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Bioengineering

手持ちの臨床音響小動物の非侵襲的な実時間イメージングによる画像計測

doi: 10.3791/56649 Published: October 16, 2017

Summary

小動物の非侵襲的な実時間イメージングの臨床ハンドヘルド光音響イメージング システムが表示されます。

Abstract

診療所に光音響分光法の翻訳は、大きな課題です。ハンドヘルドのリアルタイム臨床光音響イメージング システムは非常にまれです。ここでは、結合された音響およびライト納期小動物イメージング用超音波プローブを統合することによって臨床超音波システムを報告する.私たちは低侵襲リアルタイム針ガイダンスと共に小動物におけるセンチネル リンパ節画像を表示によってこれを示します。Raw チャネルのデータへのアクセスを持つ臨床超音波プラットフォームには、光音響イメージング ハンドヘルド リアルタイムの臨床の光音響イメージング システムにつながるの統合ができます。メチレン ブルーは、675 nm の波長でセンチネル リンパ節のイメージングに使用されました。また、イメージング システムを使用してデュアル モーダル超音波と光音響イメージング針ガイダンスが示されました。10 Hz レーザー光音響イメージング 5 フレーム/秒のフレーム レートで深さ 1.5 cm の画像を示した。

Introduction

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癌のステージングを検出し、別のイメージング技術が利用できます。広く使用されている撮像モダリティのいくつかの磁気共鳴画像 (MRI)、x 線コンピューター断層撮影 (CT)、x 線、超音波、ポジトロン断層法 (PET)、蛍光イメージングなど1,2,3,4。 しかし、いくつかの既存のイメージング技術は、侵襲的な、有害な放射線をか、遅い、高価な、かさばる、または患者に非友好的な。したがって、高速で、コスト効果の高い診断と治療5イメージング技術の開発、新しい一定の必要があります。

光音響イメージング (PAI) は新たな撮像技術、深いイメージング深さ5,6,7,8超音波高解像度と豊かな光のコントラストを併せ持つ 9。パイ、組織照射用短パルス レーザーが使用されます。光は温度上昇につながる組織によって吸収を取得します。熱弾性膨張圧力波 (音波の形) では、組織内で生成されます。広帯域超音波トランスデューサーに身に生成される音波 (音響 (PA) 波として知られている) 組織境界の外側 (UST)。これらの取得した PA 信号を使用して、PA 画像、明らかに組織の内部構造と機能情報を再構成できます。パイは、幅広いアプリケーションを含む: 血管イメージング、センチネル リンパ節のイメージング、脳血管、腫瘍イメージング、分子イメージングなど1011,12 13,14,15パイは、すなわち、その利点のため多数のアプリケーション: 深い溶込み深さ、空間分解能、および高軟部組織コントラスト。パーイのコントラストは血、メラニンなどから内因性することができます。有機染料、ナノ粒子、量子ドット、 1916,17,18,など外因性の造影剤のような内因性のコントラストが十分に強い、20,21は、コントラストを改善するために使用できます。

パイには、他の映像技術基準数多くの利点がありますが、臨床の翻訳はまだ非常に大きな課題です。主な制限は、使用されているレーザーの扱いにくい性質、データ集録に使用される米国債のほとんどが臨床のアメリカ システム、および raw チャネル アクセスを与える市販の臨床米国イメージング システムの空室状況と互換性がないです。データ。ごく最近、生データへのアクセスを持つ商業臨床米国マシン利用可能な22となっています。今回、臨床米国プラットフォームを使用してハンドヘルド セットアップとパイの可能性を実証を目指しています。小動物モデルでセンチネルの非侵襲的イメージング (SLNs) のリンパ節を示すことによってこれを実証を目指しています。

浸潤性乳がんは、女性の間で癌死の主要な原因の 1 つです。診断と早期乳がんをステージング患者の予後に重要な役割を果たす治療戦略を決定するため重要です。乳房癌のステージングのセンチネル リンパ節生検 (SLNB) は、通常23,24を使用します。SLN は、がん細胞の発見の可能性は転移による最高主リンパ節です。SLNBs は、染料または続いて小さな切開でエリアをオープン カットと視覚的に色素や放射性トレーサーの場合のガイガー カウンターの助けを借りて、SLN を検索、放射性トレーサーを注入することを含みます。識別後、病理組織学的研究24,25数 SLN が削除されます。正 SLNB は、近くのリンパ節に、多分他の臓器に腫瘍が転移したことを示します。負 SLNB は、転移の確率はごくわずか26であることを示します。SLNB はしびれ、リンパ浮腫など27 SLNB 関連付けられている合併症を除去するためにそれに関連付けられている多数の合併症、非侵襲的イメージング技術が必要です。

小動物と人間で SLN のマッピング、画像 PA 検討されている広く異なるコントラスト剤15,28,29,30,31の助けを借りて,32します。 ただし、現在使用されているシステムでは使用できません臨床シナリオ以前指摘。対処するもう一つの懸念は、SLNB28に関わる手術です。細針吸引生検のための低侵襲の手順を適応 (FNAB) は、回復時間と患者の副作用を減らすために必要だった。今回、臨床の米国システムが使用された結合された米国および PA の画像が使用されました。臨床設定で使いやすいように、カスタムしたハンドヘルド住宅光ファイバーと UST のホルダーが設計されました。追跡非侵襲性のリアルタイム針が示されても、メチレン ブルー (MB) は、SLNB 手術に関連する合併症を除去するために識別とマッピング SLNs。 さらに、使用されました。

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Protocol

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すべての動物実験は、ナンヤン工科大学、シンガポールの機関動物ケアおよび使用委員会によって承認されたガイドラインおよび規則に従って行われた (動物プロトコル番号 ARF SBS/NIE-A0263).

1。 ハンドヘルド リアルタイム臨床 PA、米国イメージング システム

  1. ハンドヘルド臨床パイ システム 33 の模式図は、 図 1 a に表示されます。頻度倍増ナノ秒パルス Nd:YAG ポンプ レーザー、分岐の光ファイバー束 ( 図 1 b) 励起光パラメトリック発振 (OPO) レーザーで構成されています、カスタムメイド 3 D 印刷ハンドヘルド ・ プローブ ホルダー ( 図 1 c) 33、臨床デュアル モーダル米国および PA システム、および臨床的に互換性のある線形配列 UST (材料の表を参照してください).
  2. デスクトップからソフトウェアのアイコンをクリックして臨床の米国システムの製造元によって提供されるソフトウェアを実行します
  3. タッチ スクリーンから選択、' 研究 ' 研究モードで米国のシステムを操作するボタン。米国および PA イメージング スクリプトの一覧からスクリプトに組み合わせをクリックして、結合モードでイメージングの実行ボタンをクリックします
  4. レーザー レーザー トリガー出力を使用してまたはフォト ダイオードを用いた臨床の米国システムと同期します
    。 注: で米国システム同期にレーザーからうち固定同期を接続します。同期信号として肯定的なトランジスタ-トランジスタ ロジック (TTL) 信号を提供することを確認します。フォト ダイオードの信号は、同期目的のため使用できます。米国システムの同期は、フォト ダイオードのバイアス モジュールを使用してフォト ダイオード検出器に接続されます。レーザーは、ON するたびに、フォト ダイオードはレーザーと米国のシステムの両方の同期をトリガーする信号を与えます。毎回この手順を実行します
  5. 、レーザーをオンに AC 電源に切り替えるし、レーザー コント ローラーの左にキーを回します。繰り返しを確認した後、レーザーを起動率は 10 Hz (f10 キーはディスプレイに表示されます) と Q スイッチの遅延は 170 μ s と低く低レーザー エネルギーを確保するため。遅延を設定すると、select キーを押しますまで遅延値し、170 に増加を参照してください
    。 注: レーザーは暖かい中に約 20 分を取る
  6. コンピューター上のソフトウェア インターフェイスを開き、goto のメニュー入力波長 675 nm とプレス
  7. 、' 開始 ' 675 で波長を設定するボタン nm
    。 注: レーザー チューニングできる 670 から 2,500 nm の, しかし、それは 670 で安定して nm
  8. シャッター ボタンを押すし、入力光ファイバーにレーザ光を合わせてスイッチを使用して、レーザーを入れます
  9. すべての光ファイバーの入力端に落ちるようなフォーカス レーザー光ファイバー束を 15 mm の焦点距離の 1 インチ (2.5 cm) 直径の平凸レンズを使用しています
    。 メモ: 光ファイバーは 1,600 の小さな繊維を一緒にバンドルされています。それは光ファイバーを 800 のある 2 つの長方形の出力端との中間に分岐しました。800 の繊維は、UST の寸法と一致するように 0.1 x 4 cm の領域にパックされます。各光ファイバーのコア径は 0.22 の開口で、185 μ m.
  10. アライメント後にレーザーがオフを切り替えるです
  11. からの 4 プローブ ホルダー (0 °、5 °、10 °、15 °) 照明の様々 な角度での応用 (イメージング、オブジェクトのサイズ、オブジェクトの形状やオブジェクトの場所の深さ) に基づく適切なプローブ ホルダーを選択します
    。 注: プローブ ホルダーを設計され、3 D ラボでプリントされました。3 つのスロット、2 分岐ファイバーと、UST の中央のものがあります。プローブ ホルダーの寸法は、光ファイバーと、UST の寸法に基づいていた。モンテカルロ ・ シミュレーションは、高い深さで SLNs をイメージングに必要な光の照射を勉強する行われました。15 ° 33 の照明のどん底で sn 比が高かった
  12. 15 ̊ の光照射角度で 3 D プリント プローブ ホルダーに分岐された光ファイバーを適合します
  13. ホルダーの中央のスロットに、UST を挿入します
    。 注: 図 1 d は、光ファイバーと UST プローブ ホルダーの写真を示しています。線形配列の UST 128 配列要素があります。UST の中心周波数は 8.5 MHz と比帯域幅は 95%。UST の長さは、3.85 cm です。ただし、システムだけ 64 並列データ集録ハードウェアには、2 つのレーザーのすべての 128 要素からデータを収集する必要があります。したがって、システムの効果的なフレーム レートは 5 コマ秒 34 であるレーザーの半分のパルス繰り返し周波数
  14. 側のネジを緩めることにより、UST、繊維の端を 1 cm 間の距離を調整し、正確な距離を調整した後、それを引き締める
    。 注: パラメーターは、SLN のシミュレーションとファントム実験 33 イメージングに最適です。プローブ ホルダーに 2 本のネジで、UST を保護できます。これは光ファイバーと、UST の間の距離を変更するための柔軟性を与える
  15. スイッチ ON、UST の前でスポット レーザーと長方形のレーザー光を得ることを確認します
  16. レーザーがオフをスイッチ。画像の目的のため目的の値に (遅延の増加) によってレーザーのエネルギーを増加します
    。 注: は、Nd:YAG レーザーに対して設定できる最大の遅延についてはマニュアルを参照してください。SLN イメージングのためのこのシステムに必要な遅延値が 210 に設定します

2。解像度特性

  1. 市販鶏組織スラブを取るし、6 x 6 cm 2 スラブにカットします。0.5 cm 厚切りに切って、ナイフを使用しています
  2. 径 0.6 mm、鶏の胸肉組織の上に 23 G 針のような点オブジェクトを配置します
  3. スイッチ ON レーザーします
    。 注意: プロトコルの残りの部分のためのレーザーを使用する場合は、安全ゴーグルを着用ください。例外はレーザー エネルギーが弱いので、配置プロセス中にしました
  4. 複数の鶏を積み重ねることによって異なる深さで針を取る PA 画像胸の適用米国ゲル 3 cm 私たちの結合を改善するために鶏の胸肉組織層の間にを厚さ 0.5 cm 1 つずつの組織スライス。
  5. を保存し、ビーム形成イメージ .mat ファイルとして保存します
  6. レーザーがオフを切り替えるです
  7. は、画像処理ソフトウェア 17 を使用して社内コードでデータを処理します
    。 注: 軸方向および横方向の解像度を決定するには、それぞれの方向に沿って正規化された PA 信号から点広がり関数を見つけるし、ガウス分布関数 17 にそれらに合います。半値幅を取得します。点広がり関数を得るためには、ポイントをイメージすることが必要です。ただし、ポイント対象を撮像が困難である (と私たちのケースで非常に小さなポイント対象の信号がかなり小さく、したがって我々 はわずかにより大きいターゲットを使用)、点広がり関数を取得する別の方法があります。ターゲットが大型の場合直接ではなく、ポイントを得て広がり関数、広がるエッジ関数が取得できます。拡散エッジ関数の最初の誘導体で、点広がり関数を得ることができる 1 つ。したがって、絶対に点ターゲットを使用して、解像度 22 を計算する必要はありません

3。SLN のイメージングのための動物の準備

< p クラス ="jove_conテント"> メモ: 小動物 SLN のイメージングのため上記ハンドヘルドの臨床用画像システムを示した。実験 6-8 週齢の健康、女性のラット (NTac:Sprague ドーリー、220 ± 30 g) が調達されました。雌ラットは、ラットの乳がんの発生はそれほど頻繁にために使用されます。ただし、雄ラットは研究も使用できます。また、文学、雌ラットを使用、SLN イメージングのためにより広く

  1. ラット anesthetization
    1. イメージング前、に麻酔ラット麻酔の解決策は、ケタミン (100 mg/mL)、キシラジン (20 mg/mL) と 2 の割合で注射用生理食塩水のカクテルが含まれています: 1:1。滅菌手術用 1 mL シリンジに針 (27 G、1/2 インチ) で動物の重量の 100 g あたりのカクテルの 0.2 mL を追加します
    2. の手によるラットの首の首筋、アルコール綿棒と腹部の右下の象限を駆除。動物の体に麻酔薬投与を挿入します
    3. つま先ピンチに反射をチェックして動物を麻酔することを確認します
  2. の SLN イメージング、市販の脱毛クリームで軽く興味の地域から髪を削除します。領域を完全にカバーするために必要な限りを使用します。アプリケーションの 3-5 分後濡れた綿棒でクリームを削除します。乾燥や偶発的なレーザー損傷から目を防ぐためには、人工涙軟膏を適用します
  3. 場所青は、underpad テーブルの上と横に動物を配置します。実験中に麻酔下の動物を維持するために鼻の円錐形 (酸素 (1.2 L/分) と一緒にイソフルランの 0.75%) を通して吸入麻酔を管理します。クリップの心拍数と実験を通じて末梢の酸素飽和度をモニターするラットの後肢にパルスオキシメータ
    。 注: 動物は動物の使用のために承認加熱パッドを使用して温かみのあることを確認します

4。生体内でラットの SLN イメージング

  1. イメージング前、に米国のゲルの 0.5 を 1 mL を注射器を使用して肌に適用し、アプリケータを使用してそれを広めます。イメージングの領域にサイズ 6 cm × 6 cm の 0.5 cm 厚の鶏の胸肉の組織スライスを配置および結合を改善するために鶏の組織のより多くの米国ゲルを適用します
    。 注: LNs はラット (2 ~ 3 mm) 以内の皮膚の下にあります。ヒトでは、LNs は、深さの 1 cm します。 したがって、鶏組織は人間イメージング シナリオを模倣するラットのイメージングの領域に配置されます。また、生体近似ファントムは鶏組織の代わりに使用できます
  2. レーザーのスイッチ。ハンドヘルド ・ プローブ ホルダー鶏組織およびスキャンの上に結合された米国および PA モードで it (右から左へ移動、ホルダー).
    メモ: レーザ光の面積は約 3 cm 2 とフルエンスは約 8 mJ/cm 2、アメリカ規格協会 (ANSI) の安全基準 (20 mJ/cm 2) よりも低い計算、 35.イメージングの深さは、臨床の米国システムで 2 cm に設定されます。すべての回とレーザーが点灯に安全ゴーグルを着用するべきです
  3. イメージング PA の 2 cm 画像の深度を設定します
  4. は造影剤の注入の前に左右に、ハンドヘルド ・ プローブを移動することによって胸部領域で前脚上の関心領域のコントロールのイメージを取得します
    。 注: 梁形式のデータで、データが保存されるすべてはさらなる処理のため入力します
  5. コントラスト エージェントの (すなわち MB (10 mg/mL)) 動物の前足で 0.2 mL を注入し、リンパ管を通してリンパ節にコントラスト エージェントの移動を容易にするために 2 分のためによくマッサージします
  6. 。 PA 信号の助けを借りて、SLN を検索する鶏組織に沿って、ハンドヘルドと 5 分後
  7. スキャン プローブします
    。 注: すべてのフレームは、ビーム形成データ型に保存されます
  8. 。 クリックして
  9. 、' 凍結 ' 米国のシステムとクリックのコントロールからボタン、' 選択したフレームをエクスポート ' 記録されたデータをエクスポートするのにはタッチ画面のモニターからのボタン
    。 注: データは異なる形式で保存することができますすなわち、ビーム形成、変換スキャン、チャネル、および i. q.
  10. 動物 1 つずつ上に 0.5 cm 厚鶏組織スライスの 2 レイヤーを追加し、深さ 1.5 cm のイメージングの可能性を実証する SLN
  11. イメージング後、すべての鶏組織スライスの削除
  12. レーザーがオフを切り替えるです

5。PA SLN 分光

  1. ラットに 0.5 cm 厚の鶏の胸肉の組織スライスを配置します
  2. 設定レーザーの波長 670 nm のソフトウェアを使用して
  3. レーザーのスイッチ。面積が PA 信号の助けを借りて、SLN の鶏の胸肉組織に沿ってプローブ スキャンします
  4. SLN を識別した後、プローブを安定した保持します
  5. レーザーは提供されるソフトウェアをチューニング、入力波長 800 nm レーザー ソフトウェアの 10 nm/秒、速度を設定し、クリックして、' 開始 ' ボタン
    。 注: これは異なります 670 から波長 800 nm nm 10 nm/秒の速度で。変化させる波長範囲は、使用する造影剤の吸収スペクトルに依存します。MB は鋭いピークの約 670 nm
  6. 波長変動の PA 信号の変化を観察します
  7. レーザーがオフを切り替えるです
  8. 鶏の組織スライスを削除します

6。リアルタイム追跡針の使用してパイ

動物に
  1. 場所 0.5 cm 厚の鶏の胸肉組織スライス。675 に波長を設定 nm
  2. レーザーのスイッチ。検索し、PA 信号の助けを借りて画面で SLN を識別にプローブを移動します
  3. 追跡リアルタイム針
    1. 寸法 0.6 x 32 mm 2 動物にそれを指導しながら、SLN に到達する鶏組織を UST に平行の 23 G 針を注入臨床の米国システム モニター上でリアルタイムします
  4. の実験の後、レーザーをオフにします。鶏組織を削除して動物からパルスオキシメータ、動物を作業台に移動します。おしりふき綿ラット超音波ゲルをきれいします
  5. の寝具に動物を配置し、それが意識を取り戻すまで、それを監視します
  6. の動作は通常後そのケージに動物を返す

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Representative Results

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Figure 1
図 1: システム説明。デュアルの臨床米国システム モーダル パイ系の概略(、) 。OPO - の - 光ファイバー束の光パラメトリック発振器、FH - ファイバホルダー、USM - 臨床米国機。心線ホルダーは、UST と 2 出力光ファイバー束を統合します。イソフルランと酸素を供給麻酔マシンは、実験中に麻酔下の動物を維持する使用されます。(b)分岐の光ファイバーの写真。私 P がファイバーの入力の終わりを示す・ O/P は、2 つの繊維の端出力を示します。(c) 3 スロット、光ファイバーの 2 つと、UST の 1 つの繊維にホルダーの写真。(d)写真、UST と繊維ホルダーで固定の終了。(e)軸方向の解像度が異なる深さで特徴付けられる半値幅から計算されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

イメージング システムの軸方向と横方向の解像度を特徴付ける、直径 0.6 mm の針を使用しました。軸方向および横方向の PA 信号はプロットし、ガウス分布関数を装着しました。半値全幅は 1 cm、1.5 cm、2 cm、2.5 cm と 3 cm の様々 な深さで計算されます。図 1eで軸方向の解像度のプロットが表示されます。207 ± 45 μ m にする軸の解像度を求めた。横方向の解像度は、UST の素子ピッチによって制限されます。理論的には、横方向の解像度は、UST のエレメント ・ サイズは、300 μ m です。針の取得した PA 画像から計算水平解像度は、351 μ m だった。

MB、食品と薬品局 (FDA) SLN イメージング染料を承認され、広く SLNB に臨床的に使用されています。したがって、非侵襲的イメージング パイと SLN の広範囲の MB を使用されています。675 の最適波長 nm の光スペクトルとレーザー波長可変36の制限に基づいて決定されました。図 2 aは、SLN イメージングのためのラットの剃毛地域の写真を示しています。赤い破線は結合された米国およびイメージング PA のおおよその画像面を示しています。すべて、結合された PA と米国示されて画像臨床の米国システム モニターから撮影したスクリーン ショット。図 2 bは、MB の注入前に米国と PA のイメージの合計を示しています。画像では PA 信号がないことが明記します。米国からリンパ節の画像識別できます、訓練された目だけでコントラストが非常に悪い。さらに、プレーンの米国のイメージと他のリンパ節から SLN を区別することはできません。図 2 cは、MB 注射後結合された米国および PA のイメージを示しています。このイメージから、SLN は、SLN MB から強い PA 信号により非常に簡単に識別できます。

Figure 2
図 2: SLN 識別(a)イメージング SLN のラットの剃毛画像領域の写真、赤点線はパイ; と同様、B スキャン米国のおおよその平面(b)合成した MB 射出する前に米国と PA の画像、 (c) MB 注射後米国および PA のイメージを組み合わせます。X と Y 軸上のスケール バーは、同じ長さを表します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

リアルタイム PA 分光法は、イメージングしながらレーザーの波長を変化させることによってシステムをイメージング臨床 PA で行うことができます。MB は鋭い吸収ピーク約 670 nm。670 から波長を変化させることにより、nm 800 から nm、SLN から PA 信号がゆっくりと消えます。図 3a-cは、670 で SLN を示しています nm、700 nm、800 nm、それぞれ。

Figure 3
図 3: リアルタイム PA 分光します。670 で(、)の SLN nm、 (b) SLN 700 nm、800 (c) SLN nm。スケール バーで、X、Y 軸は同じ長さを表します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

SLNs は、通常人間の皮膚表面からの深さの 1-2 cm の間にあります。小動物、SLN を皮膚のすぐ下に見つけることができます。したがって、人間の SLN イメージング シナリオを模倣する鶏の胸肉の組織はラットの皮膚表面上に置かれました。また、深度イメージング、鶏の胸肉組織の厚さは 0.5 cm の手順まで増加を実証する 1.5 cm。 1.5 cm 深さイメージングまで観察されている現在のセットアップに。イメージング深さは、高いレーザー エネルギーでさらに改善されるでしょう。

Figure 4
図 4: リアルタイム針指導()米国イメージのスクリーン ショット(b)の黄色の矢印でマークされた指導は私たちを組み合わせるし、SLN の針ガイダンスを示す PA イメージ MB で埋められて針を示します。スケール バーで、X、Y 軸は同じ長さを表します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

SLN FNAB と共に、非侵襲的同定 SLNB 手術による合併症を減らします。超音波検査は、今37まで針の指導のため最もよく使用される手法です。しかし、米国のコントラストが針指導組織を視覚化する非常に悪い。非侵襲的なパイと SLN 生検のためのリアルタイム針ガイダンスを示しています。図 4 aは、SLN にだけ米国イメージングによる針指導のイメージを示しています。明らかに、米国によって提供されるコントラスト良いではなく、追跡し、針を正しく導く専門家の目が必要です。図 4 bは、針の指導、生体内での米国と PA のイメージの合計を示しています。PA のイメージング、針から得られるコントラストが非常に高いと簡単に監視することができ、生体内で追跡。映画 S1 は、イメージングで生体針追跡 PA のビデオを示しています。針が SLN に達すれば、SLN ティッシュの小さい部分はさらに組織学的検査のため取り出すことが。

ムービー S1:Please このファイルをダウンロードするにはここをクリックします。

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Discussion

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現在、スクリーニング、診断、がんの治療の費用は非常に高いです。別に画像診断のスクリーニングと診断のために使用されているがあります。しかし、多くのこれらのイメージング手法かさばる機械の大きさ、侵襲的な診断、電離放射線の患者は、あまりにも高価な要件または放射性造影剤の使用に不親切などの制限があります。したがって、効率的なコスト効果の高い、リアルタイム イメージング ・案内システムが多く必要です。結合された米国および PA のイメージングは、効果的な非侵襲的なスクリーニング、診断、癌のステージングに使用できる手法です。イメージング臨床の PA は、FDA によって承認される造影剤 MB などとより現実的で可能です。イメージング PA は非侵襲的なプロシージャ、SLNB 手術に関連する合併症を除外します。

臨床のパイが成功になる前に注意が必要ないくつかの課題があります。まず、パイに使用されるレーザーのサイズがよりコンパクトに。彼らは大規模な重いとしばしばそれらを収容する光学テーブルを必要とします。また、アライメント、それゆえ臨床使用のため携帯ではない非常に小さな変化に敏感です。小型ダイオード レーザーはかさばる OPO レーザーに比較して非常に低動力を得られる、可変頻繁にしません。最近では、携帯用の OPO レーザーなされた利用できます。これは大きく移植性の問題を解決することができます。第二に、高い光結合効率と米国プローブ光配信の統合は、やりがいのある仕事です。小型ダイオード レーザーは、UST の内で統合されている自体。しかし、力ははるかに低いとそれになる米国債でカスタムメイド変更もより高価な38が必要です。光と UST の効果的な外部結合は、行われる必要があります。第三に、商業臨床米国イメージング システム パイ生チャネルのデータへのアクセスと互換性のある米国債データ集録のための可用性。最近では、このようなシステムを商業利用可能ななっています。

他のマイナーな課題は、効果的な撮像フレーム レートを上げます。これは現在、レーザーのパルス繰り返し周波数によって制限されます。ほとんどの OPO レーザー パルス繰り返しの率がある 200 hz パルス ダイオード レーザー最大数 kHz の非常に高いパルス繰返しレートがあります。これらのレーザーの使用、画像のフレームの改善に役立つ評価大幅34。また、(MB) のような非常にいくつかの FDA の承認の造影剤の可用性は、臨床のパイの別の制限です。見つけるとパイの異なる造影剤のテストには、多くの研究が行われています。他のマイナーな側面は、ハンドヘルド PA イメージングを実行しながら考慮する必要もあります。私たちは動物に、ハンドヘルド ・ プローブを使用していると、ホルダーを処理しながら、手の動きのためのいくつかのエラーがあるでしょう。細心の注意をこのエラーを最小限に抑えるべきであります。また、追跡リアルタイム針を見せながら非常に針から最大の PA 信号を取得し、それを正常に追跡することが重要です、UST の中心に針を正確に平面を配置します。すべてのこれらの課題を克服してパイが広まったアプリケーション (臓器に細胞小器官) のための実行可能な臨床イメージング ツールをすることができます血管、脳血管、腫瘍、SLN、膀胱、および循環性腫瘍細胞のイメージングを含む。

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Disclosures

著者がある原稿に関連する金銭的な利益とない他潜在的な利益相反を開示します。

Acknowledgments

著者は、シンガポールの教育省によって資金を供給層 1 研究助成金から助成を受けたいと思います (RG48/16: M4011617) とシンガポールの教育省によって資金を供給層 2 研究グラント (ARC2/15: M4020238)。著者は動物取扱と彼の助けのための博士 Rhonnie オーストリア Dienzo を認めると思います。

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Yun, S. H., Kwok, S. J. Light in diagnosis, therapy and surgery. Nat. Biomed. Eng. 1, 0008 (2017).
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Sivasubramanian, K., Periyasamy, V., Pramanik, M. Hand-held Clinical Photoacoustic Imaging System for Real-time Non-invasive Small Animal Imaging. J. Vis. Exp. (128), e56649, doi:10.3791/56649 (2017).More

Sivasubramanian, K., Periyasamy, V., Pramanik, M. Hand-held Clinical Photoacoustic Imaging System for Real-time Non-invasive Small Animal Imaging. J. Vis. Exp. (128), e56649, doi:10.3791/56649 (2017).

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