Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Cystography photoacoustic

Published: June 11, 2013 doi: 10.3791/50340
Automatic Translation
1,2, 3, 1,2
1Department of Biomedical Engineering, University at Buffalo, The State University of New York, 2Department of Creative IT Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), 3School of Electrical Engineering and Computer Science, Kyungpook National University

Summary

cystography photoacoustic (PAC) יש פוטנציאל גדול כדי למפות שלפוחיות השתן, איברים פנימיים רגישים קרינה במטופלי ילדים, ללא כל שימוש בקרינה מייננת או חומר ניגוד רעיל. כאן אנו מדגימים את השימוש בPAC למיפוי שלפוחיות השתן עם הזרקה של קליעים נותבים אופטיים אטומים בחולדות

Abstract

cystography ילדים קונבנציונלי, המבוסס על אבחון רנטגן באמצעות צבע רדיו אטום, סובל מהשימוש בקרינה מייננת מזיקה. הסיכון לסרטן שלפוחית ​​השתן בילדים עקב חשיפה לקרינה הוא הרבה יותר משמעותי מסוגי סרטן אחרים. כאן אנו מדגימים את ההיתכנות של הדמיה (רש"פ) photoacoustic nonionizing ולא פולשנית של שלפוחית ​​השתן, המכונה cystography photoacoustic (PAC), תוך שימוש בחומרים סופגים קרוב אינפרא אדום (ניר) אופטיים (ננו כלומר תילן כחול, plasmonic זהב, או חומה פחמן חד ) כמו נותב אופטי עכור. יש לנו בהצלחה צילמו שלפוחית ​​עכברוש מלאה עם סוכני קליטה האופטיים באמצעות מערכת PAC confocal כהת תחום. לאחר הזרקת Transurethral של הסוכנים בניגוד, השלפוחיות של העכברוש היו photoacoustically דמיינו ידי השגת שיפור אות הרשות הפלסטינית משמעותי. ההצטברות שאומתה על ידי הרשות הפלסטינית הדמיה ספקטרוסקופיות. יתר על כן, על ידי שימוש באנרגיה רק ​​דופק לייזרשל פחות מ 1 mJ / 2 ס"מ (1/20 ממגבלת הבטיחות), מערכת ההדמיה הנוכחית שלנו יכולה למפות את תילן-מלא כחול עכברוש שלפוחית ​​השתן בעומק של 1 ס"מ מעבר לרקמות ביולוגיות in vivo. שניהם in vivo ותוצאות לשעבר vivo הרשות הדמיה לאמת שהסוכנים בניגוד היו מופרשים דרך השתן באופן טבעי. לפיכך, אין כל חשש להצטברות סוכן רעיל לטווח ארוך, שיאפשר תרגום קליני.

Introduction

רנטגן cystography 1 הוא תהליך הדמיה לזהות מחלות הקשורות לשלפוחית ​​שתן כגון סרטן שלפוחית ​​השתן, ריפלוקס vesicoureteral, חסימה של השופכנים, שלפוחית ​​השתן עצבית, וכו '. 2-5 בדרך כלל, urines נותר ריק וסוכן רדיו אטום מוזרק דרך קטטר. לאחר מכן, תמונות רנטגן fluoroscopic נרכשות להתוות שלפוחיות השתן. עם זאת, הבעיה העיקרית היא שבטיחות קרינה מייננת מזיקה משמשת בהליך זה. אחוז הסיכון לסרטן מצטבר לגיל 75 שנים בשל טווחי צילומי רנטגן אבחון 0.6-1.8%. 6 בנוסף, האיום המסרטנים הוא משמעותי במטופלי ילדים. מחקר בבריטניה הראה כי בקרב 9 איברים פנימיים מרכזיים, מינון הקרינה השנתי הממוצע מאבחון צילומי רנטגן היה הגבוה ביותר בשלפוחיות בילדים ממין נקבה פחות מ 4 והשני בגובו בילדים זכרים פחות מ 4. 7 זה מעיד כי הסיכון לסרטן שלפוחית ​​השתן הוא משמעותי ביותר בקרב ילדים. Altרדיולוגים ילדים האף ישתדלו להקטין את שיעור החשיפה לקרינה נמוך כמו קרינת השגה באופן סביר, מייננת לא ניתן לשלול לחלוטין. לכן, ההגבלה יוצרת צורך בקרינה לחלוטין ללא שיטה, רגישה, יעילה וחסכונית, ורזולוציה גבוהה הדמיה עם סוכנים בניגוד nonradioactive בcystography.

לאחרונה, טומוגרפיה photoacoustic (PAT) הפכה לשיטת הדמיה ביו ראש הממשלה כי PAT יכול לספק ניגודים קליטה אופטיים חזקים ורזולוציה מרחבית קולית גבוהה ברקמות ביולוגיות. 8 עיקרון PAT הוא שגלים קוליים הנגרמים כתוצאה מהתרחבות thermoelastic של יעד אחרי ספיגת אור. על ידי איתור הזמן נפתר באמצעות גלים אקוסטיים נסיעה בינונית, שתיים או שלושה ממדים (רש"פ) תמונות photoacoustic נוצרים. כי אולטרסאונד (US) הוא הרבה פחות מפוזר ברקמות בהשוואה לאור (בדרך כלל שניים או שלושה סדרי גודל),עומק הדמיה של PAT יכול להגיע עד ל ~ 8 ס"מ ברקמות, ואילו ברזולוציה מרחבית נשמר עד 1/200 של עומק ההדמיה 9 היתרונות העיקריים של פאט ליישום cystographic כוללים:. (1) PAT הוא חופשי לחלוטין ממייננת קרינה. (2) ניתן להתאים בקלות למערכות ClinicalUSimaging לספק רשות הכפולה מודאלי ויכולות הדמיה בארה"ב. לפיכך, המערכת כפולה מודאלי הרשות / ארה"ב ההדמיה יכולה להיות יחסית ניידת, חסכונית, ומהירה, שהם קריטריונים מרכזיים לתרגום קליני מהיר. שימוש במשק וניגודים אקסוגניים, PAT סיפקה הדמיה ברזולוציה גבוהה צורנית, פונקציונלית, ומולקולרית של רקמות ללמוד physiopathology גידול, פרמטרים המודינמיים במוח, איברים פנימיים, רפואת עיניים, אנגיוגרפיה, וכד '. 10-16

במאמר זה, אנו מדגימים את פרוטוקולי הניסוי של cystography photoacoustic nonionizing (PAC) באמצעות חומרים סופגים קרוב אינפרא אדום (ניר) אופטיים (כלומר מתילן כחול, ללכתnanocages LD, או חומה פחמן בודד) כקליעים נותבים אופטיים עכורים רעילים. שלפוחיות מלאות בעכברושים את הסוכנים בניגוד photoacoustically וspectroscopically הותוו in vivo. אין סוכנים צברו בהתמדה בשלפוחיות והכליות של החולדות. לפיכך, ניתן לשלול רעילות ארוכת טווח שעלול להיגרם על ידי הצטברות סוכן. תוצאה זו מרמזת כי PAC עם שילוב של בולמי האופטיים יכול באופן פוטנציאלי להיות שיטת cystographic באמת מזיקה לילדים חולים. תצורת המערכת, ליישור מערכת, ובהליכי ההדמיה vivo vivo / לשעבר נדונים במאמר זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Cystography מערכת מצב התבוננות עמוקה photoacoustic (PAC)

  1. מערכת 17 תצורה, 18
    1. Q-Switched Nd: YAG לייזר (SLII-10; רצף; 532 ננומטר) משאבות לייזר באורך גל-מתכונן (Surelite OPO PLUS; רצף; טווח כוונון אורך גל: 680 עד 2500 ננומטר).
    2. משך הפעימה של כל יריית לייזר הוא ~ 5 NSEC, ושיעור החזרה לייזר הוא 10 הרץ.
    3. אורך הגל תלוי בשיא הקליטה האופטי של חומר הניגוד בשימוש. אם תילן כחול משמש כחומר הניגוד, משמש אורך גל של 667 ננומטר אופטי, שבו הקליטה היא השיא. ננו זהב Plasmonic יכול לקבל תהודה plasmon משטח מקומית מתכונן באזור הרפאים ניר, המבוסס על התכונות הפיסיקליות וכימיות שלהם. יתר על כן, את ספקטרום הספיגה הרחב של חומה פחמן בודד יכול לספק אפשרות רחבה לבחירת אורך גל.
    4. אור שיוצא מהליזר מתכונן מועבר חרוטי עדשה לא כדוריתמנסרות זווית נכונות hrough (PS908, Thorlabs).
    5. דפוס קרן אור בצורת סופגנייה נוצר אחרי האור עובר דרך עדשת חרוטי הכדורית. תוצרת בית עדשת חרוטי עשויה מעדשת BK7 וזווית החרוט היא 152 מעלות. הקוטר של העדשה הוא 2.5 ס"מ.
    6. קרן האור בצורת סופגנייה לסטות היא מנותב דרך הקבל אופטי, עשוי מגיליון אקריליק שקוף. בקטרים ​​של המשטחים העליונים ותחתונים הם 6.1 ו -4.8 ס"מ בהתאמה. העובי של הקבל הוא 2.5 ס"מ. קרן האור בצורת טבעת מנותב יוצרת צורת סופגנייה עם מרכז כהה על פני השטח הרקמות.
    7. לנצל את המכל מים קטן כדי להגביר את צימוד אקוסטי. יש מיכל המים פתיחה תחתונה עטופה בסרט פוליאתילן דק ברור שהוא אופטי ואקוסטית שקוף. חיות קטנות ממוקמות מתחת למכל המים.
    8. את הגלים שנוצרו ברשות הפלסטינית מזוהים על ידי מתמר אולטרסאונד כדורי ממוקד (V308;אולימפוס NDT; 5 מגה הרץ מרכזי תדירות), אשר מותקן באמצע הקבל האופטי. קוטר האלמנט ואורך מוקד של המתמר הם 1.9 ו -2.5 ס"מ בהתאמה. לפיכך, ה-F-מספר המתמר הוא ~ 1.3.
    9. ההחלטות הרוחביות וציריות הן 590 ו144 מיקרומטר, בהתאמה.
    10. גלי הרשות הפלסטינית שזוהו הם מוגבר לראשונה על ידי קולי בפס רחב Pulser / מקלט (5072PR; אולימפוס NDT; רוחב פס MHz 35 ו -59 דציבלים רווח RF), ולאחר מכן נרכשו על ידי אוסצילוסקופ (TDS5054; Tektronix).
    11. להשיג תמונות הזמן נפתרו חד ממדיות (כפי שנקרא-line) על ידי מדידת זמני ההגעה של גלי הרשות הפלסטינית. נכון לעכשיו, את המהירות של הרשות הפלסטינית גלי הנחה היא להיות ב1,480 מ '/ שנייה על רכישת התמונה כולה. תמונות תלת ממדיות של הרשות הפלסטינית שני (כפי שנקרא B-סריקות) ויכול להיות שנרכשה על ידי הזזת מכאנית שלב סריקת סריקה ליניארית (XY6060; Danaher דובר).
    12. זמן ההדמיה הוא ~ 25 דקות לתמונה אחת נפחית רשות יחידה עם אורך גלשדה ראייה (FOV) של x 2.4x 1.5 ס"מ 2.5 3 במטוסי XYZ. אנחנו רכשנו 125 דגימות לאורך כיוון x עם גודל צעד של 0.2 מ"מ, 60 דגימות לאורך כיוון y עם גודל צעד של 0.4 מ"מ. נקודות 500 נתונים עם קצב דגימת 50-MHz התקבלו לאורך כיוון z. הסריקה מכאנית נשלטת על ידי מערכת תוכנה מתוצרת הבית NI LabVIEW.
    13. נתוני הנפחית מיוצגים על ידי הקרנת המשרעת המרבית (MAP) באמצעות מערכת תוכנת MATLAB MathWorks.
  2. יישור מערכת
    1. אחרי עדשת חרוטי הכדורית, לוודא כי דפוס הקורה הוא צורת טבעת מושלמת. אם דפוס הקורה בצורת סופגנייה לא נוצר כראוי, את אותות הרשות מקורם פני העור הם דומיננטיים. לפיכך, קשה להשיג הדמיה רקמות עמוקה.
    2. מוקד האור בצורת קו במים צריך להיות מיושר עם coaxially אזור מוקד אולטרסאונד. אם אלה לא מיושרים coaxially, המערכת סובלת מנמוך אות ליחס רעש.
    3. האנרגיה לייזר מוקרנת הדופק על פני העור הנו מגוונת מ ~ 1 - 2 mJ / 2 ס"מ כאשר אורך הגל הוא מכוון מ680 עד 1000 ננומטר, בהתאמה. אנרגיות דופק לייזר אלה הן נמוכות בהרבה מגבולות בטיחות מכון התקנים האמריקאי, משתנים 20-80 mJ / 2 ס"מ מעל אזור הרפאים, בהתאמה.

2. בvivo ו Ex vivo הדמיה נהלים

  1. הכנת בעלי החיים
    1. השתמש בחולדות Spraque-Dawley נשים עם משקל של 200 - 250 גרם בכל ניסויי ההדמיה הרשות הפלסטינית.
    2. כדי להתחיל עם, להרדים את העכברוש בזריקת intraperitoneal מתערובת של קטמין (85 מ"ג / ק"ג ממשקל גוף) וxylazine (15 מ"ג / ק"ג).
    3. להשיר שער את השערות באזור הבטן.
    4. מקם את העכבר על גבי של בעל חיים בהזמנה אישית.
    5. מעיל קטטר 22 מד עם חומר סיכה כדי לשפר את החדרת קטטר.
    6. החזק את הקטטר vertically מעל פתח השופכה. בשלב הבא, להכניס את הקצה הדיסטלי של קטטר, בצורה אופקית, לתוך השופכה עד לרכזת של קטטר סוף סוף מגיעה לפתיחה.
    7. שתן בשלפוחית ​​יבטל דרך קטטר.
  2. In vivo ההדמיה PAC
    1. מקם את החולדה, הממוקמת בחלקו העליון של בעל החיים, מתחת למכל המים במערכת PAC.
    2. החל ג'ל אולטרסאונד (Sonotech) בין משטח עור החיה וקרום פלסטיק כדי לשפר את צימוד אקוסטי.
    3. באופן מלא להרדים את העכברוש באמצעות מתאדה isoflurane (1 ליטר / דקה של חמצן ו0.75% isoflurane) במהלך בניסויי vivo הרשות הדמיה.
    4. לקבל תמונת שליטת הרשות הפלסטינית לפני ההזרקה של חומר ניגוד.
    5. להציג את תמיסה מימית של מתילן חומה פחמן בודד (0.8 μl / גוף גרם כחול (0.8 משקל גוף μl / g עם ריכוז של 30 מ"מ), nanocages הזהב (1.2 משקל גוף μl / g עם ריכוז של 2 ננומטר), או משקל עםריכוז של 0.3 מיקרומטר) אל שלפוחית ​​השתן באמצעות קטטר. השתמש 1-ML-מזרק עם צנתר 22-מד.
    6. לרכוש סדרה של תמונות ברשות הפלסטינית.
  3. Ex vivo ההדמיה PAC
    1. להקריב את העכברוש לאחר in vivo PAC הדמיה, על ידי הזרקה מנת יתר של pentobarbital.
    2. הסר את שני איברים הגדולים, שלפוחיות וכליות, לחקור biodistribution, ועל צלחת זכוכית.
    3. מקם את צלחת הזכוכית מתחת למכל המים במערכת PAC.
    4. החל ג'ל אולטרסאונד (Sonotech) בין האיברים נכרתו וקרום פלסטיק כדי לשפר את צימוד אקוסטי.
    5. לרכוש תמונות של הרשות הפלסטינית.
    6. Photoacoustically תמונת האיברים שהוצאו מעכברים בריאים כביקורת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 1 מציג בPAC nonionizing ולא פולשנית vivo באמצעות אופטי עכור מתילן כחול (מגה). תמונת שליטת הרשות הפלסטינית הושגה ב667 ננומטר, בקליטה האופטית השיא של MB (איור 1 א). למרות שכלי הדם בFOV הם בבירור דמיינו, שלפוחית ​​השתן הוא בלתי נראה, כי זה הוא שקוף אופטי באורך גל זה. כפי שניתן לראות באיור 1 ב, שלפוחית ​​השתן בבירור מתגלה בתמונה ברשות הפלסטינית רכשה 0.2 שעות לאחר ההזרקה של מגה בייט. כדי לאשר את ההצטברות של מגה בשלפוחית ​​השתן, השתמשנו בשני אורכי גל אופטיים (667 ו 850 ננומטר) כדי להבחין בין השלפוחית ​​מלאה MB מהמבנים הסמוכים. כפי שמוצג באיור 1 ג, אמפליטודות הרשות הפלסטינית בתוך שלפוחית ​​השתן אינה גלויות לעין, כי מקדם הקליטה האופטי של MB 850 בננומטר הוא כמעט 0. לפיכך, תוצאה זו מצביעה על כך ששלפוחית ​​השתן מתמלאת מגה בייט. כתוצאה מכך, זה מוכיח כי ספקטרוסקופיותתמונת הרשות הפלסטינית יכולה להבחין בבירור choromophores משק ומחוץ לי שונה. דמויות 1D 1E ולהראות את העומק נפתר תמונות B-סריקת הרשות, סרקה לאורך הקו המקווקו באיורים 1A ו-1B, בהתאמה. המשטח העליון של שלפוחית ​​השתן היה ממוקם בנקודת מוקד אולטרסאונד המתמר גם in vivo לשעבר vivo ההדמיה. העמדה של שלפוחית ​​השתן לאורך כיוון העומק בבהירות מזוהה, ~ 3.5 מ"מ מתחת לפני השטח של העור. בנוסף, את אותות הרשות הפלסטינית בתוך השלפוחית ​​נמדדה ב24 ו -48 שעות לאחר ההזרקה הם כמעט זהים לאות המתקבל בטרום הזרקה. תוצאה זו מרמזת על כך שחומר הניגוד המוזרק הוסר לחלוטין מהגוף, ואין סוכן שנצבר. לפיכך, לא רעילות סוכן ארוכת טווח צפוי בגישה שלנו. יתר על כן, את העומק של תמונת הרשות הפלסטינית לאחר ההזרקה (איור 1) מקודד באמצעות צבע פסאודו באיור 2. Tהוא עמדה של שלפוחית ​​השתן הוא ~ 3.5 מ"מ מתחת לפני השטח של העור, אשר קושרת היטב עם תמונת B-סריקת הרשות מעמיקה נפתרה (איור 1E). המעמקים הטיפוסיים של את הגבולות העליונים ותחתונים של שלפוחית ​​השתן בילדים הם ~ 1.4 ו 4.3 ס"מ, בהתאמה, ממשטח הבטן. רק על ידי שימוש באנרגית לייזר דופק של פחות מ 1 mJ / 2 ס"מ (1/20 ממגבלת הבטיחות), מערכת ההדמיה הנוכחית שלנו יכולה למפות את העכברוש-שלפוחית ​​השתן מלא תילן כחול בעומק של 1 ס"מ מעבר בביולוגי רקמות in vivo. 17 כפי שהוזכרנו לעיל, את עומק ההדמיה של PAT יכול להגיע עד ל ~ 8 ס"מ ברקמות עם סיוע של מתילן כחול. 9

אחרי הכל בניסויי ההדמיה vivo, שנכרתנו שני איברים עיקריים, שלפוחית ​​השתן וכליות לחקור biodistribution. כמו שליטה, שלפוחית ​​השתן וכליות שנכרתו מן חולדה בריאה. את אותות הרשות נמדדו בתוך השלפוחיות הוסרו והכליות משתי קבוצות של חולדות הם כמעט זהים, דemonstrating ששום סוכן שהצטבר באיברים.

איור 1
איור 1. בPAC nonionizing ולא פולשנית vivo באמצעות אופטי אטום תילן כחול (מגה). (א) תמונת השליטה הרשות הפלסטינית של אזור הבטן של חולדה רכש בטרום הזרקה של MB עם אורך גל אופטי של 667 ננומטר, מראה כלי דם בלבד (BV ). זה תואם גל עם שיא הקליטה האופטי של מגה בייט. (ב ') מתקבלת תמונה ברשות הפלסטינית 0.2 לאחר transurethral הזרקת שעות של MB עם אורך גל של 667 ננומטר אופטי, חושפת גם BV ושלפוחית ​​השתן (BD) שנצבר עם מגה בייט. (C ) תמונה המתקבלת ברשות הפלסטינית 850 ננומטר לאחר הזרקה של מגה בייט. BD מלא במגה נעלם בתמונה הרשות הפלסטינית, כי הקליטה האופטית של MB היא מינימאלית באורך גל זה.(ד) ו (ה) בעומק ייפתר תמונות B-סריקת הרשות לחתוך לאורך הקווים המקווקווים ב( א) ו (ב), בהתאמה. התפרסם באישור השופט 17. האגודה אופטית 2011 זכויות יוצרים של אמריקה.

איור 2
איור 2. תמונת רשות עומק בקידוד של איור 1 ב. הצבע מייצג את מידע העומק. BV, כלי דם, BD, ושלפוחית ​​שתן; מגה בייט, מתילן הכחול.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

לסיכום, יש לנו לראות את האפשרות של nonionizing PAC באמצעות בולמי אופטיים רעילים במודל חולדת in vivo. יש לנו בהצלחה צילמו שלפוחית ​​עכברוש מלאה בחומרים סופגים אופטיים באמצעות מערכת PAC nonionizing ולא פולשנית שלנו. שתי בעיות בטיחות קריטיות נפתרו בגישה שלנו: (1) שימוש בקרינת nonionizing עבור יישומי cystographic ו( 2) אין הצטברות של חומר ניגוד בגוף.

העניין הקליני שלנו כולל ניטור ריפלוקס vesicoureteral (ור) במטופלי ילדים. כ -3% מילדים בארצות הברית מושפעים מדלקות בדרכי השתן 19, וכ -1.5% מהחולים הללו סובלים מור. בפרקטיקה קלינית נוכחית, כל החולים הללו לעבור ישירות הדמיה fluoroscopic מייננת רנטגן. פנל האגודה האמריקאי האורולוגי הילדים ור קליני ההנחיות ממליץ בחום צמצום השימוש בקרינה מייננת לטפיחת הילדיםients. 20 המטרה ארוכת הטווח שלנו היא לפקח על ור עם שילוב של סוכנים בניגוד אופטיים רעילים באמצעות PAC. לכן, אם יש ור בחולים, אנו מצפים כי הסוכן הזריק יזרום חזרה מהשלפוחית ​​לכליות. לעומת רנטגן cystography, יש PAC עומק חדירה מוגבל. לפיכך, המטרה העיקרית שלנו היא לPAC הקליני עבור מטופלי ילדים. למרות מהירות ההדמיה של מערכת PAC הנוכחית שלנו היא איטית יחסית בשל סריקה מכאנית, ניתן להתאים מערכת אולטרסאונד קלינית בזמן אמת בקלות לPAC. 21-27 כתוצאה מכך, גישה זו עלולה מציעה אמצעי נייד וזול לגישה לניטור ור, וזה יתרון נוסף. לפיכך, אנו מאמינים כי הכדאיות של תרגום הקליני של היישום שלנו היא גבוהה מאוד. למחקרים עתידיים, לפני שהוא נבדק במסגרת הקלינית, ניטור רשות ור באמצעות בולמי אופטיים ייבדק במודל חזירי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

כל הניסויים בבעלי החיים היו בעמידה באוניברסיטה של ​​מדינת ניו יורק, בטיפול בבעלי חיים מוסדיים ועדת שימוש באפלו.
המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה בחלקו על ידי מענק מתכנית לימודי הטייס של האוניברסיטה במרכז למחקר קליני Translational באפלו וקונסורציום Translational באפלו, מענק מקרן אליאנס Roswell Park, קרנות הפעלה מהאוניברסיטה באפלו, ה-IT התכנית יוצרת Consilience של MKE, וNipa (C1515-1121-0003) וNRF מענק של MEST (2,012-0,009,249).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Q-switched Nd:YAG laser Continuum SLII-10 pump laser
OPO laser Continuum Surelite OPO PLUS tunable laser
Prisms Thorlabs PS908 light deliver
Ultrasound transducer Olympus NDT V308 5 MHz
Ultraoundpulser/receiver Olympus NDT 5072PR amplifier
Oscilloscope Tektronix TDS5054 data acquisition
Scanning stage Danaher Dover XY6060 raster scanning
Methylene blue Sigma-Aldrich M9140-25G contrast agent
Rats Harlan Spague-Dawley animal subject
Isoflourane vaporizer Euthanex EZ-155 anesthesia
Ultrasound gel Sonotech Clear Image singles acoustic coupling

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Riccabona, M. Cystography in infants and children: a critical appraisal of the many forms with special regard to voiding cystourethrography. Eur. Radiol. 12 (12), 2910-2918 (2002).
  2. Khattar, N., Dorairajan, L. N., Kumar, S., Pal, B. C., Elangovan, S., Nayak, P. Giant obstructive megaureter causing contralateral ureteral obstruction and hydronephrosis: a first-time report. Urology. 74 (6), 1306-1308 (2009).
  3. Lim, R. Vesicoureteral reflux and urinary tract infection: evolving practices and current controversies in pediatric imaging. AJR Am. J. Roentgenol. 192 (5), 1197-1208 (2009).
  4. Scardapane, A., Pagliarulo, V., Ianora, A. A., Pagliarulo, A., Angelelli, G. Contrast-enhanced multislice pneumo-CT-cystography in the evaluation of urinary bladder neoplasms. Eur. J. Radiol. 66 (2), 246-252 (2008).
  5. Verpoorten, C., Buyse, G. M. The neurogenic bladder: medical treatment. Pediatr. Nephrol. 23 (5), 717-725 (2008).
  6. Ron, E. Let's not relive the past: a review of cancer risk after diagnostic or therapeutic irradiation. Pediatr. Radiol. 32 (10), 739-744 (2002).
  7. Berrington De Gonzalez, A., Darby, S. Risk of cancer from diagnostic X-rays: estimates for the UK and 14 other countries. Lancet. 363 (9406), 345-351 (2004).
  8. Kim, C., Favazza, C., Wang, L. V. In vivo photoacoustic tomography of chemicals: high-resolution functional and molecular optical imaging at new depths. Chem. Rev. 110 (5), 2756-2782 (2010).
  9. Ke, H., Erpelding, T. N., Jankovic, L., Liu, C., Wang, L. V. Performance characterization of an integrated ultrasound, photoacoustic, and thermoacoustic imaging system. J. Biomed. Opt. 17 (5), 056010 (2012).
  10. Akers, W. J., Kim, C., Berezin,, et al. Noninvasive Photoacoustic and Fluorescence Sentinel Lymph Node Identification using Dye-Loaded Perfluorocarbon Nanoparticles. Acs Nano. 5 (1), 173-182 (2011).
  11. Jiao, S. L., Jiang, M. S., Hu, J., et al. Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging. Opt. Express. 18 (4), 3967-3972 (2010).
  12. Kim, C., Cho, E. C., Chen, J., et al. In vivo molecular photoacoustic tomography of melanomas targeted by bioconjugated gold nanocages. Acs Nano. 4 (8), 4559-4564 (2010).
  13. Kim, C., Song, H. M., Cai, X., Yao, J., Wei, A., Wang, L. V. In vivo photoacoustic mapping of lymphatic systems with plasmon-resonant nanostars. J. Mater. Chem. 21 (9), 2841-2844 (2011).
  14. Wang, X., Pang, Y., Ku, G., Xie, X., Stoica, G., Wang, L. V. Noninvasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional in vivo imaging of the brain. Nat. Biotechnol. 21 (7), 803-806 (2003).
  15. Xie, Z., Roberts, W., Carson, P., Liu, X., Tao, C., Wang, X. Evaluation of bladder microvasculature with high-resolution photoacoustic imaging. Opt. Lett. 36 (24), 4815-4817 (2011).
  16. Zhang, H. F., Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging. Nat. Biotechnol. 24 (7), 848-851 (2006).
  17. Kim, C., Jeon, M., Wang, L. V. Nonionizing photoacoustic cystography in vivo. Opt. Lett. 36 (18), 3599-3601 (2011).
  18. Homan, K., Kim, S., Chen, Y. S., Wang, B., Mallidi, S., Emelianov, S. Prospects of molecular photoacoustic imaging at 1064 nm wavelength. Opt. Lett. 35 (15), 2663-2665 (2010).
  19. Chang, S. L., Shortliffe, L. D. Pediatric urinary tract infections. Pediatr. Clin. N. Am. 53 (3), 379 (2006).
  20. Stratton, K. L., Pope, J. C., Adams, M. C., Brock, J. W., Thomas, J. C. Implications of Ionizing Radiation in the Pediatric Urology. 183 (6), 2137-2142 (2010).
  21. Ermilov, S. A., Khamapirad, T., Conjusteau, A., et al. Laser optoacoustic imaging system for detection of breast cancer. J. Biomed. Opt. 14 (2), 024007 (2009).
  22. Erpelding, T. N., Kim, C., Pramanik, M., et al. Sentinel lymph nodes in the rat: noninvasive photoacoustic and US imaging with a clinical US system. Radiology. 256 (1), 102-110 (2010).
  23. Kim, C., Erpelding, T. N., Jankovic, L., Wang, L. V. Performance benchmarks of an array-based hand-held photoacoustic probe adapted from a clinical ultrasound system for non-invasive sentinel lymph node imaging. Philos. Transact. A. Math Phys. Eng. Sci. 369 (1955), 4644-4650 (1955).
  24. Kim, C., Song, K. H., Gao, F., Wang, L. V. Sentinel lymph nodes and lymphatic vessels: noninvasive dual-modality in vivo mapping by using indocyanine green in rats--volumetric spectroscopic photoacoustic imaging and planar fluorescence imaging. Radiology. 255 (2), 442-450 (2010).
  25. Kruger, R. A., Kiser, W. L., Reinecke, D. R., Kruger, G. A. Thermoacoustic computed tomography using a conventional linear transducer array. Medical Physics. 30 (5), 856-860 (2003).
  26. Kruger, R. A., Lam, R. B., Reinecke, D. R., Del Rio, S. P., Doyle, R. P. Photoacoustic angiography of the breast. Med. Phys. 37 (11), 6096-6100 (2010).
  27. Manohar, S., Kharine, A., Van Hespen, J. C., Steenbergen, W., Van Leeuwen, T. G. The Twente Photoacoustic Mammoscope: system overview and performance. Phys. Med. Biol. 50 (11), 2543-2557 (2005).

Tags

הנדסה ביו רפואית גיליון 76 ביופיסיקה רפואה Bioengineering סרטן ביולוגיה הנדסה (כללי) הנדסת חשמל ואלקטרוניקה לייזרים ומייזר אקוסטיקה אופטיקה cystography photoacoustic nonionizing הדמיה חומר ניגוד ריפלוקס בדרכי שתן שלפוחית ​​השתן cystography טומוגרפיה photoacoustic פט טומוגרפיה הדמיה טכניקות קליניות מודל חיה
Cystography photoacoustic
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jeon, M., Kim, J., Kim, C.… More

Jeon, M., Kim, J., Kim, C. Photoacoustic Cystography. J. Vis. Exp. (76), e50340, doi:10.3791/50340 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter