血管研究における機能イメージングのためのマルチスペクトル光音響断層撮影
Summary
本プロトコルは、 インビボ ヒト皮膚血管系のマルチスペクトル光音響画像の取得を記載する。これらには、機能分析の対象となる発色団と見なされるヘモグロビンとメラニンの定量が含まれます。
Abstract
微小循環障害は、さまざまな疾患プロセスで認識されており、血管研究におけるこの成長テーマの根底にあります。近年、ライブイメージングシステムの開発は、臨床的関心と応用を備えたリアルタイムで定量化可能なエンドポイントを提供できる新しい機器を作成することを目的として、基礎研究と臨床研究の両方で(分析)ペースを設定しました。近赤外分光法(NIRS)、陽電子放出断層撮影法(PET)、コンピューター断層撮影法(CT)、磁気共鳴画像法(MRI)などの技術が利用可能ですが、コスト、画像の解像度、およびコントラストの低下が共通の課題として認識されています。光音響断層撮影(OT)は、最先端の光吸収および空間分解能容量(マイクロメートルの光学分解能からミリメートルの音響分解能まで)と組織の深さを組み合わせた、血管機能イメージングの新しい視点を提供します。本研究では、マルチスペクトル光音響断層撮影(MSOT)の機能イメージングへの適用性を検証しました。このシステムは、Nd:YAGレーザーによって励起される調整可能な光パラメトリック発振器(OPO)を使用し、680nmから980nmの波長で3Dプローブによって感知された励起パルスを提供します。人間の前腕から得られた画像は、特定の発色団の応答に基づいて、特定のアルゴリズム(メーカーのソフトウェア内で提供される)によって再構築されました。最大酸素化ヘモグロビン(Max HbO2)および脱酸素化ヘモグロビン(Max Hb)、総ヘモグロビン(HbT)、および血管密度(μVu)、ユニット間平均距離(ζAd)、および毛細血管血液量(mm3)に対する平均酸素飽和度(mSO2)をこのシステムを使用して測定できます。このOTシステムで見られる適用可能性は関連しています。継続的なソフトウェア開発により、このイメージングシステムの有用性は確実に向上します。
Introduction
心血管疾患は世界中で再発する死因のトップであり、あらゆる医療システムにとって大きな負担となっています1,2。テクノロジーは、心臓と血管の基本的な病態生理学の理解の拡大に大きく貢献しており、より正確な診断ツールと、病気の早期発見とより効果的な管理の可能性を提供しています。イメージング技術は、心臓および主要血管の性能を測定するだけでなく、はるかに小さなスケールで、毛細血管密度、局所灌流および体積、および内皮機能障害などの特性を計算する可能性を提供します。これらの技術は、直接的な臨床応用を伴う血管生物学への最初の定量的洞察を提供しました。毛細血管密度、局所灌流の減少、または閉塞の変化は虚血状態に対応している可能性が高く、イメージングの役割の増大を説明するのに役立ち、心血管の研究と実践に不可欠なツールになります3,4,5。
近年、機能イメージングは、超音波(米国)近赤外分光法(NIRS)、陽電子放出断層撮影(PET)、コンピューター断層撮影(CT)、および磁気共鳴画像法(MRI)をいくつかのよく知られた例として、技術革新のペースを設定してきました。ただし、コストや患者の安全性(および快適性)から画像のコントラストや解像度まで、複数の懸念がアプリケーションを制限しています6,7。光音響断層撮影(OT)は、最近、光学ベースの血管研究における新しい方向性として浮上しています。この技術は、超短レーザーパルスに衝突した組織の熱弾性膨張によって発生する超音波の検出を中心に、以前から知られています6,8。熱発生と組織膨張のこの物理的反応は、超音波トランスデューサによって検出された音響信号を呼び起こします。可視から近赤外までの光のパルスを使用し、音響背景信号がないことは、分解能の深さに利益をもたらします。検出されたコントラストは、存在する最も重要な発色団(ヘモグロビンまたはメラニン)から生じます。他の技術と比較して、OTには、(1)コントラストを必要としない(ラベルフリーイメージング)、(2)超音波検査よりもアーティファクトが少なくコントラストと解像度が優れている、(3)価格が低く、取得が速く、操作が簡単であるという利点があります6,9,10,11。
マルチスペクトル光音響断層撮影(MSOT)は、最新世代のOT機器の1つです。励起パルスを提供するNd:YAGレーザーによって励起された調整可能な光パラメトリック発振器(OPO)で構築された3D画像は、680nmから980nmまでの波長の高周波超音波励起パルスから最大50Hzの繰り返し速度で検出された時間分解信号によって取得されます12。光音響イメージングプラットフォームは、さまざまな発色団を詳細に定量化します(わずか15 mm)。HbO2、Hb、メラニンなどの変数に簡単にアクセスできます。最大酸素化ヘモグロビン(Max HbO2)や脱酸素化ヘモグロビン(Max Hb)など、関心のある他の変数も利用できます。メーカーのソフトウェアからの再構成アルゴリズムにより、血管密度(μVu)、ユニット間平均距離(ζAd)、毛細血管容積(mm3)などの他の変数を計算できます。
本研究では、この新しいシステムの本質的な運用面を探り、心臓血管の前臨床研究におけるその実用性と潜在的なアプリケーションをよりよく理解します。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルは、3Dカッププローブの安定化に必要な適切な位置決め(参加者、プローブ)から画像取得、ROI選択、画像の再構成と分析まで、この新しい光音響イメージング機器を操作するための実用的な要件と見なされる作業手順を強調しています。
提案された実験的アプローチは、動的条件下で得られた画像と一緒に「瞬間的な」取得を使用して、in vivoヒト血…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、研究中の技術のALIESおよびCOFACの主要プロバイダー、およびCBIOSへの助成金UIDB/04567/2020を通じてFundaçãopara a Ciência e a Tecnologia(FCT)によって資金提供されています。
Materials
| Cuff | PIC | 107001 | |
| Drapes | Pajunk | 021151-1501 | |
| Ethanol 70% | Sigma Aldrich | EX0281 | |
| Gogless | Univet | 559G.00.00.201 | |
| Kimwipes | Amoos | 5601856202331.00 | |
| MSOT | iThera | MSOTAcuity | |
| Stabilizing arm | ITEM | Self designed and assemble | |
| Ultrasound gel | Parker Laboratories | 308 | |
| Waxing cream | Veet | kkdg08hagd |
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