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Tomografía fotoacústica para imagen de sangre y lípidos en la Aorta Infrarrenal
 

Tomografía fotoacústica para imagen de sangre y lípidos en la Aorta Infrarrenal

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La tomografía fotoacústica, PAT, a veces conocida como tomografía optoacústica, es una modalidad emergente de imágenes biomédicas que utiliza ondas acústicas generadas por la luz para obtener información compositiva de un tejido.

La tomografía fotoacústica, o PAT, utiliza longitudes de onda particulares de la luz para crear imágenes de componentes específicos del tejido. Esto es útil para una amplia variedad de aplicaciones preclínicas y clínicas, como el monitoreo de la progresión de la enfermedad basada en lípidos.

Las técnicas de imagen utilizadas actualmente están intrínsecamente limitadas en términos de tiempos de adquisición, profundidad de penetración, uso de agentes de contraste dañinos y costos. LA PALMADITA, por otro lado, es una técnica rápida, no invasiva y sin agentes de contraste, que cuando se combina con las modalidades de imagen existentes como el ultrasonido, puede proporcionar información estructural y compositiva simultáneamente.

Este video ilustrará los principios básicos de la PAT vibratoria y la metodología para configurar imágenes de sangre y lípidos en ratones. A continuación, demostraremos cómo interpretar imágenes VPAT junto con ultrasonido, seguido de algunas aplicaciones de la técnica.

Comencemos discutiendo los fundamentos de esta técnica de imagen.

Durante las imágenes VPAT, la luz de longitud de onda única de una fuente láser se muestra en la región de interés. Esta luz es entonces absorbida por un enlace químico específico de longitud de onda en el tejido biológico. En VPAT, la luz absorbida hace vibrar la molécula.

Parte de esta energía vibratoria se convierte en calentamiento transitorio. Esta producción de calor entonces causa una expansión termoelástica del tejido local y, como resultado, produce propagación de ondas ultrasónicas. Esto se llama el efecto fotoacústico. La detección de la onda ultrasónica por un transductor de ultrasonido produce una imagen tomográfica específica de la composición.

Matemáticamente, la onda acústica inducida por la luz P naught se rige por el parámetro gamma Gruneisen dependiente de la temperatura, el coeficiente de absorción mu a y la fluidez óptica local F. Por lo tanto, para cada aumento de la temperatura millikelvin, hay una onda de presión de 800 pascales que se puede detectar utilizando un transductor de ultrasonido. Esta absorción selectiva de unión de la luz permite a los usuarios apuntar a varios componentes biológicos ajustando la longitud de onda de la luz.

Por ejemplo, la luz de 1.100 nanómetros se utiliza para apuntar a la sangre, y la luz de 1.210 nanómetros se utiliza para apuntar a los lípidos. Además, dado que la luz se utiliza para inducir la propagación de ondas acústicas, esta técnica se puede utilizar normalmente para crear imágenes de estructuras más profundas que otras técnicas ópticas sin necesidad de agentes de contraste o procedimientos invasivos.

Después de haber revisado los conceptos básicos de VPAT, veamos ahora un ejemplo de cómo configurar y realizar VPAT para tomar imágenes de sangre y lípidos en la aorta infrarrenal de ratones apopoprotein E-deficienciat.

En primer lugar, obtenga el equipo necesario: un láser de oscilador paramétrico óptico pulsado Nd:YAG, un sistema de ultrasonido, un generador de retardo y un conector D conectado a dos cables BNC. A continuación, conecte el cable Fire BNC al puerto A del generador de retardo y el Q-switch al puerto B del generador de retardo. Conecte el extremo del cable BNC del puerto C para activarlo en la parte posterior del sistema de ultrasonido.

Ajuste el retardo de los puertos A, B y C a los valores enumerados aquí. Los puertos A y B deben emitir específicamente pulsos invertidos, y el puerto C debe emitir pulsos normales. A continuación, alinee el cable de fibra óptica con el láser y conecte los extremos de fibra a los lados del transductor de ultrasonido de 40 megahercios.

Ahora, vamos a demostrar cómo preparar a un animal para la tomografía fotoacústica.

En primer lugar, anestesiar un ratón apolipoproteína e-deficiente usando 3% de isoflurano en una cámara de derribo. Una vez anestesiado el animal, mueva el ratón a la etapa calentada y asegure un cono nasal para entregar de uno a 2% de isoflurano. Aplique lubricante para los ojos en los ojos del animal para prevenir la desecación corneal. Pegue las patas del ratón a los electrodos integrados en la etapa calentada para monitorear la respiración y la frecuencia cardíaca del animal. Por último, inserte una sonda rectal para controlar la temperatura corporal.

A continuación, retira el cabello de todo el abdomen del animal aplicando crema depilatoria. Coloque el transductor de ultrasonido en el abdomen del animal y localice la aorta infrarrenal. La vena renal izquierda y la trifurcación aórtica en la arteria de la cola son dos puntos de referencia que ayudarán al usuario a localizar esta zona.

Para empezar a adquirir imágenes, pulse el modo B para ver una imagen en vivo del modo B. Ajuste la ganancia con la perilla de ganancia 2D y el enfoque utilizando las perillas de zona focal y profundidad de enfoque. Ajuste el ancho y la profundidad de la imagen con los botones Desplazamiento de profundidad, Ancho de imagen y Profundidad de imagen.

Después de esto, encienda el láser. Pulse modo PA para ver el modo B en vivo y las imágenes PA. Ajuste la ganancia de PA con la perilla ganancia 2D y ajuste la ventana pa y el mapa de color en la pantalla. Ejecuta el láser a 1.100 nanómetros de luz para apuntar a la sangre, seguido de 1.210 nanómetros de luz para apuntar a los lípidos.

Revisemos ahora los resultados del protocolo VPAT para realizar imágenes específicas de lípidos y sanguíneos in vivo.

Las imágenes por ultrasonido permitieron obtener información estructural sobre la aorta infrarrenal. Esto se puede utilizar para interpretar mejor la información de composición VPAT. Específicamente, la luz de 1.100 nanómetros imageó la sangre dentro de la aorta, mientras que la luz de 1.210 nanómetros imageó la acumulación de grasa subcutánea y periaortica.

Como se ve en estas imágenes, la grasa subcutánea sigue la geometría de la piel. Sin embargo, la grasa periaortica sigue el contorno de la aorta, y la señal de sangre se origina dentro de la aorta.

La tomografía fotoacústica se puede utilizar para una amplia variedad de aplicaciones preclínicas y clínicas.

La imagen in vivo de animales pequeños desempeña un papel importante en los estudios preclínicos, y la tomografía fotoacústica utiliza luz infrarroja cercana para detectar la absorción electrónica, lo que permite la toma de imágenes de alta resolución de características cerebrales profundas para aplicaciones neurobiológicas. Se recopilan datos precisos sobre la oxigenación de la hemoglobina, la anatomía vascular y el flujo sanguíneo. Esta información de imágenes cerebrales internas se puede utilizar para evaluar el tejido cerebral normal y patológico.

En la medicina vascular, es importante visualizar las venas y las arterias y evaluar su funcionalidad. La tomografía fotoacústica proporciona información compositiva que caracteriza las placas como vulnerables o estables, lo que ayuda a predecir cuáles son propensas a la ruptura y podrían inducir infarto de miocardio o accidente cerebrovascular isquémico.

Acabas de ver la introducción de JoVE a la tomografía fotoacústica. Ahora debe entender los principios básicos de esta técnica de imagen y ser capaz de imaginar a un animal e interpretar los resultados. ¡Gracias por mirar!

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