Universal à main en trois dimensions optoacoustique sonde d'imagerie pour Deep Tissue angiographie humain et des études précliniques fonctionnels en temps réel

L’objectif général de l’expérience suivante est d’illustrer les capacités d’imagerie d’un système opto-acoustique portable nouvellement développé pour l’imagerie tridimensionnelle, fonctionnelle et moléculaire en temps réel. Ceci est réalisé à l’aide d’une sonde avec un réseau de matrices sphériques de pizo, des transducteurs électriques autour d’un faisceau de fibres qui guide les impulsions lumineuses lorsqu’elles sont maintenues contre les tissus. D’une durée de l’ordre de la nanoseconde, les impulsions lumineuses excitent des réponses ultrasonores qui sont capturées par la sonde.

Ensuite, les données sont utilisées pour effectuer une reconstruction d’image en temps réel, ce qui permet des numérisations en mode portable. Les résultats montrent la faisabilité de l’imagerie des tissus profonds de la morphologie vasculaire, ainsi que des paramètres hémodynamiques et de perfusion importants avec un système portable. L’objectif particulier de tous les laboratoires est le développement de nouveaux outils d’imagerie biomédicale basés sur l’acoustique optique, l’optique diffuse, les ultrasons et les approches multimodales.

Le nouveau système de tomographie acoustique optique portable peut essentiellement fournir une capacité d’imagerie véritablement en cinq dimensions. Cela signifie qu’il peut fournir une imagerie volumétrique haute résolution enrichie spectralement de la morphologie et de la fonction des tissus en temps réel. L’approche d’imagerie volumétrique de la main combinée à une fonction en temps réel, l’élimination de la capacité présente des avantages importants pour les diagnostics cliniques.

Par exemple, dans les maladies vasculaires périphériques, les troubles du système lymphatique, le cancer du sein, les lésions cutanées, l’inflammation, l’arthrite. Combiné à la technologie laser de réglage rapide de la longueur d’onde, le système permet d’obtenir une imagerie en temps réel de la biodistribution des agents photoabsorbants. C’est pourquoi de nouvelles possibilités peuvent également émerger dans les applications d’imagerie moléculaire des petits animaux.

Par exemple, l’étude de l’hémodynamique tissulaire, le suivi cellulaire in vivo, la visualisation de la pharmacocinétique, la perfusion d’organes ou la neuro-imagerie. Allumez la source laser proche infrarouge accordable pendant une période de préchauffage d’environ 15 minutes. Pour stabiliser sa sortie, la sortie laser sera connectée à la sonde portable.

La sonde se compose d’un réseau matriciel d’éléments électriques piso disposés pour couvrir une partie d’une sphère avec une ouverture pour un faisceau de fibres. Au centre, connectez un faisceau de fibres pour guider le faisceau laser de la sortie laser à la sonde portable. Ensuite, connectez le réseau de détection de matrice sphérique de la sonde portable au système d’acquisition de données parallèle, qui est déclenché par le commutateur Q Sortie du laser en préparant le couplage acoustique de la sonde.

Le transducteur est doté d’un boîtier assorti recouvert d’une membrane en polyéthylène optiquement et acoustiquement transparente, qui entrera en contact avec la peau et fermera la surface active du transducteur avec le boîtier. La position relative de la surface de détection active par rapport à la surface du tissu détermine la profondeur d’imagerie effective. Connectez une pompe entre le réservoir et la sonde.

Ensuite, utilisez-le pour remplir le volume d’environ 100 millilitres entre le transducteur et la membrane. Une fois le pompage terminé, débranchez la pompe. Inspectez la sonde pour vous assurer qu’il n’y a pas de bulles d’air ou de fuites.

Maintenant, pour plus de sécurité, mettez des lunettes de protection, appropriées pour les longueurs d’onde proche infrarouge. Procédez en réglant les longueurs d’onde d’imagerie et le taux de répétition des impulsions laser. Dans le logiciel de contrôle, la gamme de longueurs d’onde est de 690 à 900 nanomètres avec le choix optique, en fonction du tissu, du chromo, des quatre et des agents d’intérêt administrés extrinsèquement.

Le taux de répétition des impulsions est de l’ordre de 10 à 50 hertz et dépend de la fréquence d’images volumétrique souhaitée, mais est également limité par les limites d’exposition au laser. Réglez également le système d’acquisition de données acoustiques pour qu’il ait une impédance d’entrée d’un méga ohm avec un taux d’échantillonnage de 40 méga-échantillons par seconde et une résolution verticale de 12 bits. Pour des opérations en toute sécurité.

Mesurez les niveaux d’exposition dans la région spectrale du proche infrarouge à l’aide d’un wattmètre laser. Placez le wattmètre sur la membrane en polyéthylène de la sonde pour la mesure. Faites passer le rayonnement laser à travers la sonde et ajustez la puissance du laser et le taux de répétition.

Donc, pour atteindre des niveaux d’exposition sûrs au niveau de la membrane lorsque des ajustements sont effectués, retirez le wattmètre. La sonde est prête à l’emploi. L’étape suivante consiste à préparer le patient à la procédure.

Fournir au patient des lunettes de protection adaptées aux longueurs d’onde du proche infrarouge. Inspectez la région à imager. Si des cheveux sont présents, appliquez une lotion d’épuisement pour les enlever et éviter un arrière-plan indésirable dans les images.

Nettoyez la région avec un chiffon humide. Une fois que la région est dégagée, appliquez du gel à ultrasons sur la peau dans la zone à imager. Pour fournir un couplage acoustique efficace.

Gardez la sonde en place et démarrez le logiciel de prévisualisation, qui permet la sortie laser et la visualisation d’images tridimensionnelles. La fréquence d’images des images opto-acoustiques correspond à la fréquence de répétition des impulsions laser et est affichée en temps réel. Lorsque la reconstruction tomographique est mise en œuvre sur une unité de traitement graphique, déplacez doucement la sonde pour optimiser la visualisation et localiser la structure d’intérêt.

Continuez à utiliser le logiciel de prévisualisation et basculez le matériel en mode d’acquisition de données sur le patient. Déplacez doucement la sonde de quelques millimètres par seconde autour de la région imagée pour suivre les structures d’intérêt. Une fois l’acquisition des données terminée, arrêtez le logiciel, qui arrête également le laser.

L’avant-bras d’un volontaire en bonne santé se trouve à gauche. La boîte blanche représente la région visualisée avec la sonde. Sur la droite se trouvent les images de projection d’intensité maximale de la région sondée.

Comme la sonde était balayée lentement au-dessus de l’avant-bras, la visualisation en temps réel des vaisseaux a été obtenue pour toutes les positions de balayage. Les images ont utilisé une lumière de 800 nanomètres avec un taux de répétition d’impulsions laser de 10 hertz. L’imagerie multispectrale a été réalisée en balayant la sonde le long du poignet d’un volontaire sain.

Un taux de répétition d’impulsions laser de 50 hertz a été utilisé en conjonction avec un réglage par longueur d’onde d’impulsion. Les longueurs d’onde utilisées étaient comprises entre 730 nanomètres et 850 nanomètres par pas de 30 nanomètres. En bas à droite se trouvent des images spectralement non mélangées montrant la distribution de l’hémoglobine oxygénée en rouge, de l’hémoglobine désoxygénée en bleu et de la mélanine en jaune.

En supposant que seuls ces composants sont responsables de l’absorption lorsque la sonde scanne le poignet, la distribution de ces trois chromophores tissulaires peut être suivie en temps réel. Cette vidéo démontre la capacité de la sonde à suivre des processus dynamiques. La circulation dans le majeur a été obstruée par un élastique et libérée lors de l’acquisition des données.

L’apparence des ciseaux indique le moment où l’élastique a été retiré. Les données ont été collectées à 10 images par seconde à une longueur d’onde de 900 nanomètres. La procédure d’imagerie portable peut être maîtrisée en très peu de temps, et comme d’autres modalités d’imagerie clinique ne sont pas en mesure de fournir une volumétrie avec une résolution temporelle comparable, nous sommes convaincus que le système présenté atteindra une nouvelle valeur pour un diagnostic précis et une surveillance du traitement. Les artefacts de mouvement peuvent encore affecter gravement les performances et la qualité de l’image lors de l’utilisation de la sonde en mode portable.

En règle générale, la vitesse de mouvement ne doit pas dépasser trois millimètres par seconde. Si un taux de répétition laser de 10 hertz est utilisé en combinaison avec l’acquisition de données multim, bien sûr, un mouvement plus rapide est autorisé. Si un laser à taux de répétition plus élevé est utilisé Avec une nouvelle approche d’imagerie, nous espérons permettre de nouvelles découvertes biologiques.

Nous souhaitons également offrir aux médecins un nouvel outil de diagnostic clinique dans de multiples indications. Par exemple, les troubles cardiovasculaires et vasculaires périphériques liés au système lymphatique, aux lésions mammaires, à l’arthrite et à l’inflammation.