Photoacoustic मूत्राशयचित्रण
Summary
Photoacoustic मूत्राशयचित्रण (पीएसी) किसी भी विकिरण या विषाक्त विपरीत एजेंट का उपयोग किए बिना मूत्र मूत्राशय, बाल चिकित्सा रोगियों में विकिरण संवेदनशील आंतरिक अंग, नक्शा करने के लिए एक महान क्षमता है. यहाँ हम चूहों में ऑप्टिकल अपारदर्शी tracers का एक इंजेक्शन के साथ मूत्र मूत्राशय मानचित्रण के लिए पीएसी के उपयोग के प्रदर्शन<em> Vivo में</em>.
Abstract
एक रेडियो अपारदर्शी डाई का उपयोग नैदानिक एक्स – रे पर आधारित है, जो परम्परागत बाल मूत्राशयचित्रण, हानिकारक विकिरण के उपयोग से ग्रस्त है. विकिरण जोखिम के कारण बच्चों में मूत्राशय के कैंसर का खतरा कई अन्य कैंसर की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण है. यहाँ हम लगभग अवरक्त (NIR) ऑप्टिकल absorbents (यानी methylene नीले, plasmonic सोने nanostructures, या एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग, photoacoustic मूत्राशयचित्रण (पीएसी) के रूप में भेजा मूत्र मूत्राशय के nonionizing और noninvasive photoacoustic (पीए) इमेजिंग की व्यवहार्यता का प्रदर्शन ) एक ऑप्टिकल पंकिल अनुरेखक के रूप में. हम सफलतापूर्वक एक काले क्षेत्र कोंफोकल पीएसी प्रणाली का उपयोग ऑप्टिकल अवशोषित एजेंटों से भरा एक चूहा मूत्राशय imaged है. इसके विपरीत एजेंटों के transurethral इंजेक्शन के बाद, चूहे के मूत्राशय महत्वपूर्ण पीए संकेत वृद्धि को प्राप्त करने से photoacoustically कल्पना थे. संचय स्पेक्ट्रोस्कोपी पीए इमेजिंग द्वारा मान्य किया गया था. इसके अलावा, केवल एक लेजर पल्स ऊर्जा का उपयोग करकेकम से कम 1 MJ / 2 सेमी (सुरक्षा सीमा के 1/20) की, हमारे मौजूदा इमेजिंग प्रणाली की गहराई पर methylene नीले रंग से भरे-चूहे मूत्राशय मानचित्र सकता vivo में जैविक ऊतकों में 1 सेमी से परे है. Vivo और पूर्व vivo पीए इमेजिंग परिणाम में दोनों विपरीत एजेंटों स्वाभाविक रूप से पेशाब के माध्यम से उत्सर्जित कर रहे थे कि मान्य. इस प्रकार, नैदानिक अनुवाद की सुविधा होगी जो लंबे समय तक विषाक्त एजेंट संचय के बारे में कोई चिंता नहीं है, वहाँ है.
Introduction
एक्स – रे मूत्राशयचित्रण 1 ऐसे मूत्राशय कैंसर, vesicoureteral भाटा, मूत्रवाहिनी की रुकावट, तंत्रिकाजन्य मूत्राशय, आदि के रूप में मूत्राशय से संबंधित रोगों की पहचान करने के लिए एक इमेजिंग प्रक्रिया है. 2-5 आमतौर पर, urines voided हैं और एक रेडियो अपारदर्शी एजेंट एक के माध्यम से इंजेक्ट किया जाता है कैथेटर. फिर, fluoroscopic एक्स – रे छवियों मूत्र मूत्राशय चित्रित करने के लिए अर्जित कर रहे हैं. हालांकि, प्रमुख सुरक्षा का मुद्दा हानिकारक विकिरण इस प्रक्रिया में उपयोग किया जाने वाला है. इसके अलावा 0.6 से 1.8% करने के लिए नैदानिक एक्स – रे पर्वतमाला से 75 साल के कारण उम्र. 6 से संचयी कैंसर के खतरे का प्रतिशत, कासीनजन खतरा बाल चिकित्सा रोगियों में महत्वपूर्ण है. ब्रिटेन के एक अध्ययन के 9 प्रमुख आंतरिक अंगों के बीच, एक्स – रे निदान से औसत वार्षिक विकिरण खुराक पुरुष बच्चों में 4 की तुलना में कम है और दूसरे स्थान पर कम से कम 4 से महिला बच्चों में मूत्राशय में सबसे ज्यादा थी कि पता चला है. 7 यह है कि मूत्राशय कैंसर के खतरे को इंगित करता है बाल चिकित्सा रोगियों में सबसे अधिक महत्वपूर्ण है. ऑल्टHough बाल रेडियोलॉजिस्ट यथोचित प्राप्त, विकिरण पूरी तरह से बाहर नहीं किया जा सकता है के रूप में कम के रूप में विकिरण जोखिम की दर को कम करने का प्रयास. इसलिए, सीमा मूत्राशयचित्रण में nonradioactive विपरीत एजेंटों के साथ एक पूरी तरह विकिरण मुक्त, संवेदनशील, लागत प्रभावी, और उच्च संकल्प इमेजिंग साधन के लिए एक जरूरत है बनाता है.
पैट मजबूत ऑप्टिकल अवशोषण विरोधाभासों और जैविक ऊतकों में एक उच्च अल्ट्रासोनिक स्थानिक संकल्प प्रदान कर सकते हैं, क्योंकि हाल ही में, photoacoustic टोमोग्राफी (पैट) एक प्रमुख बायोमेडिकल इमेजिंग साधन बन गया है. पैट के 8 सिद्धांत है अल्ट्रासोनिक तरंगों की वजह से एक लक्ष्य के thermoelastic विस्तार करने के लिए प्रेरित कर रहे हैं कि प्रकाश अवशोषण द्वारा पीछा किया. पता लगाने के द्वारा एक माध्यम है, दो या तीन आयामी photoacoustic (पीए) छवियों के माध्यम से यात्रा ध्वनिक लहरों समय हल गठन कर रहे हैं. अल्ट्रासाउंड (अमेरिका) प्रकाश (आमतौर परिमाण के दो या तीन आदेश), की तुलना में काफी कम बिखरे ऊतकों में है क्योंकिस्थानिक संकल्प इमेजिंग गहराई का 1/200 को बनाए रखा है, जबकि पैट की इमेजिंग गहराई, ऊतकों में ~ 8 सेमी तक पहुंच सकता है cystographic आवेदन के लिए पैट के 9 प्रमुख लाभ में शामिल हैं: (1). पैट आयनीकरण से पूरी तरह से मुक्त है विकिरण. (2) ClinicalUSimaging सिस्टम को आसानी से दोहरे मोडल पीए और अमेरिका इमेजिंग क्षमताओं की आपूर्ति करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है. इस प्रकार, दोहरे मोडल पीए / अमेरिका इमेजिंग प्रणाली तेजी से नैदानिक अनुवाद के लिए महत्वपूर्ण मानदंड हैं, जो अपेक्षाकृत, पोर्टेबल, लागत प्रभावी और तेजी से किया जा सकता है. अंतर्जात और exogenous विरोधाभासों दोनों का प्रयोग, पैट ट्यूमर physiopathology, मस्तिष्क hemodynamics, आंतरिक अंगों, नेत्र विज्ञान, एंजियोग्राफी, और आदि का अध्ययन करने के ऊतकों के उच्च संकल्प, रूपात्मक कार्यात्मक, और आणविक इमेजिंग प्रदान की गई है. 10-16
इस अनुच्छेद में, हम लगभग अवरक्त (NIR) ऑप्टिकल absorbents (यानी methylene नीले, जाने का उपयोग कर nonionizing photoacoustic मूत्राशयचित्रण की प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल (पीएसी) का प्रदर्शनnontoxic ऑप्टिकल पंकिल tracers साथ ld nanocages, या एकल दीवारों कार्बन नैनोट्यूब). इसके विपरीत एजेंटों से भरा चूहा मूत्राशय photoacoustically और स्पैक्ट्रोस्कोप द्वारा vivo में चित्रित किया गया था. कोई एजेंट लगातार चूहों के मूत्राशय और गुर्दे में जमा हुए. इस प्रकार, एजेंट संचय के कारण हो सकता है जो लंबे समय तक विषाक्तता बाहर रखा जा सकता है. इस परिणाम ऑप्टिकल अवशोषक के संयोजन के साथ पीएसी संभावित बाल चिकित्सा रोगियों के लिए वास्तव में एक हानिरहित cystographic साधन हो सकता है कि निकलता है. सिस्टम विन्यास, प्रणाली संरेखण, और इन विवो / पूर्व vivo इमेजिंग प्रक्रियाओं में इस लेख में चर्चा कर रहे हैं.
Protocol
Representative Results
Discussion
अंत में, हम इन विवो में एक चूहे मॉडल में nontoxic ऑप्टिकल अवशोषक का उपयोग करते हुए पीएसी nonionizing की संभावना दिखाई है. हम सफलतापूर्वक हमारे nonionizing और noninvasive पीएसी प्रणाली का उपयोग ऑप्टिकल absorbents से भरा एक चूहा मूत्रा?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम भैंस नैदानिक और translational अनुसंधान केंद्र में विश्वविद्यालय और भैंस Translational कंसोर्टियम, भैंस पर विश्वविद्यालय, आईटी सन्निपतन रचनात्मक कार्यक्रम से Roswell पार्क एलायंस फाउंडेशन, स्टार्टअप धन से अनुदान के पायलट अध्ययन कार्यक्रम से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था MKE, और NIPA (C1515-1121-0003) और सर्वाधिक के एनआरएफ अनुदान (2012-0009249) की.
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
- Riccabona, M. Cystography in infants and children: a critical appraisal of the many forms with special regard to voiding cystourethrography. Eur. Radiol. 12 (12), 2910-2918 (2002).
- Khattar, N., Dorairajan, L. N., Kumar, S., Pal, B. C., Elangovan, S., Nayak, P. Giant obstructive megaureter causing contralateral ureteral obstruction and hydronephrosis: a first-time report. Urology. 74 (6), 1306-1308 (2009).
- Lim, R. Vesicoureteral reflux and urinary tract infection: evolving practices and current controversies in pediatric imaging. AJR Am. J. Roentgenol. 192 (5), 1197-1208 (2009).
- Scardapane, A., Pagliarulo, V., Ianora, A. A., Pagliarulo, A., Angelelli, G. Contrast-enhanced multislice pneumo-CT-cystography in the evaluation of urinary bladder neoplasms. Eur. J. Radiol. 66 (2), 246-252 (2008).
- Verpoorten, C., Buyse, G. M. The neurogenic bladder: medical treatment. Pediatr. Nephrol. 23 (5), 717-725 (2008).
- Ron, E. Let’s not relive the past: a review of cancer risk after diagnostic or therapeutic irradiation. Pediatr. Radiol. 32 (10), 739-744 (2002).
- Berrington De Gonzalez, A., Darby, S. Risk of cancer from diagnostic X-rays: estimates for the UK and 14 other countries. Lancet. 363 (9406), 345-351 (2004).
- Kim, C., Favazza, C., Wang, L. V. In vivo photoacoustic tomography of chemicals: high-resolution functional and molecular optical imaging at new depths. Chem. Rev. 110 (5), 2756-2782 (2010).
- Ke, H., Erpelding, T. N., Jankovic, L., Liu, C., Wang, L. V. Performance characterization of an integrated ultrasound, photoacoustic, and thermoacoustic imaging system. J. Biomed. Opt. 17 (5), 056010 (2012).
- Akers, W. J., Kim, C., Berezin, , et al. Noninvasive Photoacoustic and Fluorescence Sentinel Lymph Node Identification using Dye-Loaded Perfluorocarbon Nanoparticles. Acs Nano. 5 (1), 173-182 (2011).
- Jiao, S. L., Jiang, M. S., Hu, J., et al. Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging. Opt. Express. 18 (4), 3967-3972 (2010).
- Kim, C., Cho, E. C., Chen, J., et al. In vivo molecular photoacoustic tomography of melanomas targeted by bioconjugated gold nanocages. Acs Nano. 4 (8), 4559-4564 (2010).
- Kim, C., Song, H. M., Cai, X., Yao, J., Wei, A., Wang, L. V. In vivo photoacoustic mapping of lymphatic systems with plasmon-resonant nanostars. J. Mater. Chem. 21 (9), 2841-2844 (2011).
- Wang, X., Pang, Y., Ku, G., Xie, X., Stoica, G., Wang, L. V. Noninvasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional in vivo imaging of the brain. Nat. Biotechnol. 21 (7), 803-806 (2003).
- Xie, Z., Roberts, W., Carson, P., Liu, X., Tao, C., Wang, X. Evaluation of bladder microvasculature with high-resolution photoacoustic imaging. Opt. Lett. 36 (24), 4815-4817 (2011).
- Zhang, H. F., Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging. Nat. Biotechnol. 24 (7), 848-851 (2006).
- Kim, C., Jeon, M., Wang, L. V. Nonionizing photoacoustic cystography in vivo. Opt. Lett. 36 (18), 3599-3601 (2011).
- Homan, K., Kim, S., Chen, Y. S., Wang, B., Mallidi, S., Emelianov, S. Prospects of molecular photoacoustic imaging at 1064 nm wavelength. Opt. Lett. 35 (15), 2663-2665 (2010).
- Chang, S. L., Shortliffe, L. D. Pediatric urinary tract infections. Pediatr. Clin. N. Am. 53 (3), 379 (2006).
- Stratton, K. L., Pope, J. C., Adams, M. C., Brock, J. W., Thomas, J. C. . Implications of Ionizing Radiation in the Pediatric Urology. 183 (6), 2137-2142 (2010).
- Ermilov, S. A., Khamapirad, T., Conjusteau, A., et al. Laser optoacoustic imaging system for detection of breast cancer. J. Biomed. Opt. 14 (2), 024007 (2009).
- Erpelding, T. N., Kim, C., Pramanik, M., et al. Sentinel lymph nodes in the rat: noninvasive photoacoustic and US imaging with a clinical US system. Radiology. 256 (1), 102-110 (2010).
- Kim, C., Erpelding, T. N., Jankovic, L., Wang, L. V. Performance benchmarks of an array-based hand-held photoacoustic probe adapted from a clinical ultrasound system for non-invasive sentinel lymph node imaging. Philos. Transact. A. Math Phys. Eng. Sci. 369 (1955), 4644-4650 (1955).
- Kim, C., Song, K. H., Gao, F., Wang, L. V. Sentinel lymph nodes and lymphatic vessels: noninvasive dual-modality in vivo mapping by using indocyanine green in rats–volumetric spectroscopic photoacoustic imaging and planar fluorescence imaging. Radiology. 255 (2), 442-450 (2010).
- Kruger, R. A., Kiser, W. L., Reinecke, D. R., Kruger, G. A. Thermoacoustic computed tomography using a conventional linear transducer array. Medical Physics. 30 (5), 856-860 (2003).
- Kruger, R. A., Lam, R. B., Reinecke, D. R., Del Rio, S. P., Doyle, R. P. Photoacoustic angiography of the breast. Med. Phys. 37 (11), 6096-6100 (2010).
- Manohar, S., Kharine, A., Van Hespen, J. C., Steenbergen, W., Van Leeuwen, T. G. The Twente Photoacoustic Mammoscope: system overview and performance. Phys. Med. Biol. 50 (11), 2543-2557 (2005).
