Name: Protocole d’échographie et d’imagerie photoacoustique coenregistré pour l’imagerie transvaginale des lésions ovariennes (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-03T14:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: Découvrez la tomographie photoacoustique coenregistrée à l'échographie pour détecter précocement le cancer de l'ovaire. Cette méthode améliore la sensibilité et la spécificité du diagnostic des lésions annexielles.

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Ce travail a été soutenu par le NCI (R01CA151570, R01CA237664). Les auteurs remercient l’ensemble du groupe d’oncologie GYN dirigé par le Dr Mathew Powell pour avoir aidé au recrutement des patients, les radiologues Drs Cary Siegel, William Middleton et Malak Itnai pour avoir aidé aux études américaines, et le pathologiste Dr Ian Hagemann pour avoir aidé à l’interprétation pathologique des données. Les auteurs remercient Megan Luther et les coordonnateurs de l’étude GYN pour leurs efforts dans la coordination des calendriers de l’étude, l’identification des patients pour l’étude et l’obtention d’un consentement éclairé.

Toutes les recherches effectuées ont été approuvées par le Washington University Institutional Review Board.
1. Configuration du système : éclairage optique (Figure 1)
<ol><li>Utilisez un laser Nd:YAG pompant un laser Ti-saphir accordable pulsé (690-890 nm) à 10 Hz.</li>
	<li>Étendre le faisceau laser en divergeant d’abord le faisceau avec une lentille plano-concave, puis en collimant le faisceau avec une lentille plano-convexe. Utilisez deux miroirs pour diriger le faisceau sur un séparateur de faisceau (décrit ci-dessous).</li>
	<li>Divisez le faisceau laser étendu en quatre faisceaux à énergie égale en divisant le faisceau d’origine en deux avec un séparateur de faisceau polarisant, puis en divisant les deux faisceaux avec deux autres séparateurs de faisceau de deuxième étage.</li>
	<li>Montez quatre fibres optiques multimodes avec des mandrins de fibre.</li>
	<li>Utilisez quatre lentilles plano-convexes pour focaliser les quatre faisceaux laser dans les quatre fibres.</li>
	<li>Pour des raisons de sécurité laser, couvrez tous les composants optiques sous une boîte métallique pour vous assurer que le chemin optique n’est pas exposé.</li>
	<li>Fixez les autres extrémités des quatre fibres à la sonde à ultrasons transvaginales et enfermez la sonde et les fibres dans une gaine protectrice. REMARQUE: La gaine et la fenêtre acoustique du transducteur sont recouvertes de peinture blanche hautement réfléchissante pour améliorer l’uniformité de l’éclairage. Cette configuration, y compris l’utilisation de quatre fibres pour l’administration de la lumière, s’est déjà avérée optimale pour les applications transvaginales17. Voir la discussion pour plus d’informations.</li>
</ol>2. Configuration du système: schéma de détection et de balayage par ultrasons
<ol><li>Utilisez un système clinique américain programmable. REMARQUE: Un système programmable signifie que les données échographiques brutes sont accessibles et que des protocoles d’acquisition de données personnalisés et des algorithmes de traitement peuvent être programmés.</li>
	<li>Connectez un moniteur supplémentaire au système américain pour exécuter le logiciel d’affichage USPAT pour la visualisation en temps réel du rHbT, des cartes %sO2 et d’autres paramètres fonctionnels.</li>
	<li>Connectez la gâchette interne du laser à la gâchette externe du système américain.</li>
	<li>Utiliser une approche de multiplexage par répartition dans le temps en mode coenregistré; plus précisément, pour chaque longueur d’onde, acquérir séquentiellement cinq trames PAT consécutives et une trame US co-enregistrée. Faites la moyenne des trames PAT pour améliorer le rapport signal/bruit. Le temps total d’acquisition des données pour quatre longueurs d’onde est d’environ 15 s.</li>
</ol>3. Calibrage du système
<ol><li>Réglez l’énergie de la pompe laser à un niveau fixe.</li>
	<li>Pour chaque longueur d’onde (750 nm, 780 nm, 800 nm et 830 nm), vérifiez la sortie d’énergie par impulsion à chaque extrémité de fibre pour vous assurer que la densité d’énergie calculée à chaque longueur d’onde sélectionnée est à la valeur attendue indiquée dans le tableau 1.</li>
	<li>Si la production d’énergie est plus faible que prévu, affinez l’alignement optique en ajustant les angles du miroir et du séparateur de faisceau. Cette étape n’est pas toujours nécessaire.</li>
	<li>Répétez les étapes 3.2-3.4 jusqu’à ce que l’énergie soit satisfaisante.</li>
	<li>Enregistrez la production d’énergie des quatre fibres à chaque longueur d’onde et entrez les valeurs dans le logiciel d’affichage USPAT. NOTE: Ces valeurs sont utilisées pour calibrer le calcul du rHbT. L’énergie du laser fluctue au fil du temps et l’étalonnage garantit que les paramètres quantitatifs calculés à partir des données PAT multispectrales sont aussi précis que possible.</li>
</ol>4. Un exemple de procédure expérimentale : imagerie transvaginale USPAT de l’ovaire humain
<ol><li>Préparation du système d’imagerie USPAT<ol><li>Désinfectez la sonde US d’endocavité et la gaine du couvercle avec le protocole standard de nettoyage de la sonde à ultrasons de l’établissement.</li>
		<li>Mettez le système américain clinique, démarrez le logiciel système américain et sélectionnez le transducteur US approprié.</li>
		<li>Calibrez le système laser comme à l’étape 3.</li>
		<li>Entrez l’énergie d’impulsion totale pour chaque longueur d’onde dans le logiciel d’affichage USPAT.</li>
		<li>Assemblez la sonde USPAT en enfermant les fibres et la sonde à l’intérieur de la gaine de la sonde.</li>
	</ol></li>
	<li>Préparation du patient<ol><li>Suivez le protocole propre à l’établissement pour obtenir un consentement éclairé et préparer le patient.</li>
	</ol></li>
	<li>Imagerie<ol><li>Localisez l’ovaire cible à l’aide de l’écho pulsé US. REMARQUE: Cette étape est effectuée par le médecin de l’étude, qui est libre d’ajuster les paramètres d’imagerie sur la machine clinique américaine, tels que la profondeur, la plage dynamique et le TGC.</li>
		<li>Sélectionnez la profondeur souhaitée dans le logiciel de contrôle USPAT.</li>
		<li>Cliquez sur Numériser dans le logiciel de contrôle pour démarrer l’acquisition de données en mode B USPAT coenregistrée. Regardez le logiciel d’affichage d’images USPAT pour examiner les images coenregistrées en mode US et PAT B et les cartes fonctionnelles reconstruites en temps réel.</li>
		<li>Répétez les étapes 4.3.1-4.3.3 pour acquérir plus d’images et (si nécessaire) imager la deuxième lésion.</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>

Les auteurs n’ont aucun intérêt financier pertinent dans le manuscrit et aucun autre conflit d’intérêts potentiel à divulguer.

Éclairage optique Le nombre de fibres utilisées est basé sur deux facteurs: l’uniformité de l’éclairage lumineux et la complexité du système. Il est essentiel d’avoir un modèle d’éclairage lumineux uniforme à la surface de la peau pour éviter les points chauds. Il est également important de garder le système simple et robuste avec un nombre minimal de fibres. L’utilisation de quatre fibres distinctes s’est déjà révélée optimale pour créer un éclairage uniforme à des profondeurs de plusieurs millimètre...

L’imagerie photoacoustique ou tomographie (PAT) est une modalité d’imagerie hybride qui mesure la distribution d’absorption optique à la résolution américaine et à des profondeurs bien au-delà de la limite de diffusion optique tissulaire (~ 1 mm). Dans la PAT, une impulsion laser nanoseconde est utilisée pour exciter les tissus biologiques, provoquant une augmentation transitoire de la température due à l’absorption optique. Cela conduit à une augmentation de pression initiale, et les ondes photoacoustiques résultantes sont mesurées par des transducteurs américains. Le PAT multispectral implique l’utilisation d’un laser accordable ou de plusieurs lasers fonctionnant à différentes longueurs d’onde pour éclairer le tissu, permettant ainsi la reconstruction de cartes d’absorption optique à plusieurs longueurs d’onde. Sur la base de l’absorption différentielle de l’hémoglobine oxygénée et désoxygénée dans la fenêtre proche infrarouge (NIR), la PAT multispectrale peut calculer les distributions des concentrations d’hémoglobine oxygénée et désoxygénée, la concentration totale d’hémoglobine et la saturation en oxygène du sang, qui sont tous des biomarqueurs fonctionnels liés à l’angiogenèse tumorale et à la consommation d’oxygénation sanguine ou au métabolisme tumoral. PAT a démontré son succès dans de nombreuses applications en oncologie, telles que le cancer de l’ovaire1,2, le cancer du sein 3,4,5, le cancer de la peau6, le cancer de la thyroïde7,8, le cancer du col de l’utérus 9, le cancer de la prostate 10,11 et le cancer colorectal 12.
Le cancer de l’ovaire est la plus mortelle de toutes les tumeurs malignes gynécologiques. Seulement 38 % des cancers de l’ovaire sont diagnostiqués à un stade précoce (localisé ou régional), où le taux de survie à 5 ans est de 74,2 % à 93,1 %. La plupart sont diagnostiqués à un stade tardif, pour lequel le taux de survie à 5 ans est de 30,8% ou moins13. Les méthodes actuelles de diagnostic clinique, y compris l’échographie transvaginale (TU), les soins Doppler US, l’antigène 125 du cancer sérique (CA 125) et la protéine 4 de l’épididyme humain (HE4), manquent de sensibilité et de spécificité pour le diagnostic précoce du cancer de l’ovaire14,15,16. De plus, une grande partie des lésions ovariennes bénignes peuvent être difficiles à diagnostiquer avec précision avec les technologies d’imagerie actuelles, ce qui entraîne des chirurgies inutiles avec des coûts de soins de santé accrus et des complications chirurgicales. Ainsi, d’autres méthodes non invasives précises pour la stratification du risque des masses annexielles sont nécessaires pour optimiser la prise en charge et les résultats. De toute évidence, une technique sensible et spécifique au cancer de l’ovaire à un stade précoce et plus précise dans l’identification des lésions malignes à partir de lésions bénignes est nécessaire.
Notre groupe a développé un système transvaginal US et PAT co-enregistré (USPAT) pour le diagnostic du cancer de l’ovaire en combinant un système américain clinique, une gaine de sonde sur mesure pour loger les fibres optiques pour la livraison de la lumière et un laser accordable1. La concentration totale d’hémoglobine (échelle relative, rHbT) et la saturation en oxygène du sang (%sO2) dérivées du système USPAT ont démontré un grand potentiel pour la détection des cancers de l’ovaire à un stade précoce et pour le diagnostic précis des lésions ovariennes pour une évaluation efficace des risques et la réduction des chirurgies inutiles des lésions bénignes 1,2. Le schéma actuel du système est illustré à la figure 1 et le schéma fonctionnel de contrôle à la figure 2. Cette stratégie a le potentiel d’être intégrée aux protocoles d’ETS existants pour le diagnostic du cancer de l’ovaire tout en fournissant des paramètres fonctionnels (rHbT, %sO2) pour améliorer la sensibilité et la spécificité des TU.

<table><tbody><tr><td>Système d’imagerie clinique US</td><td>Alpinion Medical Systems</td><td>EC-12R</td><td>Système clinique US entièrement programmable</td></tr><tr><td>Miroir diélectrique</td><td>Thorlabs</td><td>BB1-E03</td><td>Utilisé pour réfléchir la lumière le long du chemin optique</td></tr><tr><td>Transducteur US endocavité</td><td>Alpinion Medical Systems</td><td>EC3-10</td><td>Sonde à ultrasons transvaginale</td></tr><tr><td>Wattmètre laser</td><td>Coherent</td><td>LabMax TOP</td><td>Utilisé pour mesurer l’énergie laser</td></tr><tr><td>Fibre optique multimode</td><td>Thorlabs</td><td>FP1000ERT</td><td>Couplage de la lumière laser à la sonde à ultrasons endocavitaire</td></tr><tr><td>Plaque séparatrice de faisceau non polarisante</td><td>Thorlabs</td><td>BSW11</td><td>Pour diviser le faisceau laser en capteurs pour mesurer l’énergie</td></tr><tr><td>Lentille plano-concave</td><td>Thorlabs</td><td>LC1715</td><td>Pour l’expansion du faisceau laser</td></tr><tr><td>Lentille plano-convexe&nbsp ;</td><td>Thorlabs</td><td>LA1484-B</td><td>Pour la collimation par faisceau laser</td></tr><tr><td>Lentille plano-convexe</td><td>Thorlabs</td><td>LA1433-B</td><td>Utilisé pour focaliser la lumière en quatre fibres optiques</td></tr><tr><td>Cube séparateur de faisceau polarisant</td><td>Thorlabs</td><td>PBS252</td><td>Pour diviser le faisceau laser en quatre faisceaux</td></tr><tr><td>Sonde de protection shealth</td><td>Impression</td><td></td> 3D personnalisée <td>Tenez et protégez les quatre fibres optiques à l’extrémité de la sonde à ultrasons</td></tr><tr><td>Miroir à prisme à angle droit</td><td>Thorlabs</td><td>MRA25-E03</td><td>Utilisé pour réfléchir la lumière le long du chemin optique</td></tr><tr><td>Système laser accordable</td><td>Symphotic TII</td><td>LS-2145-LT50PC</td><td>Source lumineuse pour PAT multispectral</td></tr><tr><td>Logiciel de contrôle USPAT Développé</td><td>sur mesure en C++</td><td></td><td>Contrôle les paramètres d’acquisition de l’échographe et de la longueur d’onde laser Logiciel d’affichage d’images</td></tr><tr><td>USPAT Développé</td><td>sur mesure en C++</td><td></td><td>Affiche les cartes US/PAT B-scans et sO2/rHbT en réel Heure</td></tr></tbody></table>

protocole d’échographie et d’imagerie photoacoustique coenregistré pour l’imagerie transvaginale des lésions ovariennes

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

Le cancer de l’ovaire reste le plus mortel de toutes les tumeurs malignes gynécologiques en raison du manque d’outils de dépistage fiables pour la détection et le diagnostic précoces. L’imagerie photoacoustique ou tomographie (PAT) est une modalité d’imagerie émergente qui peut fournir la concentration totale d’hémoglobine (échelle relative, rHbT) et la saturation en oxygène du sang (%sO2) des lésions ovariennes / annexielles, qui sont des paramètres importants pour le diagnostic du cancer. Combinée à l’échographie coenregistrée (US), la PAT a démontré un grand potentiel pour détecter les cancers de l’ovaire et pour diagnostiquer avec précision les lésions ovariennes pour une évaluation efficace des risques et la réduction des chirurgies inutiles des lésions bénignes. Cependant, les protocoles d’imagerie PAT dans les applications cliniques, à notre connaissance, varient considérablement d’une étude à l’autre. Ici, nous rapportons un protocole d’imagerie du cancer de l’ovaire transvaginal qui peut être bénéfique pour d’autres études cliniques, en particulier celles utilisant des réseaux d’ultrasons commerciaux pour la détection de signaux photoacoustiques et des algorithmes standard de formation de faisceau de retard et de somme pour l’imagerie.

Ici, nous montrons des exemples de lésions ovariennes malignes et normales imagées par USPAT. La figure 3 montre une femme préménopausée de 50 ans présentant des masses annexielles multikystiques bilatérales révélées par une tomodensitométrie à contraste amélioré. La figure 3A montre l’image américaine de l’annexex gauche avec le retour sur investissement marquant le nodule solide suspect à l’intérieur de la lésion kystique. La figure 3B</st...

Nous rapportons un protocole d’échographie et d’imagerie photoacoustique coenregistré pour l’imagerie transvaginale des lésions ovariennes / annexielles. Le protocole peut être utile pour d’autres études d’imagerie photoacoustique translationnelle, en particulier celles utilisant des réseaux d’ultrasons commerciaux pour la détection de signaux photoacoustiques et des algorithmes standard de formation de faisceau de retard et de somme pour l’imagerie.

Protocole d’échographie et d’imagerie photoacoustique coenregistré pour l’imagerie transvaginale des lésions ovariennes

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

Comme nous le savons tous, le cancer de l’ovaire est la plus meurtrière de toutes les tumeurs malignes gynécologiques, lorsque le cancer de l’ovaire est détecté à un stade précoce et localisé, la chirurgie et la chimiothérapie peuvent guérir environ 70 à 90% des patientes, contre seulement 20% ou moins lorsqu’il est diagnostiqué aux stades avancés. Et les méthodes de soins standard actuelles sont connues pour avoir une sensibilité plus faible pour la détection précoce du cancer de l’ovaire. En outre, les méthodes de soins standard ont une très faible spécificité pour une évaluation précise du risque de lésions annexielles ovariennes, ce qui entraîne des chirurgies inutiles, donc des complications chirurgicales potentielles et des coûts de soins de santé importants.Par conséquent, notre technologie sensible à la détection précoce du cancer de l’ovaire et spécifique pour un diagnostic précis des lésions annexielles ovariennes est nécessaire. La tomographie photoacoustique ou PAT éclaire avec des lumières proches infrarouges à des longueurs d’onde spécifiques et est sélectivement absorbée par l’hémoglobine oxygénée et désoxygénée. L’onde photoacoustique générée par l’absorption de la lumière peut cartographier le contraste de l’hémoglobine, et cela peut être coenregistré aux structures anatomiques imagées par ultrasons coenregistrés.La concentration totale d’hémoglobine et la saturation en oxygène fournissent des informations fonctionnelles sur la vascularisation tissulaire et la consommation d’oxygène. Étant donné que les lésions malignes ont généralement un taux d’hémoglobine totale plus élevé et une saturation en oxygène plus faible, ces deux variables indépendantes peuvent aider à détecter les cancers de l’ovaire plus tôt et différencier avec précision les lésions annexielles malignes des lésions annexielles ovariennes bénignes afin d’améliorer les recommandations de prise en charge chirurgicale. Et nous avons obtenu le pilote des données des patients et les résultats ont démontré que l’imagerie photoacoustique coenregistrée combinée à l’échographie transvaginale et au biomarqueur sanguin du cancer de l’ovaire CA 125 peut effectivement diagnostiquer les lésions annexielles ovariennes.Nos données pilotes montrent également que l’imagerie photoacoustique coenregistrée peut détecter les cancers de l’ovaire et des trompes de Fallope à un stade précoce. Et la photoacoustique et l’échographie coenregistrées ont été appliquées à la détection et au diagnostic du cancer du sein, du cancer de la peau, du cancer de la thyroïde, du cancer du col de l’utérus, du cancer de la prostate et du cancer colorectal. Cependant, les sondes d’imagerie varient en fonction de la fenêtre d’imagerie des différents organes.Le premier système commercial d’imagerie photoacoustique et échographique du sein coenregistré est disponible auprès de Sino Medical Instrument. Nous nous attendons à ce que davantage de systèmes d’échographie photoacoustique coenregistrés commerciaux soient disponibles sur le marché. Cependant, les sondes d’imagerie photoacoustique et échographique transvaginale devront être spécialement conçues pour l’imagerie des patients.Pour commencer, développez le faisceau laser en divergeant d’abord le faisceau avec une lentille plano concave, puis en collimant le faisceau avec une lentille plano convexe. Utilisez deux miroirs pour diriger le faisceau sur un séparateur de faisceau. Divisez le faisceau d’origine en deux à l’aide d’un séparateur de faisceau polarisant, puis divisez les deux faisceaux avec deux autres séparateurs de faisceau du deuxième étage.De cette façon, le faisceau laser expansé se divisera en quatre faisceaux d’énergie égale. Montez quatre fibres optiques multimodes avec des mandrins en fibre et utilisez quatre lentilles convexes plano pour concentrer les quatre faisceaux laser dans les quatre fibres. Couvrez tous les composants optiques sous une boîte métallique pour vous assurer que le chemin optique n’est pas exposé.Connectez un moniteur supplémentaire à l’échographie clinique programmable ou au système d’échographie pour exécuter le logiciel d’affichage PATUS pour la visualisation en temps réel de l’hémoglobine totale relative, des cartes de saturation en oxygène du sang et d’autres paramètres fonctionnels. Ensuite, connectez la gâchette interne du laser à la gâchette externe du système à ultrasons et acquérez séquentiellement cinq trames PAT consécutives et une trame ultrasonore coenregistrée. Pour calibrer le système, réglez l’énergie de la pompe laser à un niveau fixe.Et pour chaque longueur d’onde, vérifiez la sortie d’énergie par impulsion à chaque extrémité de fibre pour vous assurer que la densité d’énergie calculée à chaque longueur d’onde sélectionnée est à la valeur attendue. Pour préparer le système d’imagerie PATUS, allumez le système d’échographie clinique et démarrez le logiciel du système d’échographie. Appuyez sur le bouton du transducteur sur le panneau de commande de l’appareil à ultrasons pour ouvrir l’écran de sélection du transducteur.Sélectionnez ensuite le transducteur à ultrasons approprié. Calibrez le système laser et entrez l’énergie d’impulsion totale pour chaque longueur d’onde dans le logiciel d’affichage PATUS. Assemblez la sonde PATUS en enfermant les fibres et la sonde à l’intérieur de la gaine de la sonde.Pour l’imagerie, réglez la position du transducteur PATUS. Une cible hypoéchogène apparaît lentement au centre du B-scan. Sélectionnez ensuite la profondeur souhaitée dans le logiciel de contrôle PATUS et cliquez sur numériser dans le logiciel de contrôle pour lancer l’acquisition de données PATUS en mode B coenregistrée.Regardez le logiciel d’affichage d’images PATUS pour examiner les images coenregistrées en mode échographie et PAT B en temps réel. Les données PA à longueur d’onde unique sont affichées au-dessus de l’échographie au fur et à mesure de leur acquisition. Répétez les étapes pour acquérir plus d’images et, si nécessaire, imagez la deuxième lésion.Une fois l’acquisition des données terminée, le logiciel d’affichage PATUS reçoit un déclencheur pour reconstruire les cartes fonctionnelles. Ici, le panneau de gauche montre l’échographie B-scan, tandis que le panneau de droite montre l’hémoglobine totale relative superposée à l’échographie coenregistrée. Sélectionnez une région d’intérêt ou un retour sur investissement, ici l’ovaire cible, pour calculer la carte SO2 dans le retour sur investissement.Cette image montre une femme préménopausée de 50 ans avec des masses annexielles multikystiques bilatérales révélées par une tomodensitométrie à contraste amélioré. L’image échographique de l’annexexe gauche avec la région d’intérêt ou le ROI marquant le nodule solide suspect à l’intérieur de la lésion kystique est montrée ici. La carte relative de l’hémoglobine totale PAT a été superposée à l’échographie. L’hémoglobine totale relative présentait une distribution vasculaire diffuse étendue dans la plage de profondeur d’un centimètre à cinq centimètres et le niveau était élevé à 17,1.La distribution de saturation en oxygène du sang a été superposée à l’échographie et le niveau était faible à une valeur moyenne de 46,4%La pathologie chirurgicale a révélé l’adénocarcinome endométrioïde bien différencié des ovaires droit et gauche. La profondeur était marquée sur le côté droit des images B-scan. Cette figure montre une femme de 46 ans présentant des lésions kystiques bilatérales.L’échographie de l’ovaire droit avec un simple kyste mesurant 4,2 centimètres de diamètre maximum est montrée ici. La carte de l’hémoglobine totale relative PAT superposée à l’échographie coenregistrée montre des signaux de diffusion sur le côté gauche de la lésion avec un faible niveau moyen de 4,8. La carte de saturation en oxygène du sang a révélé une teneur en saturation en oxygène plus élevée de 67,5%La pathologie chirurgicale a révélé un ovaire droit normal avec des kystes folliculaires.Pour chaque longueur d’onde, mesurez la production totale d’énergie aux quatre extrémités des fibres et comparez-les à un enregistrement précédent. Si la mesure est inférieure de plus d’un millijoule à l’enregistrement, ajustez l’optique pour maximiser le couplage d’énergie. La PAT in vivo utilisant un système d’échographie clinique approuvé par la FDA est une étape importante dans la traduction clinique de la PAT.Par rapport à l’imagerie ex vivo, l’imagerie humaine in vivo présente de nouveaux défis en matière d’acquisition de données. Les données PAT cliniques peuvent être utilisées pour la recherche de diagnostic assisté par ordinateur. Notre développement technologique et les résultats prometteurs de l’étude pilote sur les patientes incitent les chercheurs et les entreprises à explorer la pleine capacité de la photoacoustique et de l’échographie coenregistrées pour la détection précoce du cancer de l’ovaire et pour la gestion des risques chirurgicaux.

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