Mano clinico fotoacustico sistema di Imaging per Imaging animale piccolo Non-invasivo in tempo reale
Summary
Una clinica fotoacustico palmare sistema di imaging sarà dimostrato per imaging animale piccolo non-invasivo in tempo reale.
Abstract
Traduzione di fotoacustico imaging in clinica è una sfida importante. Sistemi di imaging palmare fotoacustico clinica in tempo reale sono molto rari. Qui, segnaliamo un combinato fotoacustico e imaging sistema integrando una sonda ecografica con luce consegna per piccoli animali imaging clinico a ultrasuoni. Dimostriamo questa da risultati di imaging di linfonodo sentinella nei piccoli animali insieme con guida mininvasiva dell’ago in tempo reale. Una piattaforma di ecografia clinica con accesso ai dati grezzi canale consente l’integrazione di fotoacustico imaging che porta ad un palmare fotoacustico clinica in tempo reale sistema di imaging. Blu di metilene è stato utilizzato per l’imaging di linfonodo sentinella a 675 Nm. Inoltre, orientamento dell’ago con doppio ultrasuono modale e fotoacustico imaging è stata indicata utilizzando il sistema di imaging. Formazione immagine di profondità fino a 1,5 cm è stata dimostrata con un laser di 10 Hz a un fotoacustico imaging 5 fotogrammi al secondo.
Introduction
Per la rilevazione e la stadiazione del tumore, sono disponibili diverse tecniche di imaging. Alcune delle modalità di imaging ampiamente usate sono la formazione immagine a risonanza magnetica (MRI), tomografia computerizzata a raggi x (CT), raggi x, ultrasuoni (US), tomografia a emissione di positroni (PET), fluorescenza imaging, ecc.1,2, 3 , 4. ma, alcune di tecniche di imaging esistenti non sono invasivi, hanno radiazioni nocive, o sono lenti, costosi, ingombranti o ostile ai pazienti. Così, c’è una costante necessità di sviluppare nuove tecniche di imaging veloce e conveniente per diagnostica e terapia5.
Fotoacustico imaging (PAI) è una tecnica di imaging emergente, che combina ricco contrasto ottico con ultrasuoni ad alta risoluzione a una più profonda formazione immagine profondità5,6,7,8, 9. A PAI, un impulso breve laser viene utilizzato per l’irradiazione del tessuto. La luce viene assorbita dal tessuto che conduce a un piccolo aumento di temperatura. A causa dell’espansione termoelastiche, onde di pressione (sotto forma di onde acustiche) vengono generate all’interno del tessuto. Le onde acustiche generate (noto anche come onde fotoacustico (PA)) vengono acquisite con un trasduttore di ultrasuoni a banda larga (UST) all’esterno del contorno di tessuto. Questi segnali acquisiti di PA possono essere utilizzati per ricostruire immagini di PA, rivelando le informazioni strutturali e funzionali all’interno del tessuto. PAI è una vasta gamma di applicazioni, tra cui: vaso sanguigno imaging, imaging di linfonodo sentinella, imaging sistema vascolare cerebrale, tumore imaging, imaging molecolare, ecc.10,11,12, 13,14,15 PAI ha numerose applicazioni per i suoi vantaggi, vale a dire: profondità di penetrazione più profonda, buona risoluzione spaziale e contrasto alto e morbido del tessuto. Il contrasto a PAI può essere endogeno da sangue, melanina, ecc. Quando il contrasto endogeno non è abbastanza forte, agenti di contrasto esogeni come coloranti organici, nanoparticelle, punti quantici, ecc.16,17,18,19, 20 , 21 può essere utilizzato per migliorare il contrasto.
Anche se PAI ha numerosi vantaggi rispetto a altre tecniche di imaging, traduzione clinica è ancora una sfida molto grande. Le principali limitazioni sono ingombranti i laser utilizzato, la maggior parte di UST utilizzato per l’acquisizione dati non sono compatibile con sistemi clinici di Stati Uniti e la mancata disponibilità di commercialmente disponibile cliniche sistemi di imaging a US che danno accesso al canale crudo dati. Solo recentemente, macchine US clinici commerciali con accesso ai dati grezzi sono diventati disponibili22. In questo lavoro, ci proponiamo di dimostrare la fattibilità di PAI con un set-up palmare utilizza una piattaforma clinica. Ci proponiamo di dimostrare questo mostrando imaging non-invasivo della sentinella linfonodi (sln) in un modello animale piccolo.
I tumori al seno invasivi sono una delle principali cause di morte per cancro tra le donne. Diagnosi e stadiazione del cancro al seno precoce è fondamentale per decidere le strategie di trattamento, che svolgono un ruolo importante nella prognosi del paziente. Per il seno cancro gestione temporanea biopsie di linfonodo sentinella (SLNB) sono di solito utilizzati23,24. SLN è il primario di linfonodo, dove la possibilità di trovare le cellule tumorali è il più alto dovuto la metastasi. SLNBs coinvolgere iniettando un colorante o un tracciante radioattivo, seguita da taglio aperto la zona con una piccola incisione e quindi individuando lo SLN visivamente in caso di coloranti o con l’aiuto di un contatore Geiger, in caso di un tracciante radioattivo. Dopo l’identificazione, SLN pochi vengono rimossi per gli studi istopatologici24,25. SLNB positivo indica che il tumore ha metastatizzato ai linfonodi vicini e forse ad altri organi. SLNB negativo indica che la probabilità della metastasi è trascurabile26. SLNB ha numerose complicazioni connesse con esso come intorpidimento del braccio, linfedema, ecc27 per eliminare le complicazioni SLNB associati, è necessaria una tecnica di imaging non invasivo.
Per la mappatura di SLN in piccoli animali e gli esseri umani, PA di imaging è stato esplorato estesamente con l’aiuto di contrasto diversi agenti15,28,29,30,31 , 32. Tuttavia, i sistemi utilizzati attualmente non possono essere utilizzati in uno scenario clinico, come sottolineato in precedenza. Un altro problema da affrontare è la procedura chirurgica coinvolti in SLNB28. Adattare le procedure minimamente invasive per la biopsia di aspirazione fine dell’ago (FNAB) era necessario per ridurre il tempo di recupero e gli effetti collaterali dei pazienti. In questo lavoro, è stato utilizzato un sistema di Stati Uniti clinico per formazione immagine unita di Stati Uniti e PA è stata usata. Per facilità d’uso nell’impostazione clinica, una misura palmare porta per fibra ottica alloggiamento e UST è stato progettato. Blu di metilene (MB) è stato utilizzato per l’identificazione e la mappatura sln. Inoltre, per eliminare le complicazioni connesse con la chirurgia SLNB, dell’ago in tempo reale non invasivo di monitoraggio è anche dimostrato.
Protocol
Representative Results
Discussion
Attualmente il costo di screening, diagnosi e trattamento del cancro è molto elevato. Ci sono diverse modalità che vengono utilizzate per lo screening del cancro e diagnosi di formazione immagine. Tuttavia, un sacco di queste tecniche di imaging hanno limitazioni tra cui dimensione macchina ingombrante, diagnosi invasiva, tornando a pazienti, troppo costoso, requisito di radiazione ionizzante, o uso di agenti di contrasto radioattivo. Di conseguenza, un imaging efficiente, conveniente e in tempo reale e sistema di guid…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori si desidera ringraziare il sostegno finanziario dal Tier 1 assegno di ricerca finanziato dal Ministero dell’istruzione in Singapore (RG48/16: M4011617) e Tier 2 assegno di ricerca finanziato dal Ministero della pubblica istruzione a Singapore (ARC2/15: M4020238). Gli autori desidera ringraziare il Dr. Paolo Austria Dienzo per il suo aiuto con animale movimentazione.
Materials
| Q-switched Nd:YAG laser | Continuum | Surelite | Pump laser |
| Optical parametric oscillator | Continuum | OPO laser | |
| Clinical ultrasound imaging system | Alpinion | E-CUBE 12R | Dual modal ultrasound and photoacoustic imaging system |
| Linear array ultrasound transducer | Alpinion | L3-12 | 128 element linear array transducer with centre frequency of 8.5 MHz, fractional bandwidth of 95%, |
| Bifurcated optical fiber | CeramOptec | Custom made | To couple the light from the laser to the handheld fiber holder |
| Lens | Thorlabs | LB1869 | Focus light from the laser to the optical fiber |
| Ultrasound gel | Progress/parker acquasonic gel | PA-GEL-CLEA-5000 | Acoustic coupling |
| Image Processing software | Mathworks | Matlab | Home made program using Matlab |
| Anesthetic Machine | medical plus pte ltd | Non-Rebreathing Anaesthesia machine with oxygen concentrator. | Supplies oxygen and isoflurane to animal |
| Pulse Oxymeter portable | Medtronic | PM10N with veterinary sensor | Monitors the pulse oxymetry of the animal |
| Animal distributor | In Vivos Pte Ltd, Singapore | Animal distributor that supplies small animals for research purpose. | |
| Breathing mask | Custom made | Used along with animal holder to supply anesthesia mixture to the animal | |
| chicken breast tissue | Pasar | Used to add depth to mimic human imaging scenario | |
| 23G needle | BD Precisionglide | 23G,1 and half inch | Used for realtime needle guidance |
| Holder for the fiber optic cable | Custom made | To hold the input end of the bifurcated cable | |
| Handheld probe | Custom made 3D printed | With two slots for the two output ends of the optical fiber and one slot for the ultrasound transducer | |
| Methylene blue (10 mg/mL) | Sterop | Contrast agent for PA imaging | |
| Laser tuning software | Surelite OPO PLUS | SLOPO | Software to tune the wavelength of OPO laser |
| Photodiode | Thorlabs | SP05/M | To detect the laser pulse to trigger the ultrasound system |
| Photodiode bias module | Thorlabs | PBM42 | To amplify the photodiode signal to tigger ultrasound signal |
| Depilatory cream | Reckitt Benckiser | Veet | Used to remove hair from the imaging area |
| Laser power meter | Ophir | Starlite, p/n: 7Z01565 | Used to measure the laser power |
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