اليد التنظير السريرية نظام تصوير للوقت الحقيقي تصوير الحيوانات الصغيرة غير الغازية
Summary
سوف يتجلى التنظير يده سريرية نظام تصوير للوقت الحقيقي تصوير الحيوانات الصغيرة غير الغازية.
Abstract
ترجمة تصوير التنظير إلى العيادة يشكل تحديا رئيسيا. نظم التصوير المحمولة التنظير السريرية في الوقت الحقيقي نادرة جداً. هنا، نحن التقرير الجمع بين التنظير والموجات فوق الصوتية السريرية نظام التصوير من خلال دمج مسبار الموجات فوق الصوتية مع التسليم الخفيفة لتصوير الحيوانات الصغيرة. ونحن تثبت هذا بعرض تصوير العقدة الليمفاوية الحارس في الحيوانات الصغيرة جنبا إلى جنب مع التوجيه كسبها إبرة في الوقت الحقيقي. منصة سريرية بالموجات فوق الصوتية مع إمكانية الوصول إلى البيانات الخام قناة يسمح تكامل التنظير التصوير مما يؤدي إلى التنظير سريرية في الوقت الحقيقي يده، نظام التصوير. تم استخدام الميثيلين الأزرق لتصوير العقدة الليمفاوية الحارس في الطول الموجي نانومتر 675. بالإضافة إلى ذلك، تبين إبرة التوجيه مع المزدوج مشروط بالموجات فوق الصوتية والتصوير بالتنظير باستخدام نظام التصوير. تصوير عمق يصل إلى 1.5 سم تجلى بليزر 10 هرتز في التنظير التصوير معدل الإطار 5 إطارات في الثانية الواحدة.
Introduction
لكشف والتدريج للسرطان، تتوفر تقنيات التصوير المختلفة. بعض طرائق التصوير المستخدمة على نطاق واسع هي التصوير بالرنين المغناطيسي (التصوير بالرنين المغناطيسي)، والأشعة السينية المقطعي (CT)، الأشعة السينية، الموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة)، والتصوير المقطعي بالبوزيترون (PET)، والأسفار التصوير، إلخ1،2، 3 , 4. ولكن، بعض تقنيات التصوير الموجودة أما الغازية، يكون الإشعاع الضار، أو بطيئة ومكلفة وضخمة، أو ودي للمرضى. ومن ثم، هناك حاجة مستمرة لتطوير جديدة وتقنيات التصوير وسريعة وفعالة من حيث التكلفة ل التشخيص والعلاج5.
التنظير التصوير (PAI) وهي تقنية تصوير ناشئة، الذي يجمع بين تباين بصرية غنية بالموجات فوق الصوتية عالية في أعمق تصوير عمق5،6،،من78، 9. في PAI، يتم استخدام نبضة ليزر قصيرة تشعيع الأنسجة. يحصل على استيعاب الضوء بالانسجة مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة صغيرة. نظراً للتوسع في ثيرمولاستيك، تتولد موجات الضغط (في شكل الموجات الصوتية) داخل الأنسجة. يتم الحصول على الموجات الصوتية التي تم إنشاؤها (يعرف أيضا باسم موجات التنظير (السلطة الفلسطينية)) مع محول بالموجات فوق الصوتية الاتساع (أوست) خارج حدود الأنسجة. يمكن استخدام هذه الإشارات المكتسبة من السلطة الفلسطينية لإعادة بناء السلطة الفلسطينية الصور، والكشف عن المعلومات الهيكلية والوظيفية داخل الأنسجة. الباي لديها مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك: تصوير الأوعية الدموية، وتصوير العقدة الليمفاوية الحارس، تصوير المفرج الدماغ، تصوير الأورام، التصوير الجزيئي، إلخ10،،من1112، 13،،من1415 الباي له العديد من التطبيقات بسبب مزاياه، إلا وهي: عمق تغلغل أعمق والقرار المكانية جيدة، والأنسجة اللينة عالية التباين. يمكن أن يكون التباين في PAI الذاتية من الدم، الميلانين، إلخ. عندما التباين الذاتية ليست قوية بما يكفي، عوامل التباين خارجية مثل الأصباغ العضوية، والجسيمات النانوية، والكم النقاط، إلخ16،17،،من1819، 20 , 21 يمكن استخدامها لتحسين التباين.
على الرغم من أن أي فوائد عديدة بالنسبة إلى غيرها من تقنيات التصوير، الترجمة السريرية ما زال يشكل تحديا كبيرا جداً. القيود الرئيسية هي طبيعة ضخمة من أشعة الليزر المستخدمة، ومعظم أوستس المستخدمة للحصول على البيانات غير متوافقة مع نظم الولايات المتحدة السريرية، وعدم توافر المتاحة تجارياً السريرية الولايات المتحدة نظم التصوير الذي منح حق الوصول إلى القناة الخام البيانات. إلا في الآونة الأخيرة، أصبحت آلات الولايات المتحدة السريرية التجارية مع الوصول إلى البيانات الأولية المتاحة22. في هذا العمل، ونحن نهدف إلى إثبات جدوى الباي مع هيكل المحمولة باستخدام منصة سريرية في الولايات المتحدة. ونحن نهدف إلى إثبات هذا بعرض تصوير غير الغازية للحارس الليمفاوية (سلنس) في نموذج حيوانات صغيرة.
أورام الثدي الغازية واحدة من الأسباب الرئيسية للموت من السرطان بين النساء. تشخيص والتدريج سرطان الثدي في وقت مبكر أمر حيوي لتحديد استراتيجيات المعالجة، التي تلعب دوراً مهما في تشخيص المريض. للثدي السرطان التدريج الحارس العقدة الليمفاوية خزعات (سلنب) عادة تستخدم23،24. SLN العقدة الليمفاوية الأولية حيث هو إمكانية إيجاد خلايا السرطان أعلى بسبب ورم خبيث. سلنبس تشمل الحقن صبغة أو تتبع مشعة، تليها قطع مفتوحة في المنطقة مع شق صغير، وثم تحديد موقع SLN بصريا في حالة الصبغات أو بالمساعدة من عداد غايغر، في حالة الراسم مشعة. بعد تحديد، تتم إزالة SLN بضع دراسات نسيجية24،25. سلنب إيجابية تشير إلى أن الورم قد انتشر إلى الغدد الليمفاوية القريبة، وربما إلى الأجهزة الأخرى. سلنب سلبي يشير إلى أن احتمال ورم خبيث لا تذكر26. سلنب العديد المضاعفات المرتبطة به مثل خدر الذراع، اللمفية إلخ27 للقضاء على التعقيدات المرتبطة سلنب، هناك حاجة إلى تقنية تصوير غير الغازية.
لتعيين SLN في البشر والحيوانات الصغيرة، السلطة الفلسطينية التصوير تم استكشافها على نطاق واسع مع المساعدة من التباين مختلف وكلاء15،،من2829،30،31 , 32-ومع ذلك، لا يمكن استخدام النظم المستخدمة حاليا في سيناريو السريري كما سبقت الإشارة. هو مصدر قلق آخر معالجة العملية الجراحية المتورطين في سلنب28. تكييف الإجراءات كسبها لغرامة إبرة تطلع خزعة ضروري (فناب) لتقليل وقت الاسترداد والآثار الجانبية للمرضى. تم استخدام نظام الولايات المتحدة سريرية في هذا العمل، لكان يستخدم التصوير الجمع بين الولايات المتحدة والسلطة الفلسطينية. لسهولة الاستخدام في الإعداد السريرية، مخصص بيده صمم حامل للإسكان الألياف الضوئية واوست. الميثيلين الأزرق (ميغابايت) كانت تستخدم لتحديد ورسم خرائط سلنس. بالإضافة إلى ذلك، للقضاء على المضاعفات المرتبطة بعملية جراحية سلنب، وغير الغازية إبرة في الوقت الحقيقي تتبع يتجلى أيضا.
Protocol
Representative Results
Discussion
تكلفة الفحص والتشخيص والعلاج من السرطان حاليا عالية جداً. وهناك مختلف الطرائق التي تستخدم للكشف عن السرطان والتشخيص التصوير. بيد أن الكثير من تقنيات التصوير هذه القيود بما في ذلك حجم آلة ضخمة، وتشخيص الغازية، واﻹغراق متطلب المرضى، مكلفة للغاية، من الإشعاع المؤين، أو استخدام عوامل التبا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يود المؤلفون أن تقر بالدعم المالي من الطبقة 1 منحة البحوث الممولة من وزارة التعليم في سنغافورة (RG48/16: M4011617) والطبقة 2 منحة بحثية ممولة من وزارة التربية والتعليم في سنغافورة (ARC2/15: M4020238). الكتاب يود أن ينوه “الدكتور رون دينزو النمسا” لمساعدته مع التعامل مع الحيوانات.
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 |
References
- Yun, S. H., Kwok, S. J. Light in diagnosis, therapy and surgery. Nat. Biomed. Eng. 1, 0008 (2017).
- Tseng, J., et al. Clinical accuracy of preoperative breast MRI for breast cancer. J. Surg. Oncol. , (2017).
- Baran, P., et al. Optimization of propagation-based x-ray phase-contrast tomography for breast cancer imaging. Phys. Med. Biol. 62 (6), 2315 (2017).
- Huzarski, T., et al. Screening with magnetic resonance imaging, mammography and ultrasound in women at average and intermediate risk of breast cancer. Hered. Cancer Clin. Pract. 15 (1), 4 (2017).
- Upputuri, P. K., Pramanik, M. Recent advances toward preclinical and clinical translation of photoacoustic tomography: a review. J. Biomed. Opt. 22 (4), 041006 (2017).
- Wang, L. V., Yao, J. A practical guide to photoacoustic tomography in the life sciences. Nat. Methods. 13 (8), 627-638 (2016).
- Wang, L. V., Gao, L. Photoacoustic microscopy and computed tomography: from bench to bedside. Annu Rev Biomed Eng. 16, 155-185 (2014).
- Beard, P. Biomedical photoacoustic imaging. Interface Focus. 1 (4), 602-631 (2011).
- Yao, J., Wang, L. V. Photoacoustic tomography: fundamentals, advances and prospects. Contrast Media Mol Imaging. 6 (5), 332-345 (2011).
- Hai, P., et al. Label-free high-throughput detection and quantification of circulating melanoma tumor cell clusters by linear-array-based photoacoustic tomography. J. Biomed. Opt. 22 (4), 041004 (2017).
- Upputuri, P. K., Kalva, S. K., Moothanchery, M., Pramanik, M. Pulsed laser diode photoacoustic tomography (PLD-PAT) system for fast in vivo imaging of small animal brain. Proc Spie. , (2017).
- Fakhrejahani, E., et al. Clinical report on the first prototype of a photoacoustic tomography system with dual illumination for breast cancer imaging. PLoS One. 10 (10), e0139113 (2015).
- Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs. Science. 335 (6075), 1458-1462 (2012).
- Pan, D., et al. Molecular photoacoustic imaging of angiogenesis with integrin-targeted gold nanobeacons. FASEB J. 25 (3), 875-882 (2011).
- Erpelding, T. N., et al. Sentinel Lymph Nodes in the Rat : Noninvasive Photoacoustic and US imaging with a clinical US system. Radiology. 256 (1), 102-110 (2010).
- Gawale, Y., et al. Carbazole-Linked Near-Infrared Aza-BODIPY Dyes as Triplet Sensitizers and Photoacoustic Contrast Agents for Deep-Tissue Imaging. Chem. Eur. J. 23 (27), 6570-6578 (2017).
- Sivasubramanian, K., et al. Near Infrared light-responsive liposomal contrast agent for photoacoustic imaging and drug release applications. J. Biomed. Opt. 22 (4), 041007 (2017).
- Huang, S., Upputuri, P. K., Liu, H., Pramanik, M., Wang, M. A dual-functional benzobisthiadiazole derivative as an effective theranostic agent for near-infrared photoacoustic imaging and photothermal therapy. J. Mater. Chem. B. 4 (9), 1696-1703 (2016).
- Huang, S., Kannadorai, R. K., Chen, Y., Liu, Q., Wang, M. A narrow-bandgap benzobisthiadiazole derivative with high near-infrared photothermal conversion efficiency and robust photostability for cancer therapy. Chem. Comm. 51 (20), 4223-4226 (2015).
- Wu, D., Huang, L., Jiang, M. S., Jiang, H. Contrast Agents for Photoacoustic and Thermoacoustic Imaging: A Review. Int. J. Mol. Sci. 15 (12), 23616-23639 (2014).
- Pramanik, M., Swierczewska, M., Green, D., Sitharaman, B., Wang, L. V. Single-walled carbon nanotubes as a multimodal-thermoacoustic and photoacoustic-contrast agent. J. Biomed. Opt. 14 (3), 034018 (2009).
- Kim, J., et al. Programmable Real-time Clinical Photoacoustic and Ultrasound Imaging System. Sci. Rep. 6, 35137 (2016).
- McMasters, K. M., et al. Sentinel lymph node biopsy for breast cancer: a suitable alternative to routine axillary dissection in multi-institutional practice when optimal technique is used. J. Clin. Oncol. 18 (13), 2560-2566 (2000).
- Krag, D., et al. The sentinel node in breast cancer – a multicenter validation study. N. Engl. J. Med. 339 (14), 941-946 (1998).
- Borgstein, P. J., Meijer, S., Pijpers, R. Intradermal blue dye to identify sentinel lymphnode in breast cancer. The Lancet. 349 (9066), 1668-1669 (1997).
- Ung, O. A., South, N., Breast, W., Hospital, W. Australasian Experience and Trials in Sentinel Lymph Node Biopsy: The RACS SNAC Trial. Asian J. Surg. 27 (4), 284-290 (2004).
- Purushotham, A. D., et al. Morbidity after sentinel lymph node biopsy in primary breast cancer: results from a randomized controlled trial. J. Clin. Oncol. 23 (19), 4312-4321 (2005).
- Kim, C., et al. Handheld array-based photoacoustic probe for guiding needle biopsy of sentinel lymph nodes. J. Biomed. Opt. 15 (4), 046010 (2010).
- Garcia-Uribe, A., et al. Dual-Modality Photoacoustic and Ultrasound Imaging System for Noninvasive Sentinel Lymph Node Detection in Patients with Breast Cancer. Sci. Rep. 5, 15748 (2015).
- 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).
- Pan, D., et al. Near infrared photoacoustic detection of sentinel lymph nodes with gold nanobeacons. Biomaterials. 31 (14), 4088-4093 (2010).
- Song, K. H., Kim, C., Cobley, C. M., Xia, Y., Wang, L. V. Near-infrared gold nanocages as a new class of tracers for photoacoustic sentinel lymph node mapping on a rat model. Nano Lett. 9 (1), 183-188 (2009).
- Sivasubramanian, K., Periyasamy, V., Wen, K. K., Pramanik, M. Optimizing light delivery through fiber bundle in photoacoustic imaging with clinical ultrasound system: Monte Carlo simulation and experimental validation. J. Biomed. Opt. 22 (4), 041008 (2017).
- Sivasubramanian, K., Pramanik, M. High frame rate photoacoustic imaging at 7000 frames per second using clinical ultrasound system. Biomed. Opt. Express. 7 (2), 312-323 (2016).
- Laser Institute of America. American National Standard for Safe Use of Lasers. ANSI Standard Z136.1-2007. , (2007).
- Chapman, G. A., Johnson, D., Bodenham, A. R. Visualisation of needle position using ultrasonography. Anaesthesia. 61 (2), 148-158 (2006).
- Daoudi, K., et al. Handheld probe integrating laser diode and ultrasound transducer array for ultrasound/photoacoustic dual modality imaging. Opt. Express. 22 (21), 26365-26374 (2014).
