Un protocollo di ecografia e imaging fotoacustico coregistrato per l'imaging transvaginale delle lesioni ovariche

Come tutti sappiamo che il cancro ovarico è il più mortale di tutti i tumori maligni ginecologici, quando il cancro ovarico rilevato in fase precoce e localizzata, la chirurgia e la chemioterapia possono curare circa il 70-90% delle pazienti rispetto a solo il 20% o meno quando viene diagnosticato nelle fasi successive. E gli attuali metodi standard di cura sono noti per avere una minore sensibilità per la diagnosi precoce del cancro ovarico. Inoltre, i metodi di cura standard hanno una specificità molto bassa per un'accurata valutazione del rischio di lesioni annessiali ovariche, portando a interventi chirurgici non necessari, quindi con potenziali complicanze chirurgiche e il significativo costo sanitario.

Pertanto, è necessaria la nostra tecnologia sensibile alla diagnosi precoce del cancro ovarico e specifica per una diagnosi accurata delle lesioni annessiali ovariche. La tomografia fotoacustica o PAT illumina con luci nel vicino infrarosso a lunghezze d'onda specifiche e viene assorbita selettivamente dall'emoglobina ossigenata e deossigenata. L'onda fotoacustica generata dall'assorbimento della luce può mappare il contrasto dell'emoglobina e questo può essere coregistrato alle strutture anatomiche richiamate dagli ultrasuoni coregistrati.

La concentrazione totale di emoglobina e la saturazione di ossigeno forniscono informazioni funzionali sulla vascolarizzazione dei tessuti e sul consumo di ossigeno. Poiché le lesioni maligne hanno generalmente un'emoglobina totale più elevata e una minore saturazione di ossigeno, queste due variabili indipendenti possono aiutare a rilevare precocemente i tumori ovarici e differenziare accuratamente le lesioni annessiali maligne da quelle benigne per migliorare le raccomandazioni di gestione chirurgica. E abbiamo ottenuto il pilota dei dati dei pazienti e i risultati hanno dimostrato che l'imaging fotoacustico coregistrato combinato con ecografia transvaginale e biomarcatore del sangue del cancro ovarico CA 125 può effettivamente diagnosticare lesioni annessali ovariche.

I nostri dati pilota mostrano anche prove che l'imaging fotoacustico coregistrato può rilevare tumori ovarici e delle tube di Falloppio in fase iniziale. E la fotoacustica e l'ecografia coregistrate sono state applicate al rilevamento e alla diagnosi di cancro al seno, cancro della pelle, cancro alla tiroide, cancro cervicale, cancro alla prostata e cancro del colon-retto. Tuttavia, le sonde di imaging variano a seconda della finestra di imaging di diversi organi.

Il primo sistema commerciale di imaging fotoacustico ed ecografico del seno coregistrato è disponibile presso Sino Medical Instrument. Prevediamo che sul mercato saranno disponibili più sistemi ecoacustici fotoacustici commerciali coregistrati. Tuttavia, le sonde fotoacustiche e di imaging ecografico transvaginale dovranno essere appositamente progettate per le pazienti di imaging.

Per iniziare, espandere il raggio laser prima divergendo il raggio con una lente concava plano e poi collimando il raggio con una lente convessa plano. Utilizzare due specchi per dirigere il raggio su un beam splitter. Dividere il fascio originale in due con un beam splitter polarizzatore e quindi dividere i due fasci con altri due beam splitter del secondo stadio.

In questo modo, il raggio laser espanso si dividerà in quattro raggi con uguale energia. Montare quattro fibre ottiche multimodali con mandrini in fibra e utilizzare quattro lenti convesse plano per focalizzare i quattro raggi laser nelle quattro fibre. Coprire tutti i componenti ottici sotto una scatola metallica per assicurarsi che il percorso ottico non sia esposto.

Collegare un monitor aggiuntivo all'ecografia clinica programmabile o al sistema a ultrasuoni per eseguire il software di visualizzazione PATUS per la visualizzazione in tempo reale dell'emoglobina totale relativa, delle mappe di saturazione dell'ossigeno nel sangue e di altri parametri funzionali. Quindi collegare il trigger interno del laser al trigger esterno del sistema ad ultrasuoni e acquisire sequenzialmente cinque fotogrammi PAT consecutivi e un fotogramma ecografico coregistrato. Per calibrare il sistema, impostare l'energia della pompa laser su un livello fisso.

E per ogni lunghezza d'onda, controllare l'energia in uscita per impulso su ciascuna punta della fibra per assicurarsi che la densità di energia calcolata a ciascuna lunghezza d'onda selezionata sia al valore previsto. Per preparare il sistema di imaging PATUS, accendere il sistema ecografico clinico e avviare il software del sistema a ultrasuoni. Premere il pulsante del trasduttore sul pannello di controllo della macchina ad ultrasuoni per aprire la schermata di selezione del trasduttore.

Quindi selezionare il trasduttore ad ultrasuoni corretto. Calibrare il sistema laser e inserire l'energia totale dell'impulso per ciascuna lunghezza d'onda nel software di visualizzazione PATUS. Assemblare la sonda PATUS racchiudendo le fibre e la sonda all'interno della guaina della sonda.

Per l'imaging, regolare la posizione del trasduttore PATUS. Un bersaglio ipoecogeno si presenta lentamente al centro della B-scan. Quindi selezionare la profondità desiderata nel software di controllo PATUS e fare clic su Scansione nel software di controllo per avviare l'acquisizione dei dati in modalità B PATUS coregistrata.

Guarda il software di visualizzazione delle immagini PATUS per rivedere gli ultrasuoni coregistrati e le immagini PAT B-mode in tempo reale. I dati PA a singola lunghezza d'onda vengono visualizzati sulla parte superiore dell'ecografia man mano che vengono acquisiti. Ripetere i passaggi per acquisire più immagini e, se necessario, visualizzare la seconda lesione.

Una volta completata l'acquisizione dei dati, il software di visualizzazione PATUS riceve un trigger per ricostruire le mappe funzionali. Qui, il pannello di sinistra mostra l'ecografia B-scan, mentre il pannello di destra mostra l'emoglobina totale relativa sovrapposta all'ecografia coregistrata. Seleziona una regione di interesse o ROI, qui l'ovaia target, per calcolare la mappa SO2 all'interno del ROI.

Questa immagine mostra una donna in premenopausa di 50 anni con masse annessali multicistiche bilaterali rivelate da TC potenziata dal contrasto. L'immagine ecografica degli annessi sinistri con la regione di interesse o ROI che segna il nodulo solido sospetto all'interno della lesione cistica è mostrata qui. La mappa dell'emoglobina totale relativa al PAT è stata sovrapposta all'ecografia. L'emoglobina totale relativa mostrava un'ampia distribuzione vascolare diffusa nell'intervallo di profondità da un centimetro a cinque centimetri e il livello era alto a 17,1.

La distribuzione della saturazione di ossigeno nel sangue è stata sovrapposta all'ecografia e il livello era basso ad un valore medio del 46,4% La patologia chirurgica ha rivelato l'adenocarcinoma endometrioide ben differenziato di entrambe le ovaie destra e sinistra. La profondità è stata segnata sul lato destro delle immagini B-scan. Questa figura mostra una donna di 46 anni con lesioni cistiche bilaterali.

L'ecografia dell'ovaio destro con una semplice cisti che misura 4,2 centimetri di diametro massimo è mostrata qui. La mappa dell'emoglobina totale relativa al PAT sovrapposta all'ecografia coregistrata mostra segnali di dispersione sul lato sinistro della lesione con un livello medio basso di 4,8. La mappa di saturazione dell'ossigeno nel sangue ha rivelato un contenuto di saturazione di ossigeno più elevato del 67,5% La patologia chirurgica ha rivelato un'ovaia destra normale con cisti follicolari.

Per ogni lunghezza d'onda, misurare l'energia totale prodotta alle quattro punte delle fibre e confrontarle con un record precedente. Se la misurazione è inferiore di oltre un millijoule rispetto al record, regolare l'ottica per massimizzare l'accoppiamento energetico. La PAT in vivo che utilizza il sistema ecografico clinico approvato dalla FDA è un passo importante nella traduzione clinica della PAT.

Rispetto all'imaging ex vivo, l'imaging umano in vivo presenta nuove sfide nell'acquisizione dei dati. I dati PAT clinici possono essere ulteriormente utilizzati per la ricerca sulla diagnosi assistita da computer. Il nostro sviluppo tecnologico e il promettente risultato dello studio pilota sui pazienti ispirano ricercatori e aziende a esplorare la piena capacità della fotoacustica e degli ultrasuoni coregistrati per la diagnosi precoce del cancro ovarico e per la gestione del rischio chirurgico.