טומוגרפיה פוטואקוסטית לדם תמונה ולומנים בבטורה האינפרא-רנאלית

PAT היא אודל היברידית המשתמשת בגלים אקוסטיים המושרים באור כדי לקבל מידע קומפוזיציה מרקמה. התפשטות אקוסטית מיוחסת להתרחבות תרמו-אלסטית. זה קורה כאשר קשרים כימיים ספציפיים ברקמה סופגים אור, ואת עליית טמפרטורת הסביבה גורמת לרקמה להתרחב. כדי לפרט, קשרים כימיים ספציפיים סופגים אור, מה שגורם למולקולה לרטוט ולהמיר חלק מאנרגיה רטט זו לחום. ייצור זה של חום גורם להתרחבות רקמות מקומיות, אשר גורם להפצות אקוסטיות שניתן לזהות על ידי מתמר אולטרסאונד. כדי לגרום לאפקט פוטואקוסטי, יש לעמוד בתנאי הכליאה התרמית והלחץ כדי למזער את פיזור החום ולאפשר ללחץ תרמו-אלסטי להצטבר בתוך הרקמה. גל הלחץ הפוטואקוסטי המתקבל יכול להתאפיין במשוואה (1), הקובעת כי הגל האקוסטי המושרה באור (P_o) נשלט על ידי הפרמטר Grueneisen התלוי בטמפרטורה (Γ), מקדם הקליטה_(μ)ושטף אופטי מקומי (F).

P_o = Γμ_aF Equation 1

כתוצאה מכך, כל עלייה בטמפרטורה mK באופן אופייני מייצר גל לחץ 800 פסקל שניתן לזהות באמצעות מתמר אולטרסאונד. ספיגה סלקטיבית זו של אור מאפשרת למשתמשים למקד רכיבים ביולוגיים שונים על ידי כוונון אורך הגל של האור כגון שימוש באור 1100 ננומטר כדי למקד דם ואור 1210 ננומטר כדי למקד שומנים. בנוסף, מאז אור משמש כדי לגרום להפצת גל אקוסטי, טכניקה זו יכולה לשמש בדרך כלל תמונה מבנים עמוקים יותר מאשר טכניקות אופטיות אחרות ללא צורך סוכני ניגודיות או הליכים פולשניים. שיטה ספציפית זו המשתמשת באור אורך גל ארוך באור החלון השני הכמעט אינפרא-אדום כדי לגרום לגלים אקוסטיים לספק יתרונות רבים למשתמש, ומאפשרת שימוש פוטנציאלי ב- PAT (או VPAT) בפוטנציה עבור מגוון רחב של יישומים ביו-רפואיים.

ההליך הבא מתאר את השיטות הדרושות כדי להגדיר VPAT עבור הדמיית דם ושומנים של אב העורקים אינפרא-renal ב apolipoprotein-E לקוי (apoE^-/-) עכברים.

1. צימוד לייזר-אולטרסאונד

1. להשיג לייזר מתנד אופטי פעום Nd:YAG ומערכת אולטרסאונד. לרכוש מחולל דופק, כבל BNC אחד, ומחבר D המחובר לשני כבלי BNC.
2. באמצעות הגדרת מחבר D, חבר את כבל ה- BNC 'Fire' ליציאה A של מחולל הדופק, ו- 'מתג Q' ליציאה B של מחולל הדופק. לבסוף, חבר כבל BNC מיציאה C כדי 'להפעיל' בגב מערכת האולטרסאונד.
3. יישר את כבל הסיבים האופטיים עם הלייזר וחבר את קצות הסיבים לצדי מתמר האולטרסאונד 40 MHz.
4. התאם את ההשהיה של יציאות A, B ו- C לערכים המפורטים כאן (יציאה A: 0.0000000000, יציאה B: 0.00021440, יציאה C: 0.00000910). הגדר יציאות A ו- B לאות הפוך ויציאה C לאות רגיל.

2. הכנת בעלי חיים ורכישת תמונות

1. מרדים apoE^-/- עכבר באמצעות 3% איזופלוראן בתא אינדוקציה הרדמה. ברגע שהחיה היא מרדים להעביר את העכבר לקונוס האף כדי לספק 1-2% איזופלוראן.
2. יש למרוח חומר סיכה לעיניים של בעלי החיים כדי למנוע ייבוש קרנית. הדבק את כפות העכבר לאלקטרודות המובנות בתוך הבמה המחוממת כדי לעקוב אחר הנשימה והדופק של בעלי החיים. לבסוף, הכנס בדיקה רקטלית כדי לפקח על טמפרטורת הגוף.
3. יש למרוח קרם דפילטורי כדי להסיר את השיער מהבטן של החיה. לנגב אחרי 30 s עם כרית גזה.
4. הנח את מתמר האולטרסאונד על בטנו של החיה ולאתר את בורה העורקים אינפרא-renal. וריד הכליה השמאלי ואת trifurcation בתחום אב העורקים לתוך עורק הזנב הם שני ציוני דרך שיעזרו למשתמש לאתר אזור זה.
5. הפעל את הלייזר כדי פלט 1100 ננומטר אור כדי למקד דם ואחריו 1210 ננומטר אור כדי למקד שומנים. השתמש במשקפי בטיחות לייזר מתאימים כאשר הלייזר נמצא בשימוש.

כאן, שיטות VPAT שימשו לביצוע הדמיה ספציפית שומנים ודם ב vivo. על ידי צימוד מערכת לייזר ואולטרסאונד, האור נמסר לרקמה והגלים האקוסטיים שהתקבלו זוהו. הדמיית אולטרסאונד אפשרה לנו להשיג מידע מבני של בינוי אינפרא-renal (איור 1a) שניתן להשתמש בו כדי לפרש טוב יותר מידע קומפוזיציה VPAT. באופן ספציפי, אור 1100 ננומטר שימש לדימוי דם בתוך אב העורקים (איור 1b), ואור של 1210 ננומטר שימש לצילום הצטברות שומן תת עורית ופריאורטית (איור 1c). מתמונות אולטרסאונד ו- VPAT, ניתן לראות כי השומן התת עורי עוקב אחר הגיאומטריה של העור, השומן periaortic עוקב אחר קווי המתאר של ביש העורקים, ואת אות הדם מקורו בתוך ביש העורקים. תוצאות אלה מאשרות כי, אכן, VPAT יכול לשמש תמונה דם הצטברות שומנים ב vivo.

איור 1: אולטראסאונד (משמאל), דם VPAT (אמצע), ותמונות VPAT שומנים (מימין) של ApoE^-/-. השומן התת עורי (חצים לבנים), שומן פריאורטי (חצים כתומים) ודם (חצים אדומים) גלוי בבירור.

VPAT היא שיטה מהירה, לא פולשנית, ללא תווית כדי לדמיין דם והצטברות שומנים ב vivo. על ידי אספקת אור לייזר פעמו לרקמה, התפשטות אקוסטית הושרו כדי להשיג צפיפות יחסית ולאתר רכיבים ביולוגיים. כאשר בשילוב עם הדמיית אולטרסאונד, קומפוזיציה, כמו גם מידע מבני והמודינמי מרקמות, ניתן לפתור. מגבלה נוכחית של טכניקה זו היא עומק החדירה שלה, שהוא בערך 3 מ"מ עבור הדמיה מבוססת שומנים בדם. למרות שזה טוב יותר מאשר טכניקות אופטיות הנוכחי, שיפורים בטכניקות משלוח אור ישפרו את עומק החדירה. אחת הדרך לשפר זאת היא על ידי פיתוח מתמר פוטואקוסטי שממקסם את אספקת האור לאזור העניין תוך ניתוב מחדש של אור משתקף בחזרה לרקמה. בעוד VPAT היא טכניקת הדמיה כי הוא עדיין בחיתוליו, זה קיבל עניין רב בשנים האחרונות, מה שהופך את זה סביר כי טכניקה זו תשמש מעבדות ומרפאות יותר בעתיד.

הפרוטוקול המתואר יכול לשמש עבור מגוון רחב של יישומים הן במרחב פרה-קליני והן במרחב הקליני. שלושה יישומי VPAT פוטנציאליים כוללים ניצול הטכניקה כדי 1) מחקר התקדמות המחלה מבוססי השומנים, 2) להעריך טיפולים מבטיחים, ו 3) לשפר את האבחון של מחלות מבוססות שומנים בדם. היכולת לעקוב אחר מידע מבני, המודינמי וקומפוזיציה הופכת את VPAT לטכנולוגיה מושכת לחקר האופן שבו שומנים וסקולריים מצטברים במודלים של בעלי חיים קטנים(איור 1). יתר על כן, מאז VPAT היא שיטה לא פולשנית זה יכול להיות מיושם כדי להעריך את ההשפעות של טיפולית במחקרים אורך. זה יכול במיוחד להפחית את עלות המחקר על ידי הפחתת מספר בעלי החיים הדרושים לאימות טיפול. לבסוף, היכולת של VPAT לספק מידע קומפוזיציה הופכת אותו לטכניקה אטרקטיבית לדמיין סוגים שונים של לוחות בחולים הסובלים ממחלות הקשורות לאטרשת עורקים כמו עורק עורקים ומחלת עורקים היקפית. אחד האתגרים הנוכחיים ברפואת הלב וכלי הדם הוא לחזות אילו לוחות מועדים לקרע, ולכן יש פוטנציאל לגרום לאוטם שריר הלב ושבץ איסכמי. לכן, VPAT עשוי גם לשחק תפקיד חשוב באפיון לוחות פגיעים לעומת יציבים, בשל יכולתו להבדיל מרכיבים ביולוגיים. יחד, VPAT יש פוטנציאל לעשות השפעה משמעותית הן במחקר והן בפועל קליני של הרפואה.

רשימת חומרים