Forniamo qui una descrizione dettagliata del protocollo sperimentale per l'imaging con un sistema optoacustico portatile (fotoacustico) di nuova concezione per l'imaging tridimensionale, funzionale e molecolare in tempo reale. Le potenti prestazioni e la versatilità dimostrate possono definire nuove aree di applicazione della tecnologia optoacustica nella ricerca preclinica e nella pratica clinica.
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Articolo metodologico
Universale Mano libera tridimensionale optoacustica Imaging Probe per Deep Tissue angiografia umana e funzionali studi preclinici in tempo reale
In questo articolo
Sommario
Abstract
L'esclusiva combinazione di un elevato contrasto ottico e di un'eccellente risoluzione spaziale rende l'optoacustica (fotoacustica) ideale per ottenere simultaneamente il contrasto anatomico, funzionale e molecolare in tessuti profondi otticamente opachi. Mentre l'enorme potenziale è stato recentemente dimostrato nell'applicazione dell'optoacustica per la ricerca sui piccoli animali, sono stati intrapresi anche grandi sforzi per tradurre questa tecnologia di imaging nella pratica clinica. Presentiamo qui un approccio di tomografia optoacustica di nuova concezione in grado di fornire immagini volumetriche ad alta risoluzione e spettralmente arricchite della morfologia e della funzione dei tessuti in tempo reale. Viene fornita una descrizione dettagliata del protocollo sperimentale per il funzionamento con il sistema di imaging sia in modalità portatile che stazionaria e mostrata per diversi scenari potenziali che coinvolgono studi funzionali e molecolari in modelli murini e nell'uomo. La possibilità di visualizzazione in tempo reale in tre dimensioni, insieme al versatile design portatile della sonda di imaging, rendono l'approccio di nuova concezione unico nel pantheon delle modalità di imaging utilizzate nella ricerca preclinica e nella pratica clinica di oggi.
Introduzione
Optoacustica (fotoacustico) di imaging attrae un crescente interesse da parte delle comunità di ricerca biologica e medica, come manifestato dal numero sempre crescente di pubblicazioni che comprendono varietà di nuove applicazioni che sfruttano i vantaggi unici offerti dalla tecnologia 1-5. In particolare, la capacità di immagine agenti foto-assorbimento spettrale distintivi ad alta risoluzione spazio-temporale a profondità ben oltre il limite diffusiva della luce apre capacità senza precedenti per l'imaging funzionale e molecolare 6-10.
Infatti, la traduzione della tecnologia optoacustica nella pratica clinica ....
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Protocollo
La procedura dettagliata per il funzionamento con la sonda optoacustica volumetrico portatile è descritto di seguito. Questa procedura viene eseguita secondo le norme istituzionali approvate in materia di sperimentazione animale e umana.
1. Sistema di Preparazione
- Accendere il laser per un periodo di riscaldamento di circa 15 minuti prima operazione per stabilizzare il fascio luminoso in uscita.
- Posizionare la parte di acqua che racchiude con la membrana di separazione che è in contatto con la pelle (figura 1).
NOTA: La distanza tra la membrana isolante (a contatto con la pelle) e la regione di....
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Risultati
Rappresentante dei risultati, che dimostrano le capacità del sensore portatile volumetrico descritto optoacustica, sono in mostra in questa sezione. In tutti i casi, la fluenza della luce sulla superficie della pelle è stata mantenuta al di sotto del limite di esposizione di sicurezza del 20 mJ / cm 2 19.
Le prestazioni della sonda in tempo reale inseguimento vascolare periferico umano è presentato nella figura 2. Nel corso di questo esperimento, la sonda è stata .......
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Discussione
I vantaggi unici offerti dalle tecniche di imaging optoacustica in piccola ricerca su animali hanno creato una forte motivazione per tradurre la tecnologia nella pratica clinica, con un numero di diagnostica e applicazioni di monitoraggio di trattamento immaginati ad es., In seno e il cancro della pelle, infiammazioni o malattie vascolare periferico. Tuttavia, al contrario di topi o animali più piccoli, che possono essere circondati da un numero sufficiente di fonti di illuminazione e di elementi di rilevamento.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
La ricerca che ha portato a questi risultati ha ricevuto finanziamenti dal Consiglio Europeo della Ricerca nell'ambito dell'accordo di sovvenzione ERC-2010-StG-260991.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Laser basato su oscillatore parametrico ottico (OPO) | Innolas Laser GmbH, Krailling (Germania) | su misura | Il laser fornisce impulsi laser con una durata di circa 10 nsec e un'energia fino a 80 mJ. La lunghezza d'onda è regolabile tra 680-950 nm. |
| Array sferico di rivelatori piezocompositi | Imasonic SaS, Voray (Francia) | su misura | L'array è costituito da 256 sensori piezoelettrici distribuiti su una superficie sferica. Ogni elemento ha dimensioni 3 x 3 mm2, una frequenza centrale di 4 MHz e una larghezza di banda del 100%. |
| Sistema di acquisizione dati (DAQ) | Falkenstein Mikrosysteme GmbH, Taufkirchen (Germania) | su misura | Il DAQ acquisisce contemporaneamente 256 segnali a 40 megacampioni al secondo e 2.030 campioni. L'impedenza di ingresso è di 1 MW. |
| Fascio di fibre | CeramOptec GmbH, Bonn (Germania) | su misura | Il fascio è costituito da 480 singole fibre distribuite in modo casuale in ingresso e in uscita. L'apertura numerica di ogni singola fibra è di 0,22. |
| Topo nudo atimico | Harlan Laboratories (Paesi Bassi) | Nudo atimico - Foxn1nu | Il topo aveva 8 settimane (adulto) al momento dell'esperimento. Il protocollo etico è stato approvato dal governo bavarese (numero 55.2.1.54-2632-102-11) |
| Bepanthen crema | Bayer AG (Germania) | Unguento veterinario per proteggere gli occhi durante l'anestesia | |
| Software | di elaborazione datiMatlab (Mathworks, Natick, MA, USA) | su misura | Il software di elaborazione dati è stato sviluppato presso il nostro istituto. Consente la ricostruzione ad ogni lunghezza d'onda e l'unmixaggio di più lunghezze d'onda, nonché un'ulteriore elaborazione dei dati. |
| racchiude l'acqua | misura | Questa parte contiene l'acqua che funge da mezzo di accoppiamento acustico tra la pelle e gli elementi del trasduttore | |
| Verde indocianina (ICG) | PULSION Medical Systems SE | ICG-PULSION (principio attivo: colorante verde indocianina) è un farmaco utilizzato nella diagnostica cardiaca, circolatoria e microcircolatoria, nella diagnostica della funzionalità epatica e nella diagnostica dell'angiografia oftalmica. |
Riferimenti
- Stritzker, J., et al. Vaccinia virus-mediated melanin production allows MR and optoacoustic deep tissue imaging and laser-induced thermotherapy of cancer. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3316-3320 (2013).
- Herzog, E., et al.
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Ristampe e permessi
