Name: Cistografía fotoacústica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-06-11T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 49 s
Description: Aprende cistografía fotoacústica para imagenología vesical no invasiva en ratas usando trazadores ópticos no tóxicos. Este método evita radiación ionizante y ofrece alta resolución espacial para aplicaciones pediátricas seguras.

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Este trabajo fue apoyado en parte por una subvención del programa de estudios piloto de la Universidad de Buffalo Centro de Investigación Clínica y Traslacional y el Consorcio traslacional Buffalo, una beca de la Fundación Roswell Park Alliance, los fondos de puesta en marcha de la Universidad de Buffalo, el Programa Creativo Consilience IT de MKE y NIPA (C1515-1121-0003) y la concesión de la NRF MEST (desde 2.012 hasta 0.009.249).

1. Modo de sistema cistografía fotoacústica Reflexión Profunda (PAC) <ol><li> Configuración del sistema 17, 18 <ol><li> A Q-switched Nd: YAG (SLII-10; Continuum, 532 nm) bombea un láser de longitud de onda sintonizable (Surelite OPO PLUS; Continuum, rango de ajuste de longitud de onda: 680 a 2500 nm). </li><li> La duración del pulso de cada disparo de láser es de ~ 5 nseg, y la tasa de repetición del láser es de 10 Hz. </li><li> La longitud de onda depende del pico de absorción óptica del agente de contraste usado. Si el azul de metileno sirve como el agente de contraste, se utiliza una longitud de onda óptica de 667 nm, donde la absorción es máxima. Nanoestructuras de oro Plasmónicos pueden tener resonancia de plasmón superficial sintonizable localizada en la región espectral NIR, sobre la base de sus propiedades físicas y químicas. Además, el amplio espectro de absorción de los nanotubos de carbono de pared única puede proporcionar una amplia opción para la selección de longitud de onda. </li><li> La luz que sale del láser sintonizable se entrega a una lente esférica cónica tediante prismas en ángulo recto (PS908, Thorlabs). </li><li> Un patrón de haz de luz en forma de rosquilla se genera cuando la luz pasa a través de la lente cónica esférica. La casa hizo-lente cónica está hecho de una lente de BK7 y el ángulo del cono es de 152 °. El diámetro de la lente es de 2,5 cm. </li><li> El haz de luz en forma de dona divergentes se redirige a través de un condensador óptico, hecho de una hoja de acrílico transparente. Los diámetros de las superficies superior e inferior son 6,1 y 4,8 cm, respectivamente. El espesor del condensador es de 2,5 cm. La forma del haz de luz en forma de anillo redirigido una forma de rosquilla con un centro oscuro en la superficie del tejido. </li><li> Utilice un recipiente de agua pequeños para aumentar el acoplamiento acústico. El depósito de agua tiene una abertura inferior envuelto con una película delgada de polietileno transparente que es ópticamente y acústicamente transparente. Los animales pequeños se colocan bajo el recipiente de agua. </li><li> Las ondas generadas PA son detectadas por un transductor de ultrasonido enfocado esférica (V308;Olympus NDT; 5 MHz frecuencia central), que está montado en el centro del condensador óptico. El diámetro de los elementos y la distancia focal del transductor son 1,9 y 2,5 cm, respectivamente. Así, el número f del transductor es de ~ 1,3. </li><li> Los acuerdos transversales y axiales son 590 y 144 m, respectivamente. </li><li> Las olas PA detectadas se amplifican por primera vez por un emisor / receptor (5072PR, Olympus NDT, ancho de banda 35 MHz y 59 dB de ganancia RF) de ultrasonidos de banda ancha, y luego adquirida por un osciloscopio (TDS5054; Tektronix). </li><li> Obtener imágenes de resolución temporal de una dimensión (denominados como A-line), midiendo los tiempos de llegada de las ondas PA. Actualmente, se supone que la velocidad de las ondas PA a estar en 1480 m / seg sobre toda la adquisición de la imagen. Dos (llamado como B-scan) y PA imágenes tridimensionales pueden ser adquiridos por el movimiento mecánico de la fase de exploración de trama lineal (XY6060; Danaher Dover). </li><li> El tiempo de formación de imágenes es de ~ 25 min una imagen PA de una sola longitud de onda volumétrica con una decampo de visión (FOV) de 2,5 x 2,4 x 1,5 cm 3 en los planos xyz. Hemos adquirido 125 muestras a lo largo de la dirección x con un tamaño de paso de 0,2 mm, 60 muestras a lo largo de la dirección y con un tamaño de paso de 0,4 mm. 500 puntos de datos con una velocidad de muestreo de 50 MHz se obtuvieron a lo largo de la dirección z. El barrido mecánico es controlado por un sistema de software NI LabVIEW casera. </li><li> Los datos volumétrica está representado por proyección de máxima amplitud (PAM) utilizando un sistema de software de The MathWorks MATLAB. </li></ol></li><li> Sistema de alineación <ol><li> Después de la lente cónica esférica, asegúrese de que la distribución de la luz es una forma de anillo perfecto. Si no se genera correctamente el patrón de luz en forma de dona, las señales originadas PA de la superficie de la piel son dominantes. Por lo tanto, es difícil de lograr imágenes de tejido profundo. </li><li> El foco de luz con forma lineal en el agua debe ser alineado coaxialmente con la zona central de ultrasonido. Si los que no están alineados coaxialmente, el sistema adolece de baja relación señal-relación de ruido. </li><li> El irradiado energía del pulso láser sobre la superficie de la piel varía de ~ 1 - 2 mJ / cm 2 cuando la longitud de onda está sintonizado a partir de 680 a 1000 nm, respectivamente. Estas energías de impulso láser son mucho menores que el límite de seguridad American National Standards Institute, variando de 20 a 80 mJ / cm 2 sobre la región espectral, respectivamente. </li></ol></li></ol> 2. In vivo y ex vivo de imágenes Procedimientos <ol><li> Preparación de los animales <ol><li> Usar ratas Sprague-Dawley hembra con un peso de 200 - 250 g en todos los experimentos de imagen PA. </li><li> Para empezar, anestesiar la rata mediante una inyección intraperitoneal de una mezcla de ketamina (85 mg / kg de peso corporal) y xilazina (15 mg / kg). </li><li> Depilar los pelos en la zona abdominal. </li><li> Coloque la rata encima de un soporte de los animales a medida. </li><li> Escudo de un catéter de calibre 22 con lubricante para mejorar la inserción del catéter. </li><li> Sostenga el catéter vertically sobre la abertura uretral. A continuación, insertar el extremo distal del catéter, horizontalmente, en la uretra hasta el cubo del catéter finalmente llega a la abertura. </li><li> La orina en la vejiga, se anulará a través del catéter. </li></ol></li><li> En imágenes in vivo PAC <ol><li> Coloque la rata, que se encuentra en la parte superior del soporte de los animales, por debajo del recipiente de agua en el sistema de PAC. </li><li> Aplique el gel de ultrasonido (Sonotech) entre la superficie de la piel animal y la membrana de plástico para mejorar el acoplamiento acústico. </li><li> Anestesiar completamente la rata utilizando isoflurano vaporizado (1 L / min de oxígeno y 0,75% de isoflurano) durante la formación de imágenes in vivo experimentos en PA. </li><li> Obtener una imagen PA de control antes de la inyección de agentes de contraste. </li><li> Introducir una solución acuosa de azul de metileno (0,8 l / g de peso corporal con una concentración de 30 mM), nano-cajas de oro (1,2 l / g de peso corporal con una concentración de 2 nM), o nanotubos de carbono de pared única (0,8 l / g cuerpo peso conuna concentración de 0,3 mM) a la vejiga a través del catéter. Utilice una jeringa-ml-1 con un catéter de calibre 22. </li><li> Adquirir una serie de imágenes PA. </li></ol></li><li> Ex vivo PAC imágenes <ol><li> Sacrificio en la rata después de la formación de imágenes in vivo PAC, mediante la inyección de una sobredosis de pentobarbital. </li><li> Retire los dos órganos principales, vejigas y los riñones, para investigar biodistribución, y en una placa de vidrio. </li><li> Coloque la placa de vidrio por debajo del recipiente de agua en el sistema de PAC. </li><li> Aplique el gel de ultrasonido (Sonotech) entre los órganos extirpados y membrana plástica para mejorar el acoplamiento acústico. </li><li> Adquirir imágenes PA. </li><li> Imagen Photoacoustically los órganos extraídos de una rata sana como un control. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Todos los experimentos con animales se ajustaban a la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo Institucional Cuidado de Animales y el empleo. Los autores no tienen nada que revelar.

En conclusión, hemos demostrado la posibilidad de no ionizantes PAC usando absorbentes ópticos no tóxicos en un modelo de rata in vivo. Hemos captado con éxito una vejiga de rata llenado con absorbentes ópticos utilizando nuestro sistema PAC no ionizante y no invasiva. Dos problemas de seguridad críticos se han resuelto en nuestro enfoque: (1) el uso de radiación ionizante para aplicaciones cistográficas y (2) no acumulación de agentes de contraste en el cuerpo. Nuestro interés clín...

De rayos X cistografía 1 es un proceso de formación de imágenes para identificar enfermedades relacionados con la vejiga, tales como cáncer de vejiga, reflujo vesicoureteral, obstrucción de uréteres, vejiga neurogénica, etc. 2-5 Típicamente, las orinas, se anulan y un agente radiopaco se inyecta a través de un catéter. A continuación, las imágenes de rayos X de fluoroscopia se adquieren para delinear vejigas urinarias. Sin embargo, la cuestión clave de seguridad es que la radiación ionizante perjudicial se utiliza en este procedimiento. El porcentaje de riesgo de cáncer acumulada a la edad de 75 años debido al diagnóstico de rayos X entre un 0,6 a un 1,8%. 6 Además, la amenaza cancerígena es significativo en pacientes pediátricos. Un estudio del Reino Unido mostró que entre 9 principales órganos internos, la dosis de radiación media anual de rayos X de diagnóstico fue más alta en las vejigas en las niñas menos de 4 segundos y más alta en niños varones de menos de 4. 7 Esto indica que el riesgo de cáncer de vejiga es más significativo en los pacientes pediátricos. Although radiólogos pediátricos tratan de reducir la tasa de exposición a la radiación tan bajo como sea razonablemente posible, la radiación ionizante no puede excluirse por completo. Por lo tanto, la limitación crea la necesidad de una radiación libre de modalidad de imagen completamente, sensible, costo-efectiva, y de alta resolución con agentes de contraste no radiactivos en cistografía. Recientemente, la tomografía fotoacústica (PAT) se ha convertido en una modalidad de imagen biomédica principal porque PAT puede proporcionar contrastes de absorción óptica fuertes y una alta resolución espacial ultrasónica en los tejidos biológicos. 8 El principio de PAT es que las ondas ultrasónicas se inducen debido a la expansión termoelástica de un objetivo seguido por la absorción de la luz. Mediante la detección resuelta en el tiempo las ondas acústicas que viajan a través de un medio, de dos o imágenes tridimensionales fotoacústica (PA) se forman. Dado que el ultrasonido (EE.UU.) es mucho menos dispersa en los tejidos en comparación con la luz (por lo general dos o tres órdenes de magnitud), laprofundidad de formación de imágenes de PAT puede alcanzar hasta ~ 8 cm de tejidos, mientras que la resolución espacial se mantiene a 1/200, de la profundidad de formación de imágenes 9 Las ventajas clave de PAT para la aplicación cistográfica incluyen:. (1) PAT está completamente libre de ionizante la radiación. (2) sistemas de ClinicalUSimaging se pueden adaptar fácilmente para suministrar de doble modal PA y capacidades de imagen de Estados Unidos. Por lo tanto, el sistema de doble modal PA / EE.UU. formación de imágenes puede ser relativamente fáciles de transportar, rentable, y rápido, que son criterios clave para la traducción clínica rápida. Utilizando tanto endógenas como exógenas contrastes, PAT ha proporcionado imágenes de alta resolución morfológica, funcional y molecular de los tejidos para estudiar la fisiopatología tumoral, la hemodinámica del cerebro, los órganos internos, la oftalmología, la angiografía, y etc. 10-16 En este artículo, nos demuestran los protocolos experimentales de cistografía fotoacústica no ionizante (PAC) con el infrarrojo cercano (NIR) absorbentes ópticos (es decir, el azul de metileno, vayanano-cajas ld, o nanotubos de carbono de pared única) como trazadores óptica-turbias no tóxicos. Vejigas llenas de ratas con los agentes de contraste se photoacoustically y espectroscópica delineados en vivo. No hay agentes persistentes acumulados en las vejigas y los riñones de las ratas. Por lo tanto, la toxicidad a largo plazo que puede ser causada por la acumulación de agente puede ser excluido. Este resultado implica que el PAC con la combinación de los elementos de absorción óptica puede potencialmente ser una modalidad cistográfica verdaderamente inofensivos para los pacientes pediátricos. La configuración del sistema, la alineación del sistema y los procedimientos de imágenes in vivo vivo / ex vivo se describe en este artículo.

<table><tbody><tr><td>Láser Q-switched Nd:YAG</td><td>Continuum</td><td>SLII-10</td><td>láser</td></tr><tr><td>de bomba OPO láser Continuum</td><td></td><td>Surelite OPO PLUS</td> láser <td>sintonizable</td></tr><tr><td>Prismas</td><td>Thorlabs</td><td>PS908</td> suministro de <td>luz</td></tr><tr><td>Transductor de ultrasonidos</td><td>Olympus NDT</td><td>V308</td><td>5 MHz</td></tr><tr><td>Ultraoundpulser/receptor</td><td>Olympus NDT</td><td>5072PR</td><td>Amplificador</td></tr><tr><td>Osciloscopio</td><td>Tektronix</td><td>TDS5054</td><td>adquisición de datos</td></tr><tr><td>Etapa de escaneo</td><td>Danaher Dover</td><td>XY6060</td><td>Escaneo de trama</td></tr><tr><td>Azul de metileno</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M9140-25G agente de</td><td>contraste</td></tr><tr><td>Ratas</td><td>Harlan</td><td>Spague-Dawley</td><td>sujeto animal</td></tr><tr><td>Vaporizador de isofluorano</td><td>Euthanex</td><td>EZ-155</td><td>anestesia</td></tr><tr><td>Gel de ultrasonidos</td><td>Sonotech</td><td>Clear Image acoplamiento</td><td>acústico</td> individual</tr></tbody></table>

cistografía fotoacústica

Photoacoustic Cystography

Cistografía pediátrica convencional, que se basa en diagnósticos de rayos X utilizando un tinte radiopaco, sufre de la utilización de radiación ionizante perjudiciales. El riesgo de cáncer de vejiga en los niños debido a la exposición a la radiación es más importante que muchos otros tipos de cáncer. Aquí se demuestra la viabilidad de la formación de imagen fotoacústica (PA) no ionizante y no invasiva de vejigas urinarias, referidos como cistografía fotoacústica (PAC), utilizando el infrarrojo cercano (NIR) absorbentes ópticos (es decir, azul de metileno, nanoestructuras de oro plasmónica, o nanotubos de carbono de pared individuales ) como un trazador óptico-turbia. Hemos fotografiado con éxito una vejiga de rata llena de los agentes de absorción óptica utilizando un sistema de campo oscuro confocal PAC. Después de la inyección transuretral de los agentes de contraste, vejigas de las ratas fueron photoacoustically visualizado por lograr mejorar la señal PA significativo. La acumulación fue validado por imágenes de PA espectroscópico. Además, mediante el uso de sólo una energía láser de pulsode menos de 1 mJ / cm 2 (1/20 del límite de seguridad), nuestro sistema de imagen actual podría mapear el metileno-relleno de azul-rata-vejiga a la profundidad de 1 cm más allá en los tejidos biológicos in vivo. Tanto in vivo y ex vivo de imágenes de los resultados PA validar que los agentes de contraste se excretan naturalmente a través de la orina. Por lo tanto, no hay preocupación con respecto a la acumulación de agente tóxico a largo plazo, lo que facilitará la traducción clínica.

La figura 1 muestra el vivo PAC no ionizante y no invasiva en el uso de azul de metileno ópticamente turbia (MB). La imagen PA de control se obtuvo a 667 nm, en el pico de absorción óptica para MB (Figura 1A). Aunque los vasos sanguíneos en el campo de visión son claramente visualizada, la vejiga es invisible debido a que es ópticamente transparente a esta longitud de onda. Como se muestra en la Figura 1B, la vejiga se revela claramente en la imagen ad...

Cistografía fotoacústica (PAC) tiene un gran potencial para mapear vejigas urinarias, una sensible órgano interno de radiación en los pacientes pediátricos, sin necesidad de utilizar ningún tipo de radiación ionizante o agente de contraste tóxico. Aquí se demuestra el uso de PAC para el mapeo de vejigas urinarias con una inyección de trazadores óptica-opacos en ratas<em&gt; In vivo</em&gt;.

Cistografía fotoacústica

Conventional pediatric cystography, which is based on diagnostic X-ray using a radio-opaque dye, suffers from the use of harmful ionizing radiation. The ...

El objetivo general de este procedimiento es demostrar la cistografía fotoacústica in vivo no ionizante utilizando la absorción óptica en el infrarrojo cercano como trazadores ópticos no tóxicos y turbios. Esto se logra primero anestesiando al animal experimental. El segundo paso consiste en preparar al animal para la imagenología eliminando el vello de la región abdominal, colocando la rata sobre un soporte para animales de diseño especial, insertando un catéter y aplicando gel de ultrasonido en la zona de imagenología.A continuación, se obtienen imágenes del área abdominal mediante un sistema de cistografía fotoacústica antes y después de la inyección de un agente absorbente óptico en la vejiga. En última instancia, este proceso permite obtener imágenes de la vejiga de una rata utilizando un sistema de cistografía fotoacústica no invasivo y libre de ionización, sin exposición a radiación ni acumulación a largo plazo de agentes pesados. La tomografía acústica se ha convertido en una modalidad líder en imágenes biomédicas debido al fuerte contraste por absorción óptica y a la alta resolución espacial del ultrasonido en tejidos biológicos. La ventaja principal de la tomografía fotoa

Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

Resolución óptica de microscopía fotoacústica (O-PAM) es una tecnología emergente capaz de absorción de imágenes ópticas...

Tridimensional óptico resolución microscopía fotoacústica

Fotoacústica oftalmología (PAOM), una modalidad de formación de imágenes ópticas de absorción basado, proporciona la evaluación complementaria de la retina a las tecnologías de formación de imágenes disponibles en la actualidad oftálmicas. Se describe el uso de PAOM integrado con dominio espectral tomografía de coherencia óptica (SD-OCT) para el uso simultáneo de imágenes multimodal de la retina en ratas.

La oftalmoscopia integrado fotoacústica y Spectral-tomografía de coherencia óptica de dominio

En este video, presentamos una detección citométrica de flujo fotoacústico de células de cáncer de ovario con nanopartículas en una cámara de flujo in vitro circulante. Esta técnica no invasiva identifica con éxito las células tumorales circulantes en un sistema de flujo utilizando un agente de contraste.

Citometría de flujo fotoacústica in vitro: una técnica fotoacústica de flujo no invasiva para detectar células de cáncer de ovario circulantes portadoras de nanopartículas

Fuente: Kalva, S. K., et al., Tomografía fotoacústica de escritorio basada en diodos láser pulsados para monitorear el lavado y lavado del tinte en la vasculatura cortical de ratas. J. Vis. Exp. (2019)Este video demuestra el procedimiento para usar imágenes fotoacústicas para observar cambios en los vasos corticales de una rata anestesiada. El proceso incluye imágenes de referencia, inyección de tinte y análisis de la absorción y eliminación del tinte durante el lavado y el lavado.

Monitorización fotoacústica del movimiento del colorante en los vasos sanguíneos corticales

Proporcionamos aquí una descripción detallada del protocolo experimental para la obtención de imágenes con un sistema optoacústico (fotoacústico) portátil recientemente desarrollado para la obtención de imágenes tridimensionales funcionales y moleculares en tiempo real. El potente rendimiento y la versatilidad demostrados pueden definir nuevas áreas de aplicación de la tecnología optoacústica en la investigación preclínica y la práctica clínica.

Universal de mano-tridimensional optoacústica Imaging Sonda de Tejido Profundo Angiografía Humano y Estudios preclínicos funcionales en Tiempo Real

Se demostrará una clínica fotoacústica de mano sistema de imagen por imagen no invasiva en tiempo real de animal pequeño.

Fotoacústica clínica mano sistema de imagen por imagen no invasiva en tiempo real de Animal pequeño

Se ha demostrado un sistema compacto de tomografía fotoacústica de sobremesa (PLD-PAT) basado en diodos láser pulsado para obtener imágenes dinámicas in vivo de alta velocidad de la vasculatura cortical de animales pequeños.

Tomografía fotoacústica de escritorio basada en diodos láser pulsada para monitoreo de lavado y lavado de tinte en rata cortical vasculatura

Se presenta un protocolo para detectar células tumorales ováricas circulantes utilizando un sistema de flujo fotoacústico hecho a medida y nanopartículas de sulfuro de cobre con ácido fólico dirigido.

Detección de cáncer de ovario mediante citometría de flujo fotoacústico

Presentamos un protocolo de ecografía y fotoacústica coregistrada para la imagen transvaginal de lesiones ováricas/anexiales. El protocolo puede ser valioso para otros estudios de imágenes fotoacústicas traslacionales, especialmente aquellos que utilizan matrices de ultrasonido comerciales para la detección de señales fotoacústicas y algoritmos estándar de formación de haces de retardo y suma para imágenes.

Un protocolo de ultrasonido e imagen fotoacústica coregistrado para la imagen transvaginal de lesiones ováricas

Hemos desarrollado un citómetro de flujo con ultrasonido inducida por láser para detectar las células del melanoma circulando como un indicador temprano de la enfermedad metastásica.

La detección y aislamiento de las células de melanoma circulantes mediante Flujometría fotoacústica

Aprende cistografía fotoacústica para imagenología vesical no invasiva en ratas usando trazadores ópticos no tóxicos. Este método evita radiación ionizante y ofrece alta resolución espacial para aplicaciones pediátricas seguras.

Cistografía fotoacústica

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