Beheersbare nucleatie van cavitatie van Enterprise gouden nanodeeltjes voor het verbeteren van hoge intensiteit gericht echografie toepassingen

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in de hoge intensiteit gerichte echografie veld, zoals kan laser echografie nucleated cavitatie worden gebruikt om te begeleiden, en ook verbeteren HIFU kankerbehandelingen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat door de combinatie van nanodeeltjes, HIFU en laserverlichting, het de beperkingen van elk van deze modaliteiten zelf kan overwinnen. Maak fantomen om de nucleatiemethode aan te tonen.

Begin met gedeïoniseerd, ontgast, kamertemperatuur water in een glazen beker. Bereid bovendien 40% gewichtsweg acrylamide/bis-acrylamide oplossing. Voeg de oplossing toe aan het water, gevolgd door een buffer, en ammonium persulfate.

Plaats het bekerglas in een vacuümkamer op een magnetische roerplaat. Voeg een 40 millimeter lange PTFE magnetische roerstaaf toe aan het bekerglas en roer op gemiddelde snelheid. Voeg langzaam runderserum albumin poeder.

Sluit bij gebruik de vacuümkamer en start de vacuümpomp. Houd het doelvacuüm en blijf 60 minuten roeren. Laat vervolgens het vacuüm los en blijf werken met de oplossing.

Voeg nanodeeltjes toe voor fantomen die ze nodig hebben. Voor alle fantomen, voeg de katalysator. Na vijf minuten mengen, giet de oplossing in individuele mallen en wacht 20 minuten.

Dit is een voorbeeld van een fantoom dat is ingesteld en is verwijderd uit de mal. Het is klaar voor gebruik in het experiment. Zodra de fantomen zijn ingesteld, bewaar de demolded fantomen in een luchtdichte container.

Om een uitlijningstoom te produceren, begin met de fantoomoplossing. Plaats het bekerglas en roerbar in een vacuümkamer op een magnetische roerder. Begin te roeren bij gemiddelde snelheid, en pomp de kamer naar het doelvacuüm.

Na het ophalen van de oplossing, giet 25 milliliter in een mal en voeg de katalysator. Wacht 20 minuten voordat u een bolvormig metalen doel van één millimeter in het midden van het fantoom plaatst. Giet vervolgens nog eens 25 milliliter van de fantoomoplossing in de mal.

Voeg de katalysator toe en wacht nog 20 minuten. Wanneer ingesteld, is de uitlijning phantom klaar voor gebruik of opslag in een luchtdichte container. Bereid de installatie voor op het experiment.

Hiervoor hebben een acryl water tank met 4,5 liter gedeïoniseerd, onvergast water. Plaats aan de ene kant van de tank een akoestische absorber. Vervolgens, zet de aandacht op de hoge intensiteit gerichte ultrasone transducer.

Monteer het en het is co-uitgelijnd breedband hydrofoon op een drie-assige micrometer stadium. Dompelen de transducer en hydrofoon volledig onder in de tank om de absorber onder ogen te zien. Sluit de transducer aan op een impedantie matching circuit dat het mogelijk maakt om te worden aangedreven op zijn derde harmonische.

Dit circuit is direct aangesloten op de output van een RF eindversterker, die een digitale functiegenerator als ingang heeft. De functiegenerator is op afstand geprogrammeerd. Na kalibratie, krijg je een uitlijning fantoom om verder te gaan met het opzetten.

Het fantoom moet in een 3D-geprinte houder zitten en op een geautomatiseerd 3D-podium worden gemonteerd. Plaats het fantoom zodat het magnetische doel zich bij benadering op de centrale piek van de transducer bevindt. Sluit de hydrofoon nu rechtstreeks aan op de data-acquisitiekaart.

Gebruik de transducer en hydrofoon om de uitlijningsdoelstelling te pulseren. Stuur een burst van drie microseconden, 10-cyclus en bekijk het gedetecteerde signaal in realtime op de computer. Pas de micrometerfase van de transducer aan om de tijd van de vlucht en de signaalamplitude te wijzigen.

Het systeem is uitgelijnd zodra de vluchttijd 85 microseconden is en de signaalamplitude wordt gemaximaliseerd. Sluit vervolgens de breedbandhydrofoon rechtstreeks aan op een vijf megahertz high-pass filter. Stuur het signaal via een 40-decibel voorversterker en vervolgens naar een data-acquisitiekaart.

Zet nu laserverlichting in voor het monster. Synchroniseer een 532 nanometer pulslaser met de functiegenerator door een TTL digitale delay pulse generator. Gebruik de laser om een optische parametrische oscillator te pompen.

Koppel de output in het fantoom aan een vezelbundel van twee millimeter. Bij de tank, monteer deze vezel op een micrometer stadium. Plaats de vezel voor het fantoom onder een hoek van 45 graden vanaf de akoestische as.

Gebruik zichtbaar licht voor uitlijning. Plaats de straal om het uitlijndoel in het midden van een 15-millimeter laserspot te hebben. Positioneer ten slotte een digitale microscoop en een witte lichtbron aan weerszijden van de watertank.

Monteer de microscoop op een micrometer stadium. Plaats het om het uitlijndoel in nadruk in zijn gebied van mening te hebben. Zorg ervoor dat het juiste fantoom op zijn plaats is.

In dit geval vervangt het juiste weefseltoom het uitlijningstoom. Stem de lasergolflengte af op de oppervlakteresonantie van de nanodeeltjes. Stel op de besturingscomputer de transducer in om een 10-cyclus burst te produceren en de laserfluentie in te stellen.

Richt de brandpuntspiek van de hoge intensiteit gerichte echografie barstte 10 millimeter diep en op 13 unieke locaties in de verticale richting verdeeld door vijf millimeter. Zorg ervoor dat er een weefseltoom in de tank aanwezig is. Stel vervolgens met de software de fluence- en continue golfblootstellingsparameters in.

Gebruik de microscoop om thermische laesievorming vast te leggen als de hoge intensiteit gerichte echografie met een gekozen piek negatieve druk is gericht op een locatie. Deze gegevens zijn detector spanning versus tijd voor korte, hoge intensiteit gerichte echografie blootstelling voor verschillende fantomen onder verschillende omstandigheden. In deze datasets werden de fantomen ook blootgesteld aan laserverlichting.

Echter, een fantoom had geen nanorods en een fantoom deed. In deze datasets hadden beide fantomen nanorods, maar de ene werd blootgesteld aan laserverlichting en het andere fantoom niet. Dit toont aan dat breedbandemissies alleen worden gedetecteerd wanneer nanodeeltjes, echografie blootstelling, en laser verlichting zijn allemaal aanwezig.

Deze microscoop video geeft een voorbeeld van de vorming van thermische en cavitatie laesies in een gel fantoom met nanorods blootgesteld aan hoge intensiteit gerichte echografie en laser verlichting. Tijdens een poging tot deze procedure, is het belangrijk om te onthouden om geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen te dragen bij het hanteren van de chemicaliën en zorgen voor een juiste oogbescherming wordt gebruikt bij het gebruik van de laser. Na de ontwikkeling ervan zou deze techniek de weg kunnen effenen voor onderzoekers op het gebied van een hoge intensiteit gerichte echografie therapie om te verkennen met behulp van moleculair gerichte nanodeeltjes om kankerbehandelingen te verbeteren door middel van gerichte en snelle thermische ablaties.