Hand-Held fotoacústico clínico sistema de imagem para imagens de animais em tempo real não-invasiva pequenas
Summary
Um clínico fotoacústico portátil sistema de imagem será demonstrado para em tempo real imagens de animal pequena não-invasiva.
Abstract
Tradução de imagem fotoacústico para a clínica é um grande desafio. Sistemas de imagem portátil fotoacústico clínicos em tempo real são muito raros. Aqui, nós relatamos um combinado fotoacústico e ultra-som clínico sistema de imagem através da integração de uma sonda de ultra-som com luz entrega para geração de imagens de animal de pequena. Vamos demonstrar isso por mostrando imagens de linfonodo sentinela em pequenos animais juntamente com orientação minimamente invasiva agulha em tempo real. Uma plataforma de ultra-som clínico com acesso aos dados brutos de canal permite a integração de fotoacústico, levando a um portátil fotoacústico clínico em tempo real, sistema de imagem de imagem. Azul de metileno foi usado para a imagem latente de linfonodo sentinela no comprimento de onda de 675 nm. Além disso, orientação de agulha com dual modal ultrasom e imagem latente fotoacústico foi mostrada usando o sistema da imagem latente. Imagens de profundidade de até 1,5 cm foi demonstrada com um laser de 10 Hz em um fotoacústico taxa de quadros de 5 quadros por segundo de imagem.
Introduction
Para a detecção e estadiamento do câncer, diferentes técnicas de imagem estão disponíveis. Algumas das modalidades de imagem amplamente utilizadas são imagens de ressonância magnética (MRI), raio x tomografia computadorizada (CT), raio-x, ultra-som (US), tomografia por emissão de pósitrons (PET), fluorescência de imagem, etc.1,2, 3 , 4. mas, algumas das técnicas de imagem existentes ou são invasivos, radiações nocivas, ou lento, caro, volumosos ou hostil aos pacientes. Assim, há uma necessidade constante de desenvolver novas técnicas de imagem rápidas e econômicas para diagnóstico e terapia5.
Fotoacústico da imagem latente (PAI) é uma técnica de imagem emergente, que combina rico contraste óptico com ultra-som de alta resolução em um fundo de imagem profundidade5,6,7,8, 9. Pascoal, um pulso de laser curto é usado para a irradiação do tecido. A luz é absorvida pelo tecido que leva a um aumento de temperatura pequena. Devido à expansão termoelástica, ondas de pressão (sob a forma de ondas acústicas) são geradas dentro do tecido. As ondas acústicas geradas (também conhecido como ondas fotoacústico (PA)) são adquiridas com um transdutor de ultrassom wideband (UST) fora do limite do tecido. Estes sinais PA adquiridas podem ser usados para reconstruir imagens PA, revelando as informações estruturais e funcionais dentro do tecido. Pascoal tem uma ampla gama de aplicações, incluindo: vaso sanguíneo de imagem, imagem de linfonodo sentinela, visualização da vasculatura cerebral, imagem latente do tumor, imagem molecular, etc.10,11,12, 13,14,15 Pascoal tem numerosas aplicações por causa de suas vantagens, nomeadamente: profundidade de penetração mais profunda, boa resolução espacial e contraste elevado de tecidos moles. O contraste em Pascoal pode ser endógeno de sangue, melanina, etc. Quando o contraste endógeno não é forte o suficiente, agentes de contraste exógeno como corantes orgânicos, nanopartículas, pontos quânticos, etc.16,17,18,19, 20 , 21 pode ser usado para melhorar o contraste.
Embora Pascoal tem inúmeros benefícios em relação a outras técnicas de imagem, tradução clínica ainda é um desafio muito grande. As principais limitações são a natureza volumosa dos lasers sendo usado, a maioria das USTs usados para aquisição de dados não é compatíveI com sistemas clínicos dos EUA e a não disponibilidade de sistemas comercialmente disponíveis E.U. clínicas de imagem que dão acesso ao canal cru dados. Apenas recentemente, máquinas de E.U. clínicas comerciais com acesso aos dados brutos tornaram-se disponíveis22. Neste trabalho, pretendemos demonstrar a viabilidade do PAI com um set-up portátil usando uma plataforma de E.U. a clínica. Pretendemos demonstrar isso, mostrando a imagem não-invasivos de sentinela linfonodos (pecados) em um modelo animal pequeno.
Tumores de mama invasivo são uma das principais causas de morte de câncer entre as mulheres. Diagnóstico e estadiamento do cancro da mama no início são vital para decidir estratégias de tratamento, que desempenham um papel importante no prognóstico do paciente. Para mama câncer preparo biópsias de linfonodo sentinela (BLS) são geralmente utilizados23,24. SLN é o linfonodo primário onde a possibilidade de encontrar células cancerosas é o mais elevado devido a metástase. SLNBs envolve a injeção de um corante ou um traçador radioativo, seguido por abrir a área com uma pequena incisão e em seguida, localizando a SLN visualmente em caso de corantes ou com a ajuda de um contador de Geiger, no caso de um traçador radioativo. Após a identificação, alguns SLN são removidos para estudos histopatológicos24,25. BLS positivo indica que o tumor se espalhou para os linfonodos vizinhos e, talvez, para outros órgãos. BLS negativo indica que a probabilidade de metástase é negligenciável26. BLS tem inúmeras complicações associadas como dormência do braço, linfedema, etc.27 para eliminar as complicações BLS associados, é necessária uma técnica de imagem não-invasivos.
Para o mapeamento de SLN em pequenos animais e seres humanos, PA de imagem tem sido explorado extensivamente com a ajuda de contraste diferentes agentes15,28,29,30,31 , 32. no entanto, os sistemas utilizados atualmente não podem ser usados em um cenário clínico, como apontado anteriormente. Outra preocupação de ser abordada é o procedimento cirúrgico envolvido em BLS28. Adaptação de procedimentos minimamente invasivos para biópsia de aspiração de agulha fina (FNAB) era necessária para reduzir o tempo de recuperação e os efeitos colaterais dos pacientes. Neste trabalho, utilizou-se um sistema clínico de E.U. para imagem combinada de EUA e PA foi usada. Para facilidade de uso na configuração do clínico, um feito à mão titular para fibra óptica de habitação e UST foi projetado. Azul de metileno (MB) foi usado para identificação e mapeamento de pecados… Além disso, para eliminar as complicações associadas a cirurgia BLS, não-invasivo agulha em tempo real de controle também é demonstrada.
Protocol
Representative Results
Discussion
Atualmente, o custo de rastreio, diagnóstico e tratamento de câncer é muito alto. Existem diferentes modalidades que estão sendo utilizadas para o rastreio do cancro e diagnóstico de imagem. No entanto, um monte destas técnicas de imagem têm limitações, incluindo o tamanho da máquina volumosos, diagnóstico invasivo, inimizades para pacientes, muito caro, exigência de radiação ionizante, ou uso de agentes de contraste radioativo. Portanto, uma imagem eficiente, rentável, em tempo real e sistema de guiamento…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores gostaria de agradecer o apoio financeiro do Tier 1 bolsa de pesquisa financiado pelo Ministério da educação em Singapura (RG48/16: M4011617) e Tier 2 bolsa de pesquisa financiado pelo Ministério da educação em Singapura (ARC2/15: M4020238). Os autores gostaria de reconhecer o Dr. Rhonnie Áustria Dienzo por sua ajuda com animal manipulação.
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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