Name: Um Protocolo de Ultrassonografia e Imagem Fotoacústica Co-Registrado para a Imagem Transvaginal de Lesões Ovarianas (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-03T14:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: Aprenda a usar tomografia fotoacústica e ultrassonografia co-registradas para detecção precoce de câncer de ovário. Este protocolo melhora a sensibilidade e especificidade no diagnóstico de lesões anexiais, reduzindo cirurgias desnecessárias.

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Este trabalho foi apoiado pelo NCI (R01CA151570, R01CA237664). Os autores agradecem a todo o grupo de oncologia GYN liderado pelo Dr. Mathew Powell por ajudar no recrutamento de pacientes, aos radiologistas Drs. Cary Siegel, William Middleton e Malak Itnai por ajudar nos estudos dos EUA e ao patologista Dr. Ian Hagemann por ajudar na interpretação patológica dos dados. Os autores agradecem os esforços de Megan Luther e dos coordenadores do estudo GYN na coordenação dos cronogramas do estudo, na identificação de pacientes para o estudo e na obtenção do consentimento informado.

Toda a pesquisa realizada foi aprovada pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Washington.
1. Configuração do sistema: Iluminação óptica (Figura 1)
<ol><li>Use um laser Nd:YAG bombeando um laser de safira Ti-safira pulsado e ajustável (690-890 nm) a 10 Hz.</li>
	<li>Expanda o feixe de laser primeiro divergindo o feixe com uma lente plano-côncava e, em seguida, colimando o feixe com uma lente plano-convexa. Use dois espelhos para direcionar o feixe para um divisor de feixe (descrito abaixo).</li>
	<li>Divida o feixe de laser expandido em quatro feixes com energia igual, dividindo o feixe original em dois com um divisor de feixe polarizador e, em seguida, dividindo os dois feixes com mais dois divisores de feixe de segundo estágio.</li>
	<li>Monte quatro fibras ópticas multimodo com mandril de fibra.</li>
	<li>Use quatro lentes plano-convexas para focar os quatro feixes de laser nas quatro fibras.</li>
	<li>Devido a considerações de segurança do laser, cubra todos os componentes ópticos sob uma caixa de metal para garantir que o caminho óptico não esteja exposto.</li>
	<li>Prenda as outras extremidades das quatro fibras à sonda de ultrassom transvaginal e envolva a sonda e as fibras em uma bainha protetora. NOTA: A bainha e a janela acústica do transdutor são revestidas com tinta branca altamente reflexiva para melhorar a uniformidade da iluminação. Essa configuração, incluindo o uso de quatro fibras para o parto à luz, mostrou-se anteriormente ideal para aplicações transvaginais17. Consulte a discussão para obter mais informações.</li>
</ol>2. Configuração do sistema: Esquema de detecção e varredura ultra-sônica
<ol><li>Use um sistema clínico programável de EUA. NOTA: Um sistema programável significa que os dados brutos de ultrassom estão acessíveis e protocolos personalizados de aquisição de dados e algoritmos de processamento podem ser programados.</li>
	<li>Conecte um monitor adicional ao sistema dos EUA para executar o software de exibição USPAT para a visualização em tempo real dos mapas rHbT, %sO2 e outros parâmetros funcionais.</li>
	<li>Conecte o gatilho interno do laser ao gatilho externo do sistema dos EUA.</li>
	<li>Use uma abordagem de multiplexação por divisão de tempo durante o modo co-registrado; especificamente, para cada comprimento de onda, adquira sequencialmente cinco quadros PAT consecutivos e um quadro US co-registrado. Faça a média dos quadros PAT para melhorar a relação sinal-ruído. O tempo total de aquisição de dados para quatro comprimentos de onda é de cerca de 15 s.</li>
</ol>3. Calibração do sistema
<ol><li>Defina a energia da bomba de laser para um nível fixo.</li>
	<li>Para cada comprimento de onda (750 nm, 780 nm, 800 nm e 830 nm), verifique a saída de energia por pulso em cada ponta de fibra para se certificar de que a densidade de energia calculada em cada comprimento de onda selecionado está no valor esperado dado na Tabela 1.</li>
	<li>Se a saída de energia for menor do que o esperado, ajuste o alinhamento óptico ajustando os ângulos do espelho e do divisor de feixe. Esta etapa nem sempre é necessária.</li>
	<li>Repita os passos 3.2-3.4 até que a energia seja satisfatória.</li>
	<li>Registre a saída de energia das quatro fibras em cada comprimento de onda e insira os valores no software de exibição USPAT. NOTA: Esses valores são usados para calibrar o cálculo do rHbT. A energia do laser flutua ao longo do tempo, e a calibração garante que os parâmetros quantitativos calculados a partir dos dados PAT multiespectrais sejam o mais precisos possível.</li>
</ol>4. Um procedimento experimental de amostra: Imagem USPAT transvaginal do ovário humano
<ol><li>Preparação do sistema de imagem USPAT<ol><li>Desinfete a sonda US da endocavidade e a bainha da tampa com o protocolo de limpeza da sonda de ultrassom padrão na instituição.</li>
		<li>Ligue o sistema clínico dos EUA, inicie o software do sistema dos EUA e selecione o transdutor dos EUA correto.</li>
		<li>Calibre o sistema a laser como na etapa 3.</li>
		<li>Insira a energia total de pulso para cada comprimento de onda no software de exibição USPAT.</li>
		<li>Monte a sonda USPAT envolvendo as fibras e a sonda dentro da bainha da sonda.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparação do paciente<ol><li>Seguir o protocolo específico da instituição para obter o consentimento informado e preparar o paciente.</li>
	</ol></li>
	<li>Imagiologia<ol><li>Localize o ovário alvo usando o pulso-eco US. NOTA: Esta etapa é feita pelo médico do estudo, que é livre para ajustar os parâmetros de imagem na máquina clínica de US, como a profundidade, a faixa dinâmica e o TGC.</li>
		<li>Selecione a profundidade desejada no software de controle USPAT.</li>
		<li>Clique em Digitalizar no software de controle para iniciar a aquisição de dados do modo B USPAT co-registrado. Assista ao software de exibição de imagens USPAT para revisar as imagens co-registradas nos EUA e no modo B PAT e mapas funcionais reconstruídos em tempo real.</li>
		<li>Repita os passos 4.3.1-4.3.3 para adquirir mais imagens e (se necessário) visualizar a segunda lesão.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Nandy, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+ovarian+cancer%3A+Initial+application+of+coregistered+photoacoustic+tomography+and+US%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Evaluation of ovarian cancer: Initial application of coregistered photoacoustic tomography and US.</a> Radiology. 289 (3), 740-747 (2018).</li>
<li>Amidi, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+blood+oxygenation+saturation+in+ovarian+cancer+diagnosis+using+multi-spectral+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biophotonics%22%5BJournal%5D)">Role of blood oxygenation saturation in ovarian cancer diagnosis using multi-spectral photoacoustic tomography.</a> Journal of Biophotonics. 14 (4), 202000368(2021).</li>
<li>Dogan, B. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optoacoustic+imaging+and+gray-scale+US+features+of+breast+cancers%3A+Correlation+with+molecular+subtypes%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Optoacoustic imaging and gray-scale US features of breast cancers: Correlation with molecular subtypes.</a> Radiology. 292 (3), 564-572 (2019).</li>
<li>Menezes, G. L. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Downgrading+of+breast+masses+suspicious+for+cancer+by+using+optoacoustic+breast+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Downgrading of breast masses suspicious for cancer by using optoacoustic breast imaging.</a> Radiology. 288 (2), 355-365 (2018).</li>
<li>Neuschler, E. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+pivotal+study+of+optoacoustic+imaging+to+diagnose+benign+and+malignant+breast+masses%3A+A+new+evaluation+tool+for+radiologists%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">A pivotal study of optoacoustic imaging to diagnose benign and malignant breast masses: A new evaluation tool for radiologists.</a> Radiology. 287 (2), 398-412 (2018).</li>
<li>von Knorring, T., Mogensen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography+for+assessment+and+quantification+of+cutaneous+and+metastatic+malignant+melanoma+-+A+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Photodiagnosis+and+Photodynamic+Therapy%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography for assessment and quantification of cutaneous and metastatic malignant melanoma - A systematic review.</a> Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 33, 102095(2021).</li>
<li>Han, S., Lee, H., Kim, C., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+multispectral+photoacoustic+analysis+of+cancer%3A+Thyroid+and+breast%5BTitle%5D)+AND+%22Metabolites%22%5BJournal%5D)">Review on multispectral photoacoustic analysis of cancer: Thyroid and breast.</a> Metabolites. 12 (5), 382(2022).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiparametric+photoacoustic+analysis+of+human+thyroid+cancers+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Multiparametric photoacoustic analysis of human thyroid cancers in vivo.</a> Cancer Research. 81 (18), 4849-4860 (2021).</li>
<li>Basij, M., Karpiouk, A., Winer, I., Emelianov, S., Mehrmohammadi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual-illumination+ultrasound%2Fphotoacoustic+system+for+cervical+cancer+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Photonics+Journal%22%5BJournal%5D)">Dual-illumination ultrasound/photoacoustic system for cervical cancer imaging.</a> IEEE Photonics Journal. 13 (1), 6900310(2021).</li>
<li>Agrawal, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((development%2C+and+multi-characterization+of+an+integrated+clinical+transrectal+ultrasound+and+photoacoustic+device+for+human+prostate+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Diagnostics%22%5BJournal%5D)">development, and multi-characterization of an integrated clinical transrectal ultrasound and photoacoustic device for human prostate imaging.</a> Diagnostics. 10 (8), 566(2020).</li>
<li>Kothapalli, S. -R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+transrectal+ultrasound+and+photoacoustic+human+prostate+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Simultaneous transrectal ultrasound and photoacoustic human prostate imaging.</a> Science Translational Medicine. 11 (507), 2169(2019).</li>
<li>Leng, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+rectal+cancer+treatment+response+using+coregistered+endorectal+photoacoustic+and+US+imaging+paired+with+deep+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Assessing rectal cancer treatment response using coregistered endorectal photoacoustic and US imaging paired with deep learning.</a> Radiology. 299 (2), 349-358 (2021).</li>
<li>Surveillance, Epidemiology, and End Results Program. Cancer of the Ovary - Cancer Stat Facts. National Cancer Institute. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html">https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html</a> (2022).</li>
<li>Temkin, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Outcomes+from+ovarian+cancer+screening+in+the+PLCO+trial%3A+Histologic+heterogeneity+impacts+detection%2C+overdiagnosis+and+survival%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Cancer%22%5BJournal%5D)">Outcomes from ovarian cancer screening in the PLCO trial: Histologic heterogeneity impacts detection, overdiagnosis and survival.</a> European Journal of Cancer. 87, 182-188 (2017).</li>
<li>Kobayashi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+randomized+study+of+screening+for+ovarian+cancer%3A+A+multicenter+study+in+Japan%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Gynecological+Cancer%22%5BJournal%5D)">A randomized study of screening for ovarian cancer: A multicenter study in Japan.</a> International Journal of Gynecological Cancer. 18 (3), 414-420 (2008).</li>
<li>Andreotti, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((O-RADS+US+risk+stratification+and+management+system%3A+A+consensus+guideline+from+the+ACR+ovarian-adnexal+reporting+and+data+system+committee%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">O-RADS US risk stratification and management system: A consensus guideline from the ACR ovarian-adnexal reporting and data system committee.</a> Radiology. 294 (1), 168-185 (2020).</li>
<li>Salehi, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+optimal+light+delivery+system+for+coregistered+transvaginal+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+of+ovarian+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Design of optimal light delivery system for coregistered transvaginal ultrasound and photoacoustic imaging of ovarian tissue.</a> Photoacoustics. 3 (3), 114-122 (2015).</li>
<li>Oppenheim, A. V., Schafer, R. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOppenheim%2C+AV+%22Digital+Signal+Processing%22">Digital Signal Processing</a>. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (1975).</li>
<li>Zou, Y., Amidi, E., Luo, H., Zhu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound-enhanced+Unet+model+for+quantitative+photoacoustic+tomography+of+ovarian+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Ultrasound-enhanced Unet model for quantitative photoacoustic tomography of ovarian lesions.</a> Photoacoustics. 28, 100420(2022).</li>
<li>Prince, J. L., Links, J. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPrince%2C+JL+%22Medical+Imaging+Signals+and+Systems%22">Medical Imaging Signals and Systems</a>. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (2006).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programmable+Real-time+Clinical+Photoacoustic+and+Ultrasound+Imaging+System%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Programmable Real-time Clinical Photoacoustic and Ultrasound Imaging System.</a> Scientific Reports. 6, 35137(2016).</li>
</ol>

Os autores não têm interesses financeiros relevantes no manuscrito e nenhum outro conflito de interesse potencial para divulgar.

Iluminação óptica O número de fibras utilizadas é baseado em dois fatores: uniformidade da iluminação luminosa e complexidade do sistema. É fundamental ter um padrão uniforme de iluminação de luz na superfície da pele para evitar pontos quentes. Também é importante manter o sistema simples e robusto, com um número mínimo de fibras. O uso de quatro fibras separadas já se mostrou ideal para criar iluminação uniforme em profundidades de vários milímetros e além. Além disso, o acoplamento da luz a quatro ...

A imagem fotoacústica ou tomografia (PAT) é uma modalidade de imagem híbrida que mede a distribuição da absorção óptica na resolução e profundidades dos EUA muito além do limite de difusão óptica tecidual (~ 1 mm). No PAT, um pulso de laser de nanossegundos é usado para excitar o tecido biológico, causando um aumento transitório da temperatura devido à absorção óptica. Isso leva a um aumento de pressão inicial, e as ondas fotoacústicas resultantes são medidas por transdutores de US. O PAT multiespectral envolve o uso de um laser ajustável ou múltiplos lasers operando em diferentes comprimentos de onda para iluminar o tecido, permitindo assim a reconstrução de mapas de absorção óptica em vários comprimentos de onda. Com base na absorção diferencial de hemoglobina oxigenada e desoxigenada na janela do infravermelho próximo (NIR), o PAT multiespectral pode calcular as distribuições das concentrações de hemoglobina oxigenada e desoxigenada, a concentração total de hemoglobina e a saturação de oxigênio no sangue, que são todos biomarcadores funcionais relacionados à angiogênese tumoral e ao consumo de oxigenação sanguínea ou metabolismo tumoral. O PAT tem demonstrado sucesso em muitas aplicações oncológicas, como câncer de ovário1,2, câncer de mama 3,4,5, câncer de pele6, câncer de tireoide7,8, câncer de colo do útero9, câncer de próstata10,11 e câncer colorretal12.
O câncer de ovário é a mais mortal de todas as malignidades ginecológicas. Apenas 38% dos cânceres de ovário são diagnosticados em um estágio precoce (localizado ou regional), onde a taxa de sobrevida em 5 anos é de 74,2% a 93,1%. A maioria é diagnosticada em um estágio tardio, para o qual a taxa de sobrevida em 5 anos é de 30,8% ou menos13. Os métodos atuais de diagnóstico clínico, incluindo ultrassonografia transvaginal (UST), US Doppler, antígeno do câncer sérico 125 (CA 125) e proteína 4 do epidídimo humano (HE4), mostram-se carentes de sensibilidade e especificidade para o diagnóstico precoce do câncer de ovário14,15,16. Além disso, uma grande parte das lesões ovarianas benignas pode ser difícil de diagnosticar com precisão com as tecnologias de imagem atuais, o que leva a cirurgias desnecessárias com aumento dos custos de saúde e complicações cirúrgicas. Assim, métodos não invasivos precisos adicionais para a estratificação de risco de massas anexiais são necessários para otimizar o manejo e os resultados. Claramente, uma técnica que seja sensível e específica para o câncer de ovário em estágio inicial e mais precisa na identificação de lesões malignas de benignas é necessária.
Nosso grupo desenvolveu um sistema transvaginal de US e PAT co-registrado (USPAT) para o diagnóstico de câncer de ovário, combinando um sistema clínico de EUA, uma bainha de sonda personalizada para abrigar as fibras ópticas para entrega de luz e um laser ajustável1. A concentração total de hemoglobina (escala relativa, rHbT) e a saturação de oxigênio no sangue (%sO2) derivada do sistema USPAT têm demonstrado grande potencial para a detecção de cânceres de ovário em estágio inicial e para o diagnóstico preciso de lesões ovarianas para avaliação eficaz do risco e redução de cirurgias desnecessárias de lesões benignas 1,2. O esquema atual do sistema é mostrado na Figura 1 e o diagrama de blocos de controle é mostrado na Figura 2. Essa estratégia tem o potencial de ser integrada aos protocolos existentes de UST para o diagnóstico do câncer de ovário, ao mesmo tempo em que fornece parâmetros funcionais (rHbT, %sO2) para melhorar a sensibilidade e a especificidade da UST.

<table><tbody><tr><td>Sistema de imagem clínica dos EUA</td><td>Alpinion Medical Systems</td><td>EC-12R</td><td>Sistema clínico dos EUA totalmente programável</td></tr><tr><td>Espelho dielétrico</td><td>Thorlabs</td><td>BB1-E03</td><td>Usado para refletir a luz ao longo do caminho óptico</td></tr><tr><td>Transdutor dos EUA de endocavidade</td><td>Alpinion Medical Systems</td><td>EC3-10</td><td>Sonda de ultrassom transvaginal</td></tr><tr><td>Medidor de potência a laser</td><td>Coerente</td><td>LabMax TOP</td><td>Usado para medir a energia do laser</td></tr><tr><td>Fibra óptica multimodo</td><td>Thorlabs</td><td>FP1000ERT</td><td>Acoplar luz laser à sonda de ultrassom endocavidade</td></tr><tr><td>Placa divisora de feixe não polarizante</td><td>Thorlabs</td><td>BSW11</td><td>Para dividir o feixe de laser em sensores para medir a energia</td></tr><tr><td>Lente plano-côncava</td><td>Thorlabs</td><td>LC1715</td><td>Para expansão do feixe de laser</td></tr><tr><td>Lente plano-convexa&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>LA1484-B</td><td>Para colimação de feixe de laser</td></tr><tr><td>Lente plano-convexa&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>LA1433-B</td><td>Usado para focalizar a luz em quatro fibras ópticas</td></tr><tr><td>Cubo divisor de feixe polarizador</td><td>Thorlabs</td><td>PBS252</td><td>Para dividir o feixe de laser em quatro feixes</td></tr><tr><td>Sonda de proteção shealth</td><td>Impresso</td><td></td> em 3D personalizado <td>Segure e proteja as quatro fibras ópticas na ponta da sonda de ultrassom</td></tr><tr><td>Espelho de prisma de ângulo reto</td><td>Thorlabs</td><td>MRA25-E03</td><td>Usado para refletir a luz ao longo do caminho óptico</td></tr><tr><td>Sistema de laser sintonizável</td><td>TII Symphotic</td><td>LS-2145-LT50PC</td><td>Fonte de luz para PAT multiespectral</td></tr><tr><td>Software de controle USPAT</td><td>Desenvolvido sob medida em C++</td><td></td><td>Controla os parâmetros de aquisição da máquina de ultrassom e do comprimento de onda do laser</td></tr><tr><td>Software de exibição de imagem USPAT</td><td>Desenvolvido sob medida em C++</td><td></td><td>Exibe os mapas US/PAT B-scans e sO2/rHbT em tempo real Hora</td></tr></tbody></table>

um protocolo de ultrassonografia e imagem fotoacústica co-registrado para a imagem transvaginal de lesões ovarianas

A Coregistered Ultrasound and Photoacoustic Imaging Protocol for the Transvaginal Imaging of Ovarian Lesions

O câncer de ovário continua sendo a mais mortal de todas as neoplasias ginecológicas devido à falta de ferramentas de triagem confiáveis para detecção e diagnóstico precoces. A imagem fotoacústica ou tomografia (PAT) é uma modalidade de imagem emergente que pode fornecer a concentração total de hemoglobina (escala relativa, rHbT) e a saturação de oxigênio no sangue (%sO2) de lesões ovarianas/anexiais, que são parâmetros importantes para o diagnóstico de câncer. Combinado com a ultrassonografia (US) co-registrada, o PAT demonstrou grande potencial para detectar cânceres de ovário e para diagnosticar com precisão lesões ovarianas para avaliação de risco eficaz e redução de cirurgias desnecessárias de lesões benignas. No entanto, os protocolos de imagem PAT em aplicações clínicas, até onde sabemos, variam muito entre os diferentes estudos. Aqui, relatamos um protocolo de imagem de câncer de ovário transvaginal que pode ser benéfico para outros estudos clínicos, especialmente aqueles que usam matrizes de ultrassom comerciais para a detecção de sinais fotoacústicos e algoritmos padrão de formação de feixe de atraso e soma para imagens.

Aqui, mostramos exemplos de lesões ovarianas malignas e normais fotografadas pelo USPAT. A Figura 3 mostra uma mulher na pré-menopausa de 50 anos com massas anexiais multicísticas bilaterais reveladas pela TC com contraste. A Figura 3A mostra a imagem US dos anexos esquerdos com o ROI marcando o nódulo sólido suspeito dentro da lesão cística. A Figura 3B mostra o mapa PAT rHbT sobreposto aos EUA e mostrado em vermelho. A rHbT aprese...

Relatamos um protocolo de ultrassonografia e fotoacústica co-registrado para a imagem transvaginal de lesões ovarianas/anexiais. O protocolo pode ser valioso para outros estudos de imagem fotoacústica translacional, especialmente aqueles que utilizam matrizes de ultrassom comerciais para a detecção de sinais fotoacústicos e algoritmos padrão de formação de feixe de atraso e soma para imagens.

Um Protocolo de Ultrassonografia e Imagem Fotoacústica Co-Registrado para a Imagem Transvaginal de Lesões Ovarianas

Ovarian cancer remains the deadliest of all the gynecological malignancies due to the lack of reliable screening tools for early detection and diagnosis. ...

Como todos sabemos que o câncer de ovário é o mais mortal de todas as neoplasias malignas da ginecologia, quando o câncer de ovário detectado em estágio mais precoce e localizado, a cirurgia e a quimioterapia podem curar cerca de 70 a 90% das pacientes, em comparação com apenas 20% ou menos quando diagnosticadas nos estágios posteriores. E o padrão atual de métodos de tratamento é conhecido por ter uma menor sensibilidade para a detecção precoce do câncer de ovário. Além disso, os métodos padrão de cuidados têm especificidade muito baixa para a avaliação precisa do risco de lesões anexiais ovarianas, levando a cirurgias desnecessárias, com potenciais complicações cirúrgicas e o custo significativo dos cuidados de saúde.Portanto, nossa tecnologia sensível à detecção do câncer de ovário em estágio inicial e específica para o diagnóstico preciso de lesões anexiais ovarianas é necessária. A tomografia fotoacústica ou PAT ilumina-se com luzes infravermelhas próximas em comprimentos de onda específicos e é seletivamente absorvida pela hemoglobina oxigenada e desoxigenada. A onda fotoacústica gerada a partir da absorção de luz pode mapear o contraste da hemoglobina, e isso pode ser co-registrado para estruturas anatômicas fotografadas por ultrassom co-registrado.A concentração de hemoglobina total e a saturação de oxigênio fornecem informações funcionais sobre a vascularidade tecidual e o consumo de oxigênio. Como as lesões malignas geralmente têm maior hemoglobina total e menor saturação de oxigênio, essas duas variáveis independentes podem ajudar a detectar cânceres de ovário mais precocemente e diferenciar lesões anexiais malignas de benignas com precisão para melhorar as recomendações de manejo cirúrgico. E obtivemos o piloto de dados e resultados de pacientes demonstraram que imagens fotoacústicas co-registradas combinadas com ultrassonografia transvaginal e biomarcador sanguíneo de câncer de ovário CA 125 podem realmente diagnosticar lesões anexiais ovarianas.Nossos dados piloto também mostram evidências de que imagens fotoacústicas coregistradas podem detectar cânceres de ovário e trompas de Falópio em estágio inicial. E a fotoacústica e o ultrassom co-registrados foram aplicados na detecção e no diagnóstico de câncer de mama, câncer de pele, câncer de tireoide, câncer cervical, câncer de próstata e câncer colorretal. No entanto, as sondas de imagem variam dependendo da janela de imagem de diferentes órgãos.O primeiro sistema comercial de imagem fotoacústica e ultrassonográfica da mama está disponível na Sino Medical Instrument. Esperamos que mais sistemas comerciais de ultrassom fotoacústico co-registrado estejam disponíveis no mercado. No entanto, as sondas de imagem fotoacústica e ultrassonográfica transvaginal precisarão ser especialmente projetadas para pacientes com imagem.Para começar, expanda o feixe de laser primeiro divergindo o feixe com uma lente côncava plano e, em seguida, colimando o feixe com uma lente plano convexa. Use dois espelhos para direcionar o feixe para um divisor de feixe. Divida o feixe original em dois com um divisor de feixe polarizador e, em seguida, divida os dois feixes com mais dois divisores de feixe de segundo estágio.Desta forma, o feixe de laser expandido se dividirá em quatro feixes com energia igual. Monte quatro fibras ópticas multimodo com mandril de fibra e use quatro lentes convexas plano para focar os quatro feixes de laser nas quatro fibras. Cubra todos os componentes ópticos sob uma caixa de metal para garantir que o caminho óptico não esteja exposto.Conecte um monitor adicional ao sistema de ultrassom clínico programável ou ultrassom para executar o software de exibição PATUS para a visualização em tempo real da hemoglobina total relativa, os mapas de saturação de oxigênio no sangue e outros parâmetros funcionais. Em seguida, conecte o gatilho interno do laser ao gatilho externo do sistema de ultrassom e adquira sequencialmente cinco quadros PAT consecutivos e um quadro de ultrassom co-registrado. Para calibrar o sistema, defina a energia da bomba de laser para um nível fixo.E para cada comprimento de onda, verifique a saída de energia por pulso em cada ponta de fibra para garantir que a densidade de energia calculada em cada comprimento de onda selecionado esteja no valor esperado. Para preparar o sistema de imagem PATUS, ligue o sistema de ultrassom clínico e inicie o software do sistema de ultrassom. Pressione o botão do transdutor no painel de controle da máquina de ultrassom para abrir a tela de seleção do transdutor.Em seguida, selecione o transdutor de ultrassom correto. Calibre o sistema a laser e insira a energia total de pulso para cada comprimento de onda no software de exibição PATUS. Monte a sonda PATUS envolvendo as fibras e a sonda dentro da bainha da sonda.Para exames de imagem, ajuste a posição do transdutor PATUS. Um alvo hipoecoico aparece lentamente no centro da varredura B. Em seguida, selecione a profundidade desejada no software de controle PATUS e clique em varredura no software de controle para iniciar a aquisição de dados PATUS B co-registrada.Assista ao software de exibição de imagens PATUS para revisar as imagens de ultrassom e modo B co-registradas em tempo real. Os dados de PA de comprimento de onda único são exibidos no topo do ultrassom à medida que são adquiridos. Repita os passos para adquirir mais imagens e, se necessário, visualizar a segunda lesão.Uma vez concluída a aquisição de dados, o software de exibição PATUS recebe um gatilho para reconstruir os mapas funcionais. Aqui, o painel esquerdo mostra o ultrassom B-scan, enquanto o painel direito mostra hemoglobina total relativa sobreposta com ultrassom co-registrado. Selecione uma região de interesse ou ROI, aqui o ovário de destino, para calcular o mapa SO2 dentro do ROI.Esta imagem mostra uma mulher pré-menopáusica de 50 anos de idade com massas anexiais multicísticas bilaterais reveladas por TC com contraste. A imagem ultrassonográfica dos anexos esquerdos com a região de interesse ou ROI marcando o nódulo sólido suspeito dentro da lesão cística é mostrada aqui. O mapa relativo da hemoglobina total do PAT foi sobreposto ao ultrassom. A hemoglobina total relativa apresentou extensa distribuição vascular difusa na faixa de profundidade de um centímetro a cinco centímetros e o nível foi elevado em 17,1.A distribuição da saturação de oxigênio no sangue foi sobreposta à ultrassonografia e o nível foi baixo em um valor médio de 46,4%A patologia cirúrgica revelou adenocarcinoma endometrioide bem diferenciado dos ovários direito e esquerdo. A profundidade foi marcada no lado direito das imagens de varredura B. Esta figura mostra uma mulher de 46 anos com lesões císticas bilaterais.O ultrassom do ovário direito com um cisto simples medindo 4,2 centímetros de diâmetro máximo é mostrado aqui. O mapa relativo de hemoglobina total do PAT sobreposto ao ultrassom co-registrado mostra sinais de dispersão no lado esquerdo da lesão, com baixa média de 4,8. O mapa de saturação de oxigênio no sangue revelou maior teor de saturação de oxigênio de 67,5%A patologia cirúrgica revelou ovário direito normal com cistos foliculares.Para cada comprimento de onda, meça a saída total de energia nas quatro pontas de fibra e compare-as com um registro anterior. Se a medição for mais de um milijoule a menos que o registro, ajuste a óptica para maximizar o acoplamento de energia. O PAT in vivo usando o sistema de ultrassom clínico aprovado pela FDA é um passo importante na tradução clínica do PAT.Em comparação com a imagem ex vivo, a imagem humana in vivo apresenta novos desafios na aquisição de dados. Os dados clínicos do PAT podem ser usados para pesquisas de diagnóstico auxiliadas por computador. Nosso desenvolvimento de tecnologia e o promissor resultado do estudo piloto do paciente inspiram pesquisadores e empresas a explorar toda a capacidade de fotoacústica e ultrassom co-registrados para detecção precoce do câncer de ovário e para o gerenciamento de riscos cirúrgicos.

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Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

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