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インフラレナル大オルタにおける血液と脂質を画像化する光音響断層撮影
 

インフラレナル大オルタにおける血液と脂質を画像化する光音響断層撮影

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光音響断層撮影、PATは、光音響断層撮影とも呼ばれ、光発生音波を利用して組織から組成情報を得る新たな生物医学的イメージングモダリティである。

光音響断層撮影、またはPATは、組織の特定の成分を画像化するために光の特定の波長を使用します。これは、脂質ベースの疾患の進行を監視するなど、多種多様な前臨床および臨床応用に有用である。

現在使用されているイメージング技術は、取得時間、浸透深度、有害な対照剤の使用、およびコストの点で本質的に制限されています。一方、PATは、超音波のような既存の画像モダリティと組み合わせることで、構造的および組成情報を同時に提供することができる、迅速で非侵襲的で、造影剤のない技術です。

このビデオでは、振動PATの基本原理と、マウスの血液および脂質イメージングを設定する方法論を説明します。次に、超音波と組み合わせてVPAT画像を解釈する方法をデモンストレーションし、その後、この技術のいくつかのアプリケーションを示します。

まず、このイメージング技術の基礎について説明します。

VPATイメージング中、レーザー光源からの単一波長光が対象領域に表示されます。この光は、その後、生体組織中の波長特異的な化学結合によって吸収される。VPATでは、吸収された光が分子を振動させます。

この振動エネルギーの一部は、過渡加熱に変換されます。熱のこの生産は、その後、局所組織の熱弾性膨張を引き起こし、その結果、超音波伝播を生成します。これを光音響効果といいます。超音波トランスデューサによる超音波の検出は、組成物特異的な断層画像を生み出す。

数学的には、光誘起音響波P naughtは、温度依存性グルナイゼンパラメータガンマ、吸収係数mua、および局所光学フルエンスFによって支配される。したがって、温度のミリケルビン上昇ごとに、超音波トランスデューサを用いて検出できる800パスカル圧力波がある。この光の結合選択的吸収により、ユーザーは光の波長を調整することによって様々な生物学的成分を標的とすることができます。

例えば、1,100ナノメートルの光を使用して血液を標的にし、1,210ナノメートルの光を使用して脂質を標的にします。さらに、光は音響波の伝播を誘導するために使用されているので、この技術は、通常、造影剤や侵襲的な手順を必要とせずに、他の光学技術よりも深い構造を画像化するために使用することができます。

VPATの基本を見直した後、アポリポタンパク質E欠損マウスのインフラレナル大オルタで血液と脂質を画像化するためにVPATを設定して実行する方法の例を見てみましょう。

まず、Nd:YAGパルス光パラメトリック発振器レーザー、超音波システム、遅延発生器、および2本のBNCケーブルに接続されたDコネクタ:Nd:YAGパルス光パラメトリック発振器レーザーを取得します。次に、遅延発生器のポート A に Fire BNC ケーブルを接続し、Q スイッチを遅延ジェネレータのポート B に接続します。ポート C から BNC ケーブルの端を接続して、超音波システムの背面にトリガーします。

ポート A、B、および C の遅延を、ここに示す値に調整します。ポート A と B は特に反転パルスを出力し、ポート C は通常のパルスを出力する必要があります。次に、光ファイバケーブルをレーザーに位置合わせし、40メガヘルツ超音波トランスデューサの側面に繊維端を取り付けます。

それでは、光音響断層撮影のために動物を準備する方法をデモンストレーションしましょう。

まず、ノックダウンチャンバーで3%のイソフルランを用いてアポリポタンパク質E欠損マウスを麻酔する。動物が麻酔されたら、マウスを加熱ステージに移動し、鼻コーンを固定して1〜2%のアイフルランを送ります。角膜乾燥を防ぐために、動物の目に眼の潤滑剤を塗布します。マウスの足を加熱段階に組み込んだ電極にテープで貼り付け、動物の呼吸と心拍数を監視します。最後に、直腸プローブを挿入して体温を監視します。

次に、脱毛クリームを塗布して動物の腹部全体から毛髪を取り除きます。超音波トランスデューサを動物の腹部に置き、インフラレナル大成を見つけます。左腎静脈と尾動脈への大動脈三色は、ユーザーがこの領域を見つけるのに役立つ2つのランドマークです。

画像の取得を開始するには、B モードを押してライブ B モードの画像を表示します。2Dゲインノブとフォーカスノブを使用してゲインを調整します。[深度オフセット]、[イメージの幅]、および [イメージの奥行き] ボタンを使用して、イメージの幅と奥行きを調整します。

その後、レーザーをオンにします。PAモードを押すと、ライブBモードとPA画像が表示されます。2Dゲインノブを使用してPAゲインを調整し、画面上のPAウィンドウとカラーマップを調整します。1,100ナノメートルの光でレーザーを走らして血液を標的にし、続いて1,210ナノメートルの光を走らして脂質を標的にします。

それでは、生体内で脂質および血液特異的イメージングを行うVPATプロトコルの結果を確認してみましょう。

超音波イメージングは、インフラレナル大オルタに関する構造情報を得ることを可能にした。これは、VPAT 構成情報をより適切に解釈するために使用できます。具体的には、1,100ナノメートルの光が大動脈内の血液を画像化し、1,210ナノメートルの光は皮下および骨膜脂肪蓄積を画像化した。

これらの画像から見ると、皮下脂肪は皮膚の幾何学的形状に従う。しかし、会渦性脂肪は大動脈の輪郭に従い、血液信号は大動脈内から発生します。

光音響断層撮影は、多種多様な前臨床および臨床応用に使用することができる。

生体内の小動物イメージングは前臨床試験において重要な役割を果たし、光音響断層撮影は近赤外光を用いて電子吸収を検出し、神経生物学的応用に対する深部脳機能の高解像度イメージングを可能にする。ヘモグロビン酸素化、血管解剖学、および血流に関する正確なデータが収集されます。この内部脳イメージング情報は、正常および病理学的脳組織を評価するために使用することができる。

血管内科では、静脈や動脈を可視化し、その機能性を評価することが重要です。光音響断層撮影は、プラークを脆弱または安定なものとして特徴付ける組成情報を提供し、どのプラークが破裂しやすいかを予測するのに役立ち、心筋梗塞や虚血性脳卒中を引き起こす可能性があります。

あなたはちょうどJoVEのフォトアコースティック断層撮影の紹介を見ました。このイメージング技術の基本原則を理解し、動物を画像化し、結果を解釈できるようになる必要があります。見ていただきありがとうございます!

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