Fotoacústica clínica mano sistema de imagen por imagen no invasiva en tiempo real de Animal pequeño
Summary
Se demostrará una clínica fotoacústica de mano sistema de imagen por imagen no invasiva en tiempo real de animal pequeño.
Abstract
Traducción de la proyección de imagen fotoacústica en la clínica es un gran reto. Sistemas de imagen fotoacústica clínica en tiempo real mano son muy raros. Aquí, Divulgamos un combinado fotoacústica y clínico ultrasonido sistema de imagen mediante la integración de una sonda de ultrasonido con luz entrega para la proyección de imagen de animal pequeño. Demostramos esto por mostrando Centinela del nodo de linfa la proyección de imagen en pequeños animales junto con la dirección de la aguja en tiempo real como mínimo invasor. Una plataforma de ultrasonido clínico con acceso a los datos crudos de canal permite la integración de imágenes hacia una mano fotoacústica clínica en tiempo real sistema de imagen fotoacústica. Azul de metileno se utilizó para la proyección de imagen de ganglio linfático centinela en longitud de onda de 675 nm. Además, guía con ultrasonido modal doble y la proyección de imagen fotoacústica fue demostrada usando el sistema de proyección de imagen. Proyección de imagen de hasta 1,5 cm de profundidad fue demostrado con un láser de 10 Hz a una velocidad de 5 fotogramas por segundo de imágenes de fotoacústica.
Introduction
Para la detección y estadificación del cáncer, diferente técnicas de imagen están disponibles. Algunas de las modalidades de imagen utilizadas son la proyección de imagen de resonancia magnética (MRI), rayos x tomografía computada (CT), rayos x, ultrasonido (US), tomografía por emisión de positrones (PET), fluorescencia de imagen, etc.1,2, 3 , 4. pero, algunas de las técnicas de imagen existentes son invasoras, tienen radiaciones nocivas, o son lentas, costosas, voluminosas o antipático a los pacientes. Así, hay una necesidad constante para desarrollar nuevas técnicas de imagen rápidas y rentables para el diagnóstico y la terapia5.
Fotoacústica imaging (PAI) es una técnica emergente, que combina el rico contraste óptico con ultrasonido de alta resolución en una más profunda imagen profundidad5,6,7,8, 9. En PAI, un pulso de láser corta se utiliza para la irradiación del tejido. La luz es absorbida por el tejido que lleva a un pequeño aumento de temperatura. Debido a la expansión termoelástica, se generan ondas de presión (en forma de ondas acústicas) dentro del tejido. Las ondas acústicas generadas (también conocido como ondas de fotoacústica (PA)) se adquieren con un transductor de ultrasonido de banda ancha (UST) fuera de los límites del tejido. Estas señales PA adquiridas pueden utilizarse para reconstruir imágenes de PA, revelando la información estructural y funcional dentro del tejido. PAI tiene una gran variedad de aplicaciones, incluyendo: la proyección de imagen vascular, la proyección de imagen de ganglio linfático centinela, imagen de la vasculatura cerebral, proyección de imagen de tumor, la proyección de imagen molecular, etc.10,11,12, 13,14,15 PAI tiene numerosas aplicaciones debido a sus ventajas, a saber: profundidad de la penetración más profunda, buena resolución espacial y contraste de tejidos blandos alta. El contraste en PAI puede ser endógeno de sangre, melanina, etcetera. Cuando el contraste endógeno no es bastante fuerte, agentes de contraste exógeno como colorantes orgánicos, nanopartículas, puntos cuánticos, etc.16,17,18,19, 20 , 21 puede utilizarse para mejorar el contraste.
Aunque el PAI tiene numerosos beneficios en comparación con otras técnicas de imagen, traducción clínica es todavía un desafío muy grande. Las principales limitaciones son la naturaleza voluminosa de los lasers se utilizan, la mayoría de los subterráneos utilizados para adquisición de datos no es compatible con sistemas clínicos de Estados Unidos y la no disponibilidad de sistemas comercialmente disponibles clínicos de Estados Unidos imágenes que dan acceso al canal de crudo datos. Sólo recientemente, comercial clínicas máquinas de Estados Unidos con acceso a los datos crudos se han convertido en disponibles22. En este trabajo, nuestro objetivo es demostrar la viabilidad de PAI con una mano puesta a punto utilizando una plataforma clínica de Estados Unidos. Nuestro objetivo es demostrar esto mostrando la proyección de imagen no invasiva de centinela los nodos de linfa (SLNs) en un modelo animal pequeño.
Tumores de mama invasivos son una de las principales causas de muerte por cáncer entre las mujeres. Diagnóstico y escenificando el cáncer de mama temprano es vital para decidir estrategias de tratamiento, que juegan un papel importante en el pronóstico del paciente. Para mama cáncer estadificación biopsias de ganglio linfático centinela (SLNB) suelen utiliza23,24. SLN es el principal nodo de linfa donde la posibilidad de encontrar células de cáncer es el más alto debido a la metástasis. SLNBs impliquen inyectar un colorante o un trazador radioactivo, seguido por corte abierto en la zona con una pequeña incisión y luego ubicar el SLN visualmente en caso de tintes o con la ayuda de un contador Geiger, en caso de un trazador radioactivo. Después de la identificación, se quitan unos SLN para estudios histopatológicos24,25. SLNB positivo indica que el tumor ha hecho metástasis a los ganglios linfáticos cercanos y tal vez a otros órganos. SLNB negativo indica que la probabilidad de metástasis es insignificante26. SLNB tiene numerosas complicaciones asociadas con ella como entumecimiento de brazo, linfedema, etc.27 eliminar las complicaciones SLNB asociado, se necesita una técnica de imagen no invasivas.
Para la asignación de SLN en pequeños animales y los seres humanos, PA la proyección de imagen se ha explorado extensivamente con la ayuda de contraste diferentes agentes15,28,29,30,31 , 32. sin embargo, los sistemas utilizados actualmente no pueden utilizarse en un escenario clínico como señalado anteriormente. Otra preocupación a abordarse es el procedimiento quirúrgico en SLNB28. Adaptación de procedimientos mínimamente invasivos para la biopsia aspiración con aguja fina (FNAB) era necesario para reducir el tiempo de recuperación y los efectos secundarios de los pacientes. En este trabajo, se utilizó un sistema clínico de Estados Unidos para proyección de imagen de Estados Unidos y PA combinado fue utilizado. Para facilidad de uso en configuración clínica, un encargo de la mano de cubierta de fibra óptica y UST fue diseñado. Azul de metileno (MB) fue utilizado para la identificación y mapeo de SLNs. Además, para eliminar las complicaciones asociadas con la cirugía SLNB, aguja en tiempo real no invasivo de seguimiento también se demuestra.
Protocol
Representative Results
Discussion
Actualmente el costo de la detección, diagnóstico y tratamiento del cáncer es muy alto. Existen diferentes modalidades que se utilizan para la detección del cáncer y el diagnóstico de la proyección de imagen. Sin embargo, muchas de estas técnicas de imagen tienen limitaciones incluyendo máquina voluminoso tamaño, diagnóstico invasivo, hostilidad a requisito demasiado caro, pacientes, de las radiaciones ionizantes, o el uso de agentes de contraste radiactivo. Por lo tanto, se necesita mucho una imagen eficiente…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean reconocer el apoyo financiero de la concesión de Tier 1 investigación financiada por el Ministerio de educación en Singapur (RG48/16: M4011617) y nivel 2 beca de investigación financiada por el Ministerio de educación en Singapur (ARC2/15: M4020238). Los autores desean reconocer el Dr. Rhonnie Austria Dienzo por su ayuda con manejo de animales.
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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