Cistografia fotoacustico

L'obiettivo generale di questa procedura è dimostrare la cistografia fotoacustica non ionizzante in vivo utilizzando l'assorbanza ottica nel vicino infrarosso come traccianti ottici torbidi non tossici. Ciò si ottiene anestetizzando prima l'animale da esperimento. Il secondo passo consiste nel preparare l'animale per l'imaging rimuovendo i peli nella regione addominale, posizionando il ratto sopra un supporto per animali su misura, inserendo un catetere e applicando un gel per ultrasuoni alla regione di imaging.

Le immagini successive dell'area addominale sono ottenute utilizzando un sistema di cistografia fotoacustica prima e dopo l'iniezione di assorbanza ottica nella vescica. In definitiva, questo processo consente l'imaging di una vescica di ratto utilizzando un sistema di cistografia fotoacustica non ionizzante e non invasivo che non fornisce alcuna esposizione alle radiazioni e nessun accumulo di agenti pesanti a lungo termine Per la tomografia acustica è diventata una delle principali modalità di imaging biomedico a causa di un forte contrasto di assorbimento ottico, un'elevata risoluzione spaziale degli ultrasuoni nei tessuti biologici. Il vantaggio principale della fototomografia è che è completamente priva di radiazioni ionizzanti, l'agente iniettato non si accumula nella vescica ed è veloce e costosa.

Per questa procedura, utilizzare un laser Q commutato al neodimio drogato in atrio di alluminio che è stato raddoppiato in frequenza per generare luce a 532 nanometri. L'uscita laser viene fatta passare attraverso un oscillatore parametrico ottico o OPO con una gamma di lunghezze d'onda sintonizzabili da 680 a 2.500 nanometri. Inizia impostando la durata dell'impulso OPO su cinque nanosecondi per ogni colpo laser e imposta la frequenza di ripetizione su 10 hertz.

Quindi impostare la lunghezza d'onda ottica a 667 nanometri per l'uso con l'agente di contrasto blu di metilene. Potrebbe essere necessario modificare questa lunghezza d'onda se viene utilizzato un altro mezzo di contrasto. Eroga la luce che esce dall'OPO attraverso un prisma ad angolo retto a una lente conica sferica fatta in casa.

La lente conica è costituita da una lente BK seven di 2,5 centimetri di diametro con un angolo del cono di 152 gradi. Quindi, reindirizzare il fascio di luce divergente a forma di ciambella attraverso un condensatore ottimale di 2,5 centimetri di spessore in acrilico trasparente. I diametri delle superfici superiore e inferiore sono rispettivamente di 6,1 e 4,8 centimetri.

Assicurati che il modello del raggio abbia una forma ad anello perfetta. Se il modello di fascio a forma di ciambella non viene generato correttamente, i segnali fotoacustici provenienti dalla superficie della pelle saranno dominanti. Pertanto, sarà difficile ottenere l'imaging dei tessuti profondi.

Quindi preparare un piccolo contenitore d'acqua per aumentare l'accoppiamento acustico tra l'animale e il laser. L'apertura inferiore è avvolta da un sottile film di polietilene trasparente, che è otticamente e acusticamente trasparente. Utilizzando un pezzo di nastro isolante nero, allineare coassialmente la luce a forma di linea con la zona focale degli ultrasuoni.

Se questi non sono ben allineati, il sistema soffrirà di un basso rapporto segnale/rumore. Successivamente, montare il trasduttore a ultrasuoni focalizzato sfericamente per rilevare le onde fotoacustiche. Per questo viene utilizzato un trasduttore a immersione NDT V 3 0 8 Olympus.

Raccoglie dati a cinque megahertz e ha risoluzioni trasversali e assiali rispettivamente di 590 e 144 micrometri. Quindi collegare il trasduttore a un impulso ultrasonico a banda larga o a un ricevitore, che amplificherà le onde fotoacustiche e lo collegherà a un oscilloscopio. Una volta configurato il sistema, è possibile ottenere immagini unidimensionali risolte nel tempo chiamate immagini ALINE misurando i tempi di arrivo delle onde fotoacustiche attraverso l'oscilloscopio.

Quindi controlla meccanicamente uno stadio raster lineare utilizzando la vista di laboratorio per acquisire scansioni B bidimensionali e immagini fotoacustiche tridimensionali. L'imaging tridimensionale richiede circa 25 minuti per campione per un campo di 2,5 centimetri per 2,4 centimetri per 1,5 centimetri per acquisire immagini 3D. Impostare il programma lab view per controllare la fase.

Acquisizione di 125 campioni in direzione X con un passo di 0,2 millimetri, 60 campioni lungo la direzione Y con passo di 0,4 millimetri e 500 punti dati con una frequenza di campionamento di 50 megahertz lungo la direzione Z. Infine, configura un sistema software MathWorks MATLAB per acquisire, convertire ed elaborare i dati grezzi in una sequenza di immagini bcan in sezione trasversale che rappresentano i dati volumetrici. Le immagini registrate vengono quindi visualizzate come immagini di proiezione 2D di ampiezza massima.

Per preparare i ratti all'imaging, anestetizzare una femmina di ratto bambola sprague con un peso compreso tra 200 e 250 grammi mediante iniezione intraperitoneale di una miscela di ketamina e xilazina. Quindi rimuovere i peli in un quadrato di cinque centimetri attorno alla zona addominale usando una lozione depilatoria. Quindi, posiziona il topo sopra il supporto per animali su misura.

Quindi preparare un catetere calibro 22 per l'inserimento rivestendolo con un lubrificante e inserire l'estremità distale del catetere orizzontalmente nell'uretra fino a quando il mozzo del catetere raggiunge l'apertura e l'urina inizia a fluire attraverso il catetere. Infine, posizionare il ratto in modo che si trovi sopra il supporto dell'animale e sotto il contenitore dell'acqua nel sistema di cistografia fotoacustica. Per iniziare l'imaging, anestetizzare completamente il ratto utilizzando isofluoro vaporizzato durante gli esperimenti di imaging fotoacustico in vivo.

Quindi applicare il gel per ultrasuoni tra la superficie della pelle dell'animale e la membrana di plastica per migliorare l'accoppiamento acustico. Successivamente, eseguire il programma mat lab MathWorks preparato per ottenere un'immagine fotoacustica tridimensionale di controllo prima dell'iniezione di agenti di contrasto. Una volta ottenuta l'immagine di controllo, utilizzare una siringa da un millilitro per introdurre una soluzione acquosa di blu di metilene nella vescica attraverso il catetere dopo l'iniezione di blu di metilene.

Acquisire una serie di immagini fotoacustiche in vivo ogni 12 ore fino a 48 ore dopo l'iniezione. Successivamente, sacrificare il ratto iniettando un'overdose con 150 milligrammi per chilogrammo di pentobarbital. Quindi rimuovere la vescica e il rene e posizionarli su un piatto di vetro.

La vescica e il rene di un animale non iniettato devono essere utilizzati come controllo per l'imaging ex vivo. Posizionare la lastra di vetro sotto il contenitore dell'acqua nel sistema di cistografia fotoacustica e applicare il gel per ultrasuoni tra gli organi asportati e la membrana di plastica per migliorare l'accoppiamento acustico durante l'imaging. L'immagine mostrata qui è una scansione addominale XY bidimensionale di un ratto con iniezione di luce laser a 667 nanometri di blu di metilene.

Qui, i vasi sanguigni possono essere facilmente visti poiché il sangue assorbe la luce per generare un segnale fotoacustico, ma non c'è vescica visibile a causa della mancanza di mezzo di contrasto. Quando viene visualizzata 12 ore dopo l'iniezione dell'agente di contrasto blu di metilene, la vescica diventa facilmente visibile con un'ampiezza molto forte in tutta la vescica. Quando misurato nuovamente a 24 e 48 ore, l'agente di contrasto ha lasciato il corpo e non è più visibile modificando la lunghezza d'onda ottica a 850 nanometri con l'oscillatore parametrico ottico, l'agente di contrasto blu di metilene non assorbe più l'energia e diventa invisibile.

Questo fa sì che la vescica scompaia efficacemente e agisce come un altro controllo negativo per il sistema. Le immagini con risoluzione della profondità ottenute dal piano Z lungo le linee tratteggiate mostrate qui, forniscono dati di profondità aggiuntivi lungo le aree di interesse come mostrato qui o possono essere eseguite per l'intera immagine per descrivere l'area in tre dimensioni. In questo video, abbiamo dimostrato la capacità fisica del processo di imaging in vivo per l'imaging della vescica chiamato oscopia fotoacustica.

Utilizzando il nostro sistema di imaging fotoacustico, in futuro abbiamo ripreso con successo la nostra vescica sinistra riempita con un'iniezione di tracciante ad effetto ottico nel piombo. Questa tecnica può essere applicata anche al monitoraggio di problemi urologici come il reflusso di bisco nei pazienti pediatrici come una bassa dose di radiazioni. La portabilità e la natura economica di questa procedura sono ottimali per questo tipo di applicazione.