Summary
Vi rapporterer en coregistreret ultralyd og fotoakustisk billeddannelsesprotokol til transvaginal billeddannelse af ovarie / adnexale læsioner. Protokollen kan være værdifuld for andre translationelle fotoakustiske billeddannelsesundersøgelser, især dem, der bruger kommercielle ultralydsarrays til påvisning af fotoakustiske signaler og standard forsinkelses- og sumstråleformningsalgoritmer til billeddannelse.
Abstract
Kræft i æggestokkene er fortsat den dødeligste af alle de gynækologiske maligniteter på grund af manglen på pålidelige screeningsværktøjer til tidlig påvisning og diagnose. Fotoakustisk billeddannelse eller tomografi (PAT) er en ny billeddannelsesmodalitet, der kan tilvejebringe den samlede hæmoglobinkoncentration (relativ skala, rHbT) og iltmætning i blodet (% sO2) af æggestokke / adnexale læsioner, som er vigtige parametre for kræftdiagnose. Kombineret med coregistreret ultralyd (US) har PAT vist et stort potentiale for at detektere kræft i æggestokkene og for nøjagtigt at diagnosticere ovarielæsioner for effektiv risikovurdering og reduktion af unødvendige operationer af godartede læsioner. Imidlertid varierer PAT-billeddannelsesprotokoller i kliniske applikationer, så vidt vi ved, stort set mellem forskellige undersøgelser. Her rapporterer vi en transvaginal ovariecancerbilleddannelsesprotokol, der kan være gavnlig for andre kliniske undersøgelser, især dem, der bruger kommercielle ultralydsarrays til påvisning af fotoakustiske signaler og standard forsinkelses- og sumstråleformningsalgoritmer til billeddannelse.
Introduction
Fotoakustisk billeddannelse eller tomografi (PAT) er en hybrid billeddannelsesmodalitet, der måler den optiske absorptionsfordeling ved amerikansk opløsning og dybder langt ud over vævets optiske diffusionsgrænse (~ 1 mm). I PAT bruges en nanosekundlaserpuls til at excitere biologisk væv, hvilket forårsager en forbigående temperaturstigning på grund af optisk absorption. Dette fører til en indledende trykstigning, og de resulterende fotoakustiske bølger måles af amerikanske transducere. Multispektral PAT involverer brugen af enten en justerbar laser eller flere lasere, der arbejder ved forskellige bølgelængder for at belyse vævet, hvilket muliggør rekonstruktion af optiske absorptionskort ved flere bølgelængder. Baseret på differentiel absorption af iltet og deoxygeneret hæmoglobin i det nær-infrarøde (NIR) vindue kan multispektral PAT beregne fordelingen af iltede og deoxygenerede hæmoglobinkoncentrationer, den samlede hæmoglobinkoncentration og iltmætningen i blodet, som alle er funktionelle biomarkører relateret til tumorangiogenese og iltningsforbrug i blodet eller tumormetabolisme. PAT har vist succes i mange onkologiske applikationer, såsom kræft i æggestokkene1,2, brystkræft 3,4,5, hudkræft 6, kræft i skjoldbruskkirtlen 7,8, livmoderhalskræft9, prostatakræft 10,11 og kolorektal cancer 12.
Kræft i æggestokkene er den dødeligste af alle gynækologiske maligniteter. Kun 38% af kræft i æggestokkene diagnosticeres på et tidligt (lokaliseret eller regionalt) stadium, hvor den 5-årige overlevelsesrate er 74,2% til 93,1%. De fleste diagnosticeres på et sent stadium, hvor den 5-årige overlevelsesrate er 30,8% eller mindre13. Nuværende kliniske diagnosemetoder, herunder transvaginal ultralyd (TUS), Doppler US, serumcancerantigen 125 (CA 125) og humant epididymisprotein 4 (HE4), har vist sig at mangle følsomhed og specificitet til tidlig ovariecancerdiagnose14,15,16. Derudover kan en stor del af godartede ovarielæsioner være vanskelige at diagnosticere nøjagtigt med nuværende billeddannelsesteknologier, hvilket fører til unødvendige operationer med øgede sundhedsomkostninger og kirurgiske komplikationer. Således er der behov for yderligere nøjagtige ikke-invasive metoder til risikostratificering af adnexale masser for at optimere styringen og resultaterne. Det er klart, at der er behov for en teknik, der er følsom og specifik for kræft i æggestokkene i tidlig fase og mere præcis til at identificere ondartede fra godartede læsioner.
Vores gruppe har udviklet et coregistered transvaginal US og PAT system (USPAT) til ovariecancer diagnose ved at kombinere et klinisk amerikansk system, en specialfremstillet sondekappe til at huse de optiske fibre til lyslevering og en justerbar laser1. Den totale hæmoglobinkoncentration (relativ skala, rHbT) og iltmætningen i blodet (%sO2) afledt af USPAT-systemet har vist et stort potentiale for påvisning af kræft i æggestokkene i tidlige stadier og for nøjagtig diagnosticering af ovarielæsioner til effektiv risikovurdering og reduktion af unødvendige godartede læsionsoperationer 1,2. Det aktuelle systemskema er vist i figur 1, og kontrolblokdiagrammet er vist i figur 2. Denne strategi har potentiale til at blive integreret i eksisterende TUS-protokoller til diagnosticering af kræft i æggestokkene, samtidig med at der tilvejebringes funktionelle parametre (rHbT, %sO2) for at forbedre følsomheden og specificiteten af TUS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Al den udførte forskning blev godkendt af Washington University Institutional Review Board.
1. Systemkonfiguration: Optisk belysning (figur 1)
- Brug en Nd:YAG-laser, der pumper en pulserende, justerbar (690-890 nm) Ti-safirlaser ved 10 Hz.
- Udvid laserstrålen ved først at afvige strålen med en plano-konkav linse og derefter kollidere strålen med en plano-konveks linse. Brug to spejle til at rette strålen mod en strålesplitter (beskrevet nedenfor).
- Opdel den ekspanderede laserstråle i fire stråler med samme energi ved at opdele den oprindelige stråle i to med en polariserende strålesplitter og derefter opdele de to stråler med yderligere to andentrins strålesplittere.
- Monter fire multi-mode optiske fibre med fiberpatroner.
- Brug fire plano-konvekse linser til at fokusere de fire laserstråler ind i de fire fibre.
- Af hensyn til lasersikkerheden skal du dække alle de optiske komponenter under en metalkasse for at sikre, at den optiske vej ikke eksponeres.
- Fastgør de andre ender af de fire fibre til den transvaginale ultralydssonde, og omslut sonden og fibrene i en beskyttende kappe.
BEMÆRK: Transducerens kappe og akustiske vindue er belagt med stærkt reflekterende hvid maling for at forbedre belysningens ensartethed. Denne opsætning, herunder brugen af fire fibre til lyslevering, viste sig tidligere at være optimal til transvaginale applikationer17. Se diskussionen for at få flere oplysninger.
2. Systemkonfiguration: Ultralyddetektion og scanningsskema
- Brug et programmerbart klinisk amerikansk system.
BEMÆRK: Et programmerbart system betyder, at de rå ultralydsdata er tilgængelige, og brugerdefinerede dataindsamlingsprotokoller og behandlingsalgoritmer kan programmeres. - Tilslut en ekstra skærm til det amerikanske system for at køre USPAT-skærmsoftwaren til visualisering i realtid af rHbT, %sO2-kort og andre funktionelle parametre.
- Tilslut laserens interne udløser til den eksterne udløser i det amerikanske system.
- Brug en tidsdelingsmultiplexeringsmetode under co-registreret tilstand; specifikt, for hver bølgelængde, sekventielt erhverve fem på hinanden følgende PAT-rammer og en coregistered US frame. Gennemsnit PAT-rammerne for at forbedre signal-støj-forholdet. Den samlede dataindsamlingstid for fire bølgelængder er omkring 15 s.
3. Systemkalibrering
- Indstil laserpumpens energi til et fast niveau.
- For hver bølgelængde (750 nm, 780 nm, 800 nm og 830 nm) kontrolleres energiudgangen pr. puls ved hver fiberspids for at sikre, at den beregnede energitæthed ved hver valgt bølgelængde er på den forventede værdi angivet i tabel 1.
- Hvis energiproduktionen er lavere end forventet, skal du finjustere den optiske justering ved at justere spejl- og strålesplittervinklerne. Dette trin er ikke altid nødvendigt.
- Gentag trin 3.2-3.4, indtil energien er tilfredsstillende.
- Optag de fire fibres energiproduktion ved hver bølgelængde, og indtast værdierne i USPAT-displaysoftwaren.
BEMÆRK: Disse værdier bruges til at kalibrere beregningen af rHbT. Laserenergien svinger over tid, og kalibrering sikrer, at de kvantitative parametre, der beregnes ud fra de multispektrale PAT-data, er så nøjagtige som muligt.
4. En prøve eksperimentel procedure: Transvaginal USPAT-billeddannelse af den menneskelige æggestok
- Forberedelse af USPAT-billeddannelsessystemet
- Desinficer endokaviteten US sonden og dækselkappen med standard ultralydssonde rengøringsprotokol på institutionen.
- Tænd for det kliniske amerikanske system, start den amerikanske systemsoftware, og vælg den korrekte amerikanske transducer.
- Kalibrer lasersystemet som i trin 3.
- Indtast den samlede pulsenergi for hver bølgelængde i USPAT-displaysoftwaren.
- Saml USPAT-sonden ved at omslutte fibrene og sonden inde i sondeskeden.
- Forberedelse af patienten
- Følg den institutionsspecifikke protokol for at indhente informeret samtykke og forberede patienten.
- Imaging
- Find målæggestokken ved hjælp af puls-ekko US.
BEMÆRK: Dette trin udføres af forsøgslægen, som frit kan justere billeddannelsesparametrene på den kliniske amerikanske maskine, såsom dybden, det dynamiske område og TGC. - Vælg den ønskede dybde i USPAT-styringssoftwaren.
- Klik på Scan i kontrolsoftwaren for at starte den samtidige registrering af USPAT B-tilstandsdata. Se USPAT-billedvisningssoftwaren for at gennemgå de samregistrerede amerikanske og PAT B-tilstandsbilleder og rekonstruerede funktionelle kort i realtid.
- Gentag trin 4.3.1-4.3.3 for at hente flere billeder og (om nødvendigt) billede den anden læsion.
- Find målæggestokken ved hjælp af puls-ekko US.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Her viser vi eksempler på ondartede og normale ovarielæsioner afbildet af USPAT. Figur 3 viser en 50-årig præmenopausal kvinde med bilaterale multicystiske adnexale masser afsløret ved kontrastforstærket CT. Figur 3A viser det amerikanske billede af venstre adnexa med ROI, der markerer den mistænkelige faste knude inde i den cystiske læsion. Figur 3B viser PAT rHbT-kortet overlejret på USA og vist med rødt. rHbT viste omfattende diffust vaskulær fordeling i dybdeområdet 1 cm til 5 cm, og niveauet var højt ved 17,1 (a.u.). Figur 3C viser %sO2-fordelingen overlejret på USA, og niveauet var lavt med en middelværdi på 46,4%. Histogrammerne for rHbT og %sO2 i ROI vises i højre hjørne af rHbT- og %sO2-kortene. Kirurgisk patologi afslørede veldifferentieret endometrioid adenocarcinom i både højre og venstre æggestokke.
Figur 4 viser en 46-årig kvinde med bilaterale cystiske læsioner. Figur 4A viser det amerikanske billede af den højre æggestok med en simpel cyste, der måler 4,2 cm i maksimal diameter. Figur 4B viser PAT rHbT-kortet overlejret på det medregistrerede USA, der viser spredningssignaler på venstre side af læsionen med et lavt gennemsnitsniveau på 4,8 (a.u). Figur 4C viser %sO2-kortet, som viste et højere %sO2-indhold på 67,5%. Den kirurgiske patologi afslørede en normal højre æggestok med follikulære cyster.
Baseret på pilotdataene viste ondartede ovarielæsioner 1,9 gange højere rHbT og 9% lavere %sO2 i gennemsnit sammenlignet med godartede læsioner1. Disse to repræsentative eksempler fremhæver betydningen af de funktionelle parametre, som PAT leverer, til diagnosticering af USA-detekterede læsioner.
| Bølgelængder | 750 nm | 780 nm | 800 nm | 830 nm |
| Fiber 1 | 4,79 mJ/cm2 | 6,16 mJ/cm2 | 6,59 mJ/cm2 | 6,33 mJ/cm2 |
| Fiber 2 | 4,62 mJ/cm2 | 5,39 mJ/cm2 | 5,99 mJ/cm2 | 6,50 mJ/cm2 |
| Fiber 3 | 4,79 mJ/cm2 | 6,07 mJ/cm2 | 6,76 mJ/cm2 | 6,84 mJ/cm2 |
| Fiber 4 | 4,70 mJ/cm2 | 6,07 mJ/cm2 | 6,67 mJ/cm2 | 6,50 mJ/cm2 |
| Total | 18,90 mJ/cm2 | 23,69 mJ/cm2 | 26,01 mJ/cm2 | 26,17 mJ/cm2 |
| MPE (ANSI) | 25,2 mJ/cm2 | 28,9 mJ/cm2 | 31,7 mJ/cm2 | 36,4 mJ/cm2 |
Tabel 1: Repræsentative laserenergitæthedsmålinger i enheder af mJ/cm2 koblet til de fire fiberspidser for fire bølgelængder sammen med deres tilsvarende MPE-værdier.
Figur 1: Det samregistrerede amerikanske system og PAT-system og sonde. Det amerikanske system udvides med en anden skærm til USPAT-skærmsoftwaren, og den modtager laserudløsere for at synkronisere den amerikanske erhvervelse. Laserstrålen udvides med en plano-konveks linse (L1), kollideret af en plano-konkav linse (L2), opdelt i fire stråler med to trin af strålesplittere (BS) og koblet til multi-mode fibre (MMF) med fire plano-konvekse linser (L3-6) og fiberkoblinger (FC1-4). Fibrene er fastgjort til endokaviteten US sonde gennem en brugerdefineret sondekappe. Spejle (M) bruges til at omdirigere lys i det trange rum, når det er nødvendigt. Kontrolcomputeren vises ikke. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Blokdiagram over USPAT-kontrolsoftwaren. Kontrolsoftwaren automatiserer billeddannelsesprocessen ved at ændre laserbølgelængden, sende dataindsamlingskommandoer til det kliniske amerikanske system og signalere displaysoftwaren til at behandle og visualisere dataene. Det kliniske amerikanske system modtager udløsere fra laseren direkte for at synkronisere laserexcitationen med den amerikanske detektion. Displaysoftwaren læser RF-dataene fra filsystemet. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: En 50-årig præmenopausal kvinde med bilaterale multicystiske adnexale masser afsløret ved kontrastforstærket CT . (A) Amerikansk billede af venstre adnexa med ROI, der markerer den mistænkelige faste knude inde i den cystiske læsion. (B) PAT rHbT-kortet overlejret på USA og vist med rødt. rHbT viste omfattende diffust vaskulær fordeling i dybdeområdet 1 cm til 5 cm, og niveauet var højt ved 17,1 (a.u.). (C) %sO2-distributionen overlejret på USA. Niveauet var lavt med en middelværdi på 46,4%. Kirurgisk patologi afslørede veldifferentieret endometrioid adenocarcinom i både højre og venstre æggestokke. Dybden var markeret i højre side af B-scan-billederne. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: En 46-årig kvinde med bilaterale cystiske læsioner. (A) US af højre æggestok med en simpel cyste, der måler 4,2 cm i maksimal diameter. (B) PAT rHbT-kortet overlejret på det medregistrerede USA, der viser spredningssignaler på venstre side af læsionen med et lavt gennemsnitsniveau på 4,8 (a.u). (C) %sO2-kortet viste et højere %sO2-indhold på 67,5%. Den kirurgiske patologi afslørede en normal højre æggestok med follikulære cyster. Dybden var markeret i højre side af B-scan-billederne. Klik her for at se en større version af denne figur.
Supplerende fil 1: Sondeskede. Klik her for at downloade denne fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Optisk belysning
Antallet af anvendte fibre er baseret på to faktorer: lysbelysning, ensartethed og systemkompleksitet. Det er vigtigt at have et ensartet lysbelysningsmønster på hudoverfladen for at undgå hot spots. Det er også vigtigt at holde systemet enkelt og robust med et minimalt antal fibre. Brugen af fire separate fibre har tidligere vist sig at være optimal til at skabe ensartet belysning på dybder på flere millimeter og derover. Derudover er lyskoblingen til fire optiske fibre relativt enkel og robust, som det er nødvendigt for patientundersøgelser. Vi har tidligere vist, at brugen af fire 1 mm kerne multi-mode optiske fibre, med fiberspidserne ca. 10 mm væk fra vævet, anbragt i en stærkt reflekterende sondekappe (se supplerende fil 1 for designet) er optimal til transvaginal fotoakustisk billeddannelse17.
USPAT-skærmsoftware
Det kliniske amerikanske system, vi bruger, kan programmeres til realtidsvisning af enkeltbølgelængde PAT21. Vores metode kræver imidlertid tilpasset efterbehandling af multispektrale PAT-data for at beregne funktionelle parametre, så vi valgte at implementere vores egen USPAT-skærmsoftware i C++ for at beregne og visualisere funktionelle kort og parametre. Amerikanske og PAT B-tilstandsbilleder beregnes ud fra RF-dataene ved hjælp af standard forsinkelse-og-sum-stråleformning, logkomprimering og dynamisk område og interpoleres derefter til en blæserform. rHbT- og %sO2-kortene beregnet ud fra de multispektrale PAT-data (se "Beregning af rHbT og %sO2" senere i diskussionen) vises på det samregistrerede billede eller eventuelt i et brugerdefineret interesseområde (ROI). Middelværdien og maksimumværdien af %sO2 og rHbT vises på skærmen som reference. Under billedbehandling bruges skærmsoftwaren i servertilstand til at lytte efter fjernprocedureopkald (RPC'er) over TCP / IP fra USPAT-kontrolsoftwaren til onlinebehandling og visualisering i realtid. Det kan også bruges til offline behandling og visualisering.
Billedbehandlingsalgoritmer implementeres bedst på specialiseret grafikhardware, såsom GPU, men i denne undersøgelse var vi i stand til at opnå tilfredsstillende ydeevne med en optimeret CPU-implementering. De største præstationsgevinster kom fra at erstatte rumlige domænealgoritmer med deres frekvensdomæneækvivalenter. Ved at udnytte Fast Fourier-transformationen kan vi trivielt forbedre beregningskompleksiteten af rumlige filtreringsoperationer, som ofte har O(n 2), tidskompleksitet, til O(n logn), som i praksis er meget tæt på lineær tid. Desuden implementerede vi hurtig diskret konvolution med Overlap-Add-metode18 til filtrering af rå RF-data, som udmærker sig ved FIR-filtrering (Finite Impulse Response).
Beregning af rHbT og %sO2
Beregningen af de funktionelle parametre, der stammer fra de multispektrale PAT-data, implementeres i USPAT-displaysoftwaren, og de funktionelle parametre beregnes og visualiseres automatisk i realtid. Kort fortalt beregnede vi oxy-hæmoglobin- og deoxy-hæmoglobinkoncentrationen (relativ skala, rHbO og rHbR) ved hver pixel ved at løse et ikke-negativt lineært mindste kvadratproblem:
hvor g repræsenterer målingerne ved fire bølgelængder, H repræsenterer matrixen for udryddelseskoefficienter for oxy-hæmoglobin og deoxy-hæmoglobin ved hver bølgelængde, og f repræsenterer rHbO og rHbR. rHbT er simpelthen summen af rHbO og rHbR, og %sO2 kan beregnes ud fra forholdet mellem rHbO:rHbT2. Beregningen af disse parametre implementeres i USPAT-displaysoftwaren og er fuldstændig automatiseret. Denne metode med systemet valideres ved at måle de kalibrerede blodrørfantomer suspenderet i intralipidopløsning2.
USPAT-kontrolsoftware
USPAT-kontrolsoftwaren automatiserer USPAT-dataindsamlingsprocessen ved at kommunikere med laseren til bølgelængdeindstilling, det kliniske amerikanske system til dataindsamling og USPAT-skærmsoftwaren til databehandling og visualisering. Efter at have valgt dybden i den grafiske brugergrænseflade (GUI), sender softwaren en kommando til det amerikanske system (over TCP / IP via et ethernetkabel) for at indlæse den korrekte sekvensfil. Knappen Scan starter anskaffelsesprocessen for ét sæt samtidige multispektrale PAT- og amerikanske data. For det første indstiller kontrolsoftwaren sekventielt laserbølgelængden (over USB) fra den laveste til den højeste, mens det amerikanske system erhverver de coregistrerede PAT- og US-rammer. Endelig udløser kontrolsoftwaren USPAT-skærmsoftwaren (over TCP / IP) til at beregne billederne i USA og PAT B-tilstand, rekonstruere de funktionelle kort og vise dem i realtid. Samtidig indstilles laseren tilbage til den laveste bølgelængde.
Begrænsninger
I øjeblikket er der flere begrænsninger ved USPAT-teknikken. For det første kan fotoakustisk billeddannelse kun nå ca. 5 cm dyb med kommercielle amerikanske transducere med 4-10 MHz båndbredde. For æggestokke dybere end 5 cm, eller når målpatologisk proces er mere end 5 cm fra vaginal fornix inden for en stor adnexal masse, er PAT således begrænset. For det andet kræver det begrænsede synsfelt for den amerikanske transducer scanning af en større læsion i flere vinkler for at opnå et gennemsnit, der er mere repræsentativt for læsionens rHbT- og %sO2-kontrast. For det tredje er den relative totale hæmoglobinkoncentration blevet rapporteret, fordi PAT-målingerne er produktet af den lokale fluensfordeling og optiske absorptionsprofil. Det er en udfordring at estimere den optiske absorptionsprofil ud fra in vivo-målinger . For nylig er neurale netværksbaserede tilgange blevet undersøgt til rekonstruktion af den absolutte totale hæmoglobinkoncentration19, men disse tilgange mangler stadig at blive valideret. Endelig er billedhastigheden for multispektral fotoakustisk billeddannelse begrænset af den hastighed, hvormed laseren kan indstille sin bølgelængde. Laseren fungerer ved 10 Hz og er mekanisk indstillet, og dataindsamlingen for fire bølgelængder tager ca. 15 s, så dette er flaskehalsen i forbedring af billedhastigheden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen relevante økonomiske interesser i manuskriptet og ingen andre potentielle interessekonflikter at belyse.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af NIC (R01CA151570, R01CA237664). Forfatterne takker hele gynækologisk onkologigruppe ledet af Dr. Mathew Powell for at hjælpe med at rekruttere patienter, radiologer Dr. Cary Siegel, William Middleton og Malak Itnai for at hjælpe med de amerikanske undersøgelser og patologen Dr. Ian Hagemann for at hjælpe med patologifortolkningen af dataene. Forfatterne anerkender taknemmeligt Megan Luthers og GYN-studiekoordinatorernes indsats for at koordinere undersøgelsesplanerne, identificere patienter til undersøgelsen og opnå informeret samtykke.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Clinical US imaging system | Alpinion Medical Systems | EC-12R | Fully programmable clinical US system |
| Dielectric mirror | Thorlabs | BB1-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Endocavity US transducer | Alpinion Medical Systems | EC3-10 | Transvaginal ultrasound probe |
| Laser power meter | Coherent | LabMax TOP | Used to measure laser energy |
| Multi-mode optical fiber | Thorlabs | FP1000ERT | Couple laser light to the endocavity ultrasound probe |
| Non-polarizing beam splitter plate | Thorlabs | BSW11 | For splitting laser beam into sensors to measure energy |
| Plano-concave lens | Thorlabs | LC1715 | For laser beam expansion |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1484-B | For laser beam collimation |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1433-B | Used to focus light into four optical fibers |
| Polarizing beam splitter cube | Thorlabs | PBS252 | For splitting laser beam into four beams |
| Protective probe shealth | Custom 3D printed | Hold and protect the four optical fibers at the tip of the ultrasound probe | |
| Right angle prism mirror | Thorlabs | MRA25-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Tunable laser system | Symphotic TII | LS-2145-LT50PC | Light source for multispectral PAT |
| USPAT control software | Custom developed in C++ | Controls acquisition parameters of the ultrasound machine and the laser wavelength | |
| USPAT image display software | Custom developed in C++ | Displays the US/PAT B-scans and sO2/rHbT maps in real time |
References
- Nandy, S., et al. Evaluation of ovarian cancer: Initial application of coregistered photoacoustic tomography and US. Radiology. 289 (3), 740-747 (2018).
- Amidi, E., et al. Role of blood oxygenation saturation in ovarian cancer diagnosis using multi-spectral photoacoustic tomography. Journal of Biophotonics. 14 (4), 202000368 (2021).
- Dogan, B. E., et al. Optoacoustic imaging and gray-scale US features of breast cancers: Correlation with molecular subtypes. Radiology. 292 (3), 564-572 (2019).
- Menezes, G. L. G., et al. Downgrading of breast masses suspicious for cancer by using optoacoustic breast imaging. Radiology. 288 (2), 355-365 (2018).
- Neuschler, E. I., et al. A pivotal study of optoacoustic imaging to diagnose benign and malignant breast masses: A new evaluation tool for radiologists. Radiology. 287 (2), 398-412 (2018).
- von Knorring, T., Mogensen, M. Photoacoustic tomography for assessment and quantification of cutaneous and metastatic malignant melanoma - A systematic review. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 33, 102095 (2021).
- Han, S., Lee, H., Kim, C., Kim, J. Review on multispectral photoacoustic analysis of cancer: Thyroid and breast. Metabolites. 12 (5), 382 (2022).
- Kim, J., et al. Multiparametric photoacoustic analysis of human thyroid cancers in vivo. Cancer Research. 81 (18), 4849-4860 (2021).
- Basij, M., Karpiouk, A., Winer, I., Emelianov, S., Mehrmohammadi, M. Dual-illumination ultrasound/photoacoustic system for cervical cancer imaging. IEEE Photonics Journal. 13 (1), 6900310 (2021).
- Agrawal, S., et al. development, and multi-characterization of an integrated clinical transrectal ultrasound and photoacoustic device for human prostate imaging. Diagnostics. 10 (8), 566 (2020).
- Kothapalli, S. -R., et al. Simultaneous transrectal ultrasound and photoacoustic human prostate imaging. Science Translational Medicine. 11 (507), 2169 (2019).
- Leng, X., et al. Assessing rectal cancer treatment response using coregistered endorectal photoacoustic and US imaging paired with deep learning. Radiology. 299 (2), 349-358 (2021).
- Surveillance, Epidemiology, and End Results Program. Cancer of the Ovary - Cancer Stat Facts. National Cancer Institute. , Available from: https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html (2022).
- Temkin, S. M., et al. Outcomes from ovarian cancer screening in the PLCO trial: Histologic heterogeneity impacts detection, overdiagnosis and survival. European Journal of Cancer. 87, 182-188 (2017).
- Kobayashi, H., et al. A randomized study of screening for ovarian cancer: A multicenter study in Japan. International Journal of Gynecological Cancer. 18 (3), 414-420 (2008).
- Andreotti, R. F., et al. O-RADS US risk stratification and management system: A consensus guideline from the ACR ovarian-adnexal reporting and data system committee. Radiology. 294 (1), 168-185 (2020).
- Salehi, H. S., et al. Design of optimal light delivery system for coregistered transvaginal ultrasound and photoacoustic imaging of ovarian tissue. Photoacoustics. 3 (3), 114-122 (2015).
- Oppenheim, A. V., Schafer, R. W. Digital Signal Processing. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (1975).
- Zou, Y., Amidi, E., Luo, H., Zhu, Q. Ultrasound-enhanced Unet model for quantitative photoacoustic tomography of ovarian lesions. Photoacoustics. 28, 100420 (2022).
- Prince, J. L., Links, J. M. Medical Imaging Signals and Systems. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (2006).
- Kim, J., et al. Programmable Real-time Clinical Photoacoustic and Ultrasound Imaging System. Scientific Reports. 6, 35137 (2016).
