Photoakustische Zystographie
Summary
Photoakustische cystography (PAC) hat ein großes Potenzial, um Harnblasen, eine Strahlung empfindlichen inneren Organe bei pädiatrischen Patienten, ohne Verwendung ionisierender Strahlung oder giftige Kontrastmittel abzubilden. Hier zeigen wir die Verwendung von PAC zum Abbilden Harnblasen mit einer Injektion von optisch opaken Tracer in Ratten<em> In vivo</em>.
Abstract
Konventionelle pädiatrischen cystography, die auf röntgendiagnostischen basiert mit einem radio-opaken Farbstoff, leidet unter der Verwendung von schädlichen ionisierenden Strahlung. Das Risiko von Blasenkrebs bei Kindern aufgrund der Strahlenbelastung ist wichtiger als viele andere Krebsarten. Hier zeigen wir die Machbarkeit und nichtionisierende nichtinvasive photoacoustic (PA)-Bildgebung von Harnblasen, die so genannte photoacoustic cystography (PAC), mit Nah-Infrarot (NIR) optische Absorber (dh Methylenblau, plasmonischen Gold-Nanostrukturen oder einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren ) als optischer Indikator-trübe. Wir haben erfolgreich eine Rattenblase mit den optischen Absorptionsmittel mit einer Dunkelfeld-konfokalen PAC befüllt abgebildet. Nach transurethrale Injektion der Kontrastmittel waren der Ratte Blasen photoakustisch visualisiert Erzielung erheblicher PA Signalverstärkung. Die Akkumulation wurde durch spektroskopische Bildgebung PA validiert. Ferner kann durch Verwendung nur einer Laserpulsenergievon weniger als 1 mJ / cm 2 (1/20 der Sicherheitsgrenze) konnte in unserem aktuellen Abbildungssystem die Methylenblau-Voll-Ratte-Blase in einer Tiefe von mehr als 1 cm Karte in biologischen Geweben in vivo. Sowohl in vivo und ex vivo Bildgebung PA Ergebnisse bestätigen, dass die Kontrastmittel waren natürlich über Wasserlassen ausgeschieden. Somit gibt es keine Bedenken hinsichtlich langfristiger toxisches Mittel Akkumulation, die klinische Translation erleichtert wird.
Introduction
X-ray cystography 1 ist ein bildgebendes Verfahren zur Blase im Zusammenhang mit Krankheiten wie Blasenkrebs, VUR, Verstopfung der Harnleiter, neurogene Blase, etc. identifizieren. 2-5 Typischerweise Urin entleert sind und eine radio-opaken Mittel durch eine eingespritzt Katheter. Dann werden fluoroskopischen Röntgenbilder erworben Harnblasen abzugrenzen. Allerdings ist die Frage der Sicherheit Schlüssel, dass schädliche ionisierende Strahlung in diesem Verfahren verwendet wird. Der Prozentsatz der kumulativen Krebsrisiko Alter von 75 Jahren wegen diagnostischen Röntgenstrahlen Bereich von 0,6 bis 1,8%. 6. Außerdem ist die krebserzeugende Bedrohung wesentlichen bei pädiatrischen Patienten. Eine britische Studie zeigte, dass unter den 9 wichtigsten inneren Organe, die durchschnittliche jährliche Strahlendosis von diagnostischen Röntgenstrahlen höchste war in den Blasen in weibliche Kinder weniger als 4 und zweithöchste in männlichen Kinder weniger als 4. 7 Dies deutet darauf hin, dass die Blase Krebsrisiko ist von größter Bedeutung bei pädiatrischen Patienten. Although pädiatrischen Radiologen bemühen, die Strahlenbelastung so gering wie vernünftigerweise erreichbar zu reduzieren, ionisierende Strahlung kann nicht vollständig ausgeschlossen werden. Daher schafft die Begrenzung ein Bedürfnis für eine völlig strahlungsfrei, einfühlsam, kostengünstige und hochauflösende Bildgebungsverfahren mit radioaktiven Kontrastmitteln in cystography.
Vor kurzem hat photoacoustic Tomographie (PAT) zu einem führenden biomedizinischen Bildgebungsmodalität weil PAT starke optische Absorption Kontraste und eine hohe räumliche Auflösung Ultraschall in biologischem Gewebe zur Verfügung stellen kann. 8 Das Prinzip der PAT ist, dass Ultraschallwellen durch thermoelastische Expansion eines Ziels induziert werden gefolgt durch Lichtabsorption. Durch Erfassen akustischer Wellen, die sich über ein Medium, zwei-oder dreidimensionalen photoakustischen (PA) Bilder zeitaufgelöste ausgebildet sind. Da Ultraschall (US) ist viel weniger verstreut im Gewebe im Vergleich zu Licht (in der Regel zwei oder drei Größenordnungen), derBildtiefe von PAT kann bis zu ~ 8 cm im Gewebe, während die räumliche Auflösung auf 1/200 der Bildtiefe gehalten wird 9 Die wichtigsten Vorteile von PAT für die cystographischen Anwendung gehören: (1). PAT ist völlig frei von ionisierender Strahlung. (2) ClinicalUSimaging Systeme können leicht angepasst werden, um dual-modale PA und US-Imaging-Funktionen liefern. Somit kann der Dual-modal PA / US Abbildungssystem relativ bewegliche, kostengünstig und schnell, was sind entscheidende Kriterien für eine schnelle klinische Umsetzung. Mit sowohl endogene und exogene Kontraste hat PAT hochauflösende morphologische, funktionelle und molekulare Bildgebung von Gewebe des Tumors Arzneimitteltherapie, Gehirn Hämodynamik, innere Organe, Augenheilkunde, Angiographie und etc studieren bereitgestellt. 10-16
In diesem Artikel zeigen wir die experimentellen Protokolle nichtionisierender photoacoustic cystography (PAC) mit Nah-Infrarot (NIR) optische Absorber (dh Methylenblau, gehenld nanocages oder einwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen) als ungiftig optisch trübe Tracer. Rat Blasen mit der Kontrastmittel gefüllt waren photoakustisch und spektroskopisch in vivo abgegrenzt. Keine Agenten beharrlich in den Blasen und Nieren der Ratten angesammelt. So können langfristige Toxizität, die durch Agenten Anhäufung verursacht werden können, ausgeschlossen werden. Dieses Ergebnis impliziert, dass PAC mit Kombination der optischen Absorber kann potenziell ein wirklich harmlos cystographischen Modalität für pädiatrische Patienten. Die Konfiguration des Systems, System-Ausrichtung und in vivo / ex vivo bildgebenden Verfahren werden in diesem Artikel erläutert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zusammenfassend haben wir die Möglichkeit, nichtionisierende PAC mit ungiftigen optische Absorber in einem Rattenmodell in vivo gezeigt. Wir haben erfolgreich eine Ratte Blase mit optischen Absorptionsmittel mit unserem nichtionisierende und nicht-invasive PAC-System gefüllt abgebildet. Zwei kritische Fragen der Sicherheit in unserem Ansatz gelöst worden: (1) die Verwendung von nichtionisierender Strahlung für cystographischen Anwendungen und (2) ohne Anreicherung von Kontrastmittel in den Körper.
<p c…Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde zum Teil durch einen Zuschuss aus dem Pilotstudien Programm der University at Buffalo Clinical and Translational Research Center und der Buffalo Translational Consortium, einen Zuschuss von Roswell Park Alliance Foundation, Anschubfinanzierung von der University at Buffalo, IT Consilience kreatives Programm unterstützt von MKE und NIPA (C1515-1121-0003) und NRF Erteilung 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 |
Riferimenti
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