Summary
يصف هذا البروتوكول الحصول على صور صوتية بصرية متعددة الأطياف للأوعية الدموية في جلد الإنسان في الجسم الحي . وتشمل هذه القياس الكمي للهيموغلوبين والميلانين ، والتي تعتبر كروموفورات ذات أهمية للتحليل الوظيفي.
Abstract
تم التعرف على ضعف الدورة الدموية الدقيقة في عمليات المرض المختلفة ، الكامنة وراء هذا الموضوع المتنامي في أبحاث الأوعية الدموية. في السنوات الأخيرة ، حدد تطوير أنظمة التصوير الحية الوتيرة (التحليلية) في كل من البحوث الأساسية والسريرية ، بهدف إنشاء أدوات جديدة قادرة على توفير نقاط نهاية قابلة للقياس الكمي في الوقت الفعلي مع الاهتمام والتطبيق السريري. يتوفر التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRS) ، والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) ، والتصوير المقطعي المحوسب (CT) ، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ، من بين تقنيات أخرى ، ولكن يتم التعرف على التكلفة ودقة الصورة والتباين المنخفض كتحديات شائعة. يقدم التصوير المقطعي البصري الصوتي (OT) منظورا جديدا للتصوير الوظيفي للأوعية الدموية ، حيث يجمع بين أحدث قدرات الامتصاص البصري والدقة المكانية (من الدقة البصرية الدقيقة إلى الدقة الصوتية المليمترية) مع عمق الأنسجة. في هذه الدراسة ، اختبرنا قابلية تطبيق التصوير المقطعي البصري الصوتي متعدد الأطياف (MSOT) للتصوير الوظيفي. يستخدم النظام مذبذبا بارامتريا بصريا قابلا للضبط (OPO) يتم ضخه بواسطة ليزر Nd: YAG ، مما يوفر نبضات إثارة مستشعرة بواسطة مسبار 3D بأطوال موجية من 680 نانومتر إلى 980 نانومتر. تم إعادة بناء الصور التي تم الحصول عليها من الساعد البشري من خلال خوارزمية محددة (يتم توفيرها داخل برنامج الشركة المصنعة) بناء على استجابة كروموفورات محددة. يمكن قياس الحد الأقصى للهيموغلوبين المؤكسج (Max HbO 2) والهيموغلوبين غير المؤكسج (Max Hb) والهيموغلوبين الكلي (HbT) ومتوسط تشبع الأكسجين (mSO2) لكثافة الأوعية الدموية (μVu) ومتوسط المسافات بين الوحدات (ζAd) وحجم الدم الشعري (مم3) باستخدام هذا النظام. إمكانات التطبيق الموجودة مع نظام OT هذا ذات صلة. من المؤكد أن التطورات البرمجية المستمرة ستحسن فائدة نظام التصوير هذا.
Introduction
أمراض القلب والأوعية الدموية هي الأسباب الرئيسية المتكررة للوفاة في جميع أنحاء العالم وتمثل عبئا كبيرا على أي نظام صحي 1,2. لقد كانت التكنولوجيا مساهما رئيسيا في توسيع فهمنا للفيزيولوجيا المرضية الأساسية للقلب والأوعية الدموية ، وتوفير أدوات تشخيصية أكثر دقة وإمكانية الكشف المبكر عن الأمراض وإدارة أكثر فعالية. توفر تقنيات التصوير إمكانية قياس ليس فقط أداء القلب والأوعية الدموية الرئيسية ولكن أيضا ، على نطاق أصغر بكثير ، لحساب كثافة الشعيرات الدموية ، والتروية والحجم الموضعي ، والخلل البطاني ، من بين خصائص أخرى. قدمت هذه التقنيات أول رؤى كمية في بيولوجيا الأوعية الدموية مع التطبيق السريري المباشر. من المحتمل أن تتوافق التغييرات في كثافة الشعيرات الدموية أو تقليل التروية المحلية أو الانسداد مع حالة نقص تروية ، مما يساعد على تفسير الدور المتنامي للتصوير ، ليصبح أداة لا غنى عنها في أبحاث وممارسات القلب والأوعية الدموية3،4،5.
في السنوات الأخيرة ، حدد التصوير الوظيفي باستمرار وتيرة الابتكار التكنولوجي ، مع التحليل الطيفي بالموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة) بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRS) ، والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) ، والتصوير المقطعي المحوسب (CT) ، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) كبعض الأمثلة المعروفة. ومع ذلك ، فإن المخاوف المتعددة تحد من تطبيقها ، من التكلفة وسلامة المرضى (وكذلك الراحة) إلى تباين الصورة والدقة 6,7. ظهر التصوير المقطعي البصري الصوتي (OT) مؤخرا كاتجاه جديد في أبحاث الأوعية الدموية القائمة على البصريات. هذه التقنية ، التي تركز على الكشف عن الموجات فوق الصوتية الناتجة عن التمدد الحراري المرن للأنسجة المتأثرة بنبضات الليزر فائقة القصر ، معروفة منذ بعض الوقت 6,8. هذا التفاعل الفيزيائي لتطور الحرارة وتمدد الأنسجة يثير إشارة صوتية يكتشفها محول الموجات فوق الصوتية. إن استخدام نبضات الضوء من الأشعة تحت الحمراء المرئية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة وغياب إشارة الخلفية الصوتية يفيد عمق الدقة. ينتج التباين المكتشف عن أهم الكروموسومات الموجودة (الهيموجلوبين أو الميلانين). بالمقارنة مع التقنيات الأخرى ، تتمتع OT بمزايا (1) عدم الحاجة إلى تباين (تصوير خال من الملصقات) ، (2) تباين ودقة أفضل مع عدد أقل من القطع الأثرية من التصوير بالموجات فوق الصوتية ، و (3) سعر أقل ، واكتساب أسرع وسهولة التشغيل6،9،10،11.
يعد التصوير المقطعي البصري الصوتي متعدد الأطياف (MSOT) من بين أحدث جيل من أدوات OT. بنيت مع مذبذب حدودي بصري قابل للضبط (OPO) يتم ضخه بواسطة ليزر Nd: YAG يوفر نبضات الإثارة ، يتم الحصول على صورة 3D من خلال إشارات تم حلها بمرور الوقت تم اكتشافها من نبضات الإثارة بالموجات فوق الصوتية عالية التردد بأطوال موجية من 680 نانومتر إلى 980 نانومتر مع معدل تكرار يصل إلى 50 هرتز12. توفر منصة التصوير الصوتي البصري القياس الكمي للكروموفورات المختلفة بعمق (منخفضة تصل إلى 15 مم). يمكن الوصول بسهولة إلى المتغيرات مثل HbO2 و Hb والميلانين. تتوفر أيضا متغيرات أخرى ذات أهمية ، مثل الحد الأقصى للهيموغلوبين المؤكسج (Max HbO2) والهيموجلوبين غير المؤكسج (Max Hb). تسمح خوارزميات إعادة البناء من برنامج الشركة المصنعة بحساب المتغيرات الأخرى مثل كثافة الأوعية الدموية (μVu) ومتوسط المسافة بين الوحدات (ζAd) وحجم الشعيرات الدموية (مم3).
تستكشف هذه الدراسة الجوانب التشغيلية الأساسية لهذا النظام الجديد لفهم أفضل لتطبيقاته العملية وتطبيقاته المحتملة في أبحاث القلب والأوعية الدموية قبل السريرية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تمت الموافقة على البروتوكول التجريبي مسبقا من قبل لجنة الأخلاقيات في كلية العلوم الصحية بالجامعة (EC. ECTS / P10.21). احترمت الإجراءات تماما مبادئ الممارسة السريرية الجيدة المحددة للبحث البشري13. تم اختيار عينة ملائمة من ستة مشاركين أصحاء من كلا الجنسين (ن = 3 لكل جنس) بمتوسط عمر 32.8 ± 11.9 سنة من مجتمع الجامعة. وطلب من المشاركين المختارين أن يكونوا عاديين وغير مدخنين وخاليين من أي أدوية أو مكملات غذائية. كما تم تسجيل ضغط الدم وتردد القلب ومؤشر كتلة الجسم. تم إبلاغ جميع المشاركين مسبقا بأهداف الدراسة ومدتها وقدموا موافقة خطية مستنيرة.
ملاحظة: أجريت هذه الدراسة باستخدام MSOTAcuity (انظر جدول المواد) ، المشار إليها من الآن فصاعدا باسم منصة التصوير الصوتي البصري.
1. التحضير للاستحواذ
ملاحظة: في الوصف التجريبي التالي، تكون أوامر الشاشة بخط غامق.
- تحميل معلومات الموضوع: قم بتشغيل معدات التصوير الصوتي البصري. أثناء تسخين الجهاز ، قدم معلومات المشارك. تفتح نافذة الترحيب الرئيسية للبرنامج على نظرة عامة على المسح الضوئي. إدخال البيانات (بما في ذلك الاسم وتسمية الدراسة والبيانات الشخصية وأي ملاحظات ذات صلة) بعد النقر على معرف المريض ، وإنهاء الطلب بالضغط على تحديد.
- التحديد المضبوط مسبقا: تأكد من ظهور رسالة الليزر جاهز على شاشة الجهاز. بعد وقت الإحماء ، يجب أن يتغير شريط حالة الليزر على شاشة الجهاز من الاستعداد بالليزر إلى الليزر جاهز. بالنسبة لهذا البروتوكول ، تم تصميم الإعداد المسبق للكروموفورات Hb و HbO2 والميلانين. بعد تحديد الإعداد المسبق الصحيح ، سيتم اختبار طاقة الليزر.
- في هذه المرحلة ، تأكد من وجود رسالة على الشاشة تذكر كل مشارك في الغرفة بتطبيق googles لسلامة الليزر. اضغط على دواسة القدم لمفتاح الليزر (الطاقة) وانتظر الفحص الذاتي لطاقة الليزر. بعد بضع ثوان ، تظهر نافذة بحالة الليزر الحالية مع تقرير فحص. حرر هذه النافذة بالضغط على الزر موافق ( OK ) المتوفر.
ملاحظة: تستخدم منصة التصوير البصري الصوتي ليزر Nd: YAG ، الذي يعتبر ليزر من الفئة 4 خطيرا بشكل خاص على العين البشرية. وبالتالي ، يجب التعامل مع هذا الليزر بعناية كافية.
تنبيه: لا ينبغي أن يتم أي اقتناء دون ضمان وجود جميع إجراءات السلامة ، بما في ذلك حماية العين المناسبة.
2. تحديد المواقع والحصول على الصور
- تأقلم المشارك مع بيئة المختبر (21 درجة مئوية ± 1 درجة مئوية ؛ 40٪ -60٪ رطوبة نسبية) ، واختيار وضع مريح لتقليل الحركة غير الضرورية. تأكد من تنظيف المنطقة المراد مسحها ضوئيا مسبقا.
ملاحظة: يوصى بتوصية الشركة المصنعة بتنظيف المنطقة المراد تصويرها بمحلول إيثانول / ماء بنسبة 70٪. بالإضافة إلى ذلك ، للحصول على أفضل صورة ، يقترح إزالة الشعر (عند الاقتضاء). - حامل المسبار وتثبيت الصورة
- ضع طبقة رقيقة من جل الموجات فوق الصوتية على كوب 3D. يتطلب تثبيت الصورة إمساك كوب 3D في موضع التصوير المطلوب. ضع وثبت ذراعا قابلا للقفل لمنطقة الاهتمام. تم تصميم الذراع المستخدمة في هذه الدراسة داخليا وبنيت بمكونات الألومنيوم (الشكل 1).
- بعد وضع كوب 3D على منطقة الاهتمام ، قم بقفل قفل ذراع التثبيت جزئيا للحصول على الصورة.
ملاحظة: جودة وحتى تطبيق هلام الموجات فوق الصوتية أمر بالغ الأهمية. قد يؤدي وجود فقاعات الهواء إلى تعريض تعريف الصورة للخطر.
- الحصول على الصور للظروف الديناميكية ، باستخدام مناورة احتقان الدم التفاعلي التالي للانسداد (PORH) ، في علامة تبويب قائمة الفحص .
- الحصول على فحص التحكم الأساسي. بعد العثور على مجال رؤية للتصوير ، مع وجود صفعة ضغط الدم المفرغة في مكانها ، قم بقفل ذراع وضع الكوب 3D بإحكام.
- ضع ضغطا ضئيلا على موقع التصوير ، لأن الضغوط الأعلى قد تؤثر على القرآن. ادفع الإعداد المسبق الافتراضي للشركة المصنعة Hb و HbO 2 و Melanin الذي يقيس في نفس الوقت الكروموفورات ل Hb و HbO2 والميلانين.
تنبيه: من الضروري حماية العينين بنظارات واقية مناسبة أثناء التشغيل.
ملاحظة: الأنماط الضوئية للجلد من IV إلى VI (البشرة الداكنة) عرضة لسوء القراءة ، مما يتطلب صورة تحكم أساسية لمزيد من المعالجة. يسمح استخدام نظارات الأمان أثناء الحصول على الصورة (عندما يكون الليزر نشطا) للعين البشرية فقط بالتعرف على اللونين الأصفر والأزرق. يمكن تحرير الألوان أثناء معالجة الصور. - حدد المنطقة التشريحية للحصول على صورة خط الأساس. لأغراض استكشافية ، يوصى باستخدام الساعد البطني. تابع بالضغط على دواسة مفتاح القدم بالليزر.
ملاحظة: زر الشاشة باللمس المسمى عرض (ملون باللون الأصفر)، والذي يعرض الصورة الحية على الشاشة عند الضغط عليه. تظهر حالة استقرار الصورة كشريط رمادي في منتصف الشاشة التي تعمل باللمس ، مما يشير إلى استقرار مسبار 3D.- عند زيادة ثبات الصورة إلى أقصى حد، التقط (أو التقط) لقطة للمنطقة بالضغط على زر لقطة على شاشة اللمس. سيحصل كل مسح على 10-12 إطارا على عمق صوتي يبلغ 150 مم لكل طول موجي محدد ضمن الإعداد المسبق خلال وقت اكتساب يبلغ 2 ثانية. سيتضمن مسح اكتساب خط الأساس هذا ما مجموعه 30-36 إطارا.
ملاحظة: يتم جمع 10 إطارات لكل كروموفور تم اكتشافه (Hb و HbO2 والميلانين) بعمق أقصى يبلغ 15 مم. - استمر في الضغط على دواسة مفتاح القدم بالليزر للحصول على الفيديو المستمر وانتبه إلى زر العرض (الملون باللون الأصفر) على شاشة اللمس. ستظهر الصورة المستقرة. اضغط على تسجيل (باللون الأزرق) لبدء تسجيل الصور الحية.
- أوقف التسجيل بالضغط على زر الإيقاف (باللون الأسود). ستتوقف منصة التصوير الصوتي البصري عن التسجيل وتعرض الفيديو تلقائيا في وضع المعاينة.
- عند زيادة ثبات الصورة إلى أقصى حد، التقط (أو التقط) لقطة للمنطقة بالضغط على زر لقطة على شاشة اللمس. سيحصل كل مسح على 10-12 إطارا على عمق صوتي يبلغ 150 مم لكل طول موجي محدد ضمن الإعداد المسبق خلال وقت اكتساب يبلغ 2 ثانية. سيتضمن مسح اكتساب خط الأساس هذا ما مجموعه 30-36 إطارا.
- القياسات الديناميكية (رسم توضيحي PORH): اضبط سوار الضغط على ذراع المريض فوق الكوع لتوضيح هذه المناورة. قم بتضخيم الكفة بالضغط الانقباضي فوق (~ 200 مم زئبق) وتابع وفقا للخطوات من 2.3.1 إلى 2.3.3.1 للحصول على الأوعية الدموية المصورة تحت الضغط.
- للحصول على مقطع فيديو لتقييم تأثير إطلاق الضغط على الأوعية الدموية المصورة ، افتح صمام الضغط أثناء الحصول على الفيديو كما في 2.3.3.2. كما كان من قبل ، اتبع الصورة الحية على الشاشة.
ملاحظة: لتنفيذ هذه المناورة ، يجب الحفاظ على الضغط الانقباضي فوق لمدة 1-5 دقائق ؛ من المهم أن تدرك أن هذا الضغط قد يؤدي إلى درجات مختلفة من التسامح وعدم الراحة لدى المريض. يجب إدارة هذا الجانب بعناية أثناء التجارب.
3. بروتوكول تحليل الصور
- انسخ عمليات المسح المسجلة إلى مجلد محدد/مخصص للنسخ الاحتياطي وإجراء مزيد من التحليل على محطة عمل كمبيوتر منفصلة باستخدام البرنامج التحليلي المخصص للشركة المصنعة. يتم تخزين كل مسح ضوئي حسب وقت الاستحواذ وترتيبه بواسطة البرنامج في مجلد دراسة برمز قيد التشغيل.
ملاحظة: يوصى بشدة باستخدام نسخة احتياطية. من الممكن العمل مباشرة مع البيانات الأولية المسجلة ولكن لا ينصح به بشدة ، لأن أي عطل محتمل في محرك الأقراص الثابتة قد يؤدي إلى إتلاف البيانات الأولية. - افتح برنامج التحليل على كمبيوتر محطة العمل. اختر قائمة البرنامج > Open Study لاستيراد الملفات والوصول إلى عمليات فحص النسخ الاحتياطي. افتح الدراسة وانتقل إلى أسفل المجلد (مع عمليات المسح المسجلة) للعثور على الملفات التي تحتوي على ملف . تمديد إيماءة. هذا هو نوع الملف الوحيد المعترف به من قبل البرنامج لفتح دراسة.
ملاحظه:. تتم تسمية ملفات NOD تلقائيا برقم تشغيل معطى لكل دراسة ولا تحمل أي معلومات عن المريض في اسم الملف. - لإعادة بناء الصورة ، افتح وحدة تحليل الصور عن طريق الوصول إلى البرنامج القائمة > المعالجة المتقدمة.
- تأكد من أن علامات تبويب سير عمل البرنامج مرئية (ملونة باللون الأسود) على شريط القائمة العلوي (الشكل التكميلي 1): القائمة؛ نظرة عامة على المسح الضوئي ؛ إعادة الإعمار؛ تصحيح الطلاقة فك الخلط الطيفي التصور والتحليل. أثناء التحليل ، يتم تلوين أي علامة تبويب سير عمل نشطة باللون الأزرق.
ملاحظة: إذا لم يتم فتح المعالجة المتقدمة ، يعرض البرنامج فقط نظرة عامة على المسح الضوئي والتصور والتحليل.
- تأكد من أن علامات تبويب سير عمل البرنامج مرئية (ملونة باللون الأسود) على شريط القائمة العلوي (الشكل التكميلي 1): القائمة؛ نظرة عامة على المسح الضوئي ؛ إعادة الإعمار؛ تصحيح الطلاقة فك الخلط الطيفي التصور والتحليل. أثناء التحليل ، يتم تلوين أي علامة تبويب سير عمل نشطة باللون الأزرق.
- أعد بناء الصورة عبر علامة التبويب إعادة الإعمار في البرنامج. حدد عمليات الفحص لإعادة البناء من الجانب الأيسر من قائمة البرنامج الرئيسية. تظهر عمليات الفحص المحملة على الجانب الأيمن من الشاشة. اترك الأطوال الموجية الستة الافتراضية للانبعاث الصوتي البصري (700 و 730 و 760 و 800 و 850 و 900 نانومتر) ، لأنها تتضمن الحد الأقصى للإشارة الصوتية البصرية ل HbO2 عند 900 نانومتر ، ل Hb عند 760 نانومتر ، والميلانين عند 700 نانومتر.
- قم بإجراء إعادة بناء الفحص باستخدام الرمز الموجود على الجانب الأيمن. اتبع سير عمل البرنامج عن طريق تحديد الإعداد المسبق للمسح الضوئي ومجال الرؤية (الدقة). يتم تقديم المعلومات في الزاوية العلوية اليسرى من الشاشة الرئيسية. اضبط سرعة الصوت لضبط تركيز المسح الضوئي (الشكل التكميلي 2). تعرض لوحة إعادة الإعمار أيضا عدد إطارات كل مسح تم الحصول عليه وتسمح بتحليل اختيار التكرار (إذا لزم الأمر).
ملاحظة: يتم تحميل كل مسح ضوئي بسرعة صوت افتراضية تبلغ -90 ، والتي يجب أن يضبطها المستخدم. يمكن أيضا ضبط سرعة الصوت تلقائيا باستخدام وظيفة التركيز التلقائي (AF).
- قم بإجراء إعادة بناء الفحص باستخدام الرمز الموجود على الجانب الأيمن. اتبع سير عمل البرنامج عن طريق تحديد الإعداد المسبق للمسح الضوئي ومجال الرؤية (الدقة). يتم تقديم المعلومات في الزاوية العلوية اليسرى من الشاشة الرئيسية. اضبط سرعة الصوت لضبط تركيز المسح الضوئي (الشكل التكميلي 2). تعرض لوحة إعادة الإعمار أيضا عدد إطارات كل مسح تم الحصول عليه وتسمح بتحليل اختيار التكرار (إذا لزم الأمر).
- اضغط على الزر Reconstruct Scans في الجزء العلوي من الشاشة للتقدم إلى إعادة بناء المسح. ستظهر لوحة معلومات مؤقتة مع الرسالة معالجة الوظائف. يمكن أيضا الوصول إلى هذه اللوحة من القائمة > حالة المعالجة. بعد الانتهاء من إعادة البناء ، يجب أن يتقدم تحليل ما بعد معالجة الصورة إلى تصحيح Fluence.
- قم بتنشيط تصحيح Fluence للصور المعاد بناؤها في قائمة لوحة المعلومات. يجب تحميل الصور المعاد بناؤها لتصحيح الطلاقة. تظهر هذه مع علامة بجوار كل رقم مسح ضوئي. سيتم عرض الملفات المحملة على الفور على الجانب الأيمن من الشاشة كعمليات إعادة بناء محددة. قم بتنشيط تصحيح Fluence من خلال التفاعل مع الرمز الموجود على الجانب الأيمن من الشاشة (الشكل التكميلي 3). ادفع تصحيح (تصحيحات) حفظ التدرج للتقدم.
- بعد حفظ تصحيح الطلاقة ، قم بإجراء الخلط الطيفي للإعداد المسبق المكتسب (Hb و HbO2 والميلانين). حدد علامة التبويب فك المزج الطيفي لفتح قائمة عمليات إعادة البناء المحددة لفك الخلط الطيفي. سيتم عرض قائمة بكل مسح ضوئي للدراسة المختارة مع تاريخ خطوات معالجة الصور السابقة.
- قم بتحميل ملفات تصحيح fluence المحفوظة مسبقا. سيتم عرض عمليات المسح المحملة على الفور على الجانب الأيمن من الشاشة كعمليات إعادة بناء مختارة (الشكل التكميلي 4). قم بتنشيط فك الخلط الطيفي عن طريق الضغط على الرمز الموجود على الجانب الأيمن من الشاشة.
- لاحظ أن الأطوال الموجية غير مختلطة. يتم اختيار جميع الأطوال الموجية الستة للانبعاث الصوتي البصري (700 و 730 و 760 و 800 و 850 و 900 نانومتر) المأخوذة في خطوة إعادة البناء (الخطوة 3.4) تلقائيا لفك الخلط الطيفي. قم بتحرير الأطياف المطلوبة المراد معالجتها (على سبيل المثال ، الأطياف: Hb و HbO2 والميلانين) باستخدام رمز XYZ ، إذا لزم الأمر.
- بعد تأكيد المعلمات المعدلة ، انقر فوق بدء الخلط الطيفي للتقدم في إلغاء الخلط الطيفي. يظهر شريط قائمة معالجة يعرض تقدم العملية.
ملاحظة: يمكن إجراء تعديلات مختلفة على المعلمات أثناء فك الخلط الطيفي ، وتتوفر العديد من طرق فك الخلط. في هذا البروتوكول ، يتم استخدام طريقة الانحدار الخطي كمعيار لفك خلط Hb و HbO2 والميلانين.
- قم بالوصول إلى علامة التبويب المرئيات والتحليل . انقر فوق مسح ضوئي نشط لعرض جميع معلومات الموضوع والتعليقات المقدمة في الخطوة 1.1 (الشكل التكميلي 5).
ملاحظة: يمكن تصور عمليات مسح متعددة بالتوازي.- اضغط على الزر + لإنشاء تحليل مسح ضوئي متعدد. في هذه النافذة ، قدم طريقة عرض مسح ضوئي متعددة واضغط على الزر حفظ . بعد حفظ اسم العرض ، يتم عرض لوحة معلومات جديدة ، بما في ذلك جميع عمليات المسح للدراسة التي يتم تحليلها.
- حدد كل فحص مطلوب لإضافة ( كل) إلى طريقة عرض التحليل المحفوظة. أضف عمليات مسح إضافية في أعلى أيقونة الزاوية اليسرى ، وسيتم عرضها تلقائيا في طريقة عرض التحليل.
- ضمن طريقة عرض التحليل، قم بتعيين جداول بحث ملونة مناسبة لإعداد الصورة للتحليل. انقر فوق المزيد من خيارات التحكم في الصورة في شريط القائمة العلوي وقم بتنشيط أيقونة عرض الكثافة القصوى . قم بإسناد الألوان إلى الطبقات بالضغط على الأيقونة المتوفرة في الزاوية اليمنى السفلية من عرض الصورة، بجوار عرض الصور 2D+.
- حدد المزيد لتحرير ألوان جميع القنوات في وقت واحد. تعرض هذه القائمة جميع الكروموفورات غير المخلوطة وتسمح باختيار طبقات متعددة للعرض.
ملاحظة: يؤدي تحريك الماوس فوق أيقونات البرامج إلى إظهار اسمها باللون الرمادي كما هو معروض في البروتوكول. - قم بضبط كثافة ألوان كل طبقة باستخدام الأدوات المتوفرة في أسفل يسار الشاشة.
ملاحظة: الضبط مع الحد الأدنى / الحد الأقصى للاستيفاء لكل قناة يؤدي بشكل عام إلى نتائج جيدة.
4. تحليل منطقة الاهتمام (ROI)
ملاحظة: يعد اختيار منطقة الاهتمام (ROI) إلزاميا لتحليل البيانات.
- تحديد عائد الاستثمار المراد تحليله. قم بإحاطة عائد الاستثمار بالأشكال المتاحة (داخل شريط القوائم) في صورة XY أثناء تتبع نفس عائد الاستثمار ضمن طرق العرض المتعامدة المتوفرة في المحور XZ و YZ (الشكل التكميلي 6).
ملاحظة: تم استخدام شكل مضلع لتحليل عائد الاستثمار الحالي.- اتبع شكل عائد الاستثمار في المحور XZ و YZ المتبقي (مثال في الشكل 2) أثناء وضع طبقات مضلع متعددة باستخدام وظيفة إضافة استيفاء وإزالة المناطق الفرعية . يمكن رسم البيانات بعد تحديد / تحديد عائد الاستثمار المطلوب.
- اضغط على أيقونة استيراد المنطقة التي تهم القياس الكمي ولاحظ المكون متعدد الأطياف الموضح على الجانب الأيمن من الشاشة كتفاصيل رسومية لعائد الاستثمار المحدد.
- تصدير بيانات عائد الاستثمار بالضغط على أيقونة Excel أسفل العرض الرسومي لبيانات عائد الاستثمار. يتم تصدير حزمة البيانات بالكامل من جميع المناطق كحزمة إلى جدول بيانات لتحليلها لاحقا. يوضح الشكل 3 بيانات من أحد المشاركين الذين خضعوا لكفة ضغط منتفخة إلى 200 مم زئبق وتم تحليل الأوعية الدموية مقارنة بحالة راحة الأوعية الدموية عند 0 مم زئبق.
- حدد كائنات عائد استثمار متعددة في وقت واحد باتباع الخطوات 4.1-4.1.3.
- قم بتصدير الصور من نفس القائمة مثل ملفات TIFF مع جميع البيانات المضمنة ومخطط عائد الاستثمار المدمج (الشكل 2).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
يمكن تحليل البيانات المقدمة من التصوير الصوتي البصري في صور التصدير بعد المعالجة (الشكل 2) والبيانات المرسومة (الشكل 3). كان الغرض هنا هو تقديم عملية التصوير الوظيفي البصري الصوتي واستكشاف تطبيقه في أبحاث الأوعية الدموية الأكثر شيوعا. لذلك ، قارنا الصور التي تم الحصول عليها أثناء الراحة وبعد انسداد 200 مم زئبق لشريان إمداد رئيسي (الشكل 2). يمكن قياس هذه الملاحظات بعد تحليل عائد الاستثمار والتصدير. في الطائرة XY ، يمكن ملاحظة إشارة أعلى من الميلانين مقارنة بالطائرات YZ و XZ ، مما يشير إلى حد البشرة. يؤدي انسداد الشريان العضدي (الذراع) إلى حدوث بعض الركود في الأوعية قبل وضع مسبار OT (الساعد البطني). نتيجة لذلك ، اكتشفنا زيادة في الإشارات الإجمالية الموضحة كزيادة في اللون الأزرق (Hb) والأحمر (HbO2) عند المحاور XY و YZ و XZ. يمكن اتباع الركود في المستوى XY أثناء الضغط على 200 مم زئبق داخل الكفة. تصور محاور YZ و XZ زيادة في حجم الدم بسبب الانسداد أعلاه مقارنة بظروف التروية العادية (بدون انسداد) ، والتي أبرزتها المناطق المقنعة باللون الأرجواني.
يحدد تحليل عائد الاستثمار المصدر لنفس منطقة الأوعية الدموية الدقيقة الكروموسومات HbO 2 (أحمر) و Hb (أزرق) و HbT (وردي) و mSO2 (أحمر غامق) وميلانين (أصفر) من الصور المستقرة التي تم جمعها أكثر من 8.6 ثانية. يتم الكشف عن إطلاق الضغط على الفور ؛ يوضح الشكل 3 تطور ما بعد الانسداد لاستعادة Hb و HbO2 و HbT ، بينما يتبع ناتج البيانات الصوتية البصرية الملاحظات الواردة في الشكل 1. يحسب البرنامج تشبع الأكسجين في الدم (mSO 2) وقيم HbT من إضافة إشارات Hb و HbO2 التعسفية. يظل تركيز الميلانين ثابتا خلال انسداد 200 مم زئبق وفي حالة الراحة خلال الفترة الزمنية لاكتساب الصورة.
الشكل 1: رسم تخطيطي يمثل الذراع المرنة المصممة لتثبيت مسبار القياس في اتصال مستقر مع جلد المشارك. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 2: صور صوتية بصرية تمثيلية تسلط الضوء على تغيرات الأوعية الدموية أثناء الراحة أو تحت ضغط 200 مم زئبق. تتضمن الصورة المعروضة ثلاثة ألوان ، تمثل Hb (أزرق) و HbO2 (أحمر) وميلانين (أصفر) ، كما هو موضح في تحليل الصورة في القسم 4. تمثل كل صورة صوتية بصرية إسقاطا أقصى كثافة لجميع المستويات المرتبطة بكل كروموفور ممسوح ضوئيا. (أ) المستوى XY للاكتساب الصوتي البصري. (ب) المنظر المتعامد YZ لنفس الموقع المصور البصري الصوتي. (C) منظر XZ للمنطقة الممسوحة ضوئيا. تشير الأسهم الأرجواني إلى المناطق ذات الركود المتزايد. تشير المنطقة المقنعة باللون الأرجواني إلى زيادة حجم الدم المحبوس داخل الأوعية بسبب انسداد الشريان العضدي مقارنة بظروف التروية الطبيعية (بدون انسداد). الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 3: تصدير البيانات التمثيلية لعائد استثمار كمي. تم تصوير الكروموفورات الطبيعية ل HbO 2 (أحمر) و Hb (أزرق) و HbT (وردي) و mSO2 (أحمر غامق) وميلانين (أصفر) من البيانات المستخرجة من الصور المستقرة التي تم جمعها على مدى 8.6 ثانية. تظهر الرسوم البيانية من Hb و HbO2 و HbT منحدر استرداد من الانسداد نحو حالة الراحة غير المسدودة. يظل أكسجة الدم المحسوبة mSO2 وتركيز الميلانين ثابتا ضمن انسداد 200 مم زئبق وفي حالة الراحة خلال الفترة الزمنية لاكتساب الصورة. الصور المستخرجة هي نقاط بيانات مصورة بمتوسط ± sd من n = 10 صور لكل إطار. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل التكميلي 1: لوحة نظرة عامة على المسح الضوئي والقائمة الرئيسية لبرنامج التحليل. بالضغط على زر القائمة (باللون الأسود) ، ستقوم القائمة الرئيسية بإسقاط الخيارات لتحديد الدراسة المحددة. سيؤدي هذا الإجراء إلى تحديد وتحميل ملف ".nod" الذي يتعرف عليه البرنامج. تعرض نظرة عامة على المسح الضوئي (باللون الأزرق) جميع عمليات فحص الدراسة. تظهر التفاصيل (باللون الأسود) على اليمين. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 2: سير عمل تحليل إعادة الإعمار. اللوحة 1 - حدد المسح الضوئي المراد إعادة بنائه واضغط على السهم المواجه لليمين على الجانب الأيمن من الشاشة (السهم الأرجواني) للتقدم. اللوحة 2 - مراقبة سرعة الصوت وضبط شريط التمرير على أفضل تركيز (سهم أزرق) ؛ أ) التركيز المعدل المعروض في الجانب الأيمن من النافذة ؛ ب) تحديد التكرار المراد تحليله (السهم الأصفر) ؛ ج) اضغط على زر إعادة البناء للمتابعة (سهم أخضر). الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 3: سير عمل لوحة تصحيح الفلوانس. اللوحة 1 - حدد عمليات المسح ليتم تصحيحها واضغط على السهم المواجه لليمين على الجانب الأيمن من الشاشة. اللوحة 2 - اضغط على حفظ تصحيح (تصحيحات) Fluence للمتابعة (سهم أخضر). الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 4: سير عمل لوحة فك الأطياف. اللوحة 1 - حدد عمليات المسح لفك المزج واضغط على السهم المواجه لليمين (السهم الأرجواني). اللوحة 2 أ) حدد المسح الضوئي لإلغاء المزج (السهم الأزرق) وسيتم عرض معاينة للصورة المعدلة في الجانب الأيمن ؛ ب) حدد التكرار لفك المزج (السهم الأصفر) ؛ ج) اضغط على بدء فك الخلط الطيفي للمتابعة (السهم الأخضر). الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 5: لوحة التصور واختيار ألوان الكروموفور. لوحة 1) حدد عمليات المسح لعرضها بنقرة مزدوجة (سهم أرجواني) ؛ اللوحة 2) الصورة المكتسبة في المحور XY (المربع الأزرق) ، XZ (المربع الأصفر) ، و YZ (المربع الأخضر) ؛ 2 أ) زر تحليل الصورة الذي يظهر الأطوال الموجية المكتسبة ؛ 2 ب) اختر المزيد من خيارات التحكم في الصورة في شريط القائمة العلوي وقم بتنشيط أيقونة الإسقاط بأقصى كثافة ؛ حدد المزيد لتحرير ألوان القنوات. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
الشكل التكميلي 6: اختيار منطقة الاهتمام (ROI). حدد أداة الحبل (السهم الأصفر) وحدد حدود عائد الاستثمار داخل المحور XY (السهم الأرجواني). من الممكن تحديد مناطق الشكل المختلفة (مضلع أو مستطيل أو مربع أو دائرة أو قطع شفي). اتبع عائد الاستثمار في المحور XZ و YZ وأضف مناطق فرعية (سهم أخضر) إلى التحديد الأولي. يتم عرض مناطق فرعية متعددة (سهم سماوي). لاستخراج البيانات من عائد الاستثمار المحدد ، اضغط على الرمز استيراد المنطقة التي تهم القياس الكمي وتابع. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يؤكد هذا البروتوكول على خطوات العمل التي تعتبر متطلبات عملية لتشغيل أداة التصوير الصوتي البصري الجديدة هذه ، من تحديد المواقع المناسبة (مشارك ، مسبار) اللازمة لتثبيت مسبار الكأس 3D إلى الحصول على الصور ، واختيار عائد الاستثمار ، وإعادة بناء الصورة وتحليلها.
يوضح النهج التجريبي المقترح ، باستخدام عمليات الاستحواذ "الفورية" جنبا إلى جنب مع الصور التي تم الحصول عليها في ظل ظروف ديناميكية ، فائدة وفائدة هذه الأداة في الوصول إلى فسيولوجيا الأوعية الدموية البشرية في الجسم الحي . كما هو موضح ، فإن دقة الصورة الصوتية البالغة 150 ميكرومتر التي تم جمعها بحجم يصل إلى 15 مم3 لا مثيل لها في تقنيات التصوير المقطعي الأخرى.
ومن الضروري إيلاء اهتمام خاص فيما يتعلق بما يلي: (أ) أهمية تثبيت المسبار للحصول على الصور؛ و (ب) أهمية تثبيت المسبار للحصول على الصور؛ و (ج) أهمية تثبيت المسبار من أجل الحصول على الصور. من الواضح أن استخدام حامل مسبار مرن وآمن يحسن الحصول على الصور ؛ (ii) التحديد الصحيح للهياكل الوعائية ؛ يمكن استخدام مراجع التصوير بالموجات فوق الصوتية مثل الميلانين في انتقال البشرة والجلد كعلامة لتحديد أوعية الضفيرة العلوية في الجلد. و (iii) تحليل الصورة الوظيفية الذي يتم إجراؤه من خلال برنامج إعادة البناء الخاص بالشركة المصنعة.
يتطلب التحليل المتقدم لبيانات عائد الاستثمار وتصدير الصور فهما أعمق للبرامج المخصصة والخوارزميات التي تم تطويرها. أداة التصوير البصري الصوتي الحالية قادرة على إعادة بناء حجم 3D من 15 مم3 من الأنسجة بدقة 150 ميكرومتر. يجب تعزيز هذه القدرة لتحديد وظيفة (وظائف) الأوعية الدموية الدقيقة بشكل أفضل في العمق. ومع ذلك ، فإن العملية الأساسية تسمح بالمراقبة المباشرة للكروموفورات المرجعية والحصول على إعدادات مسبقة متعددة من نفس المنطقة ، مما يوفر مسحا سريعا وتسجيلات فيديو حية.
إن إمكانية التطبيق الموجودة مع نظام التصوير الصوتي البصري ذات صلة. من المؤكد أن التطورات البرمجية المستمرة ستحسن فائدة نظام التصوير هذا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
لم يبلغ المؤلفون عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
يتم تمويل هذا البحث من قبل ALIES ومقدمي COFAC الرئيسيين للتكنولوجيا قيد الدراسة ، ومن قبل Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) من خلال المنحة UIDB / 04567/2020 إلى CBIOS.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Iskander-Rizk, S., vander Steen, A. F. W., van Soest, G. Photoacoustic imaging for guidance of interventions in cardiovascular medicine. Physics in Medicine and Biology. 64 (16), (2019).
- Cakmak, H. A., Demir, M.
- Li, Z., Gupte, A. A., Zhang, A., Hamilton, D. J. Pet imaging and its application in cardiovascular diseases. Methodist DeBakey Cardiovascular Journal. 13 (1), 29-33 (2017).
- Karlas, A., et al. Cardiovascular optoacoustics: From mice to men - A review. Photoacoustics. 14, 19-30 (2019).
- MacRitchie, N., Noonan, J., Guzik, T. J., Maffia, P.
- Granja, T., Andrade, S., Rodrigues, L. Optoaccoustic tomography - good news for microcirculatory research. Biomedical and Biopharmaceutical Research. 18 (2), 1-13 (2022).
- Tan, H., et al. Total-body PET/CT: Current applications and future perspectives. American Journal of Roentgenology. 215 (2), 325-337 (2020).
- Masthoff, M., et al. Multispectral optoacoustic tomography of systemic sclerosis. Journal of Biophotonics. 11 (11), 201800155 (2018).
- Hu, S., Wang, L. V. Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature. Journal of Biomedical Optics. 15 (1), 011101 (2010).
- Wu, M., Awasthi, N., Rad, N. M., Pluim, J. P. W., Lopata, R. G. P. Advanced ultrasound and photoacoustic imaging in cardiology. Sensors (Basel). 21 (23), 7947 (2021).
- Yang, H., et al. Soft ultrasound priors in optoacoustic reconstruction: Improving clinical vascular imaging. Photoacoustics. 19, 100172 (2020).
- Dean-Ben, X. L., Gottschalk, S., Mc Larney, B., Shoham, S., Razansky, D. Advanced optoacoustic methods for multiscale imaging of in vivo dynamics. Chemical Society Reviews. 46 (8), 2158-2198 (2017).
- World Medical Association. World Medical Association Declaration of Helsinki: ethical principles for medical research involving human subjects. JAMA. 310 (20), 2191-2194 (2013).
