Una clinica fotoacustico palmare sistema di imaging sarà dimostrato per imaging animale piccolo non-invasivo in tempo reale.
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Articolo metodologico
Una clinica fotoacustico palmare sistema di imaging sarà dimostrato per imaging animale piccolo non-invasivo in tempo reale.
Traduzione di fotoacustico imaging in clinica è una sfida importante. Sistemi di imaging palmare fotoacustico clinica in tempo reale sono molto rari. Qui, segnaliamo un combinato fotoacustico e imaging sistema integrando una sonda ecografica con luce consegna per piccoli animali imaging clinico a ultrasuoni. Dimostriamo questa da risultati di imaging di linfonodo sentinella nei piccoli animali insieme con guida mininvasiva dell'ago in tempo reale. Una piattaforma di ecografia clinica con accesso ai dati grezzi canale consente l'integrazione di fotoacustico imaging che porta ad un palmare fotoacustico clinica in tempo reale sistema di imaging. Blu di metilene è stato utilizzato per l'imaging di linfonodo sentinella a 675 Nm. Inoltre, orientamento dell'ago con doppio ultrasuono modale e fotoacustico imaging è stata indicata utilizzando il sistema di imaging. Formazione immagine di profondità fino a 1,5 cm è stata dimostrata con un laser di 10 Hz a un fotoacustico imaging 5 fotogrammi al secondo.
Per la rilevazione e la stadiazione del tumore, sono disponibili diverse tecniche di imaging. Alcune delle modalità di imaging ampiamente usate sono la formazione immagine a risonanza magnetica (MRI), tomografia computerizzata a raggi x (CT), raggi x, ultrasuoni (US), tomografia a emissione di positroni (PET), fluorescenza imaging, ecc.1,2, 3 , 4. ma, alcune di tecniche di imaging esistenti non sono invasivi, hanno radiazioni nocive, o sono lenti, costosi, ingombranti o ostile ai pazienti. Così, c'è una costante necessità di sviluppare nuove tecniche di imaging veloce e conveniente per diagnostica e terapia5.
Fotoacustico imaging (PAI) è una tecnica di imaging emergente, che combina ricco contrasto ottico con ultrasuoni ad alta risoluzione a una più profonda formazione immagine profondità5,6,7,8, 9. A PAI, un impulso breve laser viene utilizzato per l'irradiazione del tessuto. La luce viene assorbita dal tessuto che conduce a un piccolo aumento di temperatura. A causa dell'espansione termoelastiche, onde di pressione (sotto forma di onde acustiche) vengono generate all'interno del tessuto. Le onde acustiche generate (noto anche come onde fotoacustico (PA)) vengono acquisite con un trasduttore di ultrasuoni a banda larga (UST) all'esterno del contorno di tessuto. Questi segnali acquisiti di PA possono essere utilizzati per ricostruire immagini di PA, rivelando le informazioni strutturali e funzionali all'interno del tessuto. PAI è una vasta gamma di applicazioni, tra cui: vaso sanguigno imaging, imaging di linfonodo sentinella, imaging sistema vascolare cerebrale, tumore imaging, imaging molecolare, ecc.10,11,12, 13,14,15 PAI ha numerose applicazioni per i suoi vantaggi, vale a dire: profondità di penetrazione più profonda, buona risoluzione spaziale e contrasto alto e morbido del tessuto. Il contrasto a PAI può essere endogeno da sangue, melanina, ecc. Quando il contrasto endogeno non è abbastanza forte, agenti di contrasto esogeni come coloranti organici, nanoparticelle, punti quantici, ecc.16,17,18,19, 20 , 21 può essere utilizzato per migliorare il contrasto.
Anche se PAI ha numerosi vantaggi rispetto a altre tecniche di imaging, traduzione clinica è ancora una sfida molto grande. Le principali limitazioni sono ingombranti i laser utilizzato, la maggior parte di UST utilizzato per l'acquisizione dati non sono compatibile con sistemi clinici di Stati Uniti e la mancata disponibilità di commercialmente disponibile cliniche sistemi di imaging a US che danno accesso al canale crudo dati. Solo recentemente, macchine US clinici commerciali con accesso ai dati grezzi sono diventati disponibili22. In questo lavoro, ci proponiamo di dimostrare la fattibilità di PAI con un set-up palmare utilizza una piattaforma clinica. Ci proponiamo di dimostrare questo mostrando imaging non-invasivo della sentinella linfonodi (sln) in un modello animale piccolo.
I tumori al seno invasivi sono una delle principali cause di morte per cancro tra le donne. Diagnosi e stadiazione del cancro al seno precoce è fondamentale per decidere le strategie di trattamento, che svolgono un ruolo importante nella prognosi del paziente. Per il seno cancro gestione temporanea biopsie di linfonodo sentinella (SLNB) sono di solito utilizzati23,24. SLN è il primario di linfonodo, dove la possibilità di trovare le cellule tumorali è il più alto dovuto la metastasi. SLNBs coinvolgere iniettando un colorante o un tracciante radioattivo, seguita da taglio aperto la zona con una piccola incisione e quindi individuando lo SLN visivamente in caso di coloranti o con l'aiuto di un contatore Geiger, in caso di un tracciante radioattivo. Dopo l'identificazione, SLN pochi vengono rimossi per gli studi istopatologici24,25. SLNB positivo indica che il tumore ha metastatizzato ai linfonodi vicini e forse ad altri organi. SLNB negativo indica che la probabilità della metastasi è trascurabile26. SLNB ha numerose complicazioni connesse con esso come intorpidimento del braccio, linfedema, ecc27 per eliminare le complicazioni SLNB associati, è necessaria una tecnica di imaging non invasivo.
Per la mappatura di SLN in piccoli animali e gli esseri umani, PA di imaging è stato esplorato estesamente con l'aiuto di contrasto diversi agenti15,28,29,30,31 , 32. Tuttavia, i sistemi utilizzati attualmente non possono essere utilizzati in uno scenario clinico, come sottolineato in precedenza. Un altro problema da affrontare è la procedura chirurgica coinvolti in SLNB28. Adattare le procedure minimamente invasive per la biopsia di aspirazione fine dell'ago (FNAB) era necessario per ridurre il tempo di recupero e gli effetti collaterali dei pazienti. In questo lavoro, è stato utilizzato un sistema di Stati Uniti clinico per formazione immagine unita di Stati Uniti e PA è stata usata. Per facilità d'uso nell'impostazione clinica, una misura palmare porta per fibra ottica alloggiamento e UST è stato progettato. Blu di metilene (MB) è stato utilizzato per l'identificazione e la mappatura sln. Inoltre, per eliminare le complicazioni connesse con la chirurgia SLNB, dell'ago in tempo reale non invasivo di monitoraggio è anche dimostrato.
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tutti gli esperimenti sugli animali sono stati eseguiti secondo le linee guida approvate dal Comitato istituzionale di cura degli animali e l'uso di Nanyang Technological University, Singapore (numero di protocollo animale ARF-SBS / NIE-A0263).
1. palmare in tempo reale clinica PA e noi Imaging System
2. Caratterizzazione di risoluzione
3. Preparazione degli animali per l'Imaging di SLN
< classe p = "jove_contenda "> Nota: il sistema di imaging clinico palmare sopra descritto è stato dimostrato per l'imaging di piccoli animali SLN. Per gli esperimenti, sono stati acquistati a 8-week-old 6 ratti sani, femminile (NTac:Sprague Dawley, 220 ± 30 g). Ratti femminili vengono utilizzati perché l'insorgenza del cancro al seno in ratti maschii è meno frequente. Tuttavia, i ratti maschii possono essere utilizzati anche per gli studi. Inoltre, nella letteratura, ratti femminili sono utilizzati più ampiamente per l'imaging di SLN.4. In Vivo SLN Imaging di ratti
5. Spettroscopia di SLN PA
6. In tempo reale dell'ago di rilevamento utilizzando PAI
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Figura 1: Descrizione del sistema. (a) rappresentazione schematica del sistema PAI con doppio sistema di US clinica modale. OPO - oscillatore parametrico ottico, di - fascio di fibre ottiche, FH - supporto di fibra, USM - clinica macchina degli Stati Uniti. Il titolare di fibra integra l'UST e due uscita fibra ottica bundle. La macchina di anestesia fornitura isoflurano e...
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Attualmente il costo di screening, diagnosi e trattamento del cancro è molto elevato. Ci sono diverse modalità che vengono utilizzate per lo screening del cancro e diagnosi di formazione immagine. Tuttavia, un sacco di queste tecniche di imaging hanno limitazioni tra cui dimensione macchina ingombrante, diagnosi invasiva, tornando a pazienti, troppo costoso, requisito di radiazione ionizzante, o uso di agenti di contrasto radioattivo. Di conseguenza, un imaging efficiente, conveniente e in tempo reale e sistema di guida ...
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Gli autori hanno nessun interessi finanziari rilevanti nel manoscritto e nessun altri potenziali conflitti di interesse a divulgare.
Gli autori si desidera ringraziare il sostegno finanziario dal Tier 1 assegno di ricerca finanziato dal Ministero dell'istruzione in Singapore (RG48/16: M4011617) e Tier 2 assegno di ricerca finanziato dal Ministero della pubblica istruzione a Singapore (ARC2/15: M4020238). Gli autori desidera ringraziare il Dr. Paolo Austria Dienzo per il suo aiuto con animale movimentazione.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Laser Nd:YAG Q-switched | Laser Continuum | Surelite Pump Oscillatore | |
| ottico parametrico | OPO | Continuum | |
| imaging ecografico clinico | Alpinion | E-CUBE 12R | Sistema di imaging ecografico e fotoacustico bimodale |
| Trasduttore ecografico lineare | Alpinion | L3-12 | Trasduttore lineare a 128 elementi con frequenza centrale di 8,5 MHz, larghezza di banda frazionaria del 95%, |
| fibra ottica biforcata | CeramOptec | Realizzato su misura | Per accoppiare la luce del laser al supporto in fibra portatile |
| Lente | Thorlabs | LB1869 | Focalizzare la luce dal laser alla fibra ottica |
| Gel per ultrasuoni | Progress/parker acquasonic | gel PA-GEL-CLEA-5000 | Accoppiamento acustico |
| Software di elaborazione delle immagini | Mathworks | Matlab | Programma fatto in casa utilizzando Matlab |
| Anesthetic Machine | medical plus pte ltd | Macchina per anestesia non rerespirante con concentratore di ossigeno. | Fornisce ossigeno e isoflurano agli animali |
| Pulsossimetro portatile | Medtronic | PM10N con sensore veterinario | Monitora la pulsossimetria del |
| distributore animale | In Vivos Pte Ltd, distributore | che fornisce piccoli animali per scopi di ricerca. | |
| Maschera respiratoria | su misura | Utilizzato insieme al supporto dell'animale per fornire una miscela di anestesia al tessuto del petto di | |
| pollo | Pasar | Utilizzato per aggiungere profondità per imitare lo scenario di imaging umano | |
| 23G Ago | BD Precisionglide | 23G, 1 e mezzo pollice | Utilizzato per la guida dell'ago in tempo reale |
| Supporto per il cavo in fibra ottica | Su misura | Per tenere l'estremità di ingresso del cavo biforcato | |
| Sonda portatile Stampato | in 3D su misura | Con due fessure per le due estremità di uscita della fibra ottica e una fessura per il trasduttore a ultrasuoni | |
| Blu di metilene (10 mg/mL) | Sterop | Agente di contrasto per l'imaging PA | |
| Software di sintonizzazione laser | Surelite OPO PLUS | Software SLLOPO | per regolare la lunghezza d'onda del laser OPO |
| Fotodiodo | Thorlabs | SP05/M | Per rilevare l'impulso laser per attivare il sistema a ultrasuoni |
| Modulo di polarizzazione del fotodiodo | Thorlabs | PBM42 | Per amplificare il segnale del fotodiodo al segnale ultrasonico della tigre |
| Crema depilatoria | Reckitt Benckiser | Veet | Utilizzato per rimuovere i peli dall'area di imaging |
| Misuratore di potenza laser | Ophir | Starlite, p/n: 7Z01565 | Utilizzato per misurare la potenza del laser |
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