Cystographie Photoacoustique
Summary
Cystographie Photoacoustique (PAC) a un grand potentiel pour cartographier vessies, un organe interne sensible au rayonnement chez les patients pédiatriques, sans utiliser de radiations ionisantes ou agent de contraste toxique. Ici, nous démontrons l'utilisation des PAC pour la cartographie des vessies avec une injection de traceurs optiques opaques chez les rats<em> In vivo</em>.
Abstract
Cystographie pédiatrique conventionnelle, qui repose sur de diagnostic X-ray en utilisant un colorant opaque aux rayons X, souffre de l'utilisation des rayonnements ionisants nocifs. Le risque de cancers de la vessie chez les enfants en raison de l'exposition aux radiations est plus importante que de nombreux autres cancers. Ici, nous démontrons la faisabilité de photoacoustique imagerie non ionisants et non invasive (PA) des vessies, appelés cystographie photoacoustique (PAC), en utilisant le proche infrarouge absorbants optiques (NIR) (c.-bleu de méthylène, nanostructures d'or plasmoniques ou nanotubes de carbone à paroi ) en tant que marqueur optique-trouble. Nous avons réussi à imager une vessie de rat rempli avec les agents absorbants optiques en utilisant un système PAC confocale en champ sombre. Après injection transurétrale des agents de contraste, les vessies du rat étaient photoacoustically visualisés en réalisant une amélioration significative du signal PA. L'accumulation a été validé par l'imagerie spectroscopique PA. En outre, en utilisant seulement une énergie d'impulsion laserde moins de 1 mJ / cm 2 (1/20 de la limite de sécurité), notre système d'imagerie actuelle pourrait cartographier le bleu de méthylène rempli rat-vessie à une profondeur de 1 cm au-delà dans les tissus biologiques in vivo. La fois in vivo et ex vivo résultats imagerie PA valider que les agents de contraste ont été naturellement excrété via la miction. Ainsi, il n'y a aucune inquiétude en ce qui concerne l'accumulation de l'agent toxique à long terme, ce qui facilitera la traduction clinique.
Introduction
X-ray cystographie 1 est un procédé d'imagerie pour identifier les maladies liées à la vessie tels que le cancer de la vessie, reflux vésico-urétéral, le blocage des uretères, la vessie neurogène, etc. 2-5 Typiquement, les urines sont annulées et un agent de radio-opaque est injecté par un cathéter. Ensuite, images fluoroscopie aux rayons X sont acquis pour délimiter vessies. Toutefois, la question de la sécurité est essentiel que le rayonnement ionisant nuisible est utilisé dans cette procédure. Le pourcentage de risque de cancer cumulative à l'âge de 75 années en raison de diagnostic rayons X s'étend de 0,6 à 1,8%. 6 En outre, la menace cancérogène est significative chez les patients pédiatriques. Une étude britannique a montré que parmi les 9 principaux organes internes, la dose d'irradiation annuelle moyenne de diagnostic rayons X était plus élevé dans les vessies pour enfants de sexe féminin de moins de 4 et au deuxième rang chez les enfants mâles de moins de 4. 7 Ceci indique que le risque de cancer de la vessie est plus importante chez les patients pédiatriques. Altien que radiopédiatres s'efforcent de réduire le taux d'exposition aux radiations aussi bas que raisonnablement possible, les rayonnements ionisants ne peut être totalement exclue. Par conséquent, la limitation crée un besoin pour une complètement sans radiation, sensible, rentable et de haute résolution modalité d'imagerie avec des agents de contraste non radioactifs dans cystographie.
Récemment, la tomographie photoacoustique (PAT) est devenu un premier modalité d'imagerie biomédicale parce PAT peut fournir de forts contrastes d'absorption optique et une résolution spatiale ultrasons haute dans les tissus biologiques. 8 Le principe de la PAT est que les ondes ultrasonores sont induites en raison de l'expansion thermoélastique d'une cible suivi par absorption de lumière. En détectant en temps résolu ondes acoustiques de voyage par l'intermédiaire d'un support, de deux ou de photo-acoustiques des images tridimensionnelles (AP) sont formées. Parce que l'échographie (US) est beaucoup moins dispersées dans les tissus par rapport à la lumière (généralement deux ou trois ordres de grandeur), l'profondeur d'imagerie de PAT peut atteindre jusqu'à ~ 8 cm dans les tissus, tandis que la résolution spatiale est maintenue à 1/200 de la profondeur d'imagerie 9 Les avantages clés de la PAT pour l'application cystographic comprennent: (1). PAT est complètement libre de ionisantes rayonnement. (2) Systèmes de ClinicalUSimaging peuvent être facilement adaptées pour fournir des capacités d'imagerie américains dual-modal et PA. Ainsi, le système bi-modal PA / US imagerie peut être relativement portable, rentable et rapide, qui sont des critères essentiels pour la traduction clinique rapide. Utilisant à la fois endogènes et exogènes contrastes, PAT a fourni l'imagerie à haute résolution morphologique, fonctionnelle et moléculaire des tissus pour étudier tumeur physiopathologie, l'hémodynamique du cerveau, les organes internes, l'ophtalmologie, l'angiographie, et etc 10-16.
Dans cet article, nous démontrons les protocoles expérimentaux de cystographie photoacoustique non ionisants (PAC) à l'aide du proche infrarouge absorbants optiques (NIR) (c.-bleu de méthylène, allernanocages LD, ou nanotubes de carbone à paroi) comme non toxiques traceurs optique trouble. vessies de rats remplis d'agents de contraste ont été photoacoustically et spectroscopie délimitées in vivo. Pas agents constamment accumulées dans les vessies et les reins des rats. Ainsi, la toxicité à long terme qui peut être causé par l'accumulation de l'agent peut être exclu. Ce résultat implique que PAC avec la combinaison des absorbeurs optiques peut potentiellement être une modalité cystographic vraiment sans danger pour les patients pédiatriques. La configuration du système, l'alignement du système, et dans les procédures d'imagerie in vivo in vivo / ex sont discutés dans cet article.
Protocol
Representative Results
Discussion
En conclusion, nous avons montré la possibilité de non-ionisants PAC en utilisant des absorbeurs optiques non toxiques dans un modèle de rat in vivo. Nous avons réussi à imager une vessie de rat rempli avec des absorbants optiques utilisant notre système PAC non ionisants et non invasive. Deux problèmes de sécurité critiques ont été résolus dans notre approche: (1) l'utilisation des rayonnements non ionisants pour des applications cystographic et (2) aucune accumulation d'agents de contraste…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été financé en partie par une subvention du programme d'études de pilote de l'Université de Buffalo Centre de recherche clinique et translationnelle et le Consortium Translational Buffalo, une subvention de Roswell Park Foundation Alliance, les fonds de démarrage à partir de l'Université de Buffalo, IT Program Creative Consilience de MKE et PNIA (C1515-1121-0003) et subvention NRF de MEST (2012-0009249).
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Q-switched Nd:YAG laser | Continuum | SLII-10 | pump laser |
| OPO laser | Continuum | Surelite OPO PLUS | tunable laser |
| Prisms | Thorlabs | PS908 | light deliver |
| Ultrasound transducer | Olympus NDT | V308 | 5 MHz |
| Ultraoundpulser/receiver | Olympus NDT | 5072PR | amplifier |
| Oscilloscope | Tektronix | TDS5054 | data acquisition |
| Scanning stage | Danaher Dover | XY6060 | raster scanning |
| Methylene blue | Sigma-Aldrich | M9140-25G | contrast agent |
| Rats | Harlan | Spague-Dawley | animal subject |
| Isoflourane vaporizer | Euthanex | EZ-155 | anesthesia |
| Ultrasound gel | Sonotech | Clear Image singles | acoustic coupling |
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