Multispektral optoakustisk tomografi til funktionel billeddannelse i vaskulær forskning

Summary

Denne protokol beskriver erhvervelsen af multispektrale optoakustiske billeder af in vivo menneskelig hudvaskulatur. Disse omfatter kvantificering af hæmoglobin og melanin, der betragtes som kromoforer af interesse for funktionel analyse.

Abstract

Mikrocirkulatorisk svækkelse er blevet anerkendt i forskellige sygdomsprocesser, der ligger til grund for dette voksende tema inden for vaskulær forskning. I de senere år har udviklingen af levende billeddannelsessystemer sat det (analytiske) tempo i både grundlæggende og klinisk forskning med det formål at skabe nye instrumenter, der er i stand til at levere kvantificerbare endepunkter i realtid med klinisk interesse og anvendelse. Nær-infrarød spektroskopi (NIRS), positronemissionstomografi (PET), computertomografi (CT) og magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) er tilgængelige, blandt andre teknikker, men omkostninger, billedopløsning og reduceret kontrast anerkendes som almindelige udfordringer. Optoakustisk tomografi (OT) tilbyder et nyt perspektiv på vaskulær funktionel billeddannelse, der kombinerer state-of-the-art optisk absorption og rumlig opløsningskapacitet (fra mikrometer optisk til millimeter akustisk opløsning) med vævsdybde. I denne undersøgelse testede vi anvendeligheden af multispektral optoakustisk tomografi (MSOT) til funktionel billeddannelse. Systemet bruger en justerbar optisk parametrisk oscillator (OPO) pumpet af en Nd: YAG-laser, der giver excitationsimpulser registreret af en 3D-sonde ved bølgelængder fra 680 nm til 980 nm. Billeder opnået fra den menneskelige underarm blev rekonstrueret gennem en specifik algoritme (leveret i producentens software) baseret på reaktionen fra specifikke kromoforer. Maksimalt oxygeneret hæmoglobin (Max HbO2) og deoxygeneret hæmoglobin (Max Hb), total hæmoglobin (HbT) og gennemsnitlig iltmætning (_mSO2) til vaskulær densitet (μVu), gennemsnitlige afstande mellem enheder (ζAd) og kapillær blodvolumen (mm³) kan måles ved hjælp af dette system. Anvendelighedspotentialet, der findes med dette OT-system, er relevant. Løbende softwareudvikling vil helt sikkert forbedre nytten af dette billedbehandlingssystem.

Introduction

Hjerte-kar-sygdomme er tilbagevendende topdødsårsager på verdensplan og udgør en enorm byrde for ethvert sundhedssystem ^1,2. Teknologi har været en stor bidragyder til udvidelsen af vores forståelse af grundlæggende hjerte- og vaskulær patofysiologi, hvilket giver mere præcise diagnostiske værktøjer og muligheden for tidlig sygdomsdetektion og mere effektiv styring. Billeddannelsesteknikker giver mulighed for at måle ikke kun hjerte- og større fartøjsydelse, men også i meget mindre skala for at beregne kapillærtætheden, lokal perfusion og volumen og endoteldysfunktion, blandt andre egenskaber. Disse teknologier har tilbudt den første kvantitative indsigt i vaskulær biologi med direkte klinisk anvendelse. Ændringer i kapillærtæthed, lokal perfusionsreduktion eller okklusion svarer sandsynligvis til en iskæmisk tilstand, hvilket hjælper med at forklare billeddannelsens voksende rolle og bliver et uundværligt redskab i kardiovaskulær forskning og praksis ^3,4,5.

I de senere år har funktionel billeddannelse konsekvent sat tempoet i teknologisk innovation med ultralyd (US) nær-infrarød spektroskopi (NIRS), positronemissionstomografi (PET), computertomografi (CT) og magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) som nogle velkendte eksempler. Imidlertid begrænser flere bekymringer deres anvendelse, fra omkostninger og patientsikkerhed (samt komfort) til billedkontrast og opløsning ^6,7. Optoakustisk tomografi (OT) er for nylig opstået som en ny retning inden for optisk baseret vaskulær forskning. Denne teknologi, centreret om påvisning af ultralydbølger genereret af termoelastisk ekspansion af vævet påvirket med ultrakorte laserimpulser, har været kendt i nogen tid ^6,8. Denne fysiske reaktion af varmeudvikling og vævsudvidelse fremkalder et akustisk signal detekteret af en ultralydstransducer. Brugen af lysimpulser fra synlig til nær-infrarød og fraværet af et akustisk baggrundssignal gavner opløsningsdybden. Den detekterede kontrast skyldes de vigtigste tilstedeværende kromoforer (hæmoglobin eller melanin). Sammenlignet med andre teknologier har OT fordelene ved (1) ikke at have brug for kontrast (etiketfri billeddannelse), (2) bedre kontrast og opløsning med færre artefakter end ultralyd og (3) lavere pris og hurtigere erhvervelse og brugervenlighed 6,9,10,11.

Multispektral optoakustisk tomografi (MSOT) er blandt den seneste generation af OT-instrumenter. Bygget med en justerbar optisk parametrisk oscillator (OPO) pumpet af en Nd: YAG-laser, der giver excitationsimpulser, erhverves et 3D-billede af tidsopløste signaler detekteret fra højfrekvente ultralydsexcitationsimpulser ved bølgelængder fra 680 nm til 980 nm med en gentagelseshastighed på op til 50 Hz¹². Den optoakustiske billeddannelsesplatform giver kvantificering af forskellige kromoforer i dybden (så lavt som 15 mm). Variabler som HbO₂, Hb og melanin er let tilgængelige. Andre variabler af interesse, såsom maksimalt oxygeneret hæmoglobin (Max_HbO2) og deoxygeneret hæmoglobin (Max Hb), er også tilgængelige. Rekonstruktionsalgoritmer fra producentens software tillader beregning af andre variabler såsom vaskulær densitet (μVu), gennemsnitlig afstand mellem enheder (ζAd) og kapillærvolumen (mm³).

Denne undersøgelse undersøger de væsentlige driftsaspekter af dette nye system for bedre at forstå dets praktiske egenskaber og potentielle anvendelser i kardiovaskulær præklinisk forskning.

Protocol

Den eksperimentelle protokol blev tidligere godkendt af den etiske komité ved universitetets School of Health Sciences (EC. ECTS/P10.21). Procedurerne overholdt fuldt ud de principper for god klinisk praksis, der er fastlagt for humanforskning¹³. En praktisk prøve på seks raske deltagere af begge køn (n = 3 pr. Køn) med en gennemsnitsalder på 32,8 ± 11,9 år blev valgt fra universitetssamfundet. Udvalgte deltagere skulle være normotensive, ikke-rygere og fri for medicin eller kosttilskud. Blodtryk, hjertefrekvens og Body Mass Index blev også registreret. Alle deltagere blev tidligere informeret om undersøgelsens mål og varighed og gav informeret skriftligt samtykke.

BEMÆRK: Denne undersøgelse blev udført ved hjælp af MSOTAcuity (se Materialetabel), fremover refereret som den optoakustiske billeddannelsesplatform.

1. Forberedelse til erhvervelse

BEMÆRK: I den eksperimentelle beskrivelse, der følger, er skærmkommandoer i fed skrift.

1. Indlæsning af emneoplysninger: Tænd for det optoakustiske billedbehandlingsudstyr. Mens udstyret varmer op, skal du introducere deltageroplysningerne. Softwarens vigtigste velkomstvindue åbnes til scanningsoversigten. Indfør data (herunder navn, undersøgelsens betegnelse, personlige data og eventuelle relevante observationer) efter at have klikket på Patient-id, og afslut applikationen ved at trykke på Vælg.
2. Valg af forudindstilling: Sørg for, at meddelelsen Laser er klar vises på udstyrsskærmen. Efter opvarmningstiden skal laserstatuslinjen på udstyrsskærmen skifte fra Laser Standby til Laser is Ready. Til denne protokol er forudindstillingen designet til kromoforer Hb, HbO₂ og melanin. Når du har valgt den korrekte forudindstilling, testes lasereffekten.
3. På dette tidspunkt skal du sikre dig, at der er en besked på skærmen, der minder alle deltagere i rummet om at anvende lasersikkerheds-googles. Tryk på laserkontaktens fodpedal, og vent på, at lasereffekten selvkontrolleres. Efter et par sekunder vises et vindue med den aktuelle laserstatus med en kontrolrapport. Slip dette vindue ved at trykke på den tilgængelige OK-knap .
   BEMÆRK: Den optoakustiske billeddannelsesplatform bruger en Nd: YAG-laser, der betragtes som en klasse 4-laser, der er særlig farlig for det menneskelige øje. Således skal denne laser håndteres med tilstrækkelig omhu.
   FORSIGTIG: Ingen erhvervelse bør finde sted uden at sikre, at alle sikkerhedsprocedurer, herunder passende øjenbeskyttelse, er på plads.

2. Positionering og billedoptagelse

1. Akklimatisere deltageren til laboratoriemiljøet (21 °C ± 1 °C; 40%-60% relativ luftfugtighed), og vælg en behagelig position for at minimere unødvendig bevægelse. Sørg for, at det område, der skal scannes, tidligere er rengjort.
   BEMÆRK: Producentens anbefaling om at rengøre det område, der skal afbildes, med en 70% ethanol / vandopløsning anbefales. Derudover foreslås fjernelse af hår (hvis relevant) for den bedste billedoptagelse.
2. Sondeholder og billedstabilisering
   1. Påfør et tyndt lag ultralydsgel på 3D-koppen. Billedstabilisering kræver, at 3D-koppen holdes i den ønskede billeddannelsesposition. Placer og stabiliser en låsbar arm til interesseområdet. Den arm, der blev brugt i denne undersøgelse, blev designet internt og bygget med aluminiumsprofilkomponenter (figur 1).
   2. Efter at have placeret 3D-koppen på interesseområdet, skal du delvist låse den stabiliserende armlås til billedoptagelse.
      BEMÆRK: Kvaliteten og jævn anvendelse af ultralydgelen er kritisk; Tilstedeværelsen af luftbobler kan kompromittere billeddefinitionen.
3. Billedanskaffelse til dynamiske forhold ved hjælp af PORH-manøvren (Post-Occlusive Reactive Hyperemia) under menufanen Undersøgelse .
   1. Anskaf scanningen af den grundlæggende kontrol. Når du har fundet et synsfelt til billeddannelse, med den tømte blodtryksmanchet på plads, skal du låse 3D-koppens positioneringsarm sikkert.
   2. Anvend minimalt tryk på billedbehandlingsstedet, da højere tryk kan kompromittere udlæsningerne. Tryk på producentens standardforudindstillede Hb, HbO 2 og Melanin, der samtidig måler kromoforer for Hb, HbO₂ og melanin.
      FORSIGTIG: Det er obligatorisk at beskytte øjnene med korrekte sikkerhedsbriller under drift.
      BEMÆRK: Hudfototyper IV til VI (mørk hud) er tilbøjelige til at fejllæse, hvilket kræver et baseline-kontrolbillede til videre behandling. Brug af sikkerhedsbriller under billedoptagelse (når laseren er aktiv) tillader kun det menneskelige øje at genkende gule og blå farver. Farver kan redigeres under billedbehandling.
   3. Vælg det anatomiske område for grundlæggende billedoptagelse. Til sonderende formål anbefales den ventrale underarm. Fortsæt ved at trykke på laserfodkontaktpedalen.
      BEMÆRK: Berøringsskærmknappen mærket Vis (farvet gul), som viser live-billedet på skærmen, når der trykkes på det. Billedstabilitetsstatus vises som en grå bjælke midt på berøringsskærmen, hvilket angiver stabiliteten af 3D-sonden.
      1. Når billedstabiliteten er maksimeret, skal du tage (eller tage) et øjebliksbillede af området ved at trykke på Snapshot-knappen på berøringsskærmen. Hver scanning får 10-12 billeder i en akustisk dybde på 150 mm for hver bølgelængde, der er defineret i forudindstillingen over en anskaffelsestid på 2 s. Denne grundlæggende anskaffelsesscanning vil omfatte i alt 30-36 rammer.
         BEMÆRK: 10 rammer for hver påvist kromofor (Hb, HbO₂ og melanin) opsamles med en maksimal dybde på 15 mm.
      2. Fortsæt med at trykke på laserfodkontaktpedalen for kontinuerlig videooptagelse, og vær opmærksom på knappen Vis (farvet gul) på berøringsskærmen. Det stabiliserede billede vises. Tryk på Optag (farvet blå) for at starte live billedoptagelse.
      3. Stop optagelsen ved at trykke på Stands knappen (farvet sort). Den optoakustiske billedbehandlingsplatform stopper optagelsen og gengiver automatisk videoen til forhåndsvisningstilstand.
   4. Dynamiske målinger (PORH-illustration): Juster trykmanchetten til patientens arm over albuen for at illustrere denne manøvre. Manchetten oppustes med supra systolisk tryk (~ 200 mmHg) og fortsæt i henhold til trin 2.3.1 til 2.3.3.1 for at erhverve den afbildede vaskulatur under tryk.
   5. For at erhverve en video til vurdering af trykudløsningens indvirkning på den afbildede vaskulatur skal du åbne trykventilen, mens du erhverver videoen som i 2.3.3.2. Som før skal du følge live-billedet på skærmen.
      BEMÆRK: For at udføre denne manøvre skal supra systolisk tryk opretholdes i 1-5 minutter; Det er vigtigt at være opmærksom på, at dette pres kan fremkalde forskellige grader af tolerance og ubehag hos patienten. Dette aspekt bør styres omhyggeligt under forsøgene.

3. Billedanalyseprotokol

1. Kopier de optagede scanninger til en valgt / dedikeret mappe til sikkerhedskopiering og yderligere analyse på en separat computerarbejdsstation ved hjælp af producentens dedikerede analytiske software. Hver scanning gemmes efter anskaffelsestid og bestilles af programmet i en studiemappe med en kørende kode.
   BEMÆRK: En sikkerhedskopi anbefales kraftigt. Det er muligt at arbejde direkte med de registrerede rådata, men frarådes kraftigt, da ethvert potentielt harddisknedbrud kan beskadige rådataene.
2. Åbn analyseprogrammet på arbejdsstationscomputeren. Vælg programmenuen > Åbn undersøgelse for at importere filer og få adgang til sikkerhedskopieringsscanninger. Åbn undersøgelsen, og rul til bunden af mappen (med optagede scanninger) for at finde filer med en . NOD-udvidelse. Dette er den eneste filtype, der genkendes af softwaren til at åbne en undersøgelse.
   SEDDEL:. NOD-filer navngives automatisk med et løbende nummer, der gives til hver undersøgelse, og bærer ingen patientoplysninger i filnavnet.
3. For billedrekonstruktion skal du åbne billedanalysemodulet ved at få adgang til softwaremenuen > avanceret behandling.
   1. Sørg for, at fanerne for programarbejdsgange er synlige (farvet sort) på den øverste menulinje (supplerende figur 1): Menu; Oversigt over scanning; Genopbygning; Fluence korrektion; Spektral blanding; Visualisering og analyse. Under analysen farves enhver aktiveret arbejdsgangsfane blå.
      BEMÆRK: Hvis Advance Processing ikke åbnes, viser softwaren kun Scanningsoversigt og Visualisering og analyse.
4. Rekonstruer billedet via fanen Rekonstruktion af softwaren. Vælg de scanninger, der skal rekonstrueres, fra venstre side af hovedprogrammenuen. Indlæste scanninger vises i højre side af skærmen. Forlad standard seks optoakustiske emissionsbølgelængder (700, 730, 760, 800, 850 og 900 nm), da de inkluderer det maksimale optoakustiske signal for HbO₂ ved 900 nm, for Hb ved 760 nm og melanin ved 700 nm.
   1. Udfør scanningsrekonstruktionen ved hjælp af ikonet i højre side. Følg programarbejdsprocessen ved at vælge indstillingen Scanning og visningsfelt (opløsning). Oplysninger vises i øverste venstre hjørne af hovedskærmen. Juster lydens hastighed for at justere scanningsfokus (supplerende figur 2). Rekonstruktionspanelet viser også antallet af rammer for hver erhvervet scanning og gør det muligt at analysere udvælgelsen af gentagelserne (om nødvendigt).
      BEMÆRK: Hver scanning indlæses med en standardlydhastighed på -90, som skal justeres af brugeren. Lydens hastighed kan også justeres automatisk med en autofokusfunktion (AF).
5. Tryk på knappen Rekonstruer scanninger øverst på skærmen for at gå videre til scanningsrekonstruktion. Et midlertidigt dashboard vises med meddelelsen Jobbehandling. Dette panel kan også tilgås fra menuen > behandlingsstatus. Efter endt rekonstruktion skal billedefterbehandlingsanalysen gå videre til Fluence Correction.
6. Aktivér fluenskorrektion af rekonstruerede billeder i dashboardmenuen. Rekonstruerede billeder skal indlæses for fluenskorrektion. Disse vises med et flag ud for hvert scanningsnummer. Indlæste filer vises straks i højre side af skærmen som Valgte rekonstruktioner. Aktiver fluenskorrektion ved at interagere med ikonet i højre side af skærmen (supplerende figur 3). Tryk på Gem fluencekorrektion(er) for at komme videre.
7. Når du har gemt fluenskorrektionen, skal du udføre den spektrale blanding af den erhvervede forudindstilling (Hb, HbO₂ og melanin). Vælg fanen Spektral unmixing for at åbne listen over valgte rekonstruktioner til spektral blanding. En liste med hver scanning af den valgte undersøgelse vises med historikken for de foregående billedbehandlingstrin.
8. Indlæs de tidligere gemte fluencekorrektionsfiler. Indlæste scanninger vises straks i højre side af skærmen som Udvalgte rekonstruktioner (supplerende figur 4). Aktiver spektral unmixing ved at trykke på ikonet i højre side af skærmen.
   1. Overhold bølgelængderne, der skal blandes. Alle seks optoakustiske emissionsbølgelængder (700, 730, 760, 800, 850 og 900 nm), der tages ind i rekonstruktionstrinnet (trin 3.4), vælges automatisk til spektral blanding. Rediger de ønskede spektre, der skal behandles (f.eks. Spectra: Hb, HbO₂ og melanin) ved hjælp af XYZ-ikonet , hvis det er nødvendigt.
   2. Når du har bekræftet de justerede parametre, skal du klikke på Start spektral unmixing for at spektral unmixing kan skride frem. Der vises en procesmenulinje, der viser status for handlingen.
      BEMÆRK: Forskellige parameterjusteringer er mulige under spektral blanding, og flere blandingsmetoder er tilgængelige. I denne protokol anvendes den lineære regressionsmetode som standard til at blande Hb, HbO₂ og melanin.
9. Få adgang til fanen Visualisering og analyse . Klik på en aktiveret scanning for at få vist alle emneoplysninger og kommentarer, der blev introduceret i trin 1.1 (supplerende figur 5).
   BEMÆRK: Flere scanninger kan visualiseres parallelt.
   1. Tryk på knappen + for at oprette en analyse af flere scanninger. I dette vindue skal du introducere en scanningsvisning med flere scanninger og trykke på knappen Gem . Når du har gemt visningsnavnet, vises et nyt dashboard, herunder alle scanninger af den undersøgelse, der analyseres.
   2. Vælg hver ønsket scanning for at tilføje (hver) til den gemte analysevisning. Tilføj yderligere scanninger i øverste venstre hjørneikon, og de vises automatisk i analysevisningen.
10. I analysevisningen skal du indstille korrekte farveopslagstabeller for at forberede billedet til analyse. Klik på Flere billedkontrolindstillinger på den øverste menulinje, og aktiver ikonet Maks. intensitetsprojektion . Tilskriv farver til lag ved at trykke på ikonet, der er tilgængeligt i nederste højre hjørne af billedvisningen, ved siden af 2D+ billedvisningen.
11. Vælg Mere for at redigere farverne på alle kanaler samtidigt. Denne menu viser alle kromoforer ublandede og tillader valg af flere lag til visning.
    BEMÆRK: Når du bevæger musen over softwareikonerne, vises deres navn i gråt som vist i protokollen.
12. Juster hvert lags farveintensitet med de tilgængelige værktøjer nederst til venstre på skærmen.
    BEMÆRK: Justering med min/max interpolation for hver kanal giver generelt gode resultater.

4. Analyse af interesseregion (ROI)

BEMÆRK: Udvælgelsen af en interesseregion (ROI) er obligatorisk til dataanalyse.

1. Identificer det investeringsafkast, der skal analyseres. Omgiv investeringsafkastet med de tilgængelige figurer (på menulinjen) i XY-billedet, mens du sporer det samme investeringsafkast i de ortogonale visninger, der er tilgængelige i XZ- og YZ-aksen (supplerende figur 6).
   BEMÆRK: En polygonform blev brugt til den aktuelle ROI-analyse.
   1. Følg ROI-figuren i den resterende XZ- og YZ-akse (eksempel i figur 2), mens du placerer flere polygonlag med funktionen Tilføj interpolat og fjern underområder . Dataene kan afbildes efter at have defineret/valgt det ønskede investeringsafkast.
   2. Tryk på ikonet Importer region af interesse for kvantificering , og observer multispektralkomponenten, der vises i højre side af skærmen, som en grafisk detalje af det valgte investeringsafkast.
   3. Eksportér ROI-data ved at trykke på Excel-ikonet nederst i den grafiske visning af ROI-dataene. Hele datapakken fra alle regioner eksporteres som et bundt til et regneark til efterfølgende analyse. Figur 3 viser data fra en deltager, der underkastede sig en trykmanchet oppustet til 200 mmHg, og vaskulaturen blev analyseret i forhold til vaskulaturens hviletilstand ved 0 mmHg.
2. Kvantificer flere ROI-objekter samtidigt ved at følge trin 4.1-4.1.3.
3. Eksporter billeder fra samme menu som TIFF-filer med alle indlejrede data og indbygget ROI-kontur (figur 2).

Representative Results

Data leveret af optoakustisk billeddannelse kan analyseres i efterbehandlede eksportbilleder (figur 2) og afbildede data (figur 3). Formålet her var at introducere driften af optoakustisk funktionel billeddannelse og at udforske dens anvendelse i mere almindeligt kendt vaskulær forskning. Til det sammenlignede vi billeder erhvervet under hvile og efter en 200 mmHg okklusion af en større forsyningsarterie (figur 2). Disse observationer kan kvantificeres efter ROI-analyse og eksport. I XY-planet kan det højere signal af melanin sammenlignet med fly YZ og XZ observeres, hvilket indikerer epidermisgrænsen. Okklusionen af brachialarterien (armen) fremkalder en vis stilstand i karrene forud for OT-sondeplaceringen (ventral underarm). Som følge heraf registrerede vi en stigning i de samlede signaler vist som en stigning i blå (Hb) og rød (HbO₂) ved akserne XY, YZ og XZ. Stasis kan følges i XY-flyet, mens du holder 200 mmHg-trykket i manchetten. YZ- og XZ-akser viser øget blodvolumen på grund af okklusionen ovenfor sammenlignet med de normale perfusionsbetingelser (ingen okklusion), fremhævet af de magenta maskerede områder.

Eksporteret ROI-analyse af det samme mikrovaskulaturområde kvantificerer kromoforer HbO 2 (rød), Hb (blå) og HbT (lyserød), mSO₂ (dyb rød) og melanin (gul) fra stabiliserede billeder indsamlet over 8,6 s. Trykudløsningen detekteres straks; Figur 3 viser udviklingen efter okklusion af Hb, HbO₂ og HbT-gendannelse, mens det optoakustiske dataoutput følger observationerne i figur 1. Softwaren beregner iltmætning i blodet (mSO₂) og HbT-værdier fra tilføjelsen af Hb- og HbO2-vilkårlige signaler. Melaninkoncentrationen forbliver konstant inden for 200 mmHg okklusion og i hviletilstand inden for tidsintervallet for billedoptagelse.

Figur 1: Skematisk diagram, der repræsenterer den fleksible arm designet til at holde målesonden i stabiliseret kontakt med deltagerens hud. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 2: Repræsentative optoakustiske billeder, der fremhæver ændringer i vaskulaturen i hvile eller under tryk på 200 mmHg. Det viste billede indeholder tre farver, der repræsenterer Hb (blå), HbO₂ (rød) og melanin (gul), som beskrevet i billedanalysen i afsnit 4. Hvert optoakustisk billede repræsenterer en maksimal intensitetsprojektion af alle de planer, der er forbundet med hver scannet kromofor. (A) XY-planet for den optoakustiske erhvervelse. (B) YZ ortogonal visning af det samme optoakustiske afbildede sted. (C) XZ-visningen af det scannede område. Magentapilene peger på områderne med øget stilstand; Det maskerede magenta-område markerer det øgede volumen af blod, der er fanget inde i kar på grund af okklusionen af brachialarterien sammenlignet med de normale perfusionsbetingelser (ingen okklusion). Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 3: Repræsentativ dataeksport af et kvantificeret investeringsafkast. Naturlige kromoforer af HbO₂ (rød), Hb (blå) og HbT (pink),_mSO2 (dyb rød) og melanin (gul) er afbildet fra dataene ekstraheret fra de stabiliserede billeder indsamlet over 8,6 s. Graferne fra Hb, HbO₂ og HbT viser en genopretningshældning fra okklusion mod den ikke-okkluderede hviletilstand. Den beregnede iltning i blodet_mSO2 og melaninkoncentrationen forbliver konstant inden for 200 mmHg-okklusionen og i hviletilstand inden for tidsintervallet for billedoptagelse. Billeder udtrukket er datapunkter afbildet som middel ± sd af n = 10 billeder pr. Ramme. Klik her for at se en større version af denne figur.

Supplerende figur 1: Scanningsoversigtspanel og hovedmenu i analysesoftwaren. Ved at trykke på menuknappen (i sort) vil hovedmenuen rulleliste ned for at vælge den valgte undersøgelse. Denne handling vælger og indlæser filen ".nod", der genkendes af softwaren. Scanningsoversigten (i blåt) viser alle undersøgelsens scanninger. Detaljer (sort) vises til højre. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 2: Arbejdsgang for rekonstruktionsanalyse. Panel 1 - Vælg den scanning, der skal rekonstrueres, og tryk på den højre pil i højre side af displayet (lilla pil) for at gå videre. Panel 2 - Overhold lydens hastighed og juster skyderen til det bedste fokus (blå pil); a) justeret fokus vist i vinduet højre side; b) vælg gentagelser, der skal analyseres (gul pil); c) tryk på knappen Rekonstruer scanninger for at fortsætte (grøn pil). Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 3: Arbejdsgang for fluenskorrektionspanel. Panel 1 - Vælg scanninger, der skal rettes, og tryk på den højre pil i højre side af skærmen. Panel 2 - tryk på Gem fluencekorrektion(er) for at fortsætte (grøn pil). Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 4: Arbejdsgang for spektre-blandingspanel. Panel 1 - Vælg scanninger, der skal fjernes, og tryk på den højre pil (lilla pil). Panel 2 a) vælg scanningen, der skal fjernes (blå pil), og en forhåndsvisning af det justerede billede vises i højre side; b) Vælg de gentagelser, der skal blandes (gul pil); c) tryk på Start spektral unmixing for at fortsætte (grøn pil). Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 5: Visualiseringspanel og valg af kromoforfarver. Panel 1) Vælg scanninger, der skal vises med et dobbeltklik (lilla pil); Panel 2) Erhvervet billede i akse XY (blå firkant), XZ (gul firkant) og YZ (grøn firkant); 2a) Billedanalyseknap, der viser erhvervede bølgelængder; 2b) vælg Flere billedkontrolindstillinger i den øverste menulinje, og aktiver ikonet Max Intensity Projection ; vælg Mere for at redigere kanalernes farver. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 6: Udvælgelse af interesseregion (ROI). Vælg lassoværktøjet (gul pil), og definer grænserne for ROI inden for XY-aksen (magentapil). Det er muligt at definere forskellige formområder (polygon, rektangel, firkant, cirkel eller elipse). Følg ROI i XZ- og YZ-aksen, og tilføj underområder (grøn pil) til den første markering. Der vises flere underregioner (cyanpil). For at udtrække data fra det valgte investeringsafkast skal du trykke på ikonet Importer interesseområde til kvantificering og fortsæt. Klik her for at downloade denne fil.

Discussion

Denne protokol understreger de arbejdstrin, der betragtes som praktiske krav til betjening af dette nye optoakustiske billeddannelsesinstrument, fra den passende positionering (deltager, sonde), der er nødvendig for 3D-kopsondestabilisering til billedoptagelse, ROI-valg og billedrekonstruktion og analyse.

Den foreslåede eksperimentelle tilgang, der anvender "øjeblikkelige" erhvervelser sammen med billeder opnået under dynamiske forhold, illustrerer dette instruments interesse og nytte for at få adgang til in vivo human vaskulær fysiologi. Som vist er den akustiske billedopløsning på 150 μm indsamlet i et volumen på op til 15 mm³ uovertruffen af andre tomografiteknikker.

Der er behov for særlig opmærksomhed med hensyn til (i) betydningen af sondestabiliseringen for billedoptagelse; brugen af en fleksibel, sikker sondeholder forbedrer klart billedoptagelsen; ii) korrekt identifikation af de vaskulære strukturer sonografiske referencer såsom melanin i den epidermal-dermale overgang kan bruges som en markør til at identificere de øvre plexuskar i huden; og iii) den funktionelle billedanalyse, der udføres ved hjælp af fabrikantens rekonstruktionssoftware.

Avanceret analyse af ROI-data og billedeksport kræver en dybere forståelse af den dedikerede software og de udviklede algoritmer. Det nuværende optoakustiske billeddannelsesinstrument er i stand til at rekonstruere et 3D-volumen på 15 mm³ væv med en opløsning på 150 μm. Denne kapacitet bør styrkes for bedre at kvantificere mikrovaskulær funktion(er) i dybden. Ikke desto mindre tillader den grundlæggende operation direkte observation af referencekromoforer og erhvervelse af flere forudindstillinger fra samme område, hvilket giver hurtig scanning og live videooptagelser.

Anvendelsespotentialet, der findes med det optoakustiske billeddannelsessystem, er relevant. Løbende softwareudvikling vil helt sikkert forbedre nytten af dette billedbehandlingssystem.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cuff	PIC	107001
Drapes	Pajunk	021151-1501
Ethanol 70%	Sigma Aldrich	EX0281
Gogless	Univet	559G.00.00.201
Kimwipes	Amoos	5601856202331.00
MSOT	iThera	MSOTAcuity
Stabilizing arm	ITEM		Self designed and assemble
Ultrasound gel	Parker Laboratories	308
Waxing cream	Veet	kkdg08hagd