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Tomographie photoacoustique à l'image de sang et de lipides dans l'aorte infrarénale
 

Tomographie photoacoustique à l'image de sang et de lipides dans l'aorte infrarénale

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La tomographie photoacoustique, PAT, parfois appelée tomographie optoacoustique, est une modalité émergente d'imagerie biomédicale qui utilise des ondes acoustiques générées par la lumière pour obtenir des informations de composition d'un tissu.

La tomographie photoacoustique, ou PAT, utilise des longueurs d'onde particulières de la lumière pour imager des composants spécifiques du tissu. Ceci est utile pour une grande variété d'applications précliniques et cliniques, telles que la surveillance de la progression de la maladie à base de lipides.

Les techniques d'imagerie actuellement utilisées sont intrinsèquement limitées en termes de temps d'acquisition, de profondeur de pénétration, d'utilisation d'agents contrastés nocifs et de coûts. LE PAT, d'autre part, est une technique rapide, non-invasive, et sans agent de contraste, qui, lorsqu'il est combiné avec les modalités d'imagerie existantes comme l'échographie, peut fournir des informations structurelles et compositionnelles simultanément.

Cette vidéo illustrera les principes de base du PAT vibratoire et la méthodologie pour mettre en place l'imagerie sanguine et lipidique chez la souris. Ensuite, nous allons démontrer comment interpréter les images VPAT en conjonction avec l'échographie, suivie de quelques applications de la technique.

Commençons par discuter des principes fondamentaux de cette technique d'imagerie.

Pendant l'imagerie VPAT, la lumière de longueur d'onde unique d'une source laser est montrée sur la région d'intérêt. Cette lumière est ensuite absorbée par un lien chimique spécifique à la longueur d'onde dans le tissu biologique. Dans le VPAT, la lumière absorbée fait vibrer la molécule.

Une partie de cette énergie vibratoire est ensuite convertie en chauffage transitoire. Cette production de chaleur provoque alors une expansion thermoélastique du tissu local et, par conséquent, produit la propagation des ondes ultrasoniques. C'est ce qu'on appelle l'effet photoacoustique. La détection de l'onde ultrasonique par un transducteur à ultrasons donne une image tomographique spécifique à la composition.

Mathématiquement, l'onde acoustique induite par la lumière P naught est régie par le paramètre de Gruneisen dépendant de la température gamma, le coefficient d'absorption mu a, et la fluence optique locale F. Ainsi, pour chaque augmentation millikelvin de la température, il ya une onde de pression de 800-pascal qui peut être détecté à l'aide d'un transducteur à ultrasons. Cette absorption sélective de la lumière permet aux utilisateurs de cibler divers composants biologiques en admettant la longueur d'onde de la lumière.

Par exemple, la lumière de 1 100 nanomètres est utilisée pour cibler le sang, et la lumière de 1 210 nanomètres est utilisée pour cibler les lipides. En outre, puisque la lumière est utilisée pour induire la propagation des ondes acoustiques, cette technique peut être utilisée pour imager généralement des structures plus profondes que d'autres techniques optiques sans avoir besoin d'agents de contraste ou de procédures invasives.

Après avoir passé en revue les bases de VPAT, voyons maintenant un exemple de la façon de mettre en place et d'effectuer VPAT pour l'image du sang et des lipides dans l'aorte infrarénale des souris apolipoprotein E-déficiente.

Tout d'abord, obtenir l'équipement nécessaire: un laser paramétrique paramétrique pulsé Nd:YAG, un système d'échographie, un générateur de retard, et un connecteur D attaché à deux câbles BNC. Ensuite, attachez le câble Fire BNC au port A du générateur de retard et q-switch au port B du générateur de retard. Connectez l'extrémité du câble BNC du port C à déclencher à l'arrière du système d'échographie.

Ajustez le retard des ports A, B et C aux valeurs énumérées ici. Les ports A et B devraient produire spécifiquement des impulsions inversées, et le port C devrait produire des impulsions normales. Ensuite, alignez le câble de fibre optique avec le laser, et attachez les extrémités de fibre aux côtés du transducteur d'ultrason de 40 mégahertz.

Maintenant, nous allons montrer comment préparer un animal pour la tomographie photoacoustique.

Tout d'abord, anesthésier une souris apolipoprotéine E-déficiente en utilisant 3% isoflurane dans une chambre knockdown. Une fois que l'animal est anesthésié, déplacez la souris au stade chauffé et fixez un cône de nez pour livrer un à 2% d'isoflurane. Appliquer du lubrifiant pour les yeux de l'animal pour prévenir la dessiccation cornéenne. Tapez les pattes de la souris aux électrodes intégrées à l'étape chauffée pour surveiller la respiration et la fréquence cardiaque de l'animal. Enfin, insérez une sonde rectale pour surveiller la température corporelle.

Ensuite, retirer les cheveux de tout l'abdomen de l'animal en appliquant de la crème dépilatoire. Placez le transducteur d'ultrason sur l'abdomen de l'animal, et localisez l'aorte infrarénale. La veine rénale gauche et la trifurcation aortique dans l'artère de la queue sont deux repères qui aideront l'utilisateur à localiser cette zone.

Pour commencer à acquérir des images, appuyez sur mode B pour voir une image en mode B en direct. Ajustez le gain à l'aide du bouton Gain 2D et de la mise au point à l'aide des boutons Focal Zone et Focus Depth. Ajustez la largeur et la profondeur de l'image à l'aide des boutons Depth Offset, Image Width et Image Depth.

Après cela, allumez le laser. Appuyez sur le mode PA pour voir en direct b Mode et PA images. Ajustez le gain de PA à l'aide du bouton Gain 2D, et ajustez la fenêtre DE son or et la carte couleur à l'écran. Exécutez le laser à une lumière de 1 100 nanomètres pour cibler le sang, suivi de 1 210 nanomètres de lumière pour cibler les lipides.

Passons maintenant en revue les résultats du protocole VPAT pour effectuer l'imagerie lipidique et sanguine in vivo.

La formation image d'ultrason a permis d'obtenir l'information structurale au sujet de l'aorte infrarénale. Cela peut être utilisé pour mieux interpréter les informations de composition VPAT. Plus précisément, la lumière de 1 100 nanomètres a représenté le sang dans l'aorte, tandis que la lumière de 1 210 nanomètres a représenté l'accumulation de graisse sous-cutanée et périortique.

Comme le montrent ces images, la graisse sous-cutanée suit la géométrie de la peau. Cependant, la graisse périortique suit le contour de l'aorte, et le signal sanguin provient de l'intérieur de l'aorte.

La tomographie photoacoustique peut être utilisée pour une grande variété d'applications précliniques et cliniques.

L'imagerie in vivo des petits animaux joue un rôle important dans les études précliniques, et la tomographie photoacoustique utilise la lumière proche infrarouge pour détecter l'absorption électronique, permettant l'imagerie à haute résolution des dispositifs profonds du cerveau pour des applications neurobiologiques. Des données précises sont recueillies sur l'oxygénation de l'hémoglobine, l'anatomie vasculaire et le flux sanguin. Cette information interne d'imagerie cérébrale peut être employée pour évaluer le tissu normal et pathologique de cerveau.

En médecine vasculaire, il est important de visualiser les veines et les artères et d'évaluer leur fonctionnalité. La tomographie photoacoustique fournit des informations de composition qui caractérisent les plaques comme vulnérables ou stables, aidant ainsi à prédire celles qui sont sujettes à la rupture et pourraient induire l'infarctus du myocarde ou un AVC ischémique.

Vous venez de regarder l'introduction de JoVE à la tomographie photoacoustique. Vous devez maintenant comprendre les principes de base de cette technique d'imagerie et être capable d'imager un animal et d'interpréter les résultats. Merci d'avoir regardé!

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