Универсальный ручной трехмерной оптико-акустической визуализации зонд для Deep Tissue человека ангиографии и функциональных доклинических исследований в режиме реального времени

Общая цель данного эксперимента — проиллюстрировать возможности визуализации недавно разработанной портативной оптоакустической системы для трехмерной, функциональной и молекулярной визуализации в режиме реального времени. Это достигается с помощью зонда со сферической матрицей из пизоэлектрических преобразователей вокруг пучка волокон, который направляет световые импульсы при прижатии к ткани. Наносекундные импульсы света возбуждают ультразвуковые ответы, которые улавливаются зондом.

Затем данные используются для реконструкции изображений в режиме реального времени, что позволяет сканировать их в портативном режиме. Результаты показывают возможность визуализации морфологии сосудов глубоких тканей, а также важных параметров гемодинамики и перфузии с помощью портативной системы. Особое внимание всей лаборатории уделяется разработке новых инструментов биомедицинской визуализации, основанных на оптической акустике, диффузной оптике, ультразвуке и мультимодальных подходах.

Недавно разработанная портативная система оптической акустической томографии может обеспечить поистине пятимерную визуализацию. Это означает, что он может обеспечить спектрально обогащенную объемную визуализацию морфологии и функции тканей с высоким разрешением в режиме реального времени. Объемный подход к визуализации рук в сочетании с функцией в режиме реального времени, устраняющий пропускную способность, дает важные преимущества для клинической диагностики.

Например, при заболеваниях периферических сосудов, нарушениях лимфатической системы, раке молочной железы, поражениях кожи, воспалениях, артритах. В сочетании с лазерной технологией быстрой настройки длины волны система позволяет в режиме реального времени получать изображения биораспределения фотопоглощающих веществ. Вот почему новые возможности могут также появиться в приложениях молекулярной визуализации мелких животных.

Например, изучение тканевой гемодинамики in vivo по отслеживанию клеток, визуализация фармакокинетики, перфузия органов или нейровизуализация Начните с подготовки аппаратного обеспечения. Включите перестраиваемый источник лазера ближнего инфракрасного диапазона на период прогрева около 15 минут. Чтобы стабилизировать его выходной сигнал, лазерный выход будет подключен к ручному зонду.

Зонд состоит из матричного массива пизоэлектрических элементов, расположенных таким образом, чтобы покрыть часть сферы с отверстием для пучка волокон. В центре подсоедините пучок волокон, чтобы направить лазерный луч от лазерного выхода к ручному зонду. Затем подключите матру обнаружения сферической матрицы ручного зонда к параллельной системе сбора данных, которая запускается переключателем Q. Продолжайте работу по подготовке акустической связи для датчика.

Датчик имеет соответствующий корпус, покрытый оптически и акустически прозрачной полиэтиленовой мембраной, которая будет контактировать с кожей и закрывать активную поверхность датчика с корпусом. Относительное расположение активной поверхности обнаружения по отношению к поверхности ткани определяет эффективную глубину визуализации. Подсоедините насос между баком и щупом.

Затем с его помощью заполните примерно 100 миллилитровый объем между датчиком и мембраной. После завершения сцеживания отсоедините насос. Осмотрите щуп, чтобы убедиться в отсутствии пузырьков воздуха или утечек.

Теперь для безопасности наденьте защитные очки, подходящие для ближнего инфракрасного диапазона. Затем установите длину волны изображения и частоту повторения лазерных импульсов. В управляющем программном обеспечении диапазон длин волн составляет от 690 до 900 нанометров с оптическим выбором, в зависимости от конкретной ткани, хромо, четверок и внешне вводимых агентов.

Частота следования импульсов находится в диапазоне от 10 до 50 Гц и зависит от желаемой объемной частоты кадров изображения, но также ограничена пределами лазерной экспозиции. Кроме того, настройте систему сбора акустических данных на входное сопротивление в один мегаом, частоту дискретизации 40 мегавыборок в секунду и 12-битное разрешение по вертикали. Для безопасной работы.

Измеряйте уровни экспозиции в ближней инфракрасной области спектра с помощью измерителя мощности лазера. Поместите измеритель мощности на полиэтиленовую мембрану щупа для измерения. Пропустите лазерное излучение через зонд и отрегулируйте мощность лазера и частоту повторения.

Поэтому, чтобы соблюсти безопасные уровни воздействия на мембрану при проведении регулировки, затем снимите измеритель мощности. Щуп готов к использованию. Следующим этапом является подготовка пациента к процедуре.

Обеспечьте пациента защитными очками, подходящими для ближнего инфракрасного диапазона. Осмотрите область, которую нужно сфотографировать. Если волосы присутствуют, нанесите лосьон от истощения, чтобы удалить их и избежать нежелательного фона на изображениях.

Очистите область влажной салфеткой. Как только область станет чистой, нанесите ультразвуковой гель на кожу в области, которую необходимо изобразить. Для обеспечения эффективной акустической связи.

Удерживайте датчик на месте и запустите программное обеспечение для предварительного просмотра, которое позволяет выводить лазер и визуализировать трехмерные изображения. Частота кадров оптоакустических изображений соответствует частоте повторения лазерных импульсов и отображается в режиме реального времени. Когда томографическая реконструкция выполняется на графическом процессоре, осторожно перемещайте датчик для оптимизации визуализации и определения местоположения интересующей структуры.

Продолжайте использовать предварительную версию программного обеспечения и переключите оборудование в режим сбора данных о пациенте. Осторожно перемещайте зонд со скоростью несколько миллиметров в секунду вокруг отображаемой области, чтобы отслеживать интересующие структуры. По завершению сбора данных остановите программное обеспечение, которое также остановит работу лазера.

Предплечье здорового добровольца находится слева. Белым прямоугольником обозначена область, визуализируемая с помощью зонда. Справа находятся проекционные изображения максимальной интенсивности зондируемой области.

Поскольку зонд медленно сканировался над предплечьем, визуализация сосудов в режиме реального времени была достигнута для всех положений сканирования. Для получения изображений использовался свет толщиной 800 нанометров с частотой следования лазерных импульсов 10 Гц. Мультиспектральная визуализация проводилась путем сканирования зонда вдоль запястья здорового добровольца.

Частота следования лазерных импульсов с частотой 50 Гц использовалась в сочетании с перестройкой длины волны для каждого импульса. Используемые длины волн находились в диапазоне от 730 нанометров до 850 нанометров с шагом 30 нанометров. В правом нижнем углу представлены спектрально несмешанные изображения, показывающие распределение оксигенированного гемоглобина красным цветом, дезоксигенированного гемоглобина синим цветом и меланином желтым.

Предполагая, что только эти компоненты отвечают за абсорбцию при сканировании запястья зондом, распределение этих трех тканевых хромофоров можно отслеживать в режиме реального времени. Этот видеоролик демонстрирует способность зонда следить за динамическими процессами. Кровообращение в среднем пальце было затруднено резиновой лентой и высвобождено во время сбора данных.

Внешний вид ножниц указывает на момент, когда резинка была снята. Данные собирались со скоростью 10 кадров в секунду на длине волны 900 нанометров. Процедура портативной визуализации может быть освоена за очень короткое время, и, поскольку другие методы клинической визуализации не способны обеспечить объемную визуализацию с сопоставимым временным разрешением, мы уверены, что представленная система достигнет нового значения для точной диагностики и мониторинга лечения.

Как правило, скорость движения не должна превышать трех миллиметров в секунду. Если частота повторения лазера 10 герц используется в сочетании с мультиметровым сбором данных, конечно, допускается более быстрое движение. Если будет использоваться лазер с более высокой частотой повторения С новым подходом к визуализации мы надеемся сделать новые биологические открытия.

Мы также хотели бы предложить врачам новый инструмент для клинической диагностики по различным показаниям. Например, сердечно-сосудистые заболевания и заболевания периферических сосудов, связанные с лимфатической системой, поражения молочной железы, артриты и воспаления.