Name: Un protocolo de ultrasonido e imagen fotoacústica coregistrado para la imagen transvaginal de lesiones ováricas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-03T14:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: Aprende un protocolo de imagen fotoacústica y ultrasonido coregistrado para detectar lesiones ováricas de forma temprana. Este método mejora la sensibilidad y especificidad diagnóstica en oncología ginecológica.

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Este trabajo fue apoyado por el NCI (R01CA151570, R01CA237664). Los autores agradecen a todo el grupo de oncología ginecológica dirigido por el Dr. Mathew Powell por ayudar a reclutar pacientes, a los radiólogos Drs. Cary Siegel, William Middleton y Malak Itnai por ayudar con los estudios estadounidenses, y al patólogo Dr. Ian Hagemann por ayudar con la interpretación patológica de los datos. Los autores agradecen los esfuerzos de Megan Luther y los coordinadores del estudio GYN para coordinar los programas de estudio, identificar pacientes para el estudio y obtener el consentimiento informado.

Toda la investigación realizada fue aprobada por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Washington.
1. Configuración del sistema: Iluminación óptica (Figura 1)
<ol><li>Utilice un láser Nd:YAG que bombee un láser Ti-zafiro pulsado y sintonizable (690-890 nm) a 10 Hz.</li>
	<li>Expanda el rayo láser divergiendo primero el haz con una lente plano-cóncava y luego colimando el haz con una lente plano-convexa. Utilice dos espejos para dirigir el haz hacia un divisor de haz (descrito a continuación).</li>
	<li>Divida el rayo láser expandido en cuatro haces con igual energía dividiendo el haz original en dos con un divisor de haz polarizador y luego dividiendo los dos haces con dos divisores de haz de segunda etapa más.</li>
	<li>Monte cuatro fibras ópticas multimodo con mandriles de fibra.</li>
	<li>Utilice cuatro lentes plano-convexas para enfocar los cuatro rayos láser en las cuatro fibras.</li>
	<li>Debido a consideraciones de seguridad del láser, cubra todos los componentes ópticos debajo de una caja de metal para asegurarse de que la trayectoria óptica no esté expuesta.</li>
	<li>Conecte los otros extremos de las cuatro fibras a la sonda de ultrasonido transvaginal y encierre la sonda y las fibras en una funda protectora. NOTA: La cubierta y la ventana acústica del transductor están recubiertas con pintura blanca altamente reflectante para mejorar la uniformidad de la iluminación. Esta configuración, que incluye el uso de cuatro fibras para el parto ligero, demostró previamente ser óptima para aplicaciones transvaginales17. Consulte la discusión para obtener más información.</li>
</ol>2. Configuración del sistema: Esquema de detección y escaneo ultrasónico
<ol><li>Utilice un sistema clínico programable de EE. UU. NOTA: Un sistema programable significa que los datos de ultrasonido sin procesar son accesibles, y se pueden programar protocolos de adquisición de datos personalizados y algoritmos de procesamiento.</li>
	<li>Conecte un monitor adicional al sistema de EE. UU. para ejecutar el software de visualización USPAT para la visualización en tiempo real de los mapas de rHbT, %sO2 y otros parámetros funcionales.</li>
	<li>Conecte el disparador interno del láser al disparador externo del sistema estadounidense.</li>
	<li>Utilice un enfoque de multiplexación por división de tiempo durante el modo de registro conjunto; específicamente, para cada longitud de onda, adquiera secuencialmente cinco fotogramas PAT consecutivos y una trama estadounidense coregistrada. Promedia las tramas PAT para mejorar la relación señal-ruido. El tiempo total de adquisición de datos para cuatro longitudes de onda es de alrededor de 15 s.</li>
</ol>3. Calibración del sistema
<ol><li>Ajuste la energía de la bomba láser a un nivel fijo.</li>
	<li>Para cada longitud de onda (750 nm, 780 nm, 800 nm y 830 nm), verifique la salida de energía por pulso en cada punta de fibra para asegurarse de que la densidad de energía calculada en cada longitud de onda seleccionada esté en el valor esperado dado en la Tabla 1.</li>
	<li>Si la producción de energía es menor de lo esperado, ajuste la alineación óptica ajustando los ángulos del espejo y del divisor de haz. Este paso no siempre es necesario.</li>
	<li>Repita los pasos 3.2-3.4 hasta que la energía sea satisfactoria.</li>
	<li>Registre la salida de energía de las cuatro fibras en cada longitud de onda e ingrese los valores en el software de visualización USPAT. NOTA: Estos valores se utilizan para calibrar el cálculo del rHbT. La energía del láser fluctúa con el tiempo, y la calibración garantiza que los parámetros cuantitativos calculados a partir de los datos PAT multiespectrales sean lo más precisos posible.</li>
</ol>4. Un procedimiento experimental de muestra: imágenes USPAT transvaginales del ovario humano
<ol><li>Preparación del sistema de imágenes USPAT<ol><li>Desinfecte la sonda de endocavidad US y la funda de la cubierta con el protocolo estándar de limpieza de la sonda de ultrasonido en la institución.</li>
		<li>Encienda el sistema clínico de EE. UU., inicie el software del sistema de EE. UU. y seleccione el transductor de EE. UU. correcto.</li>
		<li>Calibre el sistema láser como en el paso 3.</li>
		<li>Introduzca la energía total del pulso para cada longitud de onda en el software de visualización USPAT.</li>
		<li>Ensamble la sonda USPAT encerrando las fibras y la sonda dentro de la funda de la sonda.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparación del paciente<ol><li>Siga el protocolo específico de la institución para obtener el consentimiento informado y preparar al paciente.</li>
	</ol></li>
	<li>Imagenológico<ol><li>Localice el ovario objetivo utilizando US con eco de pulso. NOTA: Este paso lo realiza el médico del estudio, que es libre de ajustar los parámetros de imagen en la máquina clínica de EE. UU., como la profundidad, el rango dinámico y el TGC.</li>
		<li>Seleccione la profundidad deseada en el software de control USPAT.</li>
		<li>Haga clic en Escanear en el software de control para iniciar la adquisición de datos en modo B de USPAT coregistrada. Vea el software de visualización de imágenes USPAT para revisar las imágenes en modo B de EE. UU. y PAT y los mapas funcionales reconstruidos en tiempo real.</li>
		<li>Repita los pasos 4.3.1-4.3.3 para adquirir más imágenes y (si es necesario) obtener imágenes de la segunda lesión.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Nandy, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+ovarian+cancer%3A+Initial+application+of+coregistered+photoacoustic+tomography+and+US%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Evaluation of ovarian cancer: Initial application of coregistered photoacoustic tomography and US.</a> Radiology. 289 (3), 740-747 (2018).</li>
<li>Amidi, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+blood+oxygenation+saturation+in+ovarian+cancer+diagnosis+using+multi-spectral+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biophotonics%22%5BJournal%5D)">Role of blood oxygenation saturation in ovarian cancer diagnosis using multi-spectral photoacoustic tomography.</a> Journal of Biophotonics. 14 (4), 202000368(2021).</li>
<li>Dogan, B. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optoacoustic+imaging+and+gray-scale+US+features+of+breast+cancers%3A+Correlation+with+molecular+subtypes%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Optoacoustic imaging and gray-scale US features of breast cancers: Correlation with molecular subtypes.</a> Radiology. 292 (3), 564-572 (2019).</li>
<li>Menezes, G. L. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Downgrading+of+breast+masses+suspicious+for+cancer+by+using+optoacoustic+breast+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Downgrading of breast masses suspicious for cancer by using optoacoustic breast imaging.</a> Radiology. 288 (2), 355-365 (2018).</li>
<li>Neuschler, E. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+pivotal+study+of+optoacoustic+imaging+to+diagnose+benign+and+malignant+breast+masses%3A+A+new+evaluation+tool+for+radiologists%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">A pivotal study of optoacoustic imaging to diagnose benign and malignant breast masses: A new evaluation tool for radiologists.</a> Radiology. 287 (2), 398-412 (2018).</li>
<li>von Knorring, T., Mogensen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography+for+assessment+and+quantification+of+cutaneous+and+metastatic+malignant+melanoma+-+A+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Photodiagnosis+and+Photodynamic+Therapy%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography for assessment and quantification of cutaneous and metastatic malignant melanoma - A systematic review.</a> Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 33, 102095(2021).</li>
<li>Han, S., Lee, H., Kim, C., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+multispectral+photoacoustic+analysis+of+cancer%3A+Thyroid+and+breast%5BTitle%5D)+AND+%22Metabolites%22%5BJournal%5D)">Review on multispectral photoacoustic analysis of cancer: Thyroid and breast.</a> Metabolites. 12 (5), 382(2022).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiparametric+photoacoustic+analysis+of+human+thyroid+cancers+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Multiparametric photoacoustic analysis of human thyroid cancers in vivo.</a> Cancer Research. 81 (18), 4849-4860 (2021).</li>
<li>Basij, M., Karpiouk, A., Winer, I., Emelianov, S., Mehrmohammadi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual-illumination+ultrasound%2Fphotoacoustic+system+for+cervical+cancer+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Photonics+Journal%22%5BJournal%5D)">Dual-illumination ultrasound/photoacoustic system for cervical cancer imaging.</a> IEEE Photonics Journal. 13 (1), 6900310(2021).</li>
<li>Agrawal, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((development%2C+and+multi-characterization+of+an+integrated+clinical+transrectal+ultrasound+and+photoacoustic+device+for+human+prostate+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Diagnostics%22%5BJournal%5D)">development, and multi-characterization of an integrated clinical transrectal ultrasound and photoacoustic device for human prostate imaging.</a> Diagnostics. 10 (8), 566(2020).</li>
<li>Kothapalli, S. -R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+transrectal+ultrasound+and+photoacoustic+human+prostate+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Simultaneous transrectal ultrasound and photoacoustic human prostate imaging.</a> Science Translational Medicine. 11 (507), 2169(2019).</li>
<li>Leng, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+rectal+cancer+treatment+response+using+coregistered+endorectal+photoacoustic+and+US+imaging+paired+with+deep+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Assessing rectal cancer treatment response using coregistered endorectal photoacoustic and US imaging paired with deep learning.</a> Radiology. 299 (2), 349-358 (2021).</li>
<li>Surveillance, Epidemiology, and End Results Program. Cancer of the Ovary - Cancer Stat Facts. National Cancer Institute. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html">https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html</a> (2022).</li>
<li>Temkin, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Outcomes+from+ovarian+cancer+screening+in+the+PLCO+trial%3A+Histologic+heterogeneity+impacts+detection%2C+overdiagnosis+and+survival%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Cancer%22%5BJournal%5D)">Outcomes from ovarian cancer screening in the PLCO trial: Histologic heterogeneity impacts detection, overdiagnosis and survival.</a> European Journal of Cancer. 87, 182-188 (2017).</li>
<li>Kobayashi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+randomized+study+of+screening+for+ovarian+cancer%3A+A+multicenter+study+in+Japan%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Gynecological+Cancer%22%5BJournal%5D)">A randomized study of screening for ovarian cancer: A multicenter study in Japan.</a> International Journal of Gynecological Cancer. 18 (3), 414-420 (2008).</li>
<li>Andreotti, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((O-RADS+US+risk+stratification+and+management+system%3A+A+consensus+guideline+from+the+ACR+ovarian-adnexal+reporting+and+data+system+committee%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">O-RADS US risk stratification and management system: A consensus guideline from the ACR ovarian-adnexal reporting and data system committee.</a> Radiology. 294 (1), 168-185 (2020).</li>
<li>Salehi, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+optimal+light+delivery+system+for+coregistered+transvaginal+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+of+ovarian+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Design of optimal light delivery system for coregistered transvaginal ultrasound and photoacoustic imaging of ovarian tissue.</a> Photoacoustics. 3 (3), 114-122 (2015).</li>
<li>Oppenheim, A. V., Schafer, R. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOppenheim%2C+AV+%22Digital+Signal+Processing%22">Digital Signal Processing</a>. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (1975).</li>
<li>Zou, Y., Amidi, E., Luo, H., Zhu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound-enhanced+Unet+model+for+quantitative+photoacoustic+tomography+of+ovarian+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Ultrasound-enhanced Unet model for quantitative photoacoustic tomography of ovarian lesions.</a> Photoacoustics. 28, 100420(2022).</li>
<li>Prince, J. L., Links, J. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPrince%2C+JL+%22Medical+Imaging+Signals+and+Systems%22">Medical Imaging Signals and Systems</a>. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (2006).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programmable+Real-time+Clinical+Photoacoustic+and+Ultrasound+Imaging+System%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Programmable Real-time Clinical Photoacoustic and Ultrasound Imaging System.</a> Scientific Reports. 6, 35137(2016).</li>
</ol>

Los autores no tienen intereses financieros relevantes en el manuscrito y no hay otros posibles conflictos de intereses que revelar.

Iluminación óptica El número de fibras utilizadas se basa en dos factores: la uniformidad de la iluminación de la luz y la complejidad del sistema. Es fundamental tener un patrón de iluminación de luz uniforme en la superficie de la piel para evitar puntos calientes. También es importante mantener el sistema simple y robusto con un número mínimo de fibras. El uso de cuatro fibras separadas ha demostrado previamente ser óptimo para crear una iluminación uniforme a profundidades de varios milímetros y m...

La imagen fotoacústica o tomografía (PAT) es una modalidad de imagen híbrida que mide la distribución de absorción óptica a resolución y profundidades de EE. UU. mucho más allá del límite de difusión óptica tisular (~ 1 mm). En PAT, se utiliza un pulso láser de nanosegundos para excitar el tejido biológico, causando un aumento transitorio de la temperatura debido a la absorción óptica. Esto conduce a un aumento de presión inicial, y las ondas fotoacústicas resultantes se miden mediante transductores estadounidenses. PAT multiespectral implica el uso de un láser sintonizable o múltiples láseres que operan en diferentes longitudes de onda para iluminar el tejido, lo que permite la reconstrucción de mapas de absorción óptica en múltiples longitudes de onda. Basado en la absorción diferencial de hemoglobina oxigenada y desoxigenada en la ventana del infrarrojo cercano (NIR), PAT multiespectral puede calcular las distribuciones de concentraciones de hemoglobina oxigenada y desoxigenada, la concentración total de hemoglobina y la saturación de oxígeno en sangre, que son todos biomarcadores funcionales relacionados con la angiogénesis tumoral y el consumo de oxigenación sanguínea o el metabolismo tumoral. PAT ha demostrado éxito en muchas aplicaciones oncológicas, como el cáncer de ovario1,2, el cáncer de mama 3,4,5, el cáncer de piel6, el cáncer de tiroides 7,8, el cáncer de cuello uterino9, el cáncer de próstata 10,11 y el cáncer colorrectal 12.
El cáncer de ovario es la más mortal de todas las neoplasias malignas ginecológicas. Solo el 38% de los cánceres de ovario se diagnostican en una etapa temprana (localizada o regional), donde la tasa de supervivencia a 5 años es de 74,2% a 93,1%. La mayoría se diagnostican en una etapa tardía, para la cual la tasa de supervivencia a 5 años es del 30,8% o menos13. Los métodos actuales de diagnóstico clínico, incluida la ecografía transvaginal (ETM), la ecografía Doppler US, el antígeno 125 del cáncer sérico (CA 125) y la proteína 4 del epidídimo humano (HE4), han demostrado carecer de sensibilidad y especificidad para el diagnóstico precoz del cáncer de ovario14,15,16. Además, una gran parte de las lesiones ováricas benignas pueden ser difíciles de diagnosticar con precisión con las tecnologías de imagen actuales, lo que conduce a cirugías innecesarias con mayores costos de atención médica y complicaciones quirúrgicas. Por lo tanto, se necesitan métodos no invasivos precisos adicionales para la estratificación del riesgo de masas anexiales para optimizar el manejo y los resultados. Claramente, se necesita una técnica que sea sensible y específica para el cáncer de ovario en etapa temprana y más precisa para identificar lesiones malignas a partir de lesiones benignas.
Nuestro grupo ha desarrollado un sistema transvaginal de US y PAT (USPAT) para el diagnóstico de cáncer de ovario mediante la combinación de un sistema clínico de EE. UU., una funda de sonda hecha a medida para albergar las fibras ópticas para la entrega de luz y un láser sintonizable1. La concentración total de hemoglobina (escala relativa, rHbT) y la saturación de oxígeno en sangre (%sO2) derivadas del sistema USPAT han demostrado un gran potencial para la detección de cánceres de ovario en estadio temprano y para el diagnóstico preciso de lesiones ováricas para la evaluación efectiva del riesgo y la reducción de cirugías innecesarias de lesiones benignas 1,2. El esquema del sistema actual se muestra en la Figura 1 y el diagrama de bloques de control se muestra en la Figura 2. Esta estrategia tiene el potencial de integrarse en los protocolos TUS existentes para el diagnóstico del cáncer de ovario al tiempo que proporciona parámetros funcionales (rHbT, %sO2) para mejorar la sensibilidad y la especificidad de la TUS.

<table><tbody><tr><td>Sistema clínico de imágenes US</td><td>Alpinion Medical Systems</td><td>EC-12R</td><td>Sistema clínico US totalmente programable</td></tr><tr><td>Espejo dieléctrico</td><td>Thorlabs</td><td>BB1-E03</td><td>Se utiliza para reflejar la luz a lo largo de la trayectoria óptica</td></tr><tr><td>Transductor US de endocavidad</td><td>Alpinion Medical Systems</td><td>EC3-10</td><td>Sonda de ultrasonido transvaginal</td></tr><tr><td>Medidor de potencia láser</td><td>Coherent</td><td>LabMax TOP</td><td>Usado para medir la energía del láser</td></tr><tr><td>Fibra óptica multimodo</td><td>Thorlabs</td><td>FP1000ERT</td><td>Acople la luz láser a la sonda de ultrasonido de endocavidad</td></tr><tr><td>Placa divisora de haz no polarizante</td><td>Thorlabs</td><td>BSW11</td><td>Para dividir el rayo láser en sensores para medir la energía</td></tr><tr><td>Lente plano-cóncava</td><td>Thorlabs</td><td>LC1715</td><td>Para la expansión del rayo láser</td></tr><tr><td>Lente plano-convexa&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>LA1484-B</td><td>Para la colimación del rayo láser</td></tr><tr><td>Lente plano-convexa&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>LA1433-B</td><td>Se utiliza para enfocar la luz en cuatro fibras ópticas</td></tr><tr><td>Cubo divisor de haz polarizado</td><td>Thorlabs</td><td>PBS252</td><td>Para dividir el rayo láser en cuatro haces</td></tr><tr><td>Sonda protectora shealth</td><td>Impresión</td><td></td> 3D personalizada <td>Sostenga y proteja las cuatro fibras ópticas en la punta de la sonda de ultrasonido Espejo de</td></tr><tr><td>prisma de ángulo recto</td><td>Thorlabs</td><td>MRA25-E03</td><td>Se utiliza para reflejar la luz a lo largo de la trayectoria óptica</td></tr><tr><td>Sistema láser</td><td>sintáctico TII sinfótico</td><td>LS-2145-LT50PC Fuente de</td><td>luz para PAT multiespectral</td></tr><tr><td>Software de control USPAT</td><td>Desarrollado a medida en C++</td><td></td><td>Controles parámetros de adquisición de la máquina de ultrasonido y la longitud de onda del láser Software de</td></tr><tr><td>visualización de imágenes USPAT</td><td>Desarrollado a medida en C++</td><td></td><td>Muestra los escaneos B de EE. UU. / PAT y los mapas de sO2 / rHbT en real Hora</td></tr></tbody></table>

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

A Coregistered Ultrasound and Photoacoustic Imaging Protocol for the Transvaginal Imaging of Ovarian Lesions

El cáncer de ovario sigue siendo el más mortal de todos los tumores malignos ginecológicos debido a la falta de herramientas de detección confiables para la detección temprana y el diagnóstico. La fotoimagen o tomografía (PAT) es una modalidad de imagen emergente que puede proporcionar la concentración total de hemoglobina (escala relativa, rHbT) y la saturación de oxígeno en sangre (%sO2) de las lesiones ováricas/anexiales, que son parámetros importantes para el diagnóstico del cáncer. Combinado con ultrasonido coregistrado (US), PAT ha demostrado un gran potencial para detectar cánceres de ovario y para diagnosticar con precisión las lesiones ováricas para una evaluación efectiva del riesgo y la reducción de cirugías innecesarias de lesiones benignas. Sin embargo, los protocolos de imagen PAT en aplicaciones clínicas, hasta donde sabemos, varían en gran medida entre los diferentes estudios. Aquí, informamos un protocolo de imágenes de cáncer de ovario transvaginal que puede ser beneficioso para otros estudios clínicos, 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.

Aquí, mostramos ejemplos de lesiones ováricas malignas y normales fotografiadas por USPAT. La Figura 3 muestra a una mujer premenopáusica de 50 años con masas anexiales multiquísticas bilaterales reveladas por TC con contraste. La Figura 3A muestra la imagen estadounidense de los anexos izquierdos con el ROI que marca el nódulo sólido sospechoso dentro de la lesión quística. La Figura 3B muestra el mapa PAT rHbT superpuesto a los E...

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

Ovarian cancer remains the deadliest of all the gynecological malignancies due to the lack of reliable screening tools for early detection and diagnosis. ...

Como todos sabemos, el cáncer de ovario es el más mortal de todos los tumores malignos ginecológicos, cuando el cáncer de ovario se detecta en una etapa más temprana y localizada, la cirugía y la quimioterapia pueden curar alrededor del 70 al 90% de las pacientes en comparación con solo el 20% o menos cuando se diagnostica en las etapas posteriores. Y se sabe que los métodos estándar de atención actuales tienen una sensibilidad más baja para la detección temprana del cáncer de ovario. Además, los métodos de atención estándar tienen una especificidad muy baja para la evaluación precisa del riesgo de lesiones anexiales ováricas, lo que lleva a cirugías innecesarias, por lo que con posibles complicaciones quirúrgicas y el costo significativo de la atención médica.Por lo tanto, se necesita nuestra tecnología sensible a la detección temprana del cáncer de ovario y específica para el diagnóstico preciso de las lesiones anexiales ováricas. La tomografía fotoacústica o PAT ilumina con luces infrarrojas cercanas en longitudes de onda específicas y es absorbida selectivamente por la hemoglobina oxigenada y desoxigenada. La onda fotoacústica generada a partir de la absorción de luz puede mapear el contraste de hemoglobina, y esto puede ser corregistrado a estructuras anatómicas fotografiadas por ultrasonido coregistrado.La concentración total de hemoglobina y la saturación de oxígeno proporcionan información funcional sobre la vascularización tisular y el consumo de oxígeno. Dado que las lesiones malignas generalmente tienen una hemoglobina total más alta y una menor saturación de oxígeno, estas dos variables independientes pueden ayudar a detectar los cánceres de ovario antes y diferenciar las lesiones anexiales ováricas malignas de las benignas con precisión para mejorar las recomendaciones de manejo quirúrgico. Y hemos obtenido el piloto de datos de pacientes y el resultado ha demostrado que la imagen fotoacústica coregistrada combinada con ultrasonido transvaginal y biomarcador sanguíneo de cáncer de ovario CA 125 en realidad puede diagnosticar lesiones anexiales ováricas.Nuestros datos piloto también muestran evidencia de que las imágenes fotoacústicas coregistradas pueden detectar cánceres de ovario y trompas de Falopio en etapa temprana. Y la fotoacústica y el ultrasonido coregistrados se han aplicado a la detección y el diagnóstico de cáncer de mama, cáncer de piel, cáncer de tiroides, cáncer de cuello uterino, cáncer de próstata y cáncer colorrectal. Sin embargo, las sondas de imagen varían dependiendo de la ventana de imágenes de diferentes órganos.El primer sistema comercial de imágenes mamarias fotoacústicas y de ultrasonido coregistrado está disponible en Sino Medical Instrument. Esperamos que haya más sistemas de ultrasonido fotoacústico coregistrados comerciales disponibles en el mercado. Sin embargo, las sondas de imágenes fotoacústicas y de ultrasonido transvaginales deberán diseñarse especialmente para obtener imágenes de pacientes.Para comenzar, expanda el rayo láser divergiendo primero el haz con una lente cóncava plana y luego colimando el haz con una lente convexa plana. Use dos espejos para dirigir el haz hacia un divisor de haz. Divida el haz original en dos con un divisor de haz polarizador y luego divida los dos haces con dos divisores de haz de segunda etapa más.De esta manera, el rayo láser expandido se dividirá en cuatro haces con la misma energía. Monte cuatro fibras ópticas multimodo con mandriles de fibra y use cuatro lentes convexas planas para enfocar los cuatro rayos láser en las cuatro fibras. Cubra todos los componentes ópticos debajo de una caja metálica para asegurarse de que la trayectoria óptica no esté expuesta.Conecte un monitor adicional al ultrasonido clínico programable o al sistema de ultrasonido para ejecutar el software de visualización PATUS para la visualización en tiempo real de la hemoglobina total relativa, los mapas de saturación de oxígeno en sangre y otros parámetros funcionales. Luego, conecte el disparador interno del láser al disparador externo del sistema de ultrasonido y adquiera secuencialmente cinco cuadros PAT consecutivos y un marco de ultrasonido coregistrado. Para calibrar el sistema, ajuste la energía de la bomba láser a un nivel fijo.Y para cada longitud de onda, verifique la salida de energía por pulso en cada punta de fibra para asegurarse de que la densidad de energía calculada en cada longitud de onda seleccionada esté en el valor esperado. Para preparar el sistema de imágenes PATUS, encienda el sistema de ultrasonido clínico e inicie el software del sistema de ultrasonido. Pulse el botón del transductor en el panel de control de la máquina de ultrasonido para abrir la pantalla de selección del transductor.A continuación, seleccione el transductor de ultrasonido correcto. Calibre el sistema láser e introduzca la energía de pulso total para cada longitud de onda en el software de visualización PATUS. Ensamble la sonda PATUS encerrando las fibras y la sonda dentro de la funda de la sonda.Para obtener imágenes, ajuste la posición del transductor PATAS. Un objetivo hipoecoico aparece lentamente en el centro de la exploración B. A continuación, seleccione la profundidad deseada en el software de control PATUS y haga clic en escanear en el software de control para iniciar la adquisición de datos en modo B PATUS coregistrada.Vea el software de visualización de imágenes PATUS para revisar el ultrasonido coregistrado y las imágenes en modo PAT B en tiempo real. Los datos de PA de longitud de onda única se muestran en la parte superior del ultrasonido a medida que se adquieren. Repita los pasos para adquirir más imágenes y, si es necesario, tome una imagen de la segunda lesión.Una vez que se completa la adquisición de datos, el software de visualización PATUS recibe un disparador para reconstruir los mapas funcionales. Aquí, el panel izquierdo muestra la ecografía B-scan, mientras que el panel derecho muestra la hemoglobina total relativa superpuesta con ultrasonido coregistrado. Seleccione una región de interés o ROI, aquí el ovario objetivo, para calcular el mapa de SO2 dentro del ROI.Esta imagen muestra a una mujer premenopáusica de 50 años con masas anexiales multiquísticas bilaterales reveladas por TC mejorada con contraste. Aquí se muestra la imagen ecográfica de los anexos izquierdos con la región de interés o ROI que marca el nódulo sólido sospechoso dentro de la lesión quística. El mapa de hemoglobina total relativa PAT se superpuso al ultrasonido. La hemoglobina total relativa mostró una extensa distribución vascular difusa en el rango de profundidad de un centímetro a cinco centímetros y el nivel fue alto en 17.1.La distribución de la saturación de oxígeno en sangre se superpuso a la ecografía y el nivel fue bajo en un valor medio de 46,4%La patología quirúrgica reveló el adenocarcinoma endometrioide bien diferenciado de los ovarios derecho e izquierdo. La profundidad estaba marcada en el lado derecho de las imágenes de escaneo B. Esta figura muestra una mujer de 46 años con lesiones quísticas bilaterales.Aquí se muestra la ecografía del ovario derecho con un quiste simple que mide 4,2 centímetros de diámetro máximo. El mapa de hemoglobina total relativa PAT superpuesto a la ecografía coregistrada muestra señales de dispersión en el lado izquierdo de la lesión con un nivel promedio bajo de 4.8. El mapa de saturación de oxígeno en sangre reveló mayor contenido de saturación de oxígeno de 67,5%La patología quirúrgica reveló un ovario derecho normal con quistes foliculares.Para cada longitud de onda, mida la producción total de energía en las cuatro puntas de fibra y compárelas con un registro anterior. Si la medición es más de un milijulio menor que el registro, ajuste la óptica para maximizar el acoplamiento de energía. PAT in vivo utilizando un sistema de ultrasonido clínico aprobado por la FDA es un paso importante en la traducción clínica de PAT.En comparación con las imágenes ex vivo, las imágenes humanas in vivo presentan nuevos desafíos en la adquisición de datos. Los datos clínicos de PAT se pueden utilizar aún más para la investigación de diagnóstico asistido por computadora. Nuestro desarrollo tecnológico y el prometedor resultado del estudio piloto del paciente inspiran a los investigadores y las empresas a explorar la capacidad total de la fotoacústica y el ultrasonido coregistrados para la detección temprana del cáncer de ovario y para la gestión del riesgo quirúrgico.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

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