Summary
Vi rapporterer en samregistrert ultralyd- og fotoakustisk bildebehandlingsprotokoll for transvaginal avbildning av ovarie/adnexale lesjoner. Protokollen kan være verdifull for andre translasjonelle fotoakustiske bildestudier, spesielt de som bruker kommersielle ultralydarrayer for påvisning av fotoakustiske signaler og standard forsinkelses- og sumstråleformingsalgoritmer for avbildning.
Abstract
Eggstokkreft er fortsatt den dødeligste av alle gynekologiske maligniteter på grunn av mangel på pålitelige screeningsverktøy for tidlig påvisning og diagnose. Fotoakustisk avbildning eller tomografi (PAT) er en fremvoksende avbildningsmodalitet som kan gi total hemoglobinkonsentrasjon (relativ skala, rHbT) og oksygenmetning i blodet (%sO2) av ovarie/adnexale lesjoner, som er viktige parametere for kreftdiagnose. Kombinert med samregistrert ultralyd (US) har PAT vist stort potensial for å oppdage eggstokkreft og for nøyaktig diagnostisering av ovarialesjoner for effektiv risikovurdering og reduksjon av unødvendige operasjoner av godartede lesjoner. Imidlertid varierer PAT-bildeprotokoller i kliniske applikasjoner, så vidt vi vet, i stor grad mellom ulike studier. Her rapporterer vi en transvaginal ovariecancer imaging protokoll som kan være gunstig for andre kliniske studier, spesielt de som bruker kommersielle ultralydarrays for påvisning av fotoakustiske signaler og standard forsinkelse-og-sum stråleformingsalgoritmer for bildebehandling.
Introduction
Fotoakustisk avbildning eller tomografi (PAT) er en hybrid avbildningsmodalitet som måler den optiske absorpsjonsfordelingen ved amerikansk oppløsning og dybder langt utover vevets optiske diffusjonsgrense (~ 1 mm). I PAT brukes en nanosekund laserpuls til å opphisse biologisk vev, noe som forårsaker en forbigående temperaturstigning på grunn av optisk absorpsjon. Dette fører til en innledende trykkøkning, og de resulterende fotoakustiske bølgene måles av amerikanske transdusere. Multispektral PAT innebærer bruk av enten en justerbar laser eller flere lasere som opererer på forskjellige bølgelengder for å belyse vevet, og muliggjør dermed rekonstruksjon av optiske absorpsjonskart ved flere bølgelengder. Basert på differensialabsorpsjonen av oksygenert og deoksygenert hemoglobin i det nær-infrarøde (NIR) vinduet, kan multispektral PAT beregne fordelingen av oksygenerte og deoksygenerte hemoglobinkonsentrasjoner, den totale hemoglobinkonsentrasjonen og oksygenmetningen i blodet, som alle er funksjonelle biomarkører relatert til tumorangiogenese og oksygeneringsforbruk i blodet eller tumormetabolisme. PAT har vist suksess i mange onkologiske applikasjoner, for eksempel eggstokkreft1,2, brystkreft 3,4,5, hudkreft 6, skjoldbruskkjertelkreft7,8, livmorhalskreft 9, prostatakreft 10,11 og kolorektal kreft 12.
Eggstokkreft er den dødeligste av alle gynekologiske maligniteter. Bare 38% av eggstokkreft diagnostiseres på et tidlig (lokalisert eller regionalt) stadium, hvor 5-års overlevelsesraten er 74,2% til 93,1%. De fleste diagnostiseres på et sent stadium, hvor 5-års overlevelsesraten er 30,8% eller mindre13. Nåværende kliniske diagnosemetoder, inkludert transvaginal ultralyd (TUS), Doppler USA, serumkreft antigen 125 (CA 125) og humant epididymis protein 4 (HE4), er vist å mangle sensitivitet og spesifisitet for tidlig eggstokkreftdiagnose14,15,16. I tillegg kan en stor del av godartede ovarialesjoner være vanskelig å diagnostisere nøyaktig med dagens bildebehandlingsteknologi, noe som fører til unødvendige operasjoner med økte helsekostnader og kirurgiske komplikasjoner. Dermed er det behov for ytterligere nøyaktige ikke-invasive metoder for risikostratifisering av adnexalmassene for å optimalisere styringen og resultatene. Det er klart at en teknikk som er følsom og spesifikk for tidlig stadium eggstokkreft og mer nøyaktig når det gjelder å identifisere ondartet fra godartede lesjoner, er nødvendig.
Vår gruppe har utviklet et samregistrert transvaginalt amerikansk og PAT-system (USPAT) for eggstokkreftdiagnose ved å kombinere et klinisk amerikansk system, en skreddersydd sondekappe for å huse de optiske fibrene for lett levering, og en justerbar laser1. Den totale hemoglobinkonsentrasjonen (relativ skala, rHbT) og oksygenmetningen i blodet (%sO2) avledet fra USPAT-systemet har vist stort potensial for påvisning av eggstokkreft i tidlig stadium og for nøyaktig diagnostisering av ovarialesjoner for effektiv risikovurdering og reduksjon av unødvendige godartede lesjonsoperasjoner 1,2. Gjeldende systemskjema er vist i figur 1, og kontrollblokkdiagrammet er vist i figur 2. Denne strategien har potensial til å bli integrert i eksisterende TUS-protokoller for eggstokkreftdiagnose, samtidig som den gir funksjonelle parametere (rHbT, %sO2) for å forbedre sensitiviteten og spesifisiteten til TUS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
All forskning utført ble godkjent av Washington University Institutional Review Board.
1. Systemkonfigurasjon: Optisk belysning (figur 1)
- Bruk en Nd:YAG-laser som pumper en pulserende, justerbar (690-890 nm) Ti-safirlaser ved 10 Hz.
- Utvid laserstrålen ved først å avlede strålen med en plano-konkav linse og deretter kollimere strålen med en plano-konveks linse. Bruk to speil for å rette strålen mot en strålesplitter (beskrevet nedenfor).
- Del den utvidede laserstrålen i fire stråler med lik energi ved å dele den opprinnelige strålen i to med en polariserende strålesplitter og deretter dele de to bjelkene med to andre trinns strålesplittere.
- Monter fire multi-modus optiske fibre med fiber chucks.
- Bruk fire plano-konvekse linser for å fokusere de fire laserstrålene inn i de fire fibrene.
- På grunn av lasersikkerhetshensyn må du dekke alle optiske komponenter under en metallboks for å sikre at den optiske banen ikke eksponeres.
- Fest de andre endene av de fire fibrene til den transvaginale ultralydsonden, og legg sonden og fibrene i en beskyttende kappe.
MERK: Kappen og det akustiske vinduet til transduseren er belagt med svært reflekterende hvit maling for å forbedre belysningens ensartethet. Dette oppsettet, inkludert bruk av fire fibre for lett levering, ble tidligere vist å være optimalt for transvaginale applikasjoner17. Se diskusjonen for mer informasjon.
2. Systemkonfigurasjon: Ultralydsdeteksjon og skanningsskjema
- Bruk et programmerbart klinisk amerikansk system.
MERK: Et programmerbart system betyr at de rå ultralyddataene er tilgjengelige, og tilpassede datainnsamlingsprotokoller og behandlingsalgoritmer kan programmeres. - Koble en ekstra skjerm til det amerikanske systemet for å kjøre USPAT-visningsprogramvaren for sanntidsvisualisering av rHbT, %sO2-kart og andre funksjonelle parametere.
- Koble den interne utløseren til laseren til den eksterne utløseren til det amerikanske systemet.
- Bruk en tidsdelt multipleksing tilnærming under samregistrert modus; spesifikt, for hver bølgelengde, sekvensielt anskaffe fem påfølgende PAT-rammer og en samregistrert amerikansk ramme. Beregne gjennomsnittet av PAT-rammene for å forbedre signal-støy-forholdet. Den totale datainnsamlingstiden for fire bølgelengder er rundt 15 s.
3. Kalibrering av systemet
- Sett laserpumpens energi til et fast nivå.
- For hver bølgelengde (750 nm, 780 nm, 800 nm og 830 nm), kontroller energiutgangen per puls ved hver fiberspiss for å sikre at den beregnede energitettheten ved hver valgte bølgelengde er på forventet verdi gitt i tabell 1.
- Hvis energiproduksjonen er lavere enn forventet, finjusterer du den optiske justeringen ved å justere speil- og strålesplittervinklene. Dette trinnet er ikke alltid nødvendig.
- Gjenta trinn 3.2-3.4 til energien er tilfredsstillende.
- Registrer de fire fibrenes energiutgang ved hver bølgelengde, og skriv inn verdiene i USPAT-skjermprogramvaren.
MERK: Disse verdiene brukes til å kalibrere beregningen av rHbT. Laserenergien svinger over tid, og kalibrering sikrer at de kvantitative parametrene som beregnes fra de multispektrale PAT-dataene er så nøyaktige som mulig.
4. En prøve eksperimentell prosedyre: Transvaginal USPAT avbildning av den humane eggstokken
- Forberedelse av USPAT-bildebehandlingssystemet
- Desinfiser endocavity US sonden og dekselkappen med standard ultralydsonde rengjøringsprotokoll ved institusjonen.
- Slå på det kliniske amerikanske systemet, start den amerikanske systemprogramvaren, og velg riktig USA-svinger.
- Kalibrer lasersystemet som i trinn 3.
- Skriv inn den totale pulsenergien for hver bølgelengde i USPAT-skjermprogramvaren.
- Monter USPAT-sonden ved å omslutte fibrene og sonden inne i sondekappen.
- Forberedelse av pasienten
- Følg den institusjonsspesifikke protokollen for å innhente informert samtykke og forberede pasienten.
- Imaging
- Finn måleggstokken ved hjelp av pulsekko US.
MERK: Dette trinnet gjøres av studielegen, som står fritt til å justere bildeparametrene på den kliniske amerikanske maskinen, for eksempel dybden, det dynamiske området og TGC. - Velg ønsket dybde i USPAT-kontrollprogramvaren.
- Klikk på Skann i kontrollprogramvaren for å starte den samregistrerte datainnsamlingen i USPAT B-modus. Se USPATs bildevisningsprogramvare for å se gjennom de samregistrerte bildene i USA og PAT B-modus og rekonstruerte funksjonelle kart i sanntid.
- Gjenta trinn 4.3.1-4.3.3 for å få flere bilder og (om nødvendig) avbilde den andre lesjonen.
- Finn måleggstokken ved hjelp av pulsekko US.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Her viser vi eksempler på ondartede og normale eggstokklesjoner avbildet av USPAT. Figur 3 viser en 50 år gammel premenopausal kvinne med bilaterale multicystiske adnexalmasser påvist ved kontrastforsterket CT. Figur 3A viser det amerikanske bildet av venstre adnexa med ROI som markerer den mistenkelige solide knuten inne i cystisk lesjon. Figur 3B viser PAT rHbT-kartet lagt oppå USA og vist i rødt. rHbT viste omfattende diffus vaskulær distribusjon i dybdeområdet 1 cm til 5 cm og nivået var høyt på 17,1 (a.u.). Figur 3C viser %sO2-fordelingen lagt oppå USA, og nivået var lavt med en middelverdi på 46,4 %. Histogrammene til rHbT og %sO2 i ROI vises i høyre hjørne av rHbT- og %sO2-kartene. Kirurgisk patologi viste godt differensiert endometrioid adenokarsinom i både høyre og venstre eggstokk.
Figur 4 viser en 46 år gammel kvinne med bilaterale cystiske lesjoner. Figur 4A viser det amerikanske bildet av riktig eggstokk med en enkel cyste som måler 4,2 cm i maksimal diameter. Figur 4B viser PAT rHbT-kartet lagt oppå det samregistrerte USA, og viser spredningssignaler på venstre side av lesjonen med et lavt gjennomsnittsnivå på 4,8 (a.u). Figur 4C viser %sO2-kartet, som viste et høyere %sO2-innhold på 67,5 %. Den kirurgiske patologien viste en normal høyre eggstokk med follikulære cyster.
Basert på pilotdata viste maligne ovarialesjoner 1,9 ganger høyere rHbT og 9 % lavere %sO2 i gjennomsnitt sammenlignet med benigne lesjoner1. Disse to representative eksemplene fremhever viktigheten av de funksjonelle parametrene gitt av PAT i diagnosen USA-oppdagede lesjoner.
| Bølgelengder | 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 |
| OED (ANSI) | 25,2 mJ/cm2 | 28,9 mJ/cm2 | 31,7 mJ/cm2 | 36,4 mJ/cm2 |
Tabell 1: Representative laserenergitetthetsmålinger i enheter av mJ / cm2 koblet til de fire fiberspissene for fire bølgelengder sammen med deres tilsvarende MPE-verdier.
Figur 1: Det samregistrerte amerikanske og PAT-systemet og sonden. Det amerikanske systemet er utvidet med en annen skjerm for USPAT-skjermprogramvaren, og den mottar laserutløsere for å synkronisere det amerikanske oppkjøpet. Laserstrålen utvides av en plano-konveks linse (L1), kollimert av en plano-konkav linse (L2), delt inn i fire bjelker med to trinn av strålesplittere (BS), og koblet til multi-modus fibre (MMF) med fire plano-konvekse linser (L3-6) og fiberkoblinger (FC1-4). Fibrene er festet til endocavity US sonden gjennom en tilpasset sondekappe. Speil (M) brukes til å omdirigere lys i det lukkede rommet når det er nødvendig. Kontrolldatamaskinen vises ikke. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Blokkdiagram over USPAT-kontrollprogramvaren. Kontrollprogramvaren automatiserer bildebehandlingsprosessen ved å endre laserbølgelengden, sende datainnsamlingskommandoer til det kliniske amerikanske systemet og signalisere skjermprogramvaren for å behandle og visualisere dataene. Det kliniske amerikanske systemet mottar utløsere fra laseren direkte for å synkronisere lasereksitasjonen med den amerikanske deteksjonen. Skjermprogramvaren leser RF-dataene fra filsystemet. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3 En 50 år gammel premenopausal kvinne med bilaterale multicystiske adnexalmasser påvist ved kontrastforsterket CT. (A) Amerikansk bilde av venstre adnexa med ROI som markerer mistenkelig solid knute inne i cystisk lesjon. (B) PAT rHbT-kartet lagt oppå USA og vist i rødt. rHbT viste omfattende diffus vaskulær distribusjon i dybdeområdet 1 cm til 5 cm, og nivået var høyt på 17,1 (a.u.). (C) %sO2-distribusjonen lagt oppå USA. Nivået var lavt med en middelverdi på 46,4 %. Kirurgisk patologi viste godt differensiert endometrioid adenokarsinom i både høyre og venstre eggstokk. Dybden var markert på høyre side av B-scan-bildene. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4 En 46 år gammel kvinne med bilaterale cystiske lesjoner. (A) US av høyre eggstokk med en enkel cyste som måler 4,2 cm i maksimal diameter. (B) PAT rHbT-kartet lagt oppå det samregistrerte USA, og viser spredningssignaler på venstre side av lesjonen med et lavt gjennomsnittsnivå på 4,8 (a.u). (C) %sO2-kartet viste et høyere %sO2-innhold på 67,5 %. Den kirurgiske patologien viste en normal høyre eggstokk med follikulære cyster. Dybden var markert på høyre side av B-scan-bildene. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Tilleggsfil 1: Sondekappe. Klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Optisk belysning
Antall fibre som brukes er basert på to faktorer: lysbelysning, ensartethet og systemkompleksitet. Det er viktig å ha et jevnt lysbelysningsmønster på hudoverflaten for å unngå varme flekker. Det er også viktig å holde systemet enkelt og robust med et minimalt antall fibre. Bruken av fire separate fibre har tidligere vist seg å være optimal for å skape jevn belysning på dybder på flere millimeter og utover. I tillegg er lyskoblingen til fire optiske fibre relativt enkel og robust, som nødvendig for pasientstudier. Vi har tidligere vist at bruk av fire 1 mm kjerne multi-modus optiske fibre, med fiberspissene ca. 10 mm fra vevet, plassert i en svært reflekterende sondekappe (se tilleggsfil 1 for designet) er optimal for transvaginal fotoakustisk avbildning17.
USPAT-skjermprogramvare
Det kliniske amerikanske systemet vi bruker kan programmeres for sanntidsvisning av enkeltbølgelengde PAT21. Metoden vår krever imidlertid tilpasset etterbehandling av multispektrale PAT-data for å beregne funksjonelle parametere, så vi valgte å implementere vår egen USPAT-skjermprogramvare i C ++ for å beregne og visualisere funksjonelle kart og parametere. Amerikanske og PAT B-modusbilder beregnes fra RF-dataene ved hjelp av standard forsinkelses- og sumstråleforming, loggkomprimering og dynamisk område, og interpoleres deretter til en vifteform. rHbT- og %sO2-kartene som er beregnet ut fra de multispektrale PAT-dataene (se "Computation of the rHbT and %sO2" senere i diskusjonen) vises på det samregistrerte bildet eller, eventuelt, i et brukerdefinert interesseområde (ROI). Gjennomsnittet og maksimumet av % sO2 og rHbT vises på skjermen for referanse. Under bildebehandling brukes skjermprogramvaren i servermodus for å lytte etter eksterne prosedyreanrop (RPCer) over TCP / IP fra USPAT-kontrollprogramvaren for online behandling og sanntidsvisualisering. Den kan også brukes til offline behandling og visualisering.
Bildebehandlingsalgoritmer implementeres best på spesialisert grafikkmaskinvare, for eksempel GPU, men i denne studien klarte vi å oppnå tilfredsstillende ytelse med en optimalisert CPU-implementering. De største ytelsesgevinstene kom fra å erstatte romlige domenealgoritmer med deres frekvensdomeneekvivalenter. Ved å dra nytte av Fast Fourier Transform kan vi trivielt forbedre den beregningsmessige kompleksiteten til romlige filtreringsoperasjoner, som ofte har O (n 2 ), tidskompleksitet, til O (n logn), som i praksis er svært nær lineær tid. Videre, for filtrering av rå RF-data, implementerte vi rask diskret konvolusjon med Overlap-Add-metoden18, som utmerker seg ved endelig impulsrespons (FIR) filtrering.
Beregning av rHbT og %sO2
Beregningen av de funksjonelle parametrene avledet fra de multispektrale PAT-dataene implementeres i USPAT-skjermprogramvaren, og de funksjonelle parametrene beregnes og visualiseres automatisk i sanntid. Kort fortalt beregnet vi konsentrasjonen av oksyhemoglobin og deoksyhemoglobin (relativ skala, rHbO og rHbR) ved hver piksel ved å løse et ikke-negativt lineært minste kvadraters problem:
hvor g representerer målingene ved fire bølgelengder, H representerer matrisen av utryddelseskoeffisienter av oksyhemoglobin og deoksyhemoglobin ved hver bølgelengde, og f representerer rHbO og rHbR. rHbT er ganske enkelt summen av rHbO og rHbR, og %sO2 kan beregnes fra forholdet mellom rHbO:rHbT2. Beregningen av disse parametrene er implementert i USPAT-skjermprogramvaren og er fullstendig automatisert. Denne metoden med systemet valideres ved å måle de kalibrerte blodrørfantomene suspendert i intralipidløsning2.
USPAT kontroll programvare
USPAT-kontrollprogramvaren automatiserer USPAT-datainnsamlingsprosessen ved å kommunisere med laseren for bølgelengdeinnstilling, det kliniske amerikanske systemet for datainnsamling og USPAT-skjermprogramvaren for databehandling og visualisering. Etter å ha valgt dybden i det grafiske brukergrensesnittet (GUI), sender programvaren en kommando til det amerikanske systemet (over TCP / IP gjennom en Ethernet-kabel) for å laste inn riktig sekvensfil. Skann-knappen starter innsamlingsprosessen av ett sett med samregistrerte multispektrale PAT- og US-data. For det første justerer kontrollprogramvaren sekvensielt laserbølgelengden (over USB) fra laveste til høyeste, mens det amerikanske systemet anskaffer de samregistrerte PAT- og US-rammene. Til slutt utløser kontrollprogramvaren USPAT-skjermprogramvaren (over TCP / IP) for å beregne de amerikanske og PAT B-mode-bildene, rekonstruere de funksjonelle kartene og vise dem i sanntid. Samtidig stilles laseren tilbake til laveste bølgelengde.
Begrensninger
For tiden er det flere begrensninger i USPAT-teknikken. For det første kan fotoakustisk bildebehandling bare nå omtrent 5 cm dyp med kommersielle amerikanske transdusere med 4-10 MHz båndbredde. For eggstokker dypere enn 5 cm, eller når den patologiske målprosessen er mer enn 5 cm fra vaginal fornix i en stor adnexal masse, er PAT begrenset. For det andre krever det begrensede synsfeltet til den amerikanske svingeren skanning av en større lesjon i flere vinkler for å oppnå et gjennomsnitt som er mer representativt for lesjonens rHbT og %sO2-kontrast. For det tredje er den relative totale hemoglobinkonsentrasjonen rapportert fordi PAT-målingene er produktet av den lokale fluensfordelingen og den optiske absorpsjonsprofilen. Det er utfordrende å estimere den optiske absorpsjonsprofilen fra in vivo målinger. Nylig har nevrale nettverksbaserte tilnærminger blitt utforsket for rekonstruksjon av den absolutte totale hemoglobinkonsentrasjonen19, men disse tilnærmingene gjenstår å bli validert. Endelig er bildefrekvensen for multispektral fotoakustisk avbildning begrenset av hastigheten som laseren kan justere bølgelengden med. Laseren opererer ved 10 Hz og er mekanisk innstilt, og datainnsamlingen for fire bølgelengder tar omtrent 15 s, så dette er flaskehalsen for å forbedre bildefrekvensen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen relevante økonomiske interesser i manuskriptet og ingen andre potensielle interessekonflikter å opplyse.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av NCI (R01CA151570, R01CA237664). Forfatterne takker hele GYN onkologigruppen ledet av Dr. Mathew Powell for å hjelpe med å rekruttere pasienter, radiologer Dr. Cary Siegel, William Middleton og Malak Itnai for å hjelpe med de amerikanske studiene, og patologen Dr. Ian Hagemann for å hjelpe med patologisk tolkning av dataene. Forfatterne anerkjenner takknemlig innsatsen til Megan Luther og GYN-studiekoordinatorene i å koordinere studieplanene, identifisere pasienter for studien og innhente informert 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).
