması için yumurtalık lezyonlarının doğru teşhisi için büyük potansiyel göstermiştir 1,2. Geçerli sistem şeması Şekil 1'de, kontrol bloğu diyagramı ise Şekil 2'de gösterilmiştir. Bu strateji, yumurtalık kanseri tanısı için mevcut TUS protokollerine entegre edilme potansiyeline sahipken, TUS'un duyarlılığını ve özgüllüğünü artırmak için fonksiyonel parametreler (rHbT, %sO2) sağlamaktadır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Yapılan tüm araştırmalar Washington Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır.
1. Sistem konfigürasyonu: Optik aydınlatma (Şekil 1)
- 10 Hz'de darbeli, ayarlanabilir (690-890 nm) Ti-safir lazer pompalayan bir Nd:YAG lazer kullanın.
- Önce ışını plano-içbükey bir lensle ayırarak ve ardından ışını bir plano-dışbükey lensle harmanlayarak lazer ışınını genişletin. Kirişi bir kiriş ayırıcıya yönlendirmek için iki ayna kullanın (aşağıda açıklanmıştır).
- Genişletilmiş lazer ışınını, orijinal ışını polarize edici bir ışın ayırıcı ile ikiye bölerek ve ardından iki ışını iki ikinci aşama ışın ayırıcı ile bölerek eşit enerjiye sahip dört ışına bölün.
- Dört adet çok modlu optik fiberi fiber aynalarla bağlayın.
- Dört lazer ışınını dört fibere odaklamak için dört plano-dışbükey lens kullanın.
- Lazer güvenliği hususları nedeniyle, optik yolun açığa çıkmadığından emin olmak için tüm optik bileşenleri metal bir kutunun altına koyun.
- Dört lifin diğer uçlarını transvajinal ultrason probuna takın ve probu ve lifleri koruyucu bir kılıf içine alın.
NOT: Dönüştürücünün kılıfı ve akustik penceresi, aydınlatma homojenliğini artırmak için oldukça yansıtıcı beyaz boya ile kaplanmıştır. Işık dağıtımı için dört lifin kullanımını da içeren bu kurulumun daha önce transvajinal uygulamalar için en uygun olduğu gösterilmiştir17. Daha fazla bilgi için tartışmaya bakın.
2. Sistem yapılandırması: Ultrasonik algılama ve tarama şeması
- Programlanabilir bir klinik ABD sistemi kullanın.
NOT: Programlanabilir bir sistem, ham ultrason verilerine erişilebileceği ve özel veri toplama protokollerinin ve işleme algoritmalarının programlanabileceği anlamına gelir. - rHbT, %sO2 haritaları ve diğer işlevsel parametrelerin gerçek zamanlı görselleştirilmesi için USPAT ekran yazılımını çalıştırmak üzere ABD sistemine ek bir monitör bağlayın.
- Lazerin dahili tetiğini ABD sisteminin dış tetiğine bağlayın.
- Birlikte kayıtlı mod sırasında zaman bölmeli çoklama yaklaşımı kullanın; Özellikle, her dalga boyu için, sırayla beş ardışık PAT çerçevesi ve bir ortak kayıtlı ABD çerçevesi elde edin. Sinyal-gürültü oranını artırmak için PAT karelerinin ortalamasını alın. Dört dalga boyu için toplam veri toplama süresi yaklaşık 15 s'dir.
3. Sistem kalibrasyonu
- Lazer pompası enerjisini sabit bir seviyeye ayarlayın.
- Her dalga boyu için (750 nm, 780 nm, 800 nm ve 830 nm), seçilen her dalga boyunda hesaplanan enerji yoğunluğunun Tablo 1'de verilen beklenen değerde olduğundan emin olmak için her fiber ucundaki darbe başına enerji çıkışını kontrol edin.
- Enerji çıkışı beklenenden düşükse, ayna ve ışın ayırıcı açılarını ayarlayarak optik hizalamada ince ayar yapın. Bu adım her zaman gerekli değildir.
- Enerji tatmin edici olana kadar 3.2-3.4 arasındaki adımları yineleyin.
- Dört fiberin enerji çıkışını her dalga boyunda kaydedin ve USPAT ekran yazılımındaki değerleri girin.
NOT: Bu değerler, rHbT'nin hesaplanmasını kalibre etmek için kullanılır. Lazer enerjisi zamanla dalgalanır ve kalibrasyon, multispektral PAT verilerinden hesaplanan nicel parametrelerin mümkün olduğunca doğru olmasını sağlar.
4. Örnek bir deneysel prosedür: İnsan yumurtalıklarının transvajinal USPAT görüntülemesi
- USPAT görüntüleme sisteminin hazırlanması
- Endokavite US probunu ve kapak kılıfını kurumdaki standart ultrason probu temizleme protokolü ile dezenfekte edin.
- Klinik ABD sistemini açın, ABD sistem yazılımını başlatın ve doğru ABD dönüştürücüsünü seçin.
- Lazer sistemini adım 3'teki gibi kalibre edin.
- Her dalga boyu için toplam darbe enerjisini USPAT ekran yazılımına girin.
- USPAT probunu, lifleri ve probu prob kılıfının içine kapatarak monte edin.
- Hastanın hazırlanması
- Bilgilendirilmiş onam almak ve hastayı hazırlamak için kuruma özgü protokolü takip edin.
- Görüntüleme
- Pulse-echo US kullanarak hedef yumurtalık bulun.
NOT: Bu adım, derinlik, dinamik aralık ve TGC gibi klinik ABD makinesindeki görüntüleme parametrelerini ayarlamakta özgür olan çalışma doktoru tarafından yapılır. - USPAT kontrol yazılımında istediğiniz derinliği seçin.
- Ortak kayıtlı USPAT B modu veri toplamayı başlatmak için kontrol yazılımında Tara'yı tıklatın. Birlikte kayıtlı ABD ve PAT B modu görüntülerini ve yeniden yapılandırılmış işlevsel haritaları gerçek zamanlı olarak incelemek için USPAT görüntü görüntüleme yazılımını izleyin.
- Daha fazla görüntü elde etmek ve (gerekirse) ikinci lezyonu görüntülemek için 4.3.1-4.3.3 adımlarını tekrarlayın.
- Pulse-echo US kullanarak hedef yumurtalık bulun.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Burada, USPAT tarafından görüntülenen malign ve normal over lezyonlarının örneklerini gösteriyoruz. Şekil 3'te , kontrastlı BT ile ortaya çıkan bilateral multikistik adneksiyal kitleleri olan 50 yaşında premenopozal bir kadın görülmektedir. Şekil 3A , sol adneksin ABD görüntüsünü ve ROI'nin kistik lezyon içindeki şüpheli solid nodülü işaretlediğini göstermektedir. Şekil 3B, ABD'nin üzerine bindirilmiş ve kırmızı renkle gösterilen PAT rHbT haritasını göstermektedir. rHbT, 1 cm ila 5 cm derinlik aralığında geniş diffüze vasküler dağılım gösterdi ve seviye 17.1'de (a.u.) yüksekti. Şekil 3C , ABD'ye bindirilen %sO2 dağılımını göstermektedir ve seviye% 46.4'lük bir ortalama değerde düşüktü. ROI'deki rHbT ve %sO2 histogramları, rHbT ve %sO2 haritalarının sağ köşesinde gösterilir. Cerrahi patolojide hem sağ hem de sol yumurtalıklarda iyi diferansiye endometrioid adenokarsinom saptandı.
Şekil 4'te bilateral kistik lezyonları olan 46 yaşında bir kadın hasta görülmektedir. Şekil 4A , maksimum çapı 4.2 cm olan basit bir kist ile sağ yumurtalığın ABD görüntüsünü göstermektedir. Şekil 4B, kokayıtlı ABD'nin üzerine bindirilen PAT rHbT haritasını, lezyonun sol tarafında düşük bir ortalama seviye olan 4.8 (a.u) ile saçılma sinyallerini göstermektedir. Şekil 4C , %67,5'lik daha yüksek bir %sO2 içeriği ortaya çıkaran %sO2 haritasını göstermektedir. Cerrahi patolojide foliküler kistli normal sağ over saptandı.
Pilot verilere dayanarak, malign over lezyonları benign lezyonlara kıyasla ortalama 1.9 kat daha yüksek rHbT ve %9 daha düşük %sO2 olarak saptandı1. Bu iki temsili örnek, ABD ile saptanan lezyonların tanısında PAT tarafından sağlanan fonksiyonel parametrelerin önemini vurgulamaktadır.
| Dalga boyu | 750 mil | 780 mil | 800 nm | 830 nm |
| Elyaf 1 | 4,79 mJ/cm2 | 6,16 mJ/cm2 | 6,59 mJ/cm2 | 6,33 mJ/cm2 |
| Elyaf 2 | 4,62 mJ/cm2 | 5,39 mJ/cm2 | 5,99 mJ/cm2 | 6,50 mJ/cm2 |
| Elyaf 3 | 4,79 mJ/cm2 | 6,07 mJ/cm2 | 6,76 mJ/cm2 | 6,84 mJ/cm2 |
| Elyaf 4 | 4,70 mJ/cm2 | 6,07 mJ/cm2 | 6,67 mJ/cm2 | 6,50 mJ/cm2 |
| Toplam | 18,90 mJ/cm2 | 23,69 mJ/cm2 | 26,01 mJ/cm2 | 26,17 mJ/cm2 |
| MPE (ANSI) | 25,2 mJ/cm2 | 28,9 mJ/cm2 | 31,7 mJ/cm2 | 36,4 mJ/cm2 |
Tablo 1: mJ/cm2 birimlerinde temsili lazer enerji yoğunluğu ölçümleri, karşılık gelen MPE değerleri ile birlikte dört dalga boyu için dört fiber ucuna bağlanmıştır.
Şekil 1: Ortak kayıtlı US ve PAT sistemi ve probu. ABD sistemi, USPAT ekran yazılımı için başka bir monitörle genişletildi ve ABD alımını senkronize etmek için lazer tetikleyicileri aldı. Lazer ışını bir plano-dışbükey lens (L1) tarafından genişletilir, bir plano-içbükey lens (L2) tarafından harmanlanır, iki aşamalı ışın ayırıcı (BS) ile dört ışına bölünür ve dört plano-dışbükey lens (L3-6) ve fiber kuplörler (FC1-4) ile çok modlu fiberlere (MMF) bağlanır. Lifler, endokavite US probuna özel bir prob kılıfı aracılığıyla tutturulur. Aynalar (M), gerektiğinde sınırlı alandaki ışığı yönlendirmek için kullanılır. Kontrol bilgisayarı gösterilmez. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: USPAT kontrol yazılımının blok diyagramı. Kontrol yazılımı, lazer dalga boyunu değiştirerek, klinik ABD sistemine veri toplama komutları göndererek ve verileri işlemek ve görselleştirmek için ekran yazılımına sinyal göndererek görüntüleme işlemini otomatikleştirir. Klinik ABD sistemi, lazer uyarımını ABD tespiti ile senkronize etmek için doğrudan lazerden tetikleyiciler alır. Ekran yazılımı, RF verilerini dosya sisteminden okur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Bilateral multikistik adneksiyal kitleleri olan 50 yaşında premenopozal bir kadın hastada kontrastlı BT ile ortaya çıktı . (A) Sol adneksin US görüntüsünde ROI ile kistik lezyon içindeki şüpheli solid nodülü işaretledi. (B) PAT rHbT haritası ABD'nin üzerine bindirilmiş ve kırmızı renkle gösterilmiştir. rHbT, 1 cm ila 5 cm derinlik aralığında geniş diffüze vasküler dağılım gösterdi ve seviye 17.1'de (a.u.) yüksekti. (C) %sO2 dağılımı ABD'ye üst üste bindirilmiştir. Seviye, ortalama %46,4 ile düşük bir seviyedeydi. Cerrahi patolojide hem sağ hem de sol yumurtalıklarda iyi diferansiye endometrioid adenokarsinom saptandı. Derinlik, B tarama görüntülerinin sağ tarafında işaretlendi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: 46 yaşında bilateral kistik lezyonları olan kadın hasta. (A) Sağ yumurtalığın ABD'si ve maksimum çapı 4.2 cm olan basit bir kist. (B) PAT rHbT haritası, lezyonun sol tarafında saçılma sinyallerini gösteren ve düşük bir ortalama seviye olan 4.8 (a.u) ile birlikte kayıtlı ABD'ye üst üste bindirilmiştir. (C) %sO2 haritası %67,5 gibi daha yüksek bir %sO2 içeriği ortaya koymuştur. Cerrahi patolojide foliküler kistli normal sağ over saptandı. Derinlik, B tarama görüntülerinin sağ tarafında işaretlendi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 1: Prob kılıfı. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Optik aydınlatma
Kullanılan elyaf sayısı iki faktöre dayanır: ışık aydınlatma homojenliği ve sistem karmaşıklığı. Sıcak noktalardan kaçınmak için cilt yüzeyinde düzgün bir ışık aydınlatma desenine sahip olmak çok önemlidir. Sistemi minimum sayıda fiber ile basit ve sağlam tutmak da önemlidir. Dört ayrı elyafın kullanılmasının, birkaç milimetre ve ötesindeki derinliklerde düzgün aydınlatma oluşturmak için en uygun olduğu daha önce gösterilmiştir. Ek olarak, dört optik fibere ışık bağlantısı, hasta çalışmaları için gerektiği gibi nispeten basit ve sağlamdır. Daha önce, yüksek yansıtıcı bir prob kılıfına yerleştirilmiş (tasarım için Ek Dosya 1'e bakınız) fiber uçları dokudan yaklaşık 10 mm uzakta olan dört adet 1 mm çekirdekli çok modlu optik fiberin kullanılmasının, transvajinal fotoakustik görüntüleme17 için en uygun olduğunu göstermiştik.
USPAT ekran yazılımı
Kullandığımız klinik ABD sistemi, tek dalga boyundaki PAT21'in gerçek zamanlı gösterimi için programlanabilir. Bununla birlikte, yöntemimiz işlevsel parametreleri hesaplamak için multispektral PAT verilerinin özel olarak sonradan işlenmesini gerektirir, bu nedenle işlevsel haritaları ve parametreleri hesaplamak ve görselleştirmek için C++'ta kendi USPAT görüntüleme yazılımımızı uygulamayı seçtik. US ve PAT B modu görüntüleri, standart gecikme ve toplam hüzmeleme, günlük sıkıştırma ve dinamik aralık kullanılarak RF verilerinden hesaplanır ve daha sonra bir fan şekline interpolasyon yapılır. Multispektral PAT verilerinden hesaplanan rHbT ve %sO2 haritaları (tartışmanın ilerleyen bölümlerinde "rHbT ve %sO2'nin hesaplanması" bölümüne bakın) ortak kayıtlı görüntüde veya isteğe bağlı olarak kullanıcı tanımlı bir ilgi bölgesinde (ROI) görüntülenir. %sO2 ve rHbT'nin ortalaması ve maksimumu, referans için ekranda görüntülenir. Görüntüleme sırasında, görüntüleme yazılımı, çevrimiçi işleme ve gerçek zamanlı görselleştirme için USPAT kontrol yazılımından TCP/IP üzerinden uzaktan yordam çağrılarını (RPC) dinlemek üzere sunucu modunda kullanılır. Çevrimdışı işleme ve görselleştirme için de kullanılabilir.
Görüntü işleme algoritmaları en iyi GPU gibi özel grafik donanımlarında uygulanır, ancak bu çalışmada, optimize edilmiş bir CPU uygulamasıyla tatmin edici bir performans elde edebildik. En büyük performans kazanımları, uzamsal alan algoritmalarının frekans alanı eşdeğerleriyle değiştirilmesinden geldi. Hızlı Fourier Dönüşümünden yararlanarak, genellikle O(n 2), zaman karmaşıklığına sahip olan uzamsal filtreleme işlemlerinin hesaplama karmaşıklığını, pratikte doğrusal zamana çok yakın olan O(n logn)'ye önemsiz bir şekilde iyileştirebiliriz. Ayrıca, ham RF verilerinin filtrelenmesi için, sonlu darbe yanıtı (FIR) filtrelemesinde üstün olan Overlap-Add yöntemi18 ile hızlı ayrık evrişim uyguladık.
rHbT ve %sO2 hesaplaması
Multispektral PAT verilerinden türetilen fonksiyonel parametrelerin hesaplanması USPAT görüntüleme yazılımında uygulanır ve fonksiyonel parametreler gerçek zamanlı olarak otomatik olarak hesaplanır ve görselleştirilir. Kısaca, negatif olmayan doğrusal en küçük kareler problemini çözerek her pikseldeki oksi-hemoglobin ve deoksi-hemoglobin (bağıl ölçek, rHbO ve rHbR) konsantrasyonunu hesapladık:
burada g , dört dalga boyundaki ölçümleri temsil eder, H , her dalga boyunda oksi-hemoglobin ve deoksi-hemoglobinin yok olma katsayılarının matrisini temsil eder ve f, rHbO ve rHbR'yi temsil eder. rHbT basitçe rHbO ve rHbR'nin toplamıdır ve %sO2, rHbO:rHbT2 oranından hesaplanabilir. Bu parametrelerin hesaplanması USPAT ekran yazılımında uygulanır ve tamamen otomatiktir. Sistem ile bu yöntem, intralipid çözeltisi2'de asılı olan kalibre edilmiş kan tüpü hayaletlerinin ölçülmesiyle doğrulanır.
USPAT kontrol yazılımı
USPAT kontrol yazılımı, dalga boyu ayarı için lazer, veri toplama için klinik ABD sistemi ve veri işleme ve görselleştirme için USPAT ekran yazılımı ile iletişim kurarak USPAT veri toplama sürecini otomatikleştirir. Grafik kullanıcı arayüzünde (GUI) derinliği seçtikten sonra, yazılım doğru sıra dosyasını yüklemek için ABD sistemine (ethernet kablosu üzerinden TCP / IP üzerinden) bir komut gönderir. Tara düğmesi, bir dizi birlikte kayıtlı multispektral PAT ve ABD verisinin alınma işlemini başlatır. İlk olarak, kontrol yazılımı lazer dalga boyunu (USB üzerinden) en düşükten en yükseğe doğru sırayla ayarlarken, ABD sistemi birlikte kayıtlı PAT ve ABD çerçevelerini alır. Son olarak, kontrol yazılımı, ABD ve PAT B modu görüntülerini hesaplamak, işlevsel haritaları yeniden oluşturmak ve bunları gerçek zamanlı olarak görüntülemek için USPAT ekran yazılımını (TCP / IP üzerinden) tetikler. Aynı zamanda, lazer en düşük dalga boyuna geri ayarlanır.
Sınırlama
Şu anda, USPAT tekniğinin birkaç sınırlaması vardır. İlk olarak, fotoakustik görüntüleme 4-10 MHz bant genişliğindeki ticari ABD dönüştürücüleri ile sadece yaklaşık 5 cm derinliğe ulaşabilir. Bu nedenle, 5 cm'den daha derin yumurtalıklar için veya hedef patolojik süreç büyük bir adneksiyal kitle içindeki vajinal forniksten 5 cm'den fazla olduğunda, PAT sınırlıdır. İkincisi, US transdüserinin sınırlı görüş alanı, lezyonun rHbT ve %sO2 kontrastını daha iyi temsil eden bir ortalama elde etmek için daha büyük bir lezyonun birden fazla açıda taranmasını gerektirir. Üçüncüsü, göreceli toplam hemoglobin konsantrasyonu bildirilmiştir, çünkü PAT ölçümleri yerel akıcılık dağılımının ve optik absorpsiyon profilinin ürünüdür. Optik absorpsiyon profilini in vivo ölçümlerden tahmin etmek zordur. Son zamanlarda, mutlak toplam hemoglobin konsantrasyonu19'un yeniden yapılandırılması için sinir ağı tabanlı yaklaşımlar araştırılmıştır, ancak bu yaklaşımlar doğrulanmaya devam etmektedir. Son olarak, multispektral fotoakustik görüntülemenin kare hızı, lazerin dalga boyunu ayarlayabileceği hız ile sınırlıdır. Lazer 10 Hz'de çalışır ve mekanik olarak ayarlanır ve dört dalga boyu için veri toplama yaklaşık 15 s sürer, bu nedenle kare hızını iyileştirmede darboğaz budur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların makalede ilgili hiçbir finansal çıkarları yoktur ve açıklanacak başka potansiyel çıkar çatışmaları yoktur.
Acknowledgments
Bu çalışma NCI (R01CA151570, R01CA237664) tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, Dr. Mathew Powell liderliğindeki tüm GYN onkoloji grubuna, hastaları işe almaya yardımcı oldukları için, radyologlar Dr. Cary Siegel, William Middleton ve Malak Itnai'ye ABD çalışmalarına yardımcı oldukları için ve patolog Dr. Ian Hagemann'a verilerin patoloji yorumuna yardımcı oldukları için teşekkür eder. Yazarlar, Megan Luther ve GYN çalışma koordinatörlerinin çalışma programlarını koordine etme, çalışma için hastaları belirleme ve bilgilendirilmiş onam alma çabalarını minnetle kabul etmektedir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Clinical US imaging system | Alpinion Medical Systems | EC-12R | Fully programmable clinical US system |
| Dielectric mirror | Thorlabs | BB1-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Endocavity US transducer | Alpinion Medical Systems | EC3-10 | Transvaginal ultrasound probe |
| Laser power meter | Coherent | LabMax TOP | Used to measure laser energy |
| Multi-mode optical fiber | Thorlabs | FP1000ERT | Couple laser light to the endocavity ultrasound probe |
| Non-polarizing beam splitter plate | Thorlabs | BSW11 | For splitting laser beam into sensors to measure energy |
| Plano-concave lens | Thorlabs | LC1715 | For laser beam expansion |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1484-B | For laser beam collimation |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1433-B | Used to focus light into four optical fibers |
| Polarizing beam splitter cube | Thorlabs | PBS252 | For splitting laser beam into four beams |
| Protective probe shealth | Custom 3D printed | Hold and protect the four optical fibers at the tip of the ultrasound probe | |
| Right angle prism mirror | Thorlabs | MRA25-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Tunable laser system | Symphotic TII | LS-2145-LT50PC | Light source for multispectral PAT |
| USPAT control software | Custom developed in C++ | Controls acquisition parameters of the ultrasound machine and the laser wavelength | |
| USPAT image display software | Custom developed in C++ | Displays the US/PAT B-scans and sO2/rHbT maps in real time |
References
- 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 blood oxygenation saturation in ovarian cancer diagnosis using multi-spectral photoacoustic tomography. Journal of Biophotonics. 14 (4), 202000368 (2021).
- Dogan, B. E., et al. Optoacoustic imaging and gray-scale US features of breast cancers: Correlation with molecular subtypes. Radiology. 292 (3), 564-572 (2019).
- Menezes, G. L. G., et al. Downgrading of breast masses suspicious for cancer by using optoacoustic breast imaging. Radiology. 288 (2), 355-365 (2018).
- Neuschler, E. I., et al. A pivotal study of optoacoustic imaging to diagnose benign and malignant breast masses: A new evaluation tool for radiologists. Radiology. 287 (2), 398-412 (2018).
- von Knorring, T., Mogensen, M. Photoacoustic tomography for assessment and quantification of cutaneous and metastatic malignant melanoma - A systematic review. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 33, 102095 (2021).
- Han, S., Lee, H., Kim, C., Kim, J. Review on multispectral photoacoustic analysis of cancer: Thyroid and breast. Metabolites. 12 (5), 382 (2022).
- Kim, J., et al. Multiparametric photoacoustic analysis of human thyroid cancers in vivo. Cancer Research. 81 (18), 4849-4860 (2021).
- Basij, M., Karpiouk, A., Winer, I., Emelianov, S., Mehrmohammadi, M. Dual-illumination ultrasound/photoacoustic system for cervical cancer imaging. IEEE Photonics Journal. 13 (1), 6900310 (2021).
- Agrawal, S., et al. development, and multi-characterization of an integrated clinical transrectal ultrasound and photoacoustic device for human prostate imaging. Diagnostics. 10 (8), 566 (2020).
- Kothapalli, S. -R., et al. Simultaneous transrectal ultrasound and photoacoustic human prostate imaging. Science Translational Medicine. 11 (507), 2169 (2019).
- Leng, X., et al. Assessing rectal cancer treatment response using coregistered endorectal photoacoustic and US imaging paired with deep learning. Radiology. 299 (2), 349-358 (2021).
- Surveillance, Epidemiology, and End Results Program. Cancer of the Ovary - Cancer Stat Facts. National Cancer Institute. , Available from: https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html (2022).
- Temkin, S. M., et al. Outcomes from ovarian cancer screening in the PLCO trial: Histologic heterogeneity impacts detection, overdiagnosis and survival. European Journal of Cancer. 87, 182-188 (2017).
- Kobayashi, H., et al. A randomized study of screening for ovarian cancer: A multicenter study in Japan. International Journal of Gynecological Cancer. 18 (3), 414-420 (2008).
- Andreotti, R. F., et al. O-RADS US risk stratification and management system: A consensus guideline from the ACR ovarian-adnexal reporting and data system committee. Radiology. 294 (1), 168-185 (2020).
- Salehi, H. S., et al. Design of optimal light delivery system for coregistered transvaginal ultrasound and photoacoustic imaging of ovarian tissue. Photoacoustics. 3 (3), 114-122 (2015).
- Oppenheim, A. V., Schafer, R. W. Digital Signal Processing. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (1975).
- Zou, Y., Amidi, E., Luo, H., Zhu, Q. Ultrasound-enhanced Unet model for quantitative photoacoustic tomography of ovarian lesions. Photoacoustics. 28, 100420 (2022).
- Prince, J. L., Links, J. M. Medical Imaging Signals and Systems. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (2006).
- Kim, J., et al. Programmable Real-time Clinical Photoacoustic and Ultrasound Imaging System. Scientific Reports. 6, 35137 (2016).
