Uniwersalna ręczna trójwymiarowa sonda do obrazowania optoakustycznego do angiografii tkanek głębokich i funkcjonalnych badań przedklinicznych w czasie rzeczywistym

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest zilustrowanie możliwości obrazowania nowo opracowanego ręcznego systemu optoakustycznego do obrazowania trójwymiarowego, funkcjonalnego i molekularnego w czasie rzeczywistym. Osiąga się to za pomocą sondy ze sferyczną matrycą składającą się z pizo, przetworników elektrycznych wokół wiązki włókien, która kieruje impulsy świetlne, gdy jest trzymana przy tkance. Czas trwania nanosekund, impulsy światła wzbudzają reakcje ultradźwiękowe, które są przechwytywane przez sondę.

Następnie dane są wykorzystywane do rekonstrukcji obrazu w czasie rzeczywistym, co pozwala na skanowanie w trybie ręcznym. Wyniki wskazują na możliwość obrazowania głębokich tkanek morfologii naczyń krwionośnych, a także ważnych parametrów hemodynamicznych i perfuzyjnych za pomocą przenośnego systemu. Szczególnym celem wszystkich laboratoriów jest rozwój nowatorskich narzędzi obrazowania biomedycznego opartych na akustyce optycznej, optyce dyfuzyjnej, ultradźwiękach i podejściach multimodalnych.

Nowo opracowany ręczny system optycznej tomografii akustycznej może zasadniczo zapewnić prawdziwie pięciowymiarowe obrazowanie. Oznacza to, że może zapewnić wysokiej rozdzielczości, wzbogacone spektralnie obrazowanie wolumetryczne morfologii i funkcji tkanek w czasie rzeczywistym. Wolumetryczne obrazowanie dłoni w połączeniu z funkcją w czasie rzeczywistym, eliminującą pojemność, przynosi ważne korzyści w diagnostyce klinicznej.

Na przykład w chorobach naczyń obwodowych, zaburzeniach układu limfatycznego, raku piersi, zmianach skórnych, stanach zapalnych, zapaleniu stawów. W połączeniu z technologią laserową dostrajania długości fali, system umożliwia obrazowanie w czasie rzeczywistym biodystrybucji środków pochłaniających światło. Z tego powodu nowe możliwości mogą pojawić się również w zastosowaniach obrazowania molekularnego małych zwierząt.

Na przykład badanie hemodynamiki tkanek in vivo, śledzenie komórek, wizualizacja farmakokinetyki, perfuzja narządów lub obrazowanie neurologiczne Zacznij od przygotowania sprzętu. Włącz przestrajalne źródło lasera w bliskiej podczerwieni na okres rozgrzewania około 15 minut. Aby ustabilizować jego moc wyjściową, wyjście lasera zostanie podłączone do sondy ręcznej.

Sonda składa się z matrycowego układu elementów elektrycznych piso ułożonych tak, aby pokrywały część kuli z otworem na wiązkę światłowodów. Na środku podłącz wiązkę światłowodów, aby poprowadzić wiązkę laserową od wyjścia laserowego do sondy ręcznej. Następnie podłącz matrycę detekcji matrycy sferycznej sondy ręcznej do równoległego systemu akwizycji danych, który jest wyzwalany przez przełącznik Q Wyjście lasera kontynuuj, przygotowując sprzężenie akustyczne dla sondy.

Przetwornik posiada dopasowaną obudowę pokrytą optycznie i akustycznie przezroczystą membraną polietylenową, która będzie stykać się ze skórą i zamykać aktywną powierzchnię przetwornika z obudową. Względne położenie aktywnej powierzchni detekcji w stosunku do powierzchni tkanki określa efektywną głębokość obrazowania. Podłącz pompę między zbiornikiem a sondą.

Następnie użyj go do wypełnienia około 100 mililitrów objętości między przetwornikiem a membraną. Po zakończeniu pompowania odłącz pompę. Sprawdź sondę, aby upewnić się, że nie ma pęcherzyków powietrza ani wycieków.

Teraz dla bezpieczeństwa załóż okulary ochronne, odpowiednie dla długości fal bliskiej podczerwieni. Kontynuuj, ustawiając długości fal obrazowania i częstotliwość powtarzania impulsów laserowych. W oprogramowaniu sterującym zakres długości fali wynosi od 690 do 900 nanometrów z wyborem optycznym, w zależności od konkretnej tkanki, chromu, czwórek i czynników podawanych zewnętrznie.

Częstotliwość powtarzania impulsów mieści się w zakresie od 10 do 50 Hz i zależy od pożądanej liczby klatek na sekundę obrazowania wolumetrycznego, ale jest również ograniczona limitami ekspozycji lasera. Ustaw również system akwizycji danych akustycznych tak, aby miał impedancję wejściową jednego megaoma z częstotliwością próbkowania 40 mega próbek na sekundę i 12-bitową rozdzielczością pionową. Dla bezpiecznej pracy.

Zmierz poziomy ekspozycji w zakresie widma bliskiej podczerwieni za pomocą miernika mocy lasera. Umieść miernik mocy na membranie polietylenowej sondy w celu pomiaru. Przepuść promieniowanie laserowe przez sondę i dostosuj moc lasera oraz częstotliwość powtarzania.

Tak więc, aby osiągnąć bezpieczny poziom ekspozycji na membranie podczas dokonywania regulacji, wyjmij miernik mocy. Sonda jest gotowa do użycia. Kolejnym krokiem jest przygotowanie pacjenta do zabiegu.

Zaopatrzyć pacjenta w okulary ochronne odpowiednie do długości fal bliskiej podczerwieni. Sprawdź obszar, który ma zostać zobrazowany. Jeśli włosy są obecne, nałóż balsam zubożający, aby je usunąć i uniknąć niepożądanego tła na obrazach.

Oczyść obszar wilgotną chusteczką. Gdy obszar jest czysty, nałóż żel ultradźwiękowy na skórę w obszarze, który ma być obrazowany. Aby zapewnić wydajne sprzężenie akustyczne.

Trzymaj sondę na miejscu i uruchom oprogramowanie podglądu, które umożliwia wyjście laserowe i umożliwia wizualizację trójwymiarowych obrazów. Liczba klatek na sekundę obrazów optoakustycznych odpowiada częstotliwości powtarzania impulsów laserowych i jest wyświetlana w czasie rzeczywistym. Gdy rekonstrukcja tomograficzna jest realizowana na procesorze graficznym, delikatnie przesuń sondę, aby zoptymalizować wizualizację i zlokalizować interesującą Cię strukturę.

Kontynuuj korzystanie z oprogramowania podglądu i przełącz sprzęt w tryb akwizycji danych na pacjencie. Delikatnie przesuwaj sondę o kilka milimetrów na sekundę wokół obrazowanego obszaru, aby śledzić interesujące Cię struktury. Po zakończeniu akwizycji danych zatrzymaj oprogramowanie, co spowoduje również zatrzymanie lasera.

Przedramię zdrowego ochotnika znajduje się po lewej stronie. Białe pole reprezentuje obszar wizualizowany za pomocą sondy. Po prawej stronie znajdują się obrazy projekcyjne o maksymalnej intensywności badanego obszaru.

Ponieważ sonda była powoli skanowana nad przedramieniem, uzyskano wizualizację naczyń w czasie rzeczywistym dla wszystkich pozycji skanowania. W obrazach wykorzystano światło o długości 800 nanometrów z częstotliwością powtarzania impulsu laserowego wynoszącą 10 herców. Obrazowanie wielospektralne przeprowadzono poprzez skanowanie sondy wzdłuż nadgarstka zdrowego ochotnika.

Zastosowano częstotliwość powtarzania impulsów laserowych 50 Hz w połączeniu z dostrojeniem długości fali dla każdego impulsu. Użyte długości fal mieściły się w zakresie od 730 nanometrów do 850 nanometrów w krokach co 30 nanometrów. W prawym dolnym rogu znajdują się spektralnie niezmieszane obrazy pokazujące rozkład hemoglobiny natlenionej na czerwono, hemoglobiny odtlenionej na niebiesko i melaniny na żółto.

Przy założeniu, że tylko te składniki są odpowiedzialne za absorpcję, gdy sonda skanuje nadgarstek, rozkład tych trzech chromoforów tkankowych można śledzić w czasie rzeczywistym. Ten film demonstruje zdolność sondy do śledzenia dynamicznych procesów. Krążenie w środkowym palcu było zatkane gumką recepturką i uwalniane podczas pozyskiwania danych.

Wygląd nożyczek wskazuje na moment, w którym gumka została zdjęta. Dane zbierano z prędkością 10 klatek na sekundę przy długości fali 900 nanometrów. Procedurę obrazowania ręcznego można opanować w bardzo krótkim czasie, a ponieważ inne metody obrazowania klinicznego nie są w stanie zapewnić wolumetrycznej rozdzielczości z porównywalną rozdzielczością czasową, jesteśmy przekonani, że prezentowany system osiągnie nową wartość dla dokładnej diagnostyki i monitorowania leczenia Artefakty ruchu mogą nadal poważnie wpływać na wydajność i jakość obrazu podczas korzystania z sondy w trybie ręcznym.

Z reguły prędkość ruchu nie może przekraczać trzech milimetrów na sekundę. Jeśli stosuje się częstotliwość powtarzania lasera 10 Hz w połączeniu z akwizycją danych multim, oczywiście dozwolony jest szybszy ruch. Jeśli zastosuje się laser o wyższej częstotliwości powtarzania Mamy nadzieję, że dzięki nowemu podejściu do obrazowania umożliwimy nowe odkrycia biologiczne.

Pragniemy również zaoferować lekarzom nowe narzędzie do diagnostyki klinicznej w wielu wskazaniach. Na przykład zaburzenia chorób sercowo-naczyniowych i naczyń obwodowych związane z układem limfatycznym, zmianami w piersiach, zapaleniem stawów i stanem zapalnym.