Foto akustik Sistografi
Summary
Foto akustik sistografi (PAC) herhangi bir iyonlaştırıcı radyasyon veya toksik kontrast madde kullanmadan idrar mesane, pediatrik hastalarda radyasyon hassas iç organ, harita için büyük bir potansiyele sahiptir. Burada sıçanlarda optik-opak izleyiciler bir enjeksiyon ile idrar mesane haritalama için PAC kullanımını göstermek<em> In vivo</em>.
Abstract
Bir radyo-opak boya kullanarak teşhis X-ray dayanmaktadır geleneksel çocuk sistografi,, zararlı iyonize radyasyon kullanımı muzdarip. Radyasyona maruz kalma nedeniyle çocuklarda mesane kanseri riski diğer birçok kanser daha önemlidir. Burada yakın kızılötesi (NIR) optik emiciler (yani metilen mavisi, plasmonik altın nano, veya tek duvarlı karbon nanotüpler kullanarak, foto akustik sistografi (PAC) olarak adlandırılan idrar mesane, bir İyonlaştırıcı olmayan ve invaziv olmayan foto akustik (PA) görüntüleme fizibilite göstermek ) bir optik-bulanık izleyici olarak. Biz başarılı bir karanlık alan konfokal PAC sistemi kullanarak optik emici maddeler ile dolu bir sıçan mesane görüntülendi var. Kontrast maddelerin transüretral enjeksiyon sonra, sıçan mesane önemli Pensilvanya sinyal geliştirme elde ederek photoacoustically görüntülendi. Birikimi spektroskopik PA görüntüleme ile doğrulandı. Ayrıca, sadece bir lazer darbe enerjisi kullanarakaz 1 mJ / cm 2 (güvenlik sınırı 1/20), mevcut görüntüleme sisteminin derinlikte metilen mavisi-dolu-rat-mesane eşlenebilmesi in vivo biyolojik dokularda 1 cm ötesine. In vivo ve ex vivo PA görüntüleme sonuçları hem de kontrast ajanlar doğal olarak idrar yoluyla atılır olduğunu doğrulamak. Bu nedenle, klinik çeviri kolaylaştıracak uzun vadeli toksik madde birikimine ilgili herhangi bir endişe vardır.
Introduction
X-ray sistografi 1, mesane kanseri, vezikoüreteral reflü, üreter tıkanması, nörojenik mesane, vb mesane ile ilgili hastalıklar belirlemek için bir görüntüleme süreçtir. 2-5 Tipik olarak, Idrara geçersiz ve bir radyo-opak madde bir ile enjekte edilir kateter. Daha sonra, floroskopi X-ray görüntüleri idrar mesane tanımlamak için elde edilir. Ancak, anahtar güvenlik sorunu zararlı iyonizan radyasyon Bu yordamda kullanılan olmasıdır. Buna ek olarak 0.6 1.8% tanısal röntgen aralıkları 75 yaş nedeniyle yaş. 6 kümülatif kanser riski yüzdesi, kanserojen tehdit pediatrik hastalarda önemlidir. Bir İngiliz çalışma 9 önemli iç organları arasında, X-ışınları tanı arasında ortalama yıllık radyasyon dozu erkek çocuklarda 4 daha az ve en yüksek ikinci en az 4 kız çocuklarda mesane en yüksek olduğunu gösterdi. 7. Bu, mesane kanseri riskini göstermektedir pediatrik hastalarda en önemlidir. Although pediatrik radyolog makul olarak elde, iyonize radyasyon tamamen göz ardı edilemez gibi düşük radyasyona maruz kalma oranını azaltmak için çaba. Bu nedenle, sınırlama sistografi içinde radyoaktif olmayan kontrast madde ile tamamen radyasyon içermeyen, hassas maliyet-etkin ve yüksek çözünürlüklü görüntüleme yöntemi için bir ihtiyaç yaratır.
PAT güçlü optik soğurma kontrast ve biyolojik dokularda yüksek ultrasonik uzaysal çözünürlük sağlayabilir çünkü son, foto akustik tomografi (PAT) önde gelen biyomedikal görüntüleme yöntemi haline gelmiştir. PAT 8 ilkesidir ultrasonik dalgalar nedeniyle hedef termoelastik genişlemesine neden olduğunu ışık emme izledi. Tespit ederek bir orta, iki veya üç boyutlu foto akustik (PA) görüntüleri ile seyahat akustik dalgalar zamana bağımlı oluşur. Ultrason (US) ışığı (tipik olarak büyüklükte iki ya da üç order) ile karşılaştırıldığında çok daha az dağınık dokularda olduğundanuzaysal çözünürlük görüntüleme derinliği 1/200 korunurken PAT görüntüleme derinliği, dokularda ~ 8 cm kadar ulaşabilir sistografik uygulama için PAT 9 önemli avantajları şunlardır:. (1) PAT iyonize tamamen ücretsiz radyasyon. (2) ClinicalUSimaging sistemleri kolayca çift-modlu bir PA ve US görüntüleme özellikleri sağlamak için adapte edilebilir. Böylece, çift modlu PA / ABD görüntüleme sistemi hızlı klinik çeviri için temel kriterler olan, nispeten, taşınabilir maliyet-etkin ve hızlı olabilir. Endojen ve eksojen kontrast her ikisini de kullanarak, PAT tümör fizyopatolojisi, beyin hemodinamik, iç organları, göz, anjiyografi, vb çalışma dokuların yüksek çözünürlüklü, morfolojik fonksiyonel ve moleküler görüntüleme sağlamıştır. 10-16
Bu yazıda, yakın kızılötesi (NIR) optik emiciler (yani metilen mavisi, gitmek kullanarak İyonlaştırıcı olmayan foto akustik sistografi deneysel protokolleri (PAC) göstermektoksik olmayan optik-bulanık izleyiciler olarak ld nanocages, ya da tek duvarlı karbon nanotüpler). Kontrast madde ile dolu sıçan mesane photoacoustically ve spektroskopik in vivo olarak tarif edildi. Herhangi bir etken ısrarla sıçanların mesane ve böbreklerde biriken. Bu nedenle, madde birikimi neden olabilir uzun dönem toksisite dışı bırakılabilir. Bu sonuç, optik emiciler kombinasyonu ile PAC potansiyel çocuk hastalar için gerçekten zararsız sistografik yöntemi olabilir anlamına gelir. Sistem yapılandırması, sistem uyum ve in vivo / ex vivo görüntüleme yöntemleri bu makalede açıklanan.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sonuç olarak, in vivo bir sıçan modelinde toksik olmayan optik emiciler kullanarak PAC noniyonize olasılığını göstermiştir. Biz başarıyla İyonlaştırıcı olmayan ve invaziv olmayan PAC sistemi kullanılarak optik emiciler dolu bir sıçan mesane görüntülendi var. Iki kritik güvenlik sorunları yaklaşımımızda çözüldü: (1) sistografik uygulamaları ve vücutta kontrast ajanlar (2) hiçbir birikimi için İyonlaştırıcı olmayan radyasyon kullanımı.
Klini…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Buffalo Klinik ve Translasyonel Araştırma Merkezi'nde Üniversitesi ve Buffalo Translasyonel Konsorsiyumu, Buffalo Üniversitesi, BT Consilience Yaratıcı Programı Roswell Park Alliance Vakfı, başlangıç fonlarından bir hibe pilot çalışmalar programından hibe kısmen desteklenmiştir MKE ve NIPA (C1515-1121-0003) ve EBTB UÇK hibe (2012-0009249) değildir.
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).
