범용 실시간으로 깊은 조직 인간의 혈관 조영술과 기능 전임상 연구를위한 3 차원 광 음향 이미징 프로브를 손 개최

다음 실험의 전반적인 목표는 3차원, 기능 및 분자 이미징을 실시간으로 위한 새로 개발된 휴대용 광음향 시스템의 이미징 기능을 설명하는 것입니다. 이것은 pizo의 구형 매트릭스 어레이가 있는 프로브, 조직에 대고 있을 때 광 펄스를 안내하는 광섬유 번들 주변의 전기 변환기를 사용하여 달성됩니다. 나노초 지속 시간, 빛의 펄스는 프로브에 의해 포착된 초음파 반응을 여기시킵니다.

다음으로, 데이터는 실시간 이미지 재구성을 수행하는 데 사용되어 핸드헬드 모드에서 스캔할 수 있습니다. 결과는 혈관 형태학의 심부 조직 이미징의 가능성과 휴대용 시스템을 통한 중요한 혈역학 및 관류 매개변수의 실현 가능성을 보여줍니다. 모든 실험실의 특별한 초점은 광학 음향, 확산 광학, 초음파 및 다중 모드 접근 방식을 기반으로 하는 새로운 생체 의학 이미징 도구의 개발입니다.

새로 개발된 휴대용 광학 음향 단층 촬영 시스템은 본질적으로 진정한 5차원 이미징 기능을 제공할 수 있습니다. 이는 조직 형태와 기능에 대한 고해상도 스펙트럼이 풍부한 체적 이미징을 실시간으로 제공할 수 있음을 의미합니다. 실시간 기능과 결합된 체적 손 이미징 접근 방식은 용량을 제거하는 데 있어 임상 진단에 중요한 이점을 제공합니다.

예를 들어, 말초 혈관 질환, 림프계 장애, 유방암, 피부 병변, 염증, 관절염. 빠른 파장 튜닝 레이저 기술과 결합된 이 시스템은 광 흡수제의 생체 분포를 실시간으로 이미징할 수 있습니다. 이것이 바로 소동물 분자 이미징 응용 분야에서도 새로운 가능성이 동등하게 나타날 수 있는 이유입니다.

예를 들어, 생체 내 조직 혈류역학 연구, 약동학의 시각화, 장기 관류 또는 신경 이미징 하드웨어를 준비하는 것으로 시작합니다. 약 15분의 예열 시간 동안 조정 가능한 근적외선 레이저 소스를 켭니다. 출력을 안정화하기 위해 레이저 출력은 휴대용 프로브에 연결됩니다.

프로브는 섬유 다발을 위한 구멍이 있는 구의 일부를 덮도록 배열된 피소 전기 요소의 매트릭스 어레이로 구성됩니다. 중앙에서 광섬유 번들을 연결하여 레이저 출력에서 휴대용 프로브로 레이저 빔을 안내합니다. 다음으로, 핸드헬드 프로브의 구형 매트릭스 감지 어레이를 병렬 데이터 수집 시스템에 연결합니다.이 시스템은 Q 스위치에 의해 트리거됩니다.레이저의 출력은 프로브에 대한 음향 커플링을 준비하여 계속합니다.

변환기에는 광학 및 음향적으로 투명한 폴리에틸렌 멤브레인으로 덮인 일치하는 케이스가 있어 피부와 접촉하고 활성 변환기 표면을 케이스로 닫습니다. 조직 표면에 대한 활성 검출 표면의 상대적 위치는 효과적인 이미징 깊이를 결정합니다. 탱크와 프로브 사이에 펌프를 연결합니다.

그런 다음 이를 사용하여 변환기와 멤브레인 사이의 약 100ml 부피를 채웁니다. 펌핑이 완료되면 펌프를 분리하십시오. 프로브를 검사하여 기포나 누출이 없는지 확인하십시오.

이제 안전을 위해 근적외선 파장에 적합한 보호용 고글을 착용하십시오. 이미징 파장과 레이저 펄스 반복률을 설정하여 진행합니다. 제어 소프트웨어에서 파장 범위는 690 - 900 나노미터이며, 특정 조직, 염색체, 4 나노미터 및 관심 물질에 외인적으로 투여되는 물질에 따라 광학 선택이 가능합니다.

펄스 반복률은 10 - 50 헤르츠 범위이며 원하는 체적 이미징 프레임 속도에 따라 다르지만 레이저 노출 제한에 의해서도 제한됩니다. 또한 음향 데이터 수집 시스템이 초당 40메가 샘플의 샘플링 속도와 12비트 수직 해상도의 1메가옴 입력 임피던스를 갖도록 설정합니다. 안전한 작동을 위해.

레이저 파워 미터로 근적외선 스펙트럼 영역의 노출 수준을 측정합니다. 측정을 위해 프로브의 폴리에틸렌 멤브레인에 파워 미터를 놓습니다. 프로브를 통해 레이저 방사선을 통과시키고 레이저 출력과 반복률을 조정합니다.

따라서 조정이 이루어질 때 멤브레인에서 안전한 노출 수준을 충족하려면 파워 미터를 제거하십시오. 프로브를 사용할 준비가 되었습니다. 다음 단계는 환자가 시술을 받을 수 있도록 준비하는 것입니다.

환자에게 근적외선 파장에 적합한 보호용 고글을 제공합니다. 이미징할 영역을 검사합니다. 머리카락이 있는 경우 고갈 로션을 바르고 머리카락을 제거하고 이미지에서 원치 않는 배경을 피하십시오.

젖은 티슈로 해당 부위를 닦습니다. 해당 부위가 깨끗해지면 영상화할 부위의 피부에 초음파 젤을 바릅니다. 효율적인 음향 결합을 제공합니다.

프로브를 제자리에 두고 레이저 출력을 가능하게 하고 3차원 이미지를 시각화할 수 있는 미리보기 소프트웨어를 시작합니다. 광음향 이미지의 프레임 속도는 레이저 펄스 반복률에 해당하며 실시간으로 표시됩니다. 그래픽 처리 장치에서 단층 촬영 재구성을 구현할 때 프로브를 부드럽게 움직여 시각화를 최적화하고 관심 구조를 찾습니다.

사전을 계속 사용하십시오.view 소프트웨어를 사용하고 환자에서 하드웨어를 데이터 수집 모드로 전환합니다. 이미징된 영역 주위로 프로브를 초당 몇 밀리미터씩 부드럽게 움직여 관심 구조를 추적합니다. 데이터 수집이 완료되면 소프트웨어를 중지하면 레이저도 중지됩니다.

건강한 지원자의 팔뚝은 왼쪽에 있습니다. 흰색 상자는 프로브로 시각화된 영역을 나타냅니다. 오른쪽은 프로빙된 영역의 최대 강도 투영 이미지입니다.

프로브가 팔뚝 위로 천천히 스캔됨에 따라 모든 스캐닝 위치에서 혈관의 실시간 시각화가 이루어졌습니다. 이미지는 10헤르츠의 레이저 펄스 반복률로 800나노미터의 빛을 사용했습니다. 다중 스펙트럼 이미징은 건강한 지원자의 손목을 따라 프로브를 스캔하여 수행되었습니다.

50 헤르츠 레이저 펄스 반복률은 펄스당 파장 튜닝과 함께 사용되었습니다. 사용된 파장은 30나노미터 단위로 730나노미터에서 850나노미터 사이였습니다. 오른쪽 하단에는 산소화된 헤모글로빈(빨간색), 탈산소화된 헤모글로빈(파란색), 멜라닌(노란색)의 분포를 보여주는 스펙트럼이 혼합되지 않은 이미지가 있습니다.

프로브가 손목을 스캔할 때 이러한 구성 요소만 흡수를 담당한다는 가정 하에 이 세 가지 조직 발색단의 분포를 실시간으로 추적할 수 있습니다. 이 동영상은 프로브가 동적 프로세스를 따르는 능력을 보여줍니다. 가운데 손가락의 혈액 순환은 고무 밴드로 막혔고 데이터 수집 중에 해제되었습니다.

가위의 모양은 고무 밴드가 제거된 순간을 나타냅니다. 데이터는 900나노미터 파장에서 초당 10프레임으로 수집되었습니다. 휴대용 이미징 절차는 매우 짧은 시간에 마스터할 수 있으며, 다른 임상 이미징 방식은 비슷한 시간 해상도로 체적 데이터를 제공할 수 없기 때문에 제시된 시스템이 정확한 진단 및 치료 모니터링을 위한 새로운 가치를 얻을 것이라고 확신합니다. 모션 아티팩트는 핸드헬드 모드에서 프로브를 사용할 때 성능과 이미지 품질에 여전히 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

일반적으로 모션 속도는 초당 3mm를 초과해서는 안 됩니다. 10Hz의 레이저 반복률을 다중 데이터 수집과 함께 사용하면 물론 더 빠른 동작이 허용됩니다. 더 높은 반복률의 레이저를 사용하면 새로운 이미징 접근 방식을 통해 새로운 생물학적 발견이 가능할 것으로 기대됩니다.

우리는 또한 의사들에게 여러 적응증에서 임상 진단을 위한 새로운 도구를 제공하고자 합니다. 예를 들어, 림프계와 관련된 심혈관 및 말초 혈관 질환 장애, 유방 병변, 관절염 및 염증