Foto akustik Sistografi

Bu prosedürün genel amacı, toksik olmayan optik bulanık izleyiciler olarak yakın kızılötesi optik absorbansı kullanarak in vivo iyonize olmayanle fotoakustik sistografi uygulamalarını göstermektir. Bu işlem, öncelikle deney hayvanının anestezi altına alınmasıyla gerçekleştirilir. İkinci adım; karın bölgesindeki tüylerin temizlenmesi, sıçanın özel yapım bir hayvan tutucu üzerine yerleştirilmesi, bir kateter takılması ve görüntüleme bölgesine ultrason jeli uygulanmasıyla hayvanın görüntülemeye hazırlanmasıdır.

Ardından, mesaneye optik absorbans enjeksiyonu öncesi ve sonrası, birle fotoakustik sistografi sistemi kullanılarak abdominal bölgenin görüntüleri elde edilir. Nihayetinde bu işlem, radyasyon maruziyeti ve uzun süreli ağır ajan birikimi olmayan, iyonize olmayan ve invaziv olmayan bir fotoakustik sistografi sistemi kullanılarak sıçan mesanesinin görüntülenmesine olanak tanır. Güçlü optik absorbsiyon kontrastı ve biyolojik dokulardaki yüksek ultrason uzay çözünürlüğü nedeniyle akustik tomografi, önde gelen bir biyomedikal görüntüleme modalitesi haline gelmiştir. Foto tomografinin temel avantajı, iyonize radyasyondan tamamen arındırılmış olması, enjekte edilen ajanın mesanede birikmemesi, hızlı ve maliyet açısından etkili olmasıdır.

Bu prosedür için, 532 nanometre dalga boyunda ışık üretmek üzere frekansı iki katına çıkarılmış, Q-anahtarlamalı neodimyum katkılı alüminyum granat lazer kullanın. Lazer çıktısı, 680 ile 2.500 nanometre arasında ayarlanabilir dalga boyu aralığına sahip bir optik parametrik osilatörden (OPO) geçirilir. İlk olarak, OPO darbe süresini her bir lazer atımı için beş nanosaniyeye ve tekrarlama hızını 10 hertz değerine ayarlayın.

Ardından, metilen mavisi kontrast maddesi ile kullanım için optik dalga boyunu 667 nanometreye ayarlayın. Başka bir kontrast maddesi kullanılıyorsa bu dalga boyunun değiştirilmesi gerekebilir. OPO'dan çıkan ışığı, bir dik açılı prizma aracılığıyla ev yapımı küresel konik bir merceğe iletin.

Konik lens, 152 derecelik bir kon açıya sahip 2,5 santimetre çapında bir BK seven lensten yapılmıştır. Ardından, ıraksayan donut şeklindeki ışık demetini, şeffaf akrilikten yapılmış 2,5 santimetre kalınlığındaki optimal bir kondansatör aracılığıyla yeniden yönlendirin. Üst ve alt yüzeylerin çapları sırasıyla 6,1 ve 4,8 santimetredir.

Işın paterninin kusursuz bir halka şeklinde olduğundan emin olun. Donut şeklindeki ışın paterni düzgün şekilde oluşturulmazsa, cilt yüzeyinden kaynaklanan fotoakustik sinyaller baskın hale gelecektir. Bu durum, derin doku görüntülemesi elde etmeyi zorlaştıracaktır.

Ardından, hayvan ile lazer arasındaki akustik kuplajı artırmak için küçük bir su kabı hazırlayın. Alt açıklık, optik ve akustik olarak şeffaf olan ince, şeffaf bir polietilen filmle sarılmıştır. Siyah bir elektrik bandı parçası kullanarak, çizgi şeklindeki ışığı ultrason odak bölgesiyle koaksiyel olarak hizalayın.

Bunlar iyi hizalanmamışsa, sistem düşük sinyal-gürültü oranından etkilenecektir. Ardından, fotoakustik dalgaları tespit etmek için küresel odaklı ultrason dönüştürücüsünü monte edin. Bunun için bir V 3 0 8 Olympus NDT daldırma dönüştürücüsü kullanılır.

Sistem, verileri beş megahertz hızında toplar ve sırasıyla 590 ve 144 mikrometre değerlerinde transvers ve aksiyel çözünürlüklere sahiptir. Ardından, transdüseri, fotoakustik dalgaları yükseltecek olan geniş bantlı bir ultrasonik darbe alıcısına bağlayın ve bunu bir osiloskopa bağlayın. Sistem kurulumu tamamlandıktan sonra, fotoakustik dalgaların varış sürelerini osiloskop aracılığıyla ölçerek ALINE görüntüler olarak adlandırılan tek boyutlu zaman çözünürlüklü görüntüler elde edin.

Ardından, iki boyutlu B taramaları ve üç boyutlu fotoakustik görüntüler elde etmek için LabVIEW kullanarak doğrusal bir raster sahnesini mekanik olarak kontrol edin. 3B görüntüler elde etmek için, 2,5 santimetre x 2,4 santimetre x 1,5 santimetre boyutundaki bir alan için üç boyutlu görüntüleme örnek başına yaklaşık 25 dakika sürer. Sahneyi kontrol etmek için LabVIEW programını kurun.

X yönünde 0,2 milimetre adım boyutuyla 125 örnek, Y yönünde 0,4 milimetre adım boyutuyla 60 örnek ve Z yönünde 50 megahertz örnekleme hızıyla 500 veri noktası elde edin. Son olarak, ham verileri toplamak, dönüştürmek ve hacimsel verileri temsil eden bir dizi kesit bcan görüntüsüne dönüştürmek için bir MathWorks MATLAB yazılım sistemi kurun. Kaydedilen görüntüler daha sonra 2D maksimum genlik projeksiyon görüntüleri olarak görüntülenir.

Sıçanları görüntülemeye hazırlamak için, 200 ile 250 gram arasında ağırlığa sahip dişi bir Sprague Dawley sıçanı, ketamin ve ksilazin karışımının intraperitoneal enjeksiyonu ile anesteziye alın. Ardından, tüy dökücü losyon kullanarak karın bölgesi çevresinde beş santimetrekarelik bir alandaki tüyleri temizleyin. Sonrasında, sıçanı özel yapım hayvan tutucunun üzerine yerleştirin.

Ardından, 22 gauge bir kateteri kaydırıcıyla kaplayarak yerleştirme için hazırlayın ve kateterin distal ucunu, kateter göbeği açıklığa ulaşana ve idrar kateter aracılığıyla boşalmaya başlayana kadar üretraya yatay olarak yerleştirin. Son olarak, sıçanı fotoğrafakustik sistografi sistemindeki hayvan tutucunun üzerine ve su haznesinin altına gelecek şekilde konumlandırın. Görüntülemeye başlamak için, in vivo fotoğrafakustik görüntüleme deneyleri sırasında sıçanı buharlaştırılmış izoflorin kullanarak tamamen anestezi altına alın.

Ardından, akustik kuplajı iyileştirmek için hayvan deri yüzeyi ile plastik membran arasına ultrason jeli uygulayın. Daha sonra, kontrast maddelerin enjeksiyonundan önce kontrol amaçlı üç boyutlu birleşimli bir fotoakustik görüntü elde etmek için hazırlanan MathWorks mat lab programını çalıştırın. Kontrol görüntüsü elde edildikten sonra, metilen mavisi enjeksiyonunun ardından bir mililitrelik şırınga kullanarak mesaneye metilen mavisi sulu çözeltisi verin.

Enjeksiyon sonrası 48. saate kadar her 12 saatte bir dizi in vivo fotoakustik görüntü alın. Ardından, kilogram başına 150 miligram pentobarbital kullanarak doz aşımı yoluyla sıçanı sakrifiye edin. Sonrasında mesaneyi ve böbreği çıkararak bir cam plaka üzerine yerleştirin.

Enjeksiyon yapılmamış bir hayvandan alınan mesane ve böbrek, ex vivo görüntüleme için kontrol olarak kullanılmalıdır. Cam plakayı fotoakustik sistografi sistemindeki su haznesinin altına yerleştirin ve görüntüleme sırasında akustik eşleşmeyi artırmak için çıkarılan organlar ile plastik membran arasına ultrason jeli uygulayın. Burada gösterilen görüntü, metilen mavisi enjeksiyonu öncesinde 667 nanometre lazer ışığı ile görüntülenen bir sıçanın iki boyutlu XY abdominal taramasıdır.

Burada, kan ışığı soğurarak bir fotoakustik sinyal oluşturduğu için kan damarları kolayca görülebilir, ancak kontrast madde eksikliği nedeniyle görünür bir mesane yoktur. Metilen mavisi kontrast maddesinin enjeksiyonundan 12 saat sonra görüntüleme yapıldığında, mesane tüm kısımlarında çok güçlü bir genlikle kolayca görünür hale gelir. 24 ve 48. saatlerde tekrar ölçüm yapıldığında, kontrast madde vücudu terk etmiştir ve optik parametrik osilatör ile optik dalga boyu 850 nanometreye değiştirildiğinde, metilen mavisi kontrast maddesi artık enerjiyi soğurmadığı için görünmez olur.

Bu işlem, mesaneyi etkili bir şekilde görünmez kılar ve sistem için başka bir negatif kontrol görevi görür. Burada gösterilen noktalı çizgiler boyunca Z düzleminden elde edilen derinlik çözünürlüklü görüntüler, burada gösterildiği gibi ilgi çekici alanlar boyunca ek derinlik verileri sağlar veya alanı üç boyutlu olarak tanımlamak için tüm görüntü için gerçekleştirilebilir. Bu videoda, Fotoakustik endoskopi olarak adlandırılan, in vivo mesane görüntülemede iyonize olmayan ve non-iyonize sürecin fizyolojik uygulanabilirliğini gösterdik.

Fotoakustik görüntüleme sistemimizi kullanarak, sol mesanemizi enjekte edilen optik etkili bir izleyici ile doldurmuş ve başarıyla görüntülemiş bulunmaktayız. Gelecekte bu teknik, düşük radyasyon dozu ile pediatrik hastalarda vezikoureteral reflü gibi ürolojik sorunların izlenmesi için de uygulanabilir. Bu prosedürün taşınabilirliği ve düşük maliyetli doğası, bu tür uygulamalar için idealdir.