Summary
이미징 시스템 임상 휴대용 photoacoustic 실시간 비-침략 적 작은 동물 영상에 대 한 시연 됩니다.
Abstract
병원에 photoacoustic 이미징의 번역은 주요 도전 이다. 휴대용 실시간 임상 photoacoustic 이미징 시스템은 매우 드물다. 여기, 우리는 결합된 photoacoustic와 임상 초음파 이미징 시스템 초음파 프로브 작은 동물 이미징 위한 빛 배달 통합 하 여 보고 합니다. 이 최소 침 습 실시간 바늘 지도 함께 작은 동물에서 센 티 넬 림프절 영상 표시 하 여 설명합니다. 원시 채널 데이터에 접근할 수 있는 임상 초음파 플랫폼 photoacoustic 휴대용 실시간 임상 photoacoustic 이미징 시스템을 최고의 이미징의 통합 수 있습니다. 메 틸 렌 블루 675 nm 파장에서 센 티 넬 림프절 이미징 사용 되었다. 또한, 듀얼 모달 초음파와 photoacoustic 이미징 바늘 지도 이미징 시스템을 사용 하 여 표시 했다. 최대 1.5 c m의 깊이 영상 photoacoustic 이미징 초당 5 프레임의 프레임 속도에서 10 Hz 레이저와 함께 시연 했다.
Introduction
검색 및 암의 준비에 대 한 다른 이미징 기술을 사용할 수 있습니다. 널리 사용 되는 이미지 형식 중 일부는 자기 공명 영상 (MRI), x 선 컴퓨터 단층 촬영 (CT), x 선, 초음파 (미국), 양전자 방출 단층 촬영 (PET), 형광 이미징, 등1,2, 3 , 4. 하지만, 기존 이미징 기술의 일부는 침략, 유해한 방사선, 또는 느리게, 비싼, 부피, 또는 환자에 게 불친절. 따라서, 개발, 진단 및 치료5빠르고 비용 효율적인 이미징 기법을 일정 한 필요가 있다.
(파이) 이미징 Photoacoustic는 풍부한 광학 대조를 결합 하 여 깊은 이미징 깊이5,6,,78에서 고해상도 초음파, 신흥 이미징 기술 9. 파이, 조직의 방사선에 대 한 짧은 레이저 펄스를 사용 합니다. 빛은 작은 온도 상승에 이르게 조직으로 흡수 되 면. Thermoelastic 확장으로 인해 압력 파 (청각 파의 형태로)는 조직 내에서 생성 됩니다. 생성 된 청각 파 (photoacoustic (PA) 파 라고도 함)는 광대역 초음파 트랜스듀서와 인수 (UST) 조직 경계 밖에 서. 이러한 획득된 PA 신호 PA 이미지, 조직 내부 구조 및 기능 정보를 공개를 재구성 하 사용할 수 있습니다. 파이 다양 한 응용 프로그램을 포함 한: 혈관 영상, 센 티 넬 림프절 영상, 뇌 맥 관 구조 영상, 종양 영상, 분자 이미징, 등10,11,12, 13,,1415 파이 다양 한 응용 프로그램 때문에 그것의 이점, 즉: 깊은 침투 깊이, 좋은 공간 해상도, 그리고 높은 연 조직 대비. 파이에 대비 혈액, 멜 라 닌, 등에서 생 수 있습니다. 내 생 명암은 충분히 강하지 않다, exogenous 대비 요원 같은 유기 염료, 나노 입자, 양자 점, 등16,17,,1819, 20 , 21 대비 향상을 위해 사용할 수 있습니다.
파이 다른 이미징 기술 기준으로 다양 한 혜택, 임상 번역은 여전히 아주 큰 도전 이다. 주요 제한 사용 되 고 레이저의 큰 자연, 데이터 수집을 위한 사용 USTs의 대부분 임상 미국 시스템 및 비-상용 임상 미국 이미징 시스템의 원시 채널 액세스를 주는 여부와 호환 되지 않습니다. 데이터입니다. 최근, 상업 임상 미국 기계 원시 데이터에 대 한 액세스와 함께 사용할 수 있는22되고있다. 이 작품에서는, 우리는 핸드헬드 설정 임상 미국 플랫폼을 사용 하 여 파이의 타당성을 입증 하고자 합니다. 우리는 작은 동물 모델에서 센 티 넬의 비 침략 적 영상 림프절 (SLNs)를 표시 하 여이 입증 하고자 합니다.
침략 적인 유 방 종양 여성 암 사망의 주요 원인 중 하나입니다. 유방암을 일찍 준비를 진단 하 고 치료 전략, 환자의 예 후에 중요 한 역할을 결정 하기 위한 생명 이다. 유 방 암 준비 센 티 넬 림프절 생 검 (SLNB)는 일반적으로23,24사용. SLN은 기본 림프절 암 세포를 찾아내기의 가능성은 높은 전이 때문. SLNBs 염료 또는 뒤에 작은 절 개를 가진 지역 오픈 절단 하 고 다음 찾기 염료의 경우 시각적으로 또는 방사성 트레이 서 시가 거 카운터의 도움으로 SLN 방사성 트레이 서를 주입을 포함 한다. 식별, 후 몇 SLN histopathological 연구24,25제거 됩니다. 긍정적인 SLNB 종양 주변 림프절을 아마 다른 장기에 전이 나타냅니다. 네거티브 SLNB 전이의 확률이 무시할 수26임을 나타냅니다. SLNB 팔 마비, lymphedema, 등27 SLNB 관련 합병증을 제거 하기 위해 같은 연결 된 수많은 합병증, 비-침략 적 이미징 기술은 필요 하다.
작은 동물과 인간에서 SLN 매핑, 이미징 PA는 탐험 광범위 하 게 다른 대조 대리인15,,2829,30,31 의 도움으로 , 그러나 32., 현재 사용 하는 시스템에서에서 사용할 수 없습니다 임상 시나리오 이전 지적. 해결 되어야 또 다른 관심사 SLNB28에 관련 된 수술입니다. 정밀한 바늘 포부 생 검에 대 한 최소한 침략 적 절차를 적응 (FNAB) 복구 시간과 환자 들의 부작용을 줄이기 위해 필요 했다. 이 작품에서 임상 미국 시스템 사용 되었다 결합 된 미국 및 PA 이미징 사용 되었다. 임상 설정에서 사용의 용이성에 대 한 사용자 정의 만든 휴대용 주택 광섬유를 넣으면 홀더 설계 되었다. 메 틸 렌 블루 (MB) 사용 된 식별 및 매핑 SLNs. 또한 SLNB 수술과 관련 된 합병증을 제거 하, 추적 하는 비-침략 적 실시간 바늘도 시연.
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Protocol
모든 동물 실험 난 양 기술 대학교, 싱가포르의 기관 동물 관리 및 사용 위원회에 의해 승인된 지침 및 규정에 따라 수행 했다 (동물 프로토콜 번호 ARF-SBS / NIE-A0263).
1. 휴대용 실시간 임상 PA와 미국 이미징 시스템
- 휴대용 임상 파이 시스템 33의 회로도 그림 1a에 표시 됩니다. 그것은 이루어져 있다 주파수 배 나노초 펌프 펄스 nd: yag 레이저, 분기 광학 섬유 번들 ( 그림 1b)에 의해 펌핑 옵티컬 파라메트릭 발진기 (OPO) 레이저, 맞춤 3D 핸드헬드 프로브 홀더 (인쇄 그림 1 c) 33, 임상 듀얼 모달 미국 펜 실바 니 아 시스템, 그리고 임상 호환 선형 배열 UST (재료의 표 참조).
- 바탕 화면에서 소프트웨어에 대 한 아이콘을 클릭 하 여 임상 미국 시스템에는 제조업체에서 제공 하는 소프트웨어 실행.
- 터치 스크린에서 선택 된 ' 연구 ' 연구 모드에서 미국 시스템을 작동 하는 버튼. 미국 및 스크립트 목록에서 스크립트를 이미지 하는 PA는 결합에 클릭 하 고 결합된 모드에서 이미지에 대 한 실행된 버튼을 클릭 합니다.
- 밖으로 레이저 트리거를 사용 하 여 또는 사용 하는 포토 다이오드 레이저 임상 미국 시스템 동기화.
주:에서 미국 시스템 동기화 레이저에서 밖으로 고정된 동기화를 연결 합니다. 동기화 신호 긍정적인 트랜지스터-트랜지스터 논리 (TTL) 신호를 제공 해야 합니다. 포토 다이오드 신호 동기화 목적을 위해 사용할 수 있습니다. 미국 시스템 동기화에는 포토 다이오드 바이어스 모듈을 사용 하 여 포토 다이오드 발견자에 연결 된다. 레이저에 때마다 광다이오드 신호 하 고 레이저와 미국 시스템 동기화를 제공 합니다. 때마다가이 단계를 수행. - 레이저, 설정 하려면 AC 전원으로 전환 하 고 레이저 컨트롤러에 왼쪽에 키. 반복을 확인 한 후 레이저를 시작 속도가 10 Hz (F10 디스플레이에 표시 됩니다) 낮은 레이저 에너지를 위해 Q-스위치 지연 낮은 170 µs 이며. 지연을 설정 하려면 지연 값 및 170 증가 볼 때까지 선택 키를 누릅니다.
참고: 레이저 따뜻한 습에 약 20 분 걸립니다 - 컴퓨터에 소프트웨어 인터페이스를 열고에서 goto 메뉴 입력 파장 675 및 보도 ' 시작 ' 675에서 파장을 설정 버튼 nm.
그러나 참고: 레이저 조정 될 수 있다 670에서 2, 500 nm,, 그것은 안정 670 nm. - 셔터 버튼 누르고 설정 레이저 정렬 입력 섬유를 레이저 빔 스위치를 사용 하 여.
- 그런 모든 빛 섬유 입력된 끝에 떨어지는 초점 거리 15mm, 초점 레이저 빔 섬유 번들의 1 인치 (2.5 cm) 직경 렌즈 볼록 렌즈를 사용 하 여.
참고: 광학 섬유는 1600 작은 섬유 함께 번들로 제공. 그것은 800 광학 섬유는 2 개의 직사각형 출력 끝과 중간에 분기. 800 섬유는 UST의 크기와 일치 하도록 0.1 x 4 cm의 면적으로 포장 됩니다. 각 광섬유의 코어 직경은 0.22의 숫자 조리개와 185 µ m. - 정렬 후 레이저 끄고.
- 조명 (0 °, 5 °, 10 °, 15 °)의 서로 다른 각도와 4에서 프로브 홀더 선택 응용 프로그램 (이미징, 개체의 크기, 개체의 모양 및 개체의 위치 깊이)에 따라 적절 한 프로브 홀더.
3D 인쇄 실험실과 참고: 프로브 홀더 설계 되었습니다. 그것은 3 개의 슬롯, 2 분기 광학 섬유와는 UST에 대 한 중앙 하나 있다. 프로브 홀더의 치수는 광학 섬유와는 UST의 크기에 근거 했다. 몬테카를로 시뮬레이션은 빛 조명 높은 깊이에서 SLNs 이미징에 필요한 연구를 완료 했다. SNR 15 ° 33의 조명에 대 한 더 낮은 깊이에서 높았다. - 15˚의 빛 조명 각도에서 3D 인쇄 프로브 홀더 분기 광섬유 맞지.
- 소유자의 센터 슬롯에 삽입은 UST.
참고: 그림 1 d 광섬유와 UST 프로브 홀더의 사진을 보여줍니다. 선형 배열 UST 128 배열 요소가 있다. 중심 주파수는 UST의 8.5 m h z 이며 소수 대역폭은 95% 이다. 고 우 스 트의 길이 3.85 cm입니다. 그러나, 시스템만 64 병렬 데이터 수집 하드웨어 있으며 두 레이저 펄스 모든 128 요소에서 데이터를 수집 합니다. 따라서, 시스템의 효과적인 프레임 속도 두 번째 34 초당 5 프레임은 레이저의 절반 펄스 반복 속도. - 측면에 나사를 느슨하게 하 여 고 우 스 트와 1 cm 섬유 끝 사이의 거리를 조정 하 고 정확한 거리 조절 후 그것을 강화.
참고: 매개 변수 시뮬레이션 및 가상 실험 33 이미징 SLN 최적화 됩니다. UST 프로브 홀더에 2 개의 나사와 보안 될 수 있습니다. 이 광학 섬유와 고 우 스 트 사이의 거리를 유연성을 제공. - 스위치에 넣으면 앞 자리 레이저 및 직사각형 레이저 빔을 얻을 수 있는지 확인 하십시오.
- 스위치 레이저에서. 레이저 에너지 (증가 지연 증가) 원하는 값을 이미징 목적.
참고: nd: yag 레이저에 대 한 설정할 수 있는 최대 지연에 대 한 설명서를 참조 하십시오. SLN 이미징이 시스템에 대 한 원하는 지연 값 210로 설정 했다.
2. 해상도 특성화
- 시중 치킨 조직 슬 래 브 하 고 6 x 6 cm 2 슬 래 브에 그것을 잘라. 0.5 cm 두꺼운 조각으로 잘라 칼을 사용 하 여.
- 닭 가슴살 조직 위에 0.6 m m 직경의 23 G 바늘 처럼 포인트 개체 배치.
- 스위치에 레이저.
주의: 프로토콜의 나머지 부분에 대 한 레이저를 작업할 때 안전 고글 착용 되어야 한다. 이후 레이저 에너지 약한 정렬 하는 동안 예외가 되었다. - 여러 닭고기를 스태킹 하 여 다른 깊이에 바늘의 걸릴 PA 이미지 적용 미국 젤 3 cm. 우리 커플링을 개선 하기 위해 닭 가슴살 조직 층 사이 최대 두께 0.5 cm 하나 하나 조직 조각을 유 방.
- 저장 하 고 빔 형성 된 이미지를 저장 하는.mat 파일.
- 끄고 레이저.
- 이미지 프로세싱 소프트웨어 17를 사용 하 여 내부 코드와 데이터 처리.
참고: 축과 측면 해상도 확인 하려면 각 방향에 따라 표준화 된 PA 신호에서 포인트 확산 함수 찾아서 가우스 분포 함수 17에 적합. 절반 최대에 가득 차 있는 폭을 가져옵니다. 포인트 확산 기능을 얻기 위해 포인트 이미지 필요 합니다. 그러나, (와 우리의 경우에, 아주 작은 포인트 대상에 대 한 신호는 매우 작은 우리 따라서 약간 더 큰 목표를 사용 하 여) 포인트 대상 이미징 하는 것이 어려울 경우 포인트 확산 기능을 얻기의 다른 방법이 있다. 대상이 큰 경우 직접 대신 기능 확산 포인트를 지 고, 하나는 가장자리 확산 기능을 얻을 수 있습니다. 다음 가장자리 확산 함수의 첫 번째 파생물을 복용 한 포인트 확산 기능을 얻을 수 있다. 따라서, 그것은 절대적으로 필요한 대상을 사용 하는 포인트 계산 해상도 22.
3. SLN 이미징에 대 한 동물 준비
< p class = "jove_con텐트 "> 참고: 위에서 설명한 휴대용 임상 이미징 시스템은 작은 동물 SLN 이미징에 대 한 시연 했다. 실험, 6에 8-1 주일-오래 된 건강 하 고, 여성 쥐 (NTac:Sprague Dawley, 220 ± 30 g) 조달 했다. 여성 쥐 남성 쥐에서 유방암의 발생은 덜 자주 때문에 사용 됩니다. 그러나, 남성 쥐 연구에 대 한 또한 사용할 수 있습니다. 또한, 문학, 여성 쥐에 사용은 더 널리 SLN 이미징에 대 한.- 쥐 anesthetization
- 이미징, 전에 anesthetize 마 취 해결책으로, 케 타 민 (100mg/mL), xylazine (20 mg/mL), 및 2의 비율에 주사 염 분의 칵테일 포함 쥐: 1:1. 무 균 수술 1 mL 주사기 바늘 (27 G, ½ 인치) 동물 체중 100 g 당 칵테일의 0.2 mL 추가.
- 아저씨 손으로 쥐의 목 알코올 면봉으로 복 부의 오른쪽 아래 사분면을 소독 하 고. 동물의 시체에 주입 마 취 솔루션.
- 발가락 핀치에 반사에 대 한 확인 하 여 동물 anaesthetized은 보장.
- SLN에 대 한 이미징, 상업적으로 이용 가능한 제 모 크림으로 부드럽게 관심 영역에서 제거 머리. 필요한 만큼 사용 하 여 영역을 완전히 커버. 응용 프로그램의 3-5 분 후 젖은 면봉으로 크림을 제거 합니다. 건조, 실수로 레이저 손상 으로부터 눈을 방지 하기 위해, 인공 눈물 연 고를 적용.
- 장소 블루 테이블에 underpad을 그것에 옆으로 동물. 실험 하는 동안 마 취 동물을 유지 하기 위해 흡입 마 취 코 콘 (산소 (1.2 L/min) 함께 isoflurane의 0.75%)을 통해 관리 합니다. 심장 박동 및 실험을 통해 주변 산소 포화를 쥐의 뒷 발에 펄스 속도도 클립.
참고: 동물은 따뜻한 동물 사용에 대 한 승인 난방 패드를 사용 하 여 있는지 확인 하십시오.
4. Vivo에서 쥐의 SLN 이미징
- 이미징, 전에 미국 젤의 0.5 ~ 1 mL 주사기를 사용 하 여 피부에 적용 하 고 잘 주걱을 사용 하 여 그것을 확산. 이미징 영역에 크기 6 cm x 6 cm의 0.5 c m 두께 닭 가슴살 조직 슬라이스를 배치 하 고 커플링을 개선 하기 위해 치킨 조직에 더 많은 미국 젤을 적용.
참고: LNs는 쥐에서 (2-3 m m) 이내에 피부 아래에 있습니다. 인간에서는, LNs 깊이 1 cm. 따라서, 치킨 티슈는 인간의 이미징 시나리오를 모방 하는 쥐의 이미징 영역에 배치 됩니다. 또는 조직 팬텀을 흉내 낸 치킨 조직 대신 사용할 수 있습니다. - 스위치 레이저에. 닭고기 조직 및 스캔 위에 휴대용 프로브 홀더를 배치 it (오른쪽에서 왼쪽으로 이동 홀더) 결합 된 미국 및 PA 모드에서.
참고: 레이저 광선의 지역 약 3 c m 2 이며 fluence 약 8 mJ/cm 2, 미국 국립 표준 협회 (ANSI) 안전 제한 (20 mJ/cm 2) 보다 작습니다 계산 35 . 이미지 깊이 임상 미국 시스템에서 2 cm로 설정 됩니다. 안전 고글을 착용 하 여 항상 때 레이저 켜져에 한다. - PA 이미징에 대 한 이미징 깊이 2 cm 설정.
- 대조 대리인의 주입 전에 휴대용 프로브 좌우로 이동 하 여 흉부 영역에서 앞 다리 위에 관심 영역의 컨트롤 이미지를 얻을.
참고: 데이터 빔 형성 데이터에 저장 됩니다 모든 추가 처리를 위해 입력. - 대조 대리인의, (즉, MB (10 mg/mL)) 동물의 forepaw에 0.2 mL를 주사 하 고 2 분 통해 림프 혈관 림프절에 대비 에이전트 움직임을 촉진 하기 위해 잘 그것을 마사지. PA 신호의 도움으로 SLN을 찾으려고 치킨 조직 따라
- 검색 핸드헬드와 5 분 후 조사.
참고: 모든 프레임 빔 형성 데이터 형식에 저장 됩니다. - 클릭는 ' 동결 ' 미국 시스템에 클릭 컨트롤에서 단추는 ' 내보내기 선택한 프레임 ' 터치 스크린 모니터 기록 된 데이터를 내보낼 단추.
참고: 데이터는 다른 형태로 저장할 수 있습니다 즉, 빔 형성, 스캔 변환, 채널, 그리고 지능 - 0.5 cm 두꺼운 치킨 조직 조각 하나에 의해 동물의 위에 2 더 많은 레이어를 추가 하 고 찾을 SLN 이미징 최대 1.5 c m 깊이의 타당성을 입증 하.
- 이미징, 후 모든 치킨 조직 조각 제거
- 끄고 레이저.
5. PA 분광학의 SLN
- 쥐에 0.5 c m 두께 닭 가슴살 조직 조각 장소.
- 670으로 레이저의 파장을 설정 소프트웨어를 사용 하 여 nm.
- 스위치 레이저에. PA 신호의 도움으로 SLN을 찾으려고 지역에 닭 가슴살 조직 따라 프로브 스캔.
- 프로브는 SLN을 식별 후 안정적인 개최.
- 제공 하는 소프트웨어를 튜닝 하는 레이저에 입력 파장 800 nm 레이저 소프트웨어에 10 nm/s, 속도 설정 하 고 클릭는 ' 시작 ' 버튼.
참고:이 달라질 수 670에서 파장 800 nm nm 10 nm/s의 속도로. 다양 한 파장 범위 사용 대조 대리인의 흡수 스펙트럼에 따라 달라 집니다. MB는 날카로운 피크 약 670 nm. - 파장 변화 PA 신호에 있는 변화를 관찰.
- 끄고 레이저.
- 닭고기 조직 조각을 제거.
6. 실시간 바늘 추적을 사용 하 여 파이
동물에- 장소는 0.5 c m 두께 닭 가슴살 조직 조각. 675 준비가 되어 파장 nm.
- 스위치 레이저에. PA 신호의 도움으로 화면에 SLN을 식별 하는데 프로브 이동.
- 추적 실시간 바늘
- 차원 0.6 x 32 mm 2에 그것을 지도 하는 동안, SLN을 도달 하는 동물에 닭 조직을 통해 UST에 평행 23 G 바늘 주사 임상 미국 시스템 모니터에 실시간.
- 레이저 실험 후 해제. 치킨 조직을 제거 하 고 동물에서 속도도 펄스 작업 벤치에 동물을 이동. 청소 면 잎사귀와 쥐에 초음파 젤.
- 동물의 침구에 놓고 의식 회복 될 때까지 모니터링.
- 돌아갈 동물의 감 금 소의 동작을 정상입니다.
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Representative Results
그림 1: 시스템 설명. 시스템과 듀얼 모달 임상 미국 파이 시스템의 (a) 도식 표현입니다. 오 포--광학 섬유 번들의 옵티컬 파라메트릭 발진기, FH-섬유 홀더, USM-임상 미국 기계. 섬유 소유자는 UST 및 2 개의 출력 광섬유 번들 통합합니다. Isoflurane과 산소를 공급 하는 마 취 기계 마 취 동물 실험 하는 동안 유지 하는 데 사용 됩니다. (b) 분기 광섬유의 사진. I / P 표시는 섬유의 입력된 끝 및 O/P 2 출력 섬유의 끝을 나타냅니다. (c) 3 개의 슬롯, 광학 섬유에 대 한 두 가지와 넣으면 섬유 소유자의 사진. (d)를 넣으면 섬유 홀더에 고정 하는 끝의 사진. (e) 다른 깊이에 특징 축 해상도 절반 최대에 가득 차 있는 폭에서 계산. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
이미징 시스템의 축과 옆 해결책의 특성, 0.6 m m 직경의 바늘이 사용 되었다. 축과 측면 방향에 따라 PA 신호 꾸몄다 고 가우스 분포 함수에 장착. 절반 최대에 가득 차 있는 폭 1cm, 1.5 c m, 2cm, 2.5 cm, 및 3 cm의 다양 한 깊이에서 계산 했다. 축 해상도 대 한 플롯은 그림 1e에 표시 됩니다. 축 해상도 207 ± 45 µ m 계산 했다. 수평 해상도 UST의 요소 피치에 의해 제한 됩니다. 이론적으로, 측면 해상도 UST의 요소 크기 300 µ m 이다. 바늘의 인수 PA 이미지에서 계산 측면 해상도 351 µ m 이었다.
MB는 식품 의약품 안전 청 (FDA) SLN 이미징 염료를 승인 하 고 널리 사용 임상 SLNB. 따라서, MB는 광범위 하 게 파이와 SLN의 비 침범 성 이미징에 대 한 사용 되었습니다. 675의 최적의 파장 nm 광 스펙트럼 및 레이저 tunability36의 제한에 따라 결정 했다. 그림 2a SLN 이미징에 대 한 쥐의 면도 영역의 사진을 보여줍니다. 빨간색 파선 결합 된 미국 및 PA 이미징에 대 한 대략적인 이미지 평면을 보여 줍니다. 모든 결합된 PA와 미국 이미지 표시 임상 미국 시스템 모니터에서 찍은 스크린샷입니다. 그림 2b MB의 주입 하기 전에 결합 된 미국 및 PA 이미지를 보여 줍니다. 그것은 이미지에서 PA 신호는 지적 수 있습니다. 미국에서 림프절의 이미지 수 식별, 훈련 된 눈으로만 대비 매우 가난 하다. 또한, 일반 미국 이미지는 SLN 다른 림프절에서 분화 될 수 없습니다. 그림 2 c MB 주입 후 결합 된 미국 및 PA 이미지를 보여줍니다. 이 이미지에서는 SLN 강한 PA 신호는 SLN에 MB에서 인해 매우 쉽게 확인할 수 있습니다.
그림 2: SLN 식별. (a) 이미징 SLN에 쥐의 면도 이미징 영역, 빨간 점선 사진은 B-스캔 미국 파이;의 대략적인 비행기 (b) 미국 및 PA MB 주입 하기 전에 이미지를 결합, (c) MB 주입 후 미국 및 PA 이미지를 결합. X 및 Y 축에서 눈금 막대는 동일한 길이 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
실시간 PA 분광학 임상 PA와 이미징 시스템 이미징 동안 레이저의 파장을 변화 하 여 수행할 수 있습니다. MB는 날카로운 흡수 피크 약 670 nm. 그래서, 670에서 파장을 변화 하 여 800 nm nm, PA 신호는 SLN에서 천천히 사라질 것 이다. 그림 3a -c 표시는 SLN 670에 nm 700 nm와 800 nm, 각각.
그림 3: 실시간 파 분광학. 670에서 (a) SLN nm, 700에 (b) SLN nm, (c) SLN 800 nm. 눈금 막대에 X 및 Y 축 같은 길이 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
인 간에 있는 피부 표면에서 깊이의 1-2 cm 사이 SLNs 일반적으로 있습니다. 작은 동물, SLN은 피부 바로 아래 찾을 수 있습니다. 따라서, 인간의 SLN 이미징 시나리오를 모방, 치킨 유 방 조직은 쥐의 피부 표면 위에 배치 했다. 또한, 깊이 영상, 치킨 유 방 조직의 두께 0.5 c m의 단계까지 증가 보여 1.5 cm. 최대 1.5 cm 깊은 영상 관찰 되었습니다 현재 설치. 이미징 깊이 높은 레이저 에너지로 더 향상 될 수 있습니다.
그림 4: 실시간 바늘 지도. (a) 미국 이미지의 스크린 샷을 노란색 화살표, (b) 에 의해 표시 하는 지도 우리 결합 그리고 PA 이미지는 SLN에 대 한 지침 바늘 MB로 바늘을 보여주는. 눈금 막대에 X 및 Y 축 같은 길이 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
비-침략 적 식별, SLN의 FNAB 함께 SLNB 수술과 관련 된 합병증을 줄일 것입니다. 초음파는 지금37까지 바늘 지도 대 한 가장 일반적으로 사용 되 기술입니다. 그러나, 미국의 대비 조직에 바늘 지도 시각화에 매우 가난 하다. 비-침략 적, 파이와 SLN의 생 검에 대 한 실시간 바늘 지침 여기 표시 됩니다. 그림 4a 는 SLN에만 미국 영상에 의해 바늘 지침의 이미지를 보여 줍니다. 그것은 미국에서 제공 하는 대비 좋지 않다 추적 하 고 바늘을 제대로 안내 훈련된 눈을 필요로 분명 하다. 그림 4b 는 바늘 지도 vivo에서의 결합 된 미국 및 PA 이미지를 보여 줍니다. PA 이미징, 바늘에서 얻은 대비 매우 높은 고 쉽게 모니터링할 수 있습니다와 비보에추적. 영화 S1에 비보 바늘 추적에 대 한 이미징 펜 실바 니 아의 비디오를 보여 줍니다. 일단 바늘에는 SLN 도달, SLN 조직의 작은 부분 추가 조직학 검사에 대 한 밖으로 취할 수 있습니다.
영화 S1:ce.jove.com/files/ftp_upload/56649/mb_needle.mp4">Please이이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
현재 심사, 진단 및 암 치료의 비용이 매우 높다. 다른 암 검 진 및 진단에 사용 되는 형식은 이미징이 있다.입니다. 그러나, 이러한 이미징 기술의 많은 제한이 부피가 큰 기계 크기, 침략 적인 진단, 환자, 너무 비 싸, 이온화 방사선 또는 방사성 조 영제의 사용을 unfriendliness를 포함 하 여. 따라서, 효율적, 비용 효율적인, 실시간 이미징 및 시스템 지도 많이 필요 합니다. 결합 된 미국 및 PA 이미징 효과적인, 비-침략 적 심사, 진단, 및 암의 준비에 사용할 수 있는 기술입니다. 임상 PA 이미징 MB 같은 FDA 승인 조 영제와 더 실현 가능한 만들 수 있습니다. PA 이미징으로 비-침략 적 절차, SLNB 수술 관련 합병증을 제거 합니다.
임상 파이 성공 하기 전에 주의 해야 하는 몇 가지 문제가 있다. 첫째, 파이 사용 되는 레이저의 크기 더 컴팩트 하 게 만들 수 있다. 그들은 큰, 무거운, 그리고 그들을 집 광 표 요구. 그들은 또한 정렬, 따라서 하지 임상 사용을 위해 휴대용 매우 작은 변화에 민감한입니다. 작은 다이오드 레이저 부피가 오 포 레이저에 비해 매우 낮은 전력 산출 되며 가변 자주 없습니다. 최근, 휴대용 오 포 레이저 되었습니다 사용할 수 있습니다. 이 크게 이동성의 문제를 해결할 수 있습니다. 둘째, 높은 빛 효율을 커플링으로 미국 프로브 빛 배달 통합 어려운 작업입니다. 작은 다이오드 레이저는 UST 내 통합 자체. 그러나, 힘은 훨씬 낮은 이며 사용자 정의 만든 수정 하기가 USTs에 심지어 더 비싼38. 빛과 UST의 효과적인 외부 커플링 할 수 있어야 합니다. 셋째, 상업 임상 미국 이미징 시스템 파이 대 한 원시 채널 데이터에 액세스할 수 및 데이터 수집에 대 한 호환 USTs의 가용성. 최근, 이러한 시스템 상업적으로 제공 되고있다.
다른 사소한도 전에 효과적인 영상 프레임 속도 증가 하는. 이 현재는 레이저의 펄스 반복 속도 의해 제한 됩니다. 대부분 오 포 레이저는 반복 주파수를 200 Hz. 펄스 다이오드 레이저까지 몇 kHz의 훨씬 더 높은 펄스 반복 속도가지고 있다. 이러한 레이저를 사용 하 여 이미징 프레임 향상에 도움이 될 것입니다 크게34평가. 또한, (MB)과 같은 거의 FDA 승인 대조 대리인의 가용성은 임상 파이 대 한 또 다른 한계입니다. 연구를 많이 찾아서 다른 조 영제 파이 대 한 테스트에서 수행 되는. 다른 사소한 측면 또한 이미징 휴대용 PA를 수행 하는 동안 고려 될 필요가 있다. 우리는 동물에 휴대용 프로브를 사용 하는, 있을 것입니다 손 동작 때문에 일부 오류 홀더를 처리 하는 동안. 이 오류를 최소화 하기 위해 최대한 주의 취해야 한다. 또한, 보여주는 추적 실시간 바늘, 바늘 정확 하 게 비행기는 UST의 중심에 위치 바늘에서 최대 PA 신호 성공적으로 그것을 추적 하는 매우 중요 한입니다. 이러한 모든 과제를 극복 하 여 파이 광범위 하 게 응용 프로그램 (장기 세포 세포)에 대 한 가능한 임상 이미징 도구 수 혈관, 뇌 맥 관 구조, 종양, SLN, 방광, 및 순환 종양 세포의 포함 한 영상.
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Disclosures
저자 있고 아무 관련 금융 관심사 원고에 없는 다른 잠재적인 이해 충돌 공개.
Acknowledgments
저자 싱가포르에서 교육부에 의해 자금 1 단계 연구 보조금에서 재정 지원을 인정 하 고 싶습니다 (RG48/16: M4011617) 및 계층 2 연구 그랜트 싱가포르 교육부에 의해 투자 (ARC2/15: M4020238). 저자 동물 처리와 그의 도움에 대 한 박사 Rhonnie 오스트리아 Dienzo를 인정 하 고 싶습니다.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Q-switched Nd:YAG laser | Continuum | Surelite | Pump laser |
Optical parametric oscillator | Continuum | OPO laser | |
Clinical ultrasound imaging system | Alpinion | E-CUBE 12R | Dual modal ultrasound and photoacoustic imaging system |
Linear array ultrasound transducer | Alpinion | L3-12 | 128 element linear array transducer with centre frequency of 8.5 MHz, fractional bandwidth of 95%, |
Bifurcated optical fiber | CeramOptec | Custom made | To couple the light from the laser to the handheld fiber holder |
Lens | Thorlabs | LB1869 | Focus light from the laser to the optical fiber |
Ultrasound gel | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Acoustic coupling |
Image Processing software | Mathworks | Matlab | Home made program using Matlab |
Anesthetic Machine | medical plus pte ltd | Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator. | Supplies oxygen and isoflurane to animal |
Pulse Oxymeter portable | Medtronic | PM10N with veterinary sensor | Monitors the pulse oxymetry of the animal |
Animal distributor | In Vivos Pte Ltd, Singapore | Animal distributor that supplies small animals for research purpose. | |
Breathing mask | Custom made | Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal | |
chicken breast tissue | Pasar | Used to add depth to mimic human imaging scenario | |
23G needle | BD Precisionglide | 23G,1 and half inch | Used for realtime needle guidance |
Holder for the fiber optic cable | Custom made | To hold the input end of the bifurcated cable | |
Handheld probe | Custom made 3D printed | With two slots for the two output ends of the optical fiber and one slot for the ultrasound transducer | |
Methylene blue (10 mg/mL) | Sterop | Contrast agent for PA imaging | |
Laser tuning software | Surelite OPO PLUS | SLOPO | Software to tune the wavelength of OPO laser |
Photodiode | Thorlabs | SP05/M | To detect the laser pulse to trigger the ultrasound system |
Photodiode bias module | Thorlabs | PBM42 | To amplify the photodiode signal to tigger ultrasound signal |
Depilatory cream | Reckitt Benckiser | Veet | Used to remove hair from the imaging area |
Laser power meter | Ophir | Starlite, p/n: 7Z01565 | Used to measure the laser power |
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