Name: Wielospektralna tomografia optoakustyczna do obrazowania funkcjonalnego w badaniach naczyniowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-06-08T14:10:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: Poznaj wielospektralną tomografię optoakustyczną do obrazowania funkcjonalnego naczyń skórnych u ludzi w czasie rzeczywistym. Ta metoda umożliwia wczesne wykrywanie zaburzeń mikronaczyniowych i ocenę skuteczności leczenia.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To badanie jest finansowane przez głównych dostawców badanej technologii ALIES i COFAC oraz przez Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) poprzez grant UIDB/04567/2020 dla CBIOS.

Protokół eksperymentalny został wcześniej zatwierdzony przez Komitet Etyki Szkoły Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu (EC. ECTS/P10.21). Procedury w pełni respektowały zasady dobrej praktyki klinicznej określone dla badań na ludziach13. Ze społeczności uniwersyteckiej wybrano dogodną próbę sześciu zdrowych uczestników obojga płci (n = 3 na płeć) o średniej wieku 32,8 ± 11,9 lat. Wybrani uczestnicy musieli być osobami normotymistycznymi, niepalącymi i wolnymi od jakichkolwiek leków lub suplementów diety. Zarejestrowano również ciśnienie krwi, częstość akcji serca i wskaźnik masy ciała. Wszyscy uczestnicy zostali wcześniej poinformowani o celach i czasie trwania badania oraz wyrazili świadomą pisemną zgodę.
UWAGA: To badanie zostało przeprowadzone przy użyciu MSOTAcuity (patrz Tabela materiałów), odtąd nazywanej platformą obrazowania optoakustycznego.
1. Przygotowanie do przejęcia
UWAGA: W opisie eksperymentu, który następuje, polecenia ekranowe są pogrubione.
<ol>
	<li>Wczytywanie informacji o obiekcie: Włącz sprzęt do obrazowania optoakustycznego. Podczas rozgrzewania się sprzętu przedstaw informacje o uczestniku. Otworzy się główne okno powitalne oprogramowania z przeglądem skanowania. Wprowadź dane (w tym imię i nazwisko, nazwę badania, dane osobowe i wszelkie istotne obserwacje) po kliknięciu na Identyfikator pacjenta i zakończ aplikację, naciskając Wybierz.</li>
	<li>Wybór ustawień wstępnych: Upewnij się, że na ekranie urządzenia pojawia się komunikat Laser is Ready. Po upływie czasu nagrzewania pasek stanu lasera na ekranie urządzenia musi zmienić się z trybu gotowości lasera na tryb gotowości lasera. W przypadku tego protokołu ustawienie wstępne jest przeznaczone dla chromoforów Hb, HbO2 i melaniny. Po wybraniu odpowiedniego ustawienia wstępnego moc lasera zostanie przetestowana.</li>
	<li>W tym momencie upewnij się, że na ekranie znajduje się komunikat, który przypomina każdemu uczestnikowi w pomieszczeniu o zastosowaniu laserowych okularów ochronnych. Naciśnij pedał nożny przełącznika lasera (zasilania) i poczekaj na samokontrolę mocy lasera. Po kilku sekundach pojawi się okno z aktualnym stanem lasera wraz z raportem kontrolnym. Zwolnij to okno, naciskając dostępny przycisk OK. 
	UWAGA: Platforma obrazowania optoakustycznego wykorzystuje laser Nd:YAG, uznawany za laser klasy 4 szczególnie niebezpieczny dla ludzkiego oka. Dlatego z tym laserem należy obchodzić się z odpowiednią ostrożnością. 
	UWAGA: Żadne nabycie nie powinno odbywać się bez zapewnienia wszystkich procedur bezpieczeństwa, w tym odpowiedniej ochrony oczu.</li>
</ol>
2. Pozycjonowanie i pozyskiwanie obrazów
<ol>
	<li>Zaaklimatyzuj uczestnika do środowiska laboratoryjnego (21 °C ± 1 °C; 40%-60% wilgotności względnej), wybierając wygodną pozycję, aby zminimalizować zbędne ruchy. Upewnij się, że obszar, który ma być skanowany, został wcześniej oczyszczony. 
	UWAGA: Zaleca się zalecane przez producenta czyszczenie obrazuwanego obszaru 70% roztworem etanolu/wody. Dodatkowo, aby uzyskać najlepsze uzyskanie obrazu, zaleca się usunięcie włosów (jeśli dotyczy).</li>
	<li>Uchwyt sondy i stabilizacja obrazu
	<ol>
		<li>Nałóż cienką warstwę żelu ultradźwiękowego na kubek 3D. Stabilizacja obrazu wymaga przytrzymania kubka 3D w żądanej pozycji obrazowania. Ustaw i ustabilizuj blokowane ramię w obszarze zainteresowania. Ramię użyte w tym badaniu zostało zaprojektowane wewnętrznie i zbudowane z elementów profilu aluminiowego (<silna klasa="xfig">Rysunek 1).</li>
		<li>Po umieszczeniu kubka 3D w obszarze zainteresowania częściowo zablokuj blokadę ramienia stabilizującego w celu uzyskania obrazu. 
		UWAGA: Jakość i równomierne nakładanie żelu do ultradźwięków ma kluczowe znaczenie; Obecność pęcherzyków powietrza może pogorszyć definicję obrazu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Akwizycja obrazu dla warunków dynamicznych, z wykorzystaniem manewru Post-Occlusive Reactive Hyperemia (PORH), w zakładce menu Badanie.
	<ol>
		<li>Uzyskaj skan kontrolny linii bazowej. Po znalezieniu pola widzenia do obrazowania, z założonym opróżnionym mankietem do pomiaru ciśnienia krwi, bezpiecznie zablokuj ramię pozycjonujące kubek 3D.</li>
		<li>Wywieraj minimalny nacisk na miejsce obrazowania, ponieważ wyższe ciśnienie może zagrozić odczytom. Przesuń domyślne ustawienie producenta Hb, HbO2 i melaniny, które jednocześnie mierzy chromofory dla Hb, HbO2 i melaniny. 
		UWAGA: Podczas pracy należy obowiązkowo chronić oczy odpowiednimi okularami ochronnymi. 
		UWAGA: Fototypy skóry od IV do VI (ciemna skóra) są podatne na błędne odczytanie, co wymaga podstawowego obrazu kontrolnego do dalszego przetwarzania. Stosowanie okularów ochronnych podczas akwizycji obrazu (gdy laser jest aktywny) pozwala ludzkiemu oku na rozpoznanie jedynie kolorów żółtego i niebieskiego. Kolory można edytować podczas przetwarzania obrazu.</li>
		<li>Wybierz obszar anatomiczny do akwizycji obrazu linii bazowej. Do celów eksploracyjnych zalecane jest brzuszne przedramię. Kontynuuj, naciskając pedał przełącznika nożnego lasera. 
		UWAGA: Przycisk ekranu dotykowego oznaczony View (kolor żółty), który po naciśnięciu pokazuje obraz na żywo na ekranie. Stan stabilności obrazu jest wyświetlany jako szary pasek na środku ekranu dotykowego, wskazujący stabilność sondy 3D.
		<ol>
			<li>Gdy stabilność obrazu jest zmaksymalizowana, zrób (lub zrób) migawkę obszaru, naciskając przycisk Migawka na ekranie dotykowym. Każdy skan uzyska 10-12 klatek na głębokości akustycznej 150 mm dla każdej długości fali zdefiniowanej w ustawieniu wstępnym w czasie akwizycji wynoszącym 2 s. Ten podstawowy skan akwizycji będzie zawierał łącznie 30-36 klatek. 
			UWAGA: Na każdy wykryty chromofor (Hb, HbO2 i melanina) pobiera się 10 ramek z maksymalną głębokością 15 mm.</li>
			<li>Kontynuuj naciskanie pedału przełącznika nożnego lasera, aby uzyskać ciągłe pobieranie wideo i zwróć uwagę na przycisk View (w kolorze żółtym) na ekranie dotykowym. Pojawi się ustabilizowany obraz. Naciśnij przycisk Nagraj (kolor niebieski), aby rozpocząć nagrywanie obrazu na żywo.</li>
			<li>Zatrzymaj nagrywanie, naciskając przycisk Stop (kolor). Platforma obrazowania optoakustycznego zatrzyma nagrywanie i automatycznie wyrenderuje wideo do trybu podglądu.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Pomiary dynamiczne (ilustracja PORH): Dopasuj mankiet uciskowy do ramienia pacjenta powyżej łokcia, aby zilustrować ten manewr. Napompuj mankiet ciśnieniem skurczowym nadkurczowym (~200 mmHg) i postępuj zgodnie z krokami od 2.3.1 do 2.3.3.1, aby uzyskać obrazowane naczynie pod ciśnieniem.</li>
		<li>Aby uzyskać film w celu oceny wpływu uwolnienia ciśnienia na obrazowane naczynia krwionośne, otwórz zawór ciśnieniowy podczas nagrywania wideo, jak w 2.3.3.2. Tak jak poprzednio, postępuj zgodnie z obrazem na żywo na ekranie. 
		UWAGA: Aby wykonać ten manewr, należy utrzymać ciśnienie skurczowe nadskurczowe przez 1-5 minut; Ważne jest, aby mieć świadomość, że ucisk ten może wywoływać różne stopnie tolerancji i dyskomfortu u pacjenta. Ten aspekt powinien być starannie zarządzany podczas eksperymentów.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Protokół analizy obrazu
<ol>
	<li>Nagrane skany należy skopiować do wybranego/dedykowanego folderu w celu wykonania kopii zapasowej i dalszej analizy na osobnej stacji roboczej komputera za pomocą dedykowanego oprogramowania analitycznego producenta. Każdy skan jest przechowywany według czasu akwizycji i uporządkowany przez program w folderze badania z uruchomionym kodem. 
	UWAGA: Zdecydowanie zaleca się wykonanie kopii zapasowej. Bezpośrednia praca z nagranymi danymi surowymi jest możliwa, ale zdecydowanie odradzana, ponieważ każda potencjalna awaria dysku twardego może uszkodzić surowe dane.</li>
	<li>Otwórz program do analizy na komputerze stacji roboczej. Wybierz menu programu > Otwórz badanie, aby zaimportować pliki i uzyskać dostęp do skanów kopii zapasowych. Otwórz badanie i przewiń do dołu folderu (z nagranymi skanami), aby znaleźć pliki z rozszerzeniem . Rozszerzenie NOD. Jest to jedyny typ pliku rozpoznawany przez oprogramowanie w celu otwarcia badania. 
	NUTA:. Pliki NOD są automatycznie nazywane numerem bieżącym nadanym każdemu badaniu i nie zawierają żadnych informacji o pacjencie w nazwie pliku.</li>
	<li>Aby zrekonstruować obraz, otwórz moduł analizy obrazu, uzyskując dostęp do menu oprogramowania > Zaawansowane przetwarzanie.
	<ol>
		<li>Upewnij się, że karty przepływu pracy programu są widoczne (kolor) na górnym pasku menu (Rysunek uzupełniający 1): Menu; Przegląd skanowania; Rekonstrukcja; Korekcja płynności; Mieszanie spektralne; Wizualizacja i analiza. Podczas analizy każda aktywowana karta przepływu pracy jest pokolorowana na niebiesko. 
		UWAGA: Jeśli opcja Przetwarzanie zaawansowane nie jest otwarta, oprogramowanie wyświetla tylko Przegląd skanowania oraz Wizualizacja i analiza.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zrekonstruuj obraz za pomocą zakładki Rekonstrukcja w oprogramowaniu. Wybierz skany do zrekonstruowania po lewej stronie głównego menu programu. Załadowane skany pojawią się po prawej stronie ekranu. Pozostaw domyślne sześć długości fal emisji optoakustycznej (700, 730, 760, 800, 850 i 900 nm), ponieważ zawierają one maksymalny sygnał optoakustyczny dla HbO2 przy 900 nm, dla Hb przy 760 nm i melaniny przy 700 nm.
	<ol>
		<li>Wykonaj rekonstrukcję skanu za pomocą ikony po prawej stronie. Postępuj zgodnie z przepływem pracy programu, wybierając ustawienie wstępne skanowania i pole view (rozdzielczość). Informacje są prezentowane w lewym górnym rogu ekranu głównego. Dostosuj szybkość dźwięku, aby dostosować ostrość skanowania (Rysunek uzupełniający 2). Panel Rekonstrukcja pokazuje również liczbę klatek każdego pozyskanego skanu i umożliwia wybór powtórzeń do analizy (jeśli jest to konieczne). 
		UWAGA: Każdy skan jest ładowany z domyślną prędkością dźwięku -90, która powinna być dostosowana przez użytkownika. Prędkość dźwięku może być również regulowana automatycznie za pomocą funkcji automatycznego ustawiania ostrości (AF).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Naciśnij przycisk Rekonstruuj skany u góry ekranu, aby przejść do rekonstrukcji skanowania. Zostanie wyświetlony tymczasowy pulpit nawigacyjny z komunikatem Przetwarzanie zadań. Dostęp do tego panelu można również uzyskać z Menu > Statusie przetwarzania. Po zakończeniu rekonstrukcji analiza post-processingu obrazu musi przejść do korekcji fluencji.</li>
	<li>Aktywuj korekcję płynności zrekonstruowanych obrazów w menu pulpitu nawigacyjnego. Zrekonstruowane obrazy muszą zostać załadowane w celu korekcji fluencji. Są one wyświetlane z flagą obok każdego numeru skanowania. Wczytane pliki zostaną natychmiast wyświetlone po prawej stronie ekranu jako Wybrane Rekonstrukcje. Aktywuj korekcję płynności, wchodząc w interakcję z ikoną po prawej stronie ekranu (Rysunek uzupełniający 3). Naciśnij poprawkę (poprawki) zapisu płynności, aby przejść dalej.</li>
	<li>Po zapisaniu korekcji fluencji wykonaj rozmieszanie widmowe nabytego ustawienia wstępnego (Hb, HbO2 i melanina). Wybierz zakładkę Odmieszanie spektralne, aby otworzyć listę Wybrane rekonstrukcje do rozmieszania spektralnego. Zostanie wyświetlona lista z każdym skanem wybranego badania wraz z historią poprzednich kroków przetwarzania obrazu.</li>
	<li>Załaduj wcześniej zapisane pliki korekcji płynności. Załadowane skany zostaną natychmiast wyświetlone po prawej stronie ekranu jako Wybrane rekonstrukcje (Rysunek uzupełniający 4). Aktywuj rozmieszanie widmowe, naciskając ikonę po prawej stronie ekranu.
	<ol>
		<li>Obserwuj, jakie długości fal mają być niezmiksowane. Wszystkie sześć długości fal emisji optoakustycznej (700, 730, 760, 800, 850 i 900 nm) uwzględnionych na etapie rekonstrukcji (krok 3.4) jest automatycznie wybieranych do rozmieszania widmowego. W razie potrzeby edytuj żądane widma do przetworzenia (np. Widma: Hb, HbO2 i melanina) za pomocą ikony XYZ.</li>
		<li>Po potwierdzeniu dostosowanych parametrów, kliknij Rozpocznij Odmieszanie Spektralne, aby rozmieszanie widmowe postępowało. Pojawi się pasek menu przetwarzania, wyświetlający postęp operacji. 
		UWAGA: Podczas rozmieszania spektralnego możliwe są różne regulacje parametrów i dostępnych jest kilka metod rozmieszania. W tym protokole metoda regresji liniowej jest stosowana jako standard do usuwania Hb, HbO2 i melaniny.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przejdź do zakładki Wizualizacja i analiza. Kliknij aktywowane skanowanie, aby wyświetlić wszystkie informacje o temacie i komentarze wprowadzone w kroku 1.1 (Rysunek uzupełniający 5). 
	UWAGA: Wiele skanów może być wizualizowanych równolegle.
	<ol>
		<li>Naciśnij przycisk +, aby utworzyć analizę skanowania wielokrotnego. W tym oknie wprowadź widok wielokrotnego skanowania i naciśnij przycisk Zapisz. Po zapisaniu nazwy widoku wyświetlany jest nowy pulpit nawigacyjny, zawierający wszystkie skany analizowanego badania.</li>
		<li>Wybierz każde żądane skanowanie, aby dodać (każde) do zapisanego widoku analizy. Dodaj dodatkowe skany w lewym górnym rogu, a zostaną one automatycznie wyświetlone w widoku analizy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>W widoku analizy ustaw odpowiednie tabele odnośników kolorów, aby przygotować obraz do analizy. Kliknij Więcej opcji sterowania obrazem na górnym pasku menu i aktywuj ikonę projekcji maksymalnej intensywności. Przypisz kolory do warstw, naciskając ikonę dostępną w prawym dolnym rogu ekranu obrazu, obok ekranu obrazu 2D+.</li>
	<li>Wybierz opcję Więcej, aby edytować kolory wszystkich kanałów jednocześnie. To menu pokazuje wszystkie chromofory niezmieszane i umożliwia wybór wielu warstw do wyświetlenia. 
	UWAGA: Najechanie myszą na ikony oprogramowania powoduje wyświetlenie ich nazwy w kolorze szarym, zgodnie z informacjami wyświetlanymi w protokole.</li>
	<li>Dostosuj intensywność kolorów każdej warstwy za pomocą narzędzi dostępnych w lewym dolnym rogu ekranu. 
	UWAGA: Regulacja z interpolacją min/max dla każdego kanału zazwyczaj daje dobre wyniki.</li>
</ol>
4. Analiza regionu zainteresowania (ROI)
UWAGA: Wybór Regionu Zainteresowania (ROI) jest obowiązkowy do analizy danych.
<ol>
	<li>Zidentyfikuj zwrot z inwestycji, który ma zostać przeanalizowany. Otocz ROI kształtami dostępnymi (na pasku menu) na obrazie XY, śledząc ten sam ROI w widokach ortogonalnych dostępnych na osiach XZ i YZ (rysunek uzupełniający 6). 
	UWAGA: Kształt wielokąta został użyty do bieżącej analizy ROI.
	<ol>
		<li>Postępuj zgodnie z kształtem ROI na pozostałych osiach XZ i YZ (przykład w Rysunek 2) podczas umieszczania wielu warstw poligonów za pomocą funkcji Dodaj interpoluj i usuń podregiony. Dane można wykreślić po zdefiniowaniu/wybraniu żądanego zwrotu z inwestycji.</li>
		<li>Naciśnij ikonę Importuj obszar zainteresowania do oceny ilościowej i obserwuj składową wielu widm pokazaną po prawej stronie ekranu jako graficzny szczegół wybranego zwrotu z inwestycji.</li>
		<li>Eksportuj dane ROI, naciskając ikonę Excela u dołu graficznego widoku danych ROI. Cały pakiet danych ze wszystkich regionów jest eksportowany jako pakiet do arkusza kalkulacyjnego w celu późniejszej analizy. <silna klasa="xfig">Rysunek 3 pokazuje dane od jednego uczestnika, który poddał się mankietowi ciśnieniowemu napompowanemu do 200 mmHg i przeanalizowano układ naczyniowy w porównaniu do stanu spoczynku naczyń krwionośnych na poziomie 0 mmHg.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Określ ilościowo wiele obiektów ROI jednocześnie, wykonując kroki 4.1-4.1.3.</li>
	<li>Eksportuj obrazy z tego samego menu, co pliki TIFF ze wszystkimi osadzonymi danymi i wbudowanym konspektem zwrotu z inwestycji (<silna klasa="xfig">Rysunek 2).</li>
</ol>

<ol><li>Iskander-Rizk, S., vander Steen, A. F. W., van Soest, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+imaging+for+guidance+of+interventions+in+cardiovascular+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic imaging for guidance of interventions in cardiovascular medicine.</a> Physics in Medicine and Biology. 64 (16), (2019).</li>
<li>Cakmak, H. A., Demir, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MicroRNA+and+cardiovascular+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Balkan+Medical+Journal%22%5BJournal%5D)">MicroRNA and cardiovascular diseases.</a> Balkan Medical Journal. 37 (2), 60-71 (2020).</li>
<li>Li, Z., Gupte, A. A., Zhang, A., Hamilton, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pet+imaging+and+its+application+in+cardiovascular+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Methodist+DeBakey+Cardiovascular+Journal%22%5BJournal%5D)">Pet imaging and its application in cardiovascular diseases.</a> Methodist DeBakey Cardiovascular Journal. 13 (1), 29-33 (2017).</li>
<li>Karlas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiovascular+optoacoustics%3A+From+mice+to+men+-+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Cardiovascular optoacoustics: From mice to men - A review.</a> Photoacoustics. 14, 19-30 (2019).</li>
<li>MacRitchie, N., Noonan, J., Guzik, T. J., Maffia, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging+of+cardiovascular+inflammation%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging of cardiovascular inflammation.</a> British Journal of Pharmacology. 178 (21), 4216-4245 (2021).</li>
<li>Granja, T., Andrade, S., Rodrigues, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optoaccoustic+tomography+-+good+news+for+microcirculatory+research%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+and+Biopharmaceutical+Research%22%5BJournal%5D)">Optoaccoustic tomography - good news for microcirculatory research.</a> Biomedical and Biopharmaceutical Research. 18 (2), 1-13 (2022).</li>
<li>Tan, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Total-body+PET%2FCT%3A+Current+applications+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Roentgenology%22%5BJournal%5D)">Total-body PET/CT: Current applications and future perspectives.</a> American Journal of Roentgenology. 215 (2), 325-337 (2020).</li>
<li>Masthoff, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+optoacoustic+tomography+of+systemic+sclerosis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biophotonics%22%5BJournal%5D)">Multispectral optoacoustic tomography of systemic sclerosis.</a> Journal of Biophotonics. 11 (11), 201800155(2018).</li>
<li>Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+imaging+and+characterization+of+the+microvasculature%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature.</a> Journal of Biomedical Optics. 15 (1), 011101(2010).</li>
<li>Wu, M., Awasthi, N., Rad, N. M., Pluim, J. P. W., Lopata, R. G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+in+cardiology%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Advanced ultrasound and photoacoustic imaging in cardiology.</a> Sensors (Basel). 21 (23), 7947(2021).</li>
<li>Yang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+ultrasound+priors+in+optoacoustic+reconstruction%3A+Improving+clinical+vascular+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Soft ultrasound priors in optoacoustic reconstruction: Improving clinical vascular imaging.</a> Photoacoustics. 19, 100172(2020).</li>
<li>Dean-Ben, X. L., Gottschalk, S., Mc Larney, B., Shoham, S., Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+optoacoustic+methods+for+multiscale+imaging+of+in+vivo+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Advanced optoacoustic methods for multiscale imaging of in vivo dynamics.</a> Chemical Society Reviews. 46 (8), 2158-2198 (2017).</li>
<li>World Medical Association. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((World+Medical+Association+Declaration+of+Helsinki%3A+ethical+principles+for+medical+research+involving+human+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22JAMA%22%5BJournal%5D)">World Medical Association Declaration of Helsinki: ethical principles for medical research involving human subjects.</a> JAMA. 310 (20), 2191-2194 (2013).</li>
</ol>

Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów.

Protokół ten kładzie nacisk na kroki robocze uważane za praktyczne wymagania dotyczące obsługi tego nowego instrumentu do obrazowania optoakustycznego, od odpowiedniego ustawienia (uczestnik, sonda) potrzebnego do stabilizacji sondy 3D po akwizycję obrazu, wybór zwrotu z inwestycji oraz rekonstrukcję i analizę obrazu.
Proponowane podejście eksperymentalne, wykorzystujące "natychmiastowe" akwizycje wraz z obrazami uzyskanymi w warunkach dynamicznych, ilustruje zainteresowanie i użyteczność tego...

Choroby układu krążenia są najczęstszymi przyczynami zgonów na całym świecie i stanowią ogromne obciążenie dla każdego systemu opieki zdrowotnej1,2. Technologia w znacznym stopniu przyczyniła się do poszerzenia naszej wiedzy na temat podstawowej patofizjologii serca i naczyń krwionośnych, zapewniając bardziej precyzyjne narzędzia diagnostyczne oraz możliwość wczesnego wykrywania chorób i skuteczniejszego leczenia. Techniki obrazowania dają możliwość pomiaru nie tylko wydolności serca i głównych naczyń krwionośnych, ale także, w znacznie mniejszej skali, obliczenia między innymi gęstości naczyń włosowatych, miejscowej perfuzji i objętości oraz dysfunkcji śródbłonka. Technologie te dostarczyły pierwszych ilościowych informacji na temat biologii naczyń krwionośnych o bezpośrednim zastosowaniu klinicznym. Zmiany gęstości naczyń włosowatych, miejscowe zmniejszenie perfuzji lub okluzja prawdopodobnie odpowiadają stanowi niedokrwiennemu, co pomaga wyjaśnić rosnącą rolę obrazowania, stając się nieodzownym narzędziem w badaniach i praktyce sercowo-naczyniowej3,4,5.
W ostatnich latach, obrazowanie funkcjonalne konsekwentnie wyznaczało tempo innowacji technologicznych, z ultrasonografią (USA), spektroskopią bliskiej podczerwieni (NIRS), pozytonową tomografią emisyjną (PET), tomografią komputerową (CT) i obrazowaniem rezonansu magnetycznego (MRI) jako niektórymi dobrze znanymi przykładami. Jednak wiele obaw ogranicza ich zastosowanie, od kosztów i bezpieczeństwa pacjenta (a także komfortu) po kontrast i rozdzielczość obrazu6,7. Tomografia optoakustyczna (OT) pojawiła się ostatnio jako nowy kierunek w optycznych badaniach naczyniowych. Technologia ta, skoncentrowana na wykrywaniu fal ultradźwiękowych generowanych przez termoelastyczne rozszerzanie się tkanki poddanej działaniu ultrakrótkich impulsów laserowych, jest znana od jakiegoś czasu6,8. Ta fizyczna reakcja wydzielania ciepła i rozszerzania się tkanek wywołuje sygnał akustyczny wykrywany przez przetwornik ultradźwiękowy. Wykorzystanie impulsów światła od widzialnego do bliskiej podczerwieni oraz brak akustycznego sygnału tła korzystnie wpływa na głębokość rozdzielczości. Wykryty kontrast wynika z obecności najważniejszych obecnych chromoforów (hemoglobiny lub melaniny). W porównaniu z innymi technologiami, OT ma zalety (1) brak konieczności kontrastowania (obrazowanie bez etykietowania), (2) lepszy kontrast i rozdzielczość przy mniejszej liczbie artefaktów niż ultrasonografia oraz (3) niższa cena oraz szybsza akwizycja i łatwość obsługi6,9,10,11.
Wielospektralna tomografia optoakustyczna (MSOT) jest jedną z najnowszych generacji instrumentów OT. Zbudowany z przestrajalnego optycznego oscylatora parametrycznego (OPO) pompowanego przez laser Nd:YAG dostarczający impulsy wzbudzenia, obraz 3D jest uzyskiwany przez sygnały czasowo rozdzielcze wykryte z ultradźwiękowych impulsów wzbudzenia o wysokiej częstotliwości na długościach fal od 680 nm do 980 nm z częstotliwością powtarzania do 50 Hz12. Platforma obrazowania optoakustycznego umożliwia dogłębne określenie ilościowe różnych chromoforów (już od 15 mm). Zmienne takie jak HbO2, Hb i melanina są łatwo dostępne. Dostępne są również inne interesujące zmienne, takie jak maksymalna hemoglobina natleniona (Max HbO2) i hemoglobina odtleniona (Max Hb). Algorytmy rekonstrukcji z oprogramowania producenta pozwalają na obliczenie innych zmiennych, takich jak gęstość naczyń krwionośnych (μVu), średnia odległość między jednostkami (ζAd) i objętość naczyń włosowatych (mm3).
Niniejsze badanie bada podstawowe aspekty operacyjne tego nowego systemu, aby lepiej zrozumieć jego praktyczność i potencjalne zastosowania w badaniach przedklinicznych układu sercowo-naczyniowego.

<table><tbody><tr><td>Mankiet</td><td></td><td>107001</td><td></td></tr><tr><td>zasłony</td><td>Pajunk</td><td>021151-1501</td><td></td></tr><tr><td>Etanol 70%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>EX0281</td><td></td></tr><tr><td>Gogless</td><td>Univet</td><td>559G.00.00.201</td><td></td></tr><tr><td>Kimwipes</td><td>Amoos</td><td>5601856202331.00</td><td></td></tr><tr><td>MSOT</td><td>iThera</td><td>MSOTAcuity</td><td></td></tr><tr><td>Ramię stabilizujące</td><td>PRZEDMIOT</td><td></td><td>Samodzielnie zaprojektowany i zmontowany</td></tr><tr><td>żel do ultradźwięków</td><td>Parker Laboratories</td><td>308</td><td></td></tr><tr><td>Krem do depilacji woskiem</td><td>Veet</td><td>kkdg08hagd</td><td></td></tr></tbody></table>

wielospektralna tomografia optoakustyczna do obrazowania funkcjonalnego w badaniach naczyniowych

Multispectral Optoacoustic Tomography for Functional Imaging in Vascular Research

Zaburzenia mikrokrążenia zostały rozpoznane w różnych procesach chorobowych, co leży u podstaw tego rosnącego tematu w badaniach naczyniowych. W ostatnich latach rozwój systemów obrazowania na żywo nadał tempo (analityczne) zarówno w badaniach podstawowych, jak i klinicznych, mając na celu stworzenie nowych instrumentów zdolnych do dostarczania w czasie rzeczywistym, wymiernych punktów końcowych o znaczeniu klinicznym i zastosowaniu klinicznym. Spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIRS), pozytonowa tomografia emisyjna (PET), tomografia komputerowa (CT) i obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) są dostępne między innymi, ale koszt, rozdzielczość obrazu i zmniejszony kontrast są uznawane za powszechne wyzwania. Tomografia optoakustyczna (OT) oferuje nowe spojrzenie na obrazowanie czynnościowe naczyń krwionośnych, łącząc najnowocześniejsze możliwości absorpcji optycznej i rozdzielczości przestrzennej (od mikrometrowej rozdzielczości optycznej do milimetrowej rozdzielczości akustycznej) z głębokością tkanki. W tym badaniu przetestowaliśmy przydatność wielospektralnej tomografii optoakustycznej (MSOT) do obrazowania funkcjonalnego. System wykorzystuje przestrajalny optyczny oscylator parametryczny (OPO) pompowany przez laser Nd:YAG, dostarczający impulsy wzbudzenia wykrywane przez sondę 3D o długościach fal od 680 nm do 980 nm. Obrazy uzyskane z ludzkiego przedramienia zostały zrekonstruowane za pomocą specjalnego algorytmu (dostarczonego w oprogramowaniu producenta) opartego na odpowiedzi określonych chromoforów. Za pomocą tego systemu można mierzyć maksymalną hemoglobinę utlenioną (Max HbO2) i hemoglobinę odtlenioną (Max Hb), hemoglobinę całkowitą (HbT) oraz średnie nasycenie tlenem (mSO2) do gęstości naczyniowej (μVu), średnie odległości między jednostkami (ζAd) i objętość krwi włośniczkowej (mm3). Potencjał zastosowania znaleziony w tym systemie OT jest istotny. Ciągły rozwój oprogramowania z pewnością poprawi użyteczność tego systemu obrazowania.

Dane uzyskane za pomocą obrazowania optoakustycznego można analizować na obrazach eksportowanych po obróbce (Rycina 2) oraz na wykresach danych (Rycina 3). Celem niniejszej pracy było przedstawienie zasad działania funkcjonalnego obrazowania optoakustycznego i zbadanie jego zastosowania w powszechnie znanych badaniach naczyniowych. W tym celu porównano obrazy pozyskane w spoczynku oraz po zastosowaniu okluzji głównej tętnicy doprowadzającej pod ciśnieniem 200 mm...

Obecny protokół opisuje pozyskiwanie wielospektralnych obrazów optoakustycznych in vivo ludzkiego układu krwionośnego. Obejmują one kwantyfikację hemoglobiny i melaniny, uważanych za chromofory będące przedmiotem zainteresowania dla analizy funkcjonalnej.

Wielospektralna tomografia optoakustyczna do obrazowania funkcjonalnego w badaniach naczyniowych

Microcirculatory impairment has been recognized in various disease processes, underlying this growing theme within vascular research. In recent years, the ...

Protokół ten, wykorzystujący technologię optoakustyczną, umożliwia nam ocenę stanu naczyniowego pacjenta w czasie rzeczywistym za pomocą obrazowania funkcjonalnego. Możemy też badać skany obrazów 3D zebrane w warunkach statycznych lub dynamicznych. Potencjalne zainteresowanie takim podejściem jest ogromne i ma wpływ na wiele dziedzin związanych ze zdrowiem.System zapewnia żywą wizualizację in vivo struktury naczyniowej skóry na różnych głębokościach. Oznacza to, że możemy uzyskać dostęp zarówno do splotu skórnego, powierzchownego, jak i głębszego, chociaż wymaga to pewnego wielokrotnego doświadczenia ze strony operatora Dzięki szczegółowemu, prawdziwie funkcjonalnemu obrazowaniu, możliwe jest wczesne wykrycie i scharakteryzowanie zaburzeń mikrokrążenia i można je zintegrować jako narzędzie diagnostyczne lub protokół kontrolny w celu oceny postępu choroby i/lub efektów leczenia. Aby załadować informacje o obiekcie, zacznij od włączenia sprzętu do obrazowania optoakustycznego.Podczas gdy sprzęt się rozgrzewa, wprowadź informacje o uczestniku. Główne okno powitalne oprogramowania otworzy się w Przeglądzie skanowania. Wprowadź dane po kliknięciu na Identyfikator Pacjenta, a zakończ aplikację, naciskając Wybierz.Upewnij się, że laser jest gotowy, sprawdzając ekran sprzętu. Po upływie czasu nagrzewania pasek stanu lasera na ekranie urządzenia musi zmienić się z trybu czuwania lasera. Wybierz ustawienie akwizycji optoakustycznej, hemoglobinę, oksyhemoglobinę i melaninę na ekranie badania.Naciśnij pedał nożny przełącznika laserowego i poczekaj na samokontrolę mocy lasera. Po kilku sekundach pojawi się okno z aktualnym stanem lasera wraz z raportem kontrolnym Zwolnij to okno, naciskając dostępny przycisk OK. Zaaklimatyzuj uczestnika do środowiska laboratoryjnego, wybierając wygodną pozycję, aby zminimalizować zbędne ruchy.Upewnij się, że obszar, który ma być skanowany, został wcześniej oczyszczony. Nałóż cienką warstwę żelu ultradźwiękowego na kubek 3D. Stabilizacja obrazu odbywa się poprzez przytrzymanie miseczki 3D w żądanej pozycji obrazowania na przedramieniu ochotnika.Po umieszczeniu kubka 3D w obszarze zainteresowania, częściowo zablokuj blokadę ramienia stabilizującego w celu uzyskania obrazu. Wybierz obszar anatomiczny do akwizycji obrazu linii bazowej. Do celów eksploracyjnych zalecane jest brzuszne przedramię.Zastosuj minimalny nacisk na miejsce obrazowania, aby można było prawidłowo uzyskać odczyty wyższego ciśnienia. Po zmaksymalizowaniu stabilności obrazu uchwyć migawkę obszaru, naciskając przycisk Migawka na ekranie dotykowym. Uzyskaj skan kontrolny linii bazowej.Aby zaobserwować manewr reaktywnej przekrwienia po okluzji, konieczne jest zarejestrowanie wyjściowego nabycia za pomocą opróżnionego mankietu uciskowego umieszczonego w pożądanym obszarze ramienia ochotnika. Po wykonaniu poprzednich kroków naciśnij i przytrzymaj pedał przełącznika nożnego lasera, aby uzyskać ciągłe pobieranie wideo, i zwróć uwagę na przycisk Widok na ekranie dotykowym. Pojawi się ustabilizowany obraz.Naciśnij przycisk Nagraj, aby rozpocząć nagrywanie obrazu na żywo. Pomiary dynamiczne są wymagane do obserwacji manewru reaktywnego przekrwienia po okluzji. Napompuj mankiet ciśnieniem nadskurczowym i przystąp do uzyskiwania obrazów naczyń krwionośnych pod ciśnieniem.Aby uzyskać film w celu oceny wpływu zwolnienia ciśnienia na obrazowane naczynia krwionośne, otwórz zawór bezpieczeństwa podczas nagrywania wideo. Śledź obraz na żywo na ekranie. Zatrzymaj nagrywanie, naciskając przycisk Stop.Platforma obrazowania optoakustycznego zatrzyma nagrywanie i automatycznie wyrenderuje wideo do trybu podglądu. W płaszczyźnie XY sygnał melaniny można zaobserwować również w płaszczyznach YZ i XZ, wskazując na granicę naskórka. Niedrożność tętnicy ramiennej wywołuje pewien zastój w większych naczyniach, uwidoczniony przez sondę OT.W konsekwencji wykryliśmy wzrost ogólnych sygnałów zredukowanej i utlenionej hemoglobiny, co przejawia się wzrostem kolorów niebieskiego i czerwonego na osiach XY, YZ i XZ. Sygnał melaniny potwierdza prawidłowe rozmieszanie widmowe, ponieważ pozostaje stały podczas akwizycji obrazu przekrwienia reaktywnego po okluzji. W przeciwieństwie do zarejestrowanej oksyhemoglobiny i sygnałów hemoglobiny, które zmieniają się wraz z ciśnieniem w mankiecie, zmienia się w czasie. Bardzo ważne jest, aby prawidłowo obchodzić się z sondą 3D, aby uzyskać obrazy dobrej jakości.Opanowanie obsługi sondy ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego pozyskiwania i analizy danych. W tym miejscu pokazujemy, jak korzystać z systemu w warunkach statycznych i dynamicznych. W tym przypadku zastosowaliśmy manewr reaktywnej przekrwienia po okluzji, który jest klasycznym wyzwaniem do zbadania lokalnych mechanizmów adaptacyjnych.Możemy zastosować te same strategie z różnymi pozycjami, mierząc w innych miejscach ciała i oczywiście zastosować inne wyzwania. Uznane metodologie, takie jak telemetria dopplerowska lub fotopletyzmografia, choć bardzo przydatne, są pomiarami jednopunktowymi dostarczającymi ograniczonych, bezkrytycznych informacji częściowo związanych z perfuzją. Informacje funkcjonalne uzyskane za pomocą tego systemu nie są porównywalne z obszaru zainteresowania do podanej głębokości i zmiennych.Pomiary są tutaj wykonywane nieinwazyjnie in vivo i w czasie rzeczywistym. Potencjał w zakresie badań i diagnostyki o zastosowaniu klinicznym jest ogromny.

multispectral-optoacoustic-tomography-for-functional-imaging-vascular

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Opracowano dwumodalny system obrazowania do bezkontaktowej oceny utlenowania tkanek skóry oraz funkcji naczyniowej.

Obrazowanie dwutrybowe utlenowania tkanki skórnej i funkcji naczyniowej

Mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości optycznej (OR-PAM) to rozwijająca się technologia umożliwiająca obrazowanie kontrastów absorpcji optycznej in vivo z rozdzielczością i czułością na poziomie komórkowym. W niniejszym materiale przedstawiamy instrukcję wizualną dotyczącą protokołów eksperymentalnych OR-PAM, obejmującą konfigurację systemu, jego kalibrację, typowe procedury eksperymentalne in vivo oraz schematy obrazowania funkcjonalnego.

Trójwymiarowa mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości optycznej

Oftalmologia fotoakustyczna (PAOM), będąca modalnością obrazowania opartą na absorpcji optycznej, umożliwia uzupełniającą ocenę siatkówki w stosunku do obecnie dostępnych technologii obrazowania okulistycznego. Przedstawiamy zastosowanie PAOM zintegrowanego z optyczną koherencyjną tomografią w domenie widmowej (SD-OCT) do jednoczesnego multimodalnego obrazowania siatkówki u szczurów.

Zintegrowana fotoakustyczna oftalmoskopia i optyczna koherentna tomografia w dziedzinie widmowej

Poniżej przedstawiamy szczegółowy opis eksperymentalnego protokołu obrazowania z nowo opracowanym ręcznym systemem optoakustycznym (fotoakustycznym) do trójwymiarowego obrazowania funkcjonalnego i molekularnego w czasie rzeczywistym. Wykazana wysoka wydajność i wszechstronność mogą zdefiniować nowe obszary zastosowań technologii optoakustycznej w badaniach przedklinicznych i praktyce klinicznej.

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

Obecna praca opisuje nowy protokół do wykonywania nieinwazyjnych ultradźwięków o wysokiej częstotliwości i obrazowania fotoakustycznego na mózgu szczura, aby efektywnie wizualizować głębokie obszary podkorowe i ich wzorce naczyniowe poprzez kierowanie sygnałów na otwór czaszki naturalnie występujący na zwierzęcej czaszce.

Nieinwazyjne miąższowe, naczyniowe i metaboliczne ultrasonografie wysokiej częstotliwości i fotoakustyczne obrazowanie głębokiego mózgu szczura

Tutaj demonstrowany jest system do przełączania rozdzielczości akustycznej (AR) i rozdzielczości optycznej (OR) MIKROSKOPII FOTOAKUSTYCZNEJ (AR-OR-PAM), zdolny zarówno do obrazowania w wysokiej rozdzielczości na płytkiej głębokości, jak i obrazowania głębokich tkanek o niskiej rozdzielczości na tej samej próbce in vivo.

Przełączana mikroskopia fotoakustyczna o rozdzielczości akustycznej i optycznej do obrazowania naczyń krwionośnych in vivo małych zwierząt

Tutaj prezentujemy protokół pozwalający uzyskać trójwymiarową (3D) fluorescencję (3D) i obraz siatkówki OCT o dużym polu widzenia (FOV) za pomocą nowatorskiej platformy multimodalnej do obrazowania. Przedstawimy konfigurację systemu, metodę wyrównania i protokoły operacyjne. Przeprowadzone zostaną badania obrazowe in vivo, a ich wyniki zostaną przedstawione.

Multimodalne obrazowanie wolumetryczne siatkówki za pomocą skośnej skaningowej oftalmoskopii laserowej (oSLO) i optycznej koherentnej tomografii (OCT)

Zaprojektowano dwurastrowy skaner fotoakustyczny, który integrował obrazowanie szerokokątne i obrazowanie w czasie rzeczywistym.

Fotoakustyczny aparat do obrazowania małych zwierząt z podwójnym skanowaniem rastrowym do wizualizacji naczyń krwionośnych

Ta praca demonstruje wykorzystanie multimodalnej platformy obrazowania opartej na ultradźwiękach do nieinwazyjnego obrazowania udaru niedokrwiennego. System ten pozwala na ilościowe określenie natlenienia krwi za pomocą obrazowania fotoakustycznego i upośledzonej perfuzji w mózgu za pomocą angiografii akustycznej.

Zintegrowana tomografia fotoakustyczna, ultrasonograficzna i angiograficzna (PAUSAT) do nieinwazyjnego obrazowania całego mózgu udaru niedokrwiennego

Przedstawiamy tutaj protokół do wykonywania Oxygen Sensitive – Dynamic Contrast Enhanced Optoacoustic Imaging (OS-DCE OAI) w celu oceny przedklinicznych modeli raka i gojenia się ran. OS OAI może obrazować oksysyhemoglobinę i oksyhemoglobinę, mapując natlenowanie tkanek. DCE-OAI może obrazować farmakokinetykę egzogenicznego środka kontrastowego, mapując tym samym perfuzję naczyniową.

Oceny tlenowania i perfuzji naczyniowej w przedklinicznych modelach nowotworów i gojenia ran z wykorzystaniem OS-DCE OAI

Poznaj wielospektralną tomografię optoakustyczną do obrazowania funkcjonalnego naczyń skórnych u ludzi w czasie rzeczywistym. Ta metoda umożliwia wczesne wykrywanie zaburzeń mikronaczyniowych i ocenę skuteczności leczenia.

Wielospektralna tomografia optoakustyczna do obrazowania funkcjonalnego w badaniach naczyniowych

Przeglądaj więcej filmów