Wir bieten hierin eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Protokolls für die Bildgebung mit einem neu entwickelten tragbaren optoakustischen (photoakustischen) System für dreidimensionale funktionelle und molekulare Bildgebung in Echtzeit. Die demonstrierte Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit kann neue Anwendungsbereiche der optoakustischen Technologie in der präklinischen Forschung und klinischen Praxis definieren.
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Methodenartikel
Universal-Hand Dreidimensionale Optoakustische Bildgebung Sonde für Deep Tissue Menschen Angiographie und Funktions präklinischen Studien in Echtzeit
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die exklusive Kombination aus hohem optischem Kontrast und hervorragender räumlicher Auflösung macht die Optoakustik (Photoakustik) ideal, um gleichzeitig anatomischen, funktionellen und molekularen Kontrast in tiefen, optisch undurchsichtigen Geweben zu erzielen. Während in jüngster Zeit ein enormes Potenzial bei der Anwendung der Optoakustik für die Kleintierforschung gezeigt wurde, wurden auch enorme Anstrengungen unternommen, um diese Bildgebungstechnologie in die klinische Praxis zu übertragen. Wir stellen hier einen neu entwickelten optoakustischen Tomographie-Ansatz vor, der in der Lage ist, hochauflösende und spektral angereicherte volumetrische Bilder der Gewebemorphologie und -funktion in Echtzeit zu liefern. Es wird eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Protokolls für den Betrieb mit dem Bildgebungssystem sowohl im Handheld- als auch im stationären Modus bereitgestellt und für verschiedene potenzielle Szenarien mit funktionellen und molekularen Studien in Mausmodellen und beim Menschen vorgestellt. Die Möglichkeit der Echtzeit-Visualisierung in drei Dimensionen sowie das vielseitige Handheld-Design der bildgebenden Sonde machen den neu entwickelten Ansatz einzigartig im Pantheon der Bildgebungsmodalitäten, die in der heutigen präklinischen Forschung und klinischen Praxis verwendet werden.
Einleitung
Optoakustische (photoakustische) Bildgebung zieht wachsende Interesse aus den biologischen und medizinischen Forschungsgemeinschaften, wie sie in der ständig wachsenden Zahl von Publikationen umfassenden Vielzahl von neuen Anwendungen, die die einzigartigen Vorteile von der Technik 5.1 zu nutzen manifestiert. Insbesondere eröffnet die Fähigkeit, Bild spektral unverwechselbaren Foto-Absorptionsmittel mit hoher raum-zeitlicher Auflösung in Tiefen weit über die Diffusionsgrenze von Licht beispiellose Fähigkeiten für funktionelle und molekulare Bildgebung 6-10.
Tatsächlich Übersetzung der optoakustischen Technologie in d....
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Protokoll
Die Einzelheiten des Verfahrens zum Betreiben der volumetrischen Handoptoakustischen Sonde wird nachstehend beschrieben. Dieser Vorgang wird nach anerkannten institutionellen Regelungen zur Tier- und Menschenversuche durchgeführt.
1. Systemvorbereitungs
- Einschalten des Lasers für eine Aufwärmzeit von ca. 15 min vor dem Betrieb zur Stabilisierung der Ausgangslichtstrahl.
- Setzen Sie den Wasser umschließenden Teil mit der Trennmembran, die in Kontakt mit der Haut (Abbildung 1) ist.
HINWEIS: Der Abstand zwischen der Trennmembran (in Kontakt mit der Haut) und die Region mit der maximalen Empfindlich....
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Ergebnisse
Repräsentative Ergebnisse, demonstriert die Fähigkeiten des beschriebenen volumetrischen Handoptoakustischen Sonde, werden in diesem Abschnitt vorgestellt. In allen Fällen wurde der Lichtfluss auf der Hautoberfläche unter den Sicherheitsgrenzwert von 20 mJ / cm 2 19 gehalten.
Die Leistung der Sonde in Echtzeit-Tracking peripheren menschlichen Gefäß ist in Figur 2 vorgestellt. Im Verlauf dieses Versuches wurde die Sonde langsam entlang der Hand eines gesunden mensc.......
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Diskussion
Die einzigartigen Vorteile, die durch optoakustischen Bildgebungstechniken in kleinen Tierforschung angeboten haben starke Motivation für die Übersetzung der Technik in der klinischen Praxis mit einer Reihe von Diagnose und Therapieüberwachung Anwendungen vorgesehen, zB erstellt., Brust- und Hautkrebs, Entzündung oder periphere Gefäßkrankheiten. Jedoch, im Gegensatz zu Mäusen oder kleinere Tiere, die mit einer ausreichenden Anzahl von Lichtquellen und Detektorelementen umgeben sein kann, um eine wirksame tomogr.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Danksagungen
Die Forschung, die zu diesen Ergebnissen führt, wurde vom Europäischen Forschungsrat im Rahmen der Fördervereinbarung ERC-2010-StG-260991 gefördert.
....Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Optisch-parametrischer Oszillator (OPO)-basierter Laser | Innolas Laser GmbH, Krailling (Deutschland) | Sonderanfertigung | Der Laser liefert Laserpulse mit einer Dauer von ca. 10 nsec und einer Energie von bis zu 80 mJ. Die Wellenlänge ist zwischen 680-950 nm abstimmbar. |
| Sphärisches Array von Piezokomposit-Detektoren | Imasonic SaS, Voray (Frankreich) | Sonderanfertigung | Das Array besteht aus 256 piezoelektrischen Sensoren, die auf einer sphärischen Oberfläche verteilt sind. Jedes Element hat die Abmessungen 3 x 3 mm2, eine Zentralfrequenz von 4 MHz und eine Bandbreite von 100%. |
| Datenerfassungssystem (DAQ) | Falkenstein Mikrosysteme GmbH, Taufkirchen (Deutschland) | Sonderanfertigung | Das Datenerfassungssystem erfasst gleichzeitig 256 Signale mit 40 Megasamples pro Sekunde und 2.030 Samples. Die Eingangsimpedanz beträgt 1 MW. |
| Faserbündel | CeramOptec GmbH, Bonn (Deutschland) | Sonderanfertigung | Das Bündel besteht aus 480 einzelnen Fasern, die zufällig im Ein- und Ausgang verteilt sind. Die numerische Apertur jeder einzelnen Faser beträgt 0,22. |
| Athymische Nacktmaus | Harlan Laboratories (Niederlande) | Athymische Nacktmaus - Foxn1nu | Die Maus war zum Zeitpunkt des Experiments 8 Wochen alt (adult) Das ethische Protokoll wurde von der bayerischen Staatsregierung genehmigt (Nummer 55.2.1.54-2632-102-11) |
| Bepanthen-Creme | Bayer AG (Deutschland) | Tierarztsalbe zum Schutz der Augen während der Narkose | |
| Datenverarbeitungssoftware | Matlab (Mathworks, Natick, MA, USA) | maßgeschneidert | Die Datenverarbeitungssoftware wurde an unserem Institut entwickelt. Sie ermöglicht die Rekonstruktion bei jeder Wellenlänge und die Entmischung mehrerer Wellenlängen sowie die weitere Datenverarbeitung. |
| Wasserumschließendes Teil | nach Maß | Dieses Teil enthält das Wasser, das als akustisches Kopplungsmedium zwischen Haut und Schallkopfelementen fungiert | |
| Indocyaningrün (ICG) | PULSION Medical Systems SE | ICG-PULSION (Wirkstoff: Indocyaningrün-Farbstoff) ist ein Medikament, das in der Herz-, Kreislauf- und Mikrokreislaufdiagnostik, Leberfunktionsdiagnostik und ophthalmologischen Angiographiediagnostik eingesetzt wird. |
Referenzen
- Stritzker, J., et al. Vaccinia virus-mediated melanin production allows MR and optoacoustic deep tissue imaging and laser-induced thermotherapy of cancer. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3316-3320 (2013).
- Herzog, E., et al.
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Nachdrucke und Genehmigungen
