Multispektral optoakustisk tomografi for funksjonell avbildning i vaskulær forskning

Summary

Denne protokollen beskriver innsamling av multispektrale optoakustiske bilder av in vivo human hudvaskulatur. Disse inkluderer kvantifisering av hemoglobin og melanin, betraktet som kromoforer av interesse for funksjonell analyse.

Abstract

Mikrosirkulasjonssvikt har blitt anerkjent i ulike sykdomsprosesser, som ligger til grunn for dette voksende temaet innen vaskulær forskning. I de senere år har utviklingen av live imaging-systemer satt det (analytiske) tempoet i både grunnleggende og klinisk forskning, med sikte på å skape nye instrumenter som er i stand til å gi sanntids, kvantifiserbare endepunkter med klinisk interesse og anvendelse. Nær-infrarød spektroskopi (NIRS), positronemisjonstomografi (PET), computertomografi (CT) og magnetisk resonansavbildning (MR) er tilgjengelige, blant andre teknikker, men kostnad, bildeoppløsning og redusert kontrast er anerkjent som vanlige utfordringer. Optoakustisk tomografi (OT) gir et nytt perspektiv på vaskulær funksjonell bildebehandling, som kombinerer toppmoderne optisk absorpsjon og romlig oppløsningskapasitet (fra mikrometer optisk til millimeter akustisk oppløsning) med vevsdybde. I denne studien testet vi anvendeligheten av multispektral optoakustisk tomografi (MSOT) for funksjonell avbildning. Systemet bruker en justerbar optisk parametrisk oscillator (OPO) pumpet av en Nd: YAG-laser, som gir eksitasjonspulser som registreres av en 3D-sonde ved bølgelengder fra 680 nm til 980 nm. Bilder hentet fra den menneskelige underarmen ble rekonstruert gjennom en spesifikk algoritme (levert i produsentens programvare) basert på responsen til spesifikke kromoforer. Maksimal oksygenert hemoglobin (Max HbO 2) og deoksygenert hemoglobin (Max Hb), totalt hemoglobin (HbT) og gjennomsnittlig oksygenmetning (mSO₂) til vaskulær tetthet (μVu), gjennomsnittlige avstander mellom enheter (ζAd) og kapillært blodvolum (mm³) kan måles ved hjelp av dette systemet. Anvendbarhetspotensialet som finnes med dette OT-systemet er relevant. Pågående programvareutvikling vil sikkert forbedre nytten av dette bildebehandlingssystemet.

Introduction

Kardiovaskulære sykdommer er tilbakevendende toppårsaker til død over hele verden og representerer en stor byrde for ethvert helsesystem ^1,2. Teknologi har vært en stor bidragsyter til utvidelsen av vår forståelse av grunnleggende hjerte- og vaskulær patofysiologi, noe som gir mer presise diagnostiske verktøy og muligheten for tidlig sykdomsdeteksjon og mer effektiv behandling. Imaging teknikker gir muligheten til å måle ikke bare hjerte- og større fartøyytelse, men også i mye mindre skala for å beregne kapillær tetthet, lokal perfusjon og volum og endoteldysfunksjon, blant andre egenskaper. Disse teknologiene har tilbudt den første kvantitative innsikt i vaskulær biologi med direkte klinisk anvendelse. Endringer i kapillær tetthet, lokal perfusjonsreduksjon eller okklusjon samsvarer sannsynligvis med en iskemisk tilstand, noe som bidrar til å forklare den voksende rollen som bildebehandling, og blir et uunnværlig verktøy i kardiovaskulær forskning og praksis ^3,4,5.

I de senere år har funksjonell bildebehandling konsekvent satt tempoet i teknologisk innovasjon, med ultralyd (US) nær-infrarød spektroskopi (NIRS), positronemisjonstomografi (PET), computertomografi (CT) og magnetisk resonansavbildning (MR) som noen kjente eksempler. Imidlertid begrenser flere bekymringer deres anvendelse, fra kostnad og pasientsikkerhet (samt komfort) til bildekontrast og oppløsning ^6,7. Optoakustisk tomografi (OT) har nylig dukket opp som en ny retning i optisk-basert vaskulær forskning. Denne teknologien, sentrert på deteksjon av ultralydbølger generert av termoelastisk utvidelse av vevet påvirket med ultrashort laser pulser, har vært kjent i noen tid ^6,8. Denne fysiske reaksjonen av varmeutvikling og vevsutvidelse fremkaller et akustisk signal oppdaget av en ultralydtransduser. Bruken av lyspulser fra synlig til nær-infrarød og fraværet av et akustisk bakgrunnssignal er til fordel for oppløsningsdybden. Den oppdagede kontrasten skyldes de viktigste kromoforene som er tilstede (hemoglobin eller melanin). Sammenlignet med andre teknologier har OT fordelene ved (1) å ikke trenge kontrast (etikettfri bildebehandling), (2) bedre kontrast og oppløsning med færre artefakter enn ultralyd, og (3) lavere pris, og raskere oppkjøp og brukervennlighet 6,9,10,11.

Multispektral optoakustisk tomografi (MSOT) er blant den nyeste generasjonen OT-instrumenter. Bygget med en justerbar optisk parametrisk oscillator (OPO) pumpet av en Nd: YAG-laser som gir eksitasjonspulser, oppnås et 3D-bilde av tidsoppløste signaler oppdaget fra høyfrekvente ultralydeksitasjonspulser ved bølgelengder fra 680 nm til 980 nm med en repetisjonshastighet på opptil 50 Hz¹². Den optoakustiske bildeplattformen gir kvantifisering av forskjellige kromoforer i dybden (så lavt som 15 mm). Variabler som HbO₂, Hb og melanin er lett tilgjengelige. Andre variabler av interesse, som maksimal oksygenert hemoglobin (Max HbO₂) og deoksygenert hemoglobin (Max Hb), er også tilgjengelige. Rekonstruksjonsalgoritmer fra produsentens programvare tillater beregning av andre variabler som vaskulær tetthet (μVu), inter-enhet gjennomsnittlig avstand (ζAd) og kapillærvolum (mm³).

Denne studien utforsker de essensielle driftsaspektene ved dette nye systemet for å forstå bedre dets praktiske og potensielle anvendelser i kardiovaskulær preklinisk forskning.

Protocol

Den eksperimentelle protokollen ble tidligere godkjent av etisk komité ved Universitetets helsehøgskole (EC. ECTS/P10.21). Prosedyrene respekterte fullt ut prinsippene for god klinisk praksis som er definert for humanforskning¹³. Et praktisk utvalg av seks friske deltakere av begge kjønn (n = 3 per kjønn) med en gjennomsnittsalder på 32,8 ± 11,9 år ble valgt fra universitetssamfunnet. Utvalgte deltakere måtte være normotensive, ikke-røykere og fri for medisiner eller kosttilskudd. Blodtrykk, hjertefrekvens og kroppsmasseindeks ble også registrert. Alle deltakerne ble tidligere informert om målene og varigheten av studien og gitt informert skriftlig samtykke.

MERK: Denne studien ble utført ved hjelp av MSOTAcuity (se Materialtabell), heretter referert til som den optoakustiske bildebehandlingsplattformen.

1. Forberedelse til oppkjøp

MERK: I den eksperimentelle beskrivelsen som følger, er skjermkommandoer i fet skrift.

1. Laste inn emneinformasjon: Slå på det optoakustiske bildeutstyret. Mens utstyret varmes opp, introduser deltakerinformasjonen. Programvarens viktigste velkomstvindu åpnes til Scan-oversikten. Introduser data (inkludert navn, studiebetegnelse, personopplysninger og eventuelle relevante observasjoner) etter å ha klikket på Pasient-ID, og fullfør søknaden ved å trykke på Velg.
2. Forhåndsinnstilt valg: Forsikre deg om at Laser er klar-meldingen vises på utstyrsskjermen. Etter oppvarmingstiden må laserstatuslinjen på utstyrsskjermen endres fra laserstandby til laser er klar. For denne protokollen er forhåndsinnstillingen designet for kromoforer Hb, HbO₂ og melanin. Etter å ha valgt riktig forhåndsinnstilling, vil lasereffekten bli testet.
3. På dette tidspunktet må du sørge for at det er en melding på skjermen som minner hver deltaker i rommet om å bruke lasersikkerhetsgoogles. Trykk på laserbryteren (power) fotpedalen og vent på laserkraften selvkontroll. Etter noen sekunder vises et vindu med gjeldende laserstatus med en kontrollrapport. Slipp dette vinduet ved å trykke på den tilgjengelige OK-knappen .
   MERK: Den optoakustiske bildebehandlingsplattformen bruker en Nd: YAG-laser, betraktet som en klasse 4-laser som er spesielt farlig for det menneskelige øye. Dermed må denne laseren håndteres med tilstrekkelig forsiktighet.
   FORSIKTIG: Ingen anskaffelse skal finne sted uten å sikre at alle sikkerhetsprosedyrer, inkludert passende øyevern, er på plass.

2. Posisjonering og bildeinnhenting

1. Akklimatiser deltakeren til laboratoriemiljøet (21 ° C ± 1 ° C, 40% -60% relativ fuktighet), velg en komfortabel posisjon for å minimere unødvendig bevegelse. Forsikre deg om at området som skal skannes, er rengjort tidligere.
   MERK: Produsentens anbefaling om å rengjøre området som skal avbildes med en 70% etanol / vannløsning anbefales. I tillegg, for best bildeoppkjøp, foreslås fjerning av hår (når det er aktuelt).
2. Sondeholder og bildestabilisering
   1. Påfør et tynt lag ultralydgel på 3D-koppen. Bildestabilisering krever at du holder 3D-koppen i ønsket bildeposisjon. Plasser og stabiliser en låsbar arm for interesseområdet. Armen som ble brukt i denne studien ble designet internt og bygget med aluminiumprofilkomponenter (figur 1).
   2. Etter å ha plassert 3D-koppen på interesseområdet, låser du delvis den stabiliserende armlåsen for bildeopptak.
      MERK: Kvaliteten og jevn påføring av ultralydgelen er kritisk; Tilstedeværelsen av luftbobler kan kompromittere bildedefinisjonen.
3. Bildeinnhenting for dynamiske forhold, ved hjelp av PORH-manøveren (Post-Occlusive Reactive Hyperemia) i menyfanen Undersøkelse .
   1. Hent skanningen for grunnlinjekontroll. Etter å ha funnet et synsfelt for avbildning, med den deflaterte blodtrykksmansjetten på plass, lås 3D-koppens posisjoneringsarm sikkert.
   2. Påfør minimalt trykk på bildestedet, da høyere trykk kan kompromittere avlesningene. Skyv produsentens standard forhåndsinnstilte Hb, HbO 2 og Melanin som samtidig måler kromoforer for Hb, HbO₂ og melanin.
      FORSIKTIG: Det er obligatorisk å beskytte øynene med riktige vernebriller under drift.
      MERK: Hudfototyper IV til VI (mørk hud) er utsatt for feillesing, noe som krever et grunnlinjekontrollbilde for videre behandling. Bruk av vernebriller under bildeopptak (når laseren er aktiv) lar bare det menneskelige øyet gjenkjenne gule og blå farger. Farger kan redigeres under bildebehandling.
   3. Velg det anatomiske området for bildeopptak ved grunnlinjen. For utforskende formål anbefales den ventrale underarmen. Fortsett ved å trykke på laserfotbryterpedalen.
      MERK: Berøringsskjermknappen merket Vis (farget gul), som viser live-bildet på skjermen når du trykker på det. Bildestabilitetsstatusen vises som en grå linje midt på berøringsskjermen, noe som indikerer stabiliteten til 3D-sonden.
      1. Når bildestabiliteten er maksimert, tar du (eller tar) et øyeblikksbilde av området ved å trykke på Øyeblikksbilde-knappen på berøringsskjermen. Hver skanning vil oppnå 10-12 rammer med en akustisk dybde på 150 mm for hver bølgelengde definert innenfor forhåndsinnstillingen over en anskaffelsestid på 2 s. Denne grunnleggende anskaffelsesskanningen vil omfatte totalt 30-36 rammer.
         MERK: 10 rammer for hver oppdaget kromofor (Hb, HbO₂ og melanin) samles med en maksimal dybde på 15 mm.
      2. Fortsett å trykke på laserfotbryterpedalen for kontinuerlig videoinnhenting og vær oppmerksom på Vis-knappen (farget gul) på berøringsskjermen. Det stabiliserte bildet vises. Trykk på Record (farget blå) for å starte live bildeopptak.
      3. Stopp opptaket ved å trykke på Stopp-knappen (farget svart). Den optoakustiske bildebehandlingsplattformen stopper opptaket og gjengir automatisk videoen til forhåndsvisningsmodus.
   4. Dynamiske målinger (PORH-illustrasjon): Juster trykkmansjetten til pasientens arm over albuen for å illustrere denne manøveren. Oppblås mansjetten med suprasystolisk trykk (~200 mmHg) og fortsett i henhold til trinn 2.3.1 til 2.3.3.1 for å oppnå den avbildede vaskulaturen under trykk.
   5. For å skaffe en video for å vurdere virkningen av trykkutløsningen på den avbildede vaskulaturen, åpne trykkventilen mens du tar videoen som i 2.3.3.2. Som før, følg live-bildet på skjermen.
      MERK: For å utføre denne manøveren, bør supra systolisk trykk opprettholdes i 1-5 min; Det er viktig å være klar over at dette trykket kan indusere ulike grader av toleranse og ubehag hos pasienten. Dette aspektet bør håndteres nøye under forsøkene.

3. Protokoll for bildeanalyse

1. Kopier de innspilte skanningene til en valgt/dedikert mappe for sikkerhetskopiering og videre analyse på en separat arbeidsstasjon ved hjelp av produsentens dedikerte analyseprogramvare. Hver skanning lagres etter anskaffelsestid og bestilles av programmet i en studiemappe med en kjørende kode.
   MERK: En sikkerhetskopi anbefales på det sterkeste. Det er mulig å arbeide direkte med de registrerte rådataene, men frarådes på det sterkeste, ettersom ethvert potensielt harddiskkrasj kan skade rådataene.
2. Åpne analyseprogrammet på arbeidsstasjonens datamaskin. Velg programmeny > Åpne studie for å importere filer og få tilgang til sikkerhetskopieringsskanninger. Åpne studien og bla til bunnen av mappen (med innspilte skanninger) for å finne filer med en . NOD-utvidelse. Dette er den eneste filtypen som gjenkjennes av programvaren for å åpne en studie.
   NOTAT:. NOD-filer navngis automatisk med et løpende nummer gitt til hver studie og har ingen pasientinformasjon i filnavnet.
3. For rekonstruksjon av bilder, åpne bildeanalysemodulen ved å gå til programvaremenyen > Avansert behandling.
   1. Kontroller at programarbeidsflytfanene er synlige (farget svart) på den øverste menylinjen (tilleggsfigur 1): Meny; Oversikt over skanning; Rekonstruksjon; Fluence korreksjon; Spektral avblanding; Visualisering og analyse. Under analysen er alle aktiverte arbeidsflytfaner farget blå.
      MERK: Hvis Advance Processing ikke åpnes, viser programvaren bare Scan Overview og Visualization &Analysis.
4. Rekonstruer bildet via rekonstruksjonsfanen i programvaren. Velg skanningene du vil rekonstruere fra venstre side av hovedprogrammenyen. Lastede skanninger vises på høyre side av skjermen. La standard seks optoakustiske emisjonsbølgelengder (700, 730, 760, 800, 850 og 900 nm), da de inkluderer det maksimale optoakustiske signalet for HbO₂ ved 900 nm, for Hb ved 760 nm og melanin ved 700 nm.
   1. Utfør rekonstruksjonen av skanningen ved hjelp av ikonet på høyre side. Følg programarbeidsflyten ved å velge Skanneforhåndsinnstilling og Synsfelt (oppløsning). Informasjon presenteres øverst til venstre på hovedskjermen. Juster lydhastigheten for å justere skannefokuset (supplerende figur 2). Rekonstruksjonspanelet viser også antall rammer for hver ervervet skanning og gjør det mulig å analysere valget av repetisjonene (om nødvendig).
      MERK: Hver skanning er lastet med en standard lydhastighet på -90, som bør justeres av brukeren. Lydhastigheten kan også justeres automatisk med en autofokusfunksjon (AF).
5. Trykk på knappen Rekonstruer skanninger øverst på skjermen for å gå videre til rekonstruksjon av skanning. Et midlertidig instrumentbord vises med meldingen Jobbbehandling. Dette panelet kan også nås fra meny > behandlingsstatus. Etter at rekonstruksjonen er fullført, må bildebehandlingsanalysen gå videre til Fluence Correction.
6. Aktiver Fluence Correction av rekonstruerte bilder i dashbordmenyen. Rekonstruerte bilder må lastes inn for korrigering av flyt. Disse vises med et flagg ved siden av hvert skannenummer. Lastede filer vises umiddelbart på høyre side av skjermen som valgte rekonstruksjoner. Aktiver Fluence Correction ved å samhandle med ikonet på høyre side av skjermen (figur 3). Skyv Save Fluence Correction (e) for å gå videre.
7. Etter å ha lagret fluenskorreksjonen, utfør spektral avblanding av den oppkjøpte forhåndsinnstillingen (Hb, HbO₂ og melanin). Velg kategorien Spektral blanding for å åpne listen over valgte rekonstruksjoner for spektral avblanding. En liste med hver skanning av den valgte studien vises med historikken til de forrige bildebehandlingstrinnene.
8. Last inn de tidligere lagrede flytkorrigeringsfilene. Innlastede skanninger vises umiddelbart på høyre side av skjermen som Selected Reconstructions (supplerende figur 4). Aktiver spektral unmixing ved å trykke på ikonet på høyre side av skjermen.
   1. Vær oppmerksom på bølgelengdene som skal blandes. Alle seks optoakustiske emisjonsbølgelengder (700, 730, 760, 800, 850 og 900 nm) som tas inn i rekonstruksjonstrinnet (trinn 3.4) velges automatisk for spektral avblanding. Rediger de ønskede spektrene som skal behandles (f.eks. Spectra: Hb, HbO₂ og melanin) ved hjelp av XYZ-ikonet , om nødvendig.
   2. Etter å ha bekreftet de justerte parametrene, klikk på Start Spectral Unmixing for at spektralblandingen skal utvikle seg. En behandlingsmenylinje vises som viser operasjonsfremdriften.
      MERK: Ulike parameterjusteringer er mulige under spektral avblanding, og flere avblandingsmetoder er tilgjengelige. I denne protokollen brukes lineær regresjonsmetode som standard for å blande Hb, HbO₂ og melanin.
9. Gå til kategorien Visualisering og analyse . Klikk på en aktivert skanning for å vise all emneinformasjon og kommentarer introdusert i trinn 1.1 (tilleggsfigur 5).
   MERK: Flere skanninger kan visualiseres parallelt.
   1. Trykk på + -knappen for å opprette en analyse med flere skanninger. I dette vinduet introduserer du en flerskanningsvisning og trykker på Lagre-knappen . Etter at du har lagret visningsnavnet, vises et nytt instrumentbord, inkludert alle skanningene av studien som analyseres.
   2. Velg hver ønsket skanning for å legge til (hver) i den lagrede analysevisningen. Legg til flere skanninger øverst til venstre, og de vises automatisk i analysevisningen.
10. I analysevisningen angir du riktige fargeoppslagstabeller for å klargjøre bildet for analyse. Klikk på Flere alternativer for bildekontroll på den øverste menylinjen og aktiver ikonet for maksimal intensitetsprojeksjon . Tilskriv farger til lag ved å trykke på ikonet som er tilgjengelig nederst til høyre på bildevisningen, ved siden av 2D+-bildevisningen.
11. Velg Mer for å redigere fargene på alle kanalene samtidig. Denne menyen viser alle kromoforer ublandet og tillater valg av flere lag for visning.
    MERK: Hvis du beveger musen over programvareikonene, vises navnet deres i grått som vist i protokollen.
12. Juster hvert lags fargeintensitet med verktøyene som er tilgjengelige nederst til venstre på skjermen.
    MERK: Justering med min/maks interpolering for hver kanal gir generelt gode resultater.

4. Analyse av interesseområde (ROI)

MERK: Valget av et interesseområde (ROI) er obligatorisk for dataanalyse.

1. Identifiser avkastningen som skal analyseres. Omslutt avkastningen med figurene som er tilgjengelige (i menylinjen) i XY-bildet, mens du sporer den samme avkastningen i de ortogonale visningene som er tilgjengelige i XZ- og YZ-aksen (tilleggsfigur 6).
   MERK: En polygonform ble brukt til den nåværende ROI-analysen.
   1. Følg ROI-formen i den gjenværende XZ- og YZ-aksen (eksempel i figur 2) mens du plasserer flere mangekantlag med funksjonen Legg til interpoler og fjern underregioner . Dataene kan plottes inn etter å ha definert / valgt ønsket avkastning.
   2. Trykk på ikonet Importer interesseområde for kvantifisering og observer multispektrakomponenten som vises på høyre side av skjermen som en grafisk detalj av den valgte avkastningen.
   3. Eksporter ROI-data ved å trykke Excel-ikonet nederst i den grafiske visningen av ROI-dataene. Hele datapakken fra alle områder eksporteres som en bunt til et regneark for senere analyse. Figur 3 viser data fra en deltaker som underkastet seg en trykkmansjett oppblåst til 200 mmHg og vaskulatur ble analysert i forhold til vaskulatur hviletilstand ved 0 mmHg.
2. Kvantifiser flere ROI-objekter samtidig ved å følge trinnene 4.1–4.1.3.
3. Eksporter bilder fra samme meny som TIFF-filer med alle innebygde data og innebygd ROI-disposisjon (figur 2).

Representative Results

Data fra optoakustisk avbildning kan analyseres i etterbehandlede eksportbilder (figur 2) og plottede data (figur 3). Hensikten her var å introdusere driften av optoakustisk funksjonell avbildning og å utforske dens anvendelse i mer kjent vaskulær forskning. For det sammenlignet vi bilder tatt under hvile og etter en 200 mmHg okklusjon av en hovedforsyningsarterie (figur 2). Disse observasjonene kan kvantifiseres etter ROI-analyse og eksport. I XY-planet kan det høyere signalet av melanin sammenlignet med planene YZ og XZ observeres, noe som indikerer epidermisgrensen. Okklusjonen av brachialisarterien (armen) provoserer noe stasis i karene foran OT-sondeplasseringen (ventral underarm). Som følge av dette oppdaget vi en økning i de samlede signalene vist som en økning av blått (Hb) og rødt (HbO₂) på aksene XY, YZ og XZ. Stasis kan følges i XY-flyet mens du holder 200 mmHg-trykket i mansjetten. YZ- og XZ-aksene viser økt blodvolum på grunn av okklusjonen ovenfor sammenlignet med de normale perfusjonsforholdene (ingen okklusjon), fremhevet av de magenta maskerte områdene.

Eksportert ROI-analyse av samme mikrovaskulaturområde kvantifiserer kromoforer HbO 2 (rød), Hb (blå) og HbT (rosa), mSO₂ (dyp rød) og melanin (gul) fra stabiliserte bilder samlet inn over 8,6 s. Trykkfrigivelsen oppdages umiddelbart; Figur 3 viser utviklingen av Hb, HbO₂ og HbT etter okklusjon, mens den optoakustiske datautgangen følger observasjonene i figur 1. Programvaren beregner oksygenmetning i blodet (mSO 2) og HbT-verdier fra tillegg av Hb og HbO₂ vilkårlige signaler. Melaninkonsentrasjonen forblir konstant innenfor okklusjonen på 200 mmHg og i hviletilstanden innenfor tidsintervallet for bildeopptak.

Figur 1: Skjematisk diagram som representerer den fleksible armen designet for å holde målesonden i stabilisert kontakt med deltakerens hud. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2: Representative optoakustiske bilder som fremhever endringer i vaskulaturen i hvile eller under trykk på 200 mmHg. Bildet som vises inneholder tre farger, som representerer Hb (blå), HbO₂ (rød) og melanin (gul), som beskrevet i bildeanalysen i avsnitt 4. Hvert optoakustiske bilde representerer en maksimal intensitetsprojeksjon av alle planene som er knyttet til hver skannet kromofor. (A) XY-planet for den optoakustiske anskaffelsen. (B) YZ ortogonale visning av samme optoakustiske avbildede sted. (C) XZ-visningen av det skannede området. De magenta pilene peker på områdene med økt stasis; Det magenta maskerte området markerer det økte volumet av blod fanget inne i karene på grunn av okklusjon av brachialisarterien sammenlignet med de normale perfusjonsforholdene (ingen okklusjon). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3: Representativ dataeksport av en kvantifisert avkastning. Naturlige kromoforer av HbO 2 (rød), Hb (blå) og HbT (rosa), mSO₂ (dyp rød) og melanin (gul) er avbildet fra dataene hentet fra de stabiliserte bildene samlet over 8,6 s. Grafene fra Hb, HbO₂ og HbT viser en gjenopprettingshelling fra okklusjon mot ikke-okkludert hviletilstand. Den beregnede blodoksygenering mSO₂ og melaninkonsentrasjonen forblir konstant innenfor 200 mmHg okklusjon og i hviletilstand innenfor tidsintervallet for bildeopptak. Bilder som trekkes ut er datapunkter avbildet som gjennomsnittlig ± sd på n = 10 bilder per ramme. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplerende figur 1: Skann oversiktspanel og hovedmeny i analyseprogramvaren. Ved å trykke på menyknappen (i svart), vil hovedmenyen rullegardinalternativer for å velge den valgte studien. Denne handlingen vil velge og laste inn filen ".nod" som gjenkjennes av programvaren. Skanneoversikten (i blått) viser alle studiens skanninger. Detaljer (svart) vises til høyre. Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.

Supplerende figur 2: Arbeidsflyt for rekonstruksjonsanalyse. Panel 1 - Velg skanningen som skal rekonstrueres, og trykk på høyrepilen på høyre side av skjermen (lilla pil) for å gå videre. Panel 2 - Observer lydens hastighet og juster glidebryteren til det beste fokuset (blå pil); a) justert fokus vises i vinduet høyre side; b) velge repetisjoner som skal analyseres (gul pil); c) trykk på Rekonstruer skanninger-knappen for å fortsette (grønn pil). Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.

Supplerende figur 3: Arbeidsflyt for fluenskorreksjonspanel. Panel 1 - Velg skanninger som skal korrigeres, og trykk på høyrepilen på høyre side av skjermen. Panel 2 - trykk på Save Fluence Correction (s) for å fortsette (grønn pil). Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.

Supplerende figur 4: Spectra unmixing panel Workflow. Panel 1 – Velg skanninger for å oppheve miksingen, og trykk på den høyrevendte pilen (lilla pil). Panel 2 a) velg skanningen for å unmix (blå pil) og en forhåndsvisning av det justerte bildet vises på høyre side; b) Velg repetisjonene som skal mikses av (gul pil); c) trykk på Start spektral avblanding for å fortsette (grønn pil). Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.

Supplerende figur 5: Visualiseringspanel og valg av kromoforfarger. Panel 1) Velg skanninger som skal vises med et dobbeltklikk (lilla pil); Panel 2) Ervervet bilde i akse XY (blå firkant), XZ (gul firkant) og YZ (grønn firkant); 2a) Bildeanalyseknapp som viser ervervede bølgelengder; 2b) velg Flere alternativer for bildekontroll i den øverste menylinjen og aktiver ikonet for maksimal intensitetsprojeksjon ; velg Mer for å redigere kanalfargene. Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.

Supplerende figur 6: Valg av interesseregion (ROI). Velg lassoverktøyet (gul pil), og definer grensene for avkastningen på XY-aksen (magenta-pilen). Det er mulig å definere ulike formområder (polygon, rektangel, firkant, sirkel eller elipse). Følg avkastningen i XZ- og YZ-aksen, og legg til underregioner (grønn pil) i det opprinnelige utvalget. Flere underregioner vises (cyanpil). For å trekke ut data fra den valgte avkastningen, trykk på ikonet Importer interesseområde for å kvantifisere og fortsett. Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.

Discussion

Denne protokollen legger vekt på arbeidstrinnene som anses som praktiske krav for å betjene dette nye optoakustiske bildeinstrumentet, fra tilstrekkelig posisjonering (deltaker, sonde) som trengs for 3D-koppsondestabilisering til bildeopptak, ROI-valg og bilderekonstruksjon og analyse.

Den foreslåtte eksperimentelle tilnærmingen, ved hjelp av "øyeblikkelige" oppkjøp sammen med bilder oppnådd under dynamiske forhold, illustrerer interessen og nytten av dette instrumentet for å få tilgang til human vaskulær fysiologi in vivo . Som vist er den akustiske bildeoppløsningen på 150 μm samlet i et volum på opptil 15 mm³ uovertruffen av andre tomografiteknikker.

Spesiell oppmerksomhet er nødvendig med hensyn til (i) betydningen av sondestabiliseringen for bildeoppkjøp; bruken av en fleksibel, sikker sondeholder forbedrer tydelig bildeopptaket; (ii) riktig identifisering av vaskulære strukturer; sonografiske referanser som melanin i epidermal-dermal overgang kan brukes som en markør for å identifisere de øvre plexuskarene i huden; og (iii) den funksjonelle bildeanalysen utført gjennom produsentens rekonstruksjonsprogramvare.

Avansert analyse av ROI-data og bildeeksport krever en dypere forståelse av den dedikerte programvaren og algoritmene som er utviklet. Det nåværende optoakustiske bildeinstrumentet er i stand til å rekonstruere et 3D-volum på 15 mm³ vev med en oppløsning på 150 μm. Denne kapasiteten bør forsterkes for bedre å kvantifisere mikrovaskulære funksjoner i dybden. Likevel tillater den grunnleggende operasjonen direkte observasjon av referansekromoforer og oppkjøp av flere forhåndsinnstillinger fra samme område, noe som gir rask skanning og live videoopptak.

Anvendbarhetspotensialet som er funnet med det optoakustiske bildesystemet er relevant. Pågående programvareutvikling vil sikkert forbedre nytten av dette bildebehandlingssystemet.

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