Настоящий протокол описывает получение мультиспектральных оптоакустических изображений in vivo сосудистой системы кожи человека. К ним относятся количественная оценка гемоглобина и меланина, рассматриваемых как хромофоры, представляющие интерес для функционального анализа.
Микроциркуляторные нарушения были признаны в различных болезненных процессах, лежащих в основе этой растущей темы в сосудистых исследованиях. В последние годы разработка систем визуализации в реальном времени задала (аналитический) темп как в фундаментальных, так и в клинических исследованиях с целью создания новых инструментов, способных предоставлять в режиме реального времени поддающиеся количественной оценке конечные точки с клиническим интересом и применением. Спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (NIRS), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ) доступны, среди других методов, но стоимость, разрешение изображения и снижение контрастности признаны общими проблемами. Оптоакустическая томография (ОТ) предлагает новый взгляд на функциональную визуализацию сосудов, сочетая современное оптическое поглощение и пространственное разрешение (от микрометрового оптического до миллиметрового акустического разрешения) с глубиной ткани. В этом исследовании мы проверили применимость мультиспектральной оптоакустической томографии (MSOT) для функциональной визуализации. Система использует перестраиваемый оптический параметрический генератор (OPO), накачиваемый лазером Nd: YAG, обеспечивающий импульсы возбуждения, воспринимаемые 3D-зондом на длинах волн от 680 нм до 980 нм. Изображения, полученные с предплечья человека, были реконструированы с помощью определенного алгоритма (поставляемого в программном обеспечении производителя) на основе отклика конкретных хромофоров. С помощью этой системы можно измерить максимальный оксигенированный гемоглобин (Max HbO2) и дезоксигенированный гемоглобин (Max Hb), общий гемоглобин (HbT) и среднее насыщение кислородом (mSO2) до плотности сосудов (мкВу), средние расстояния между единицами (ζAd) и объем капиллярной крови (мм3). Потенциал применимости, обнаруженный в этой системе ОТ, имеет значение. Текущие разработки программного обеспечения, безусловно, улучшат полезность этой системы обработки изображений.
Сердечно-сосудистые заболевания являются повторяющимися основными причинами смерти во всем мире и представляют собой огромное бремя для любой системы здравоохранения 1,2. Технология внесла основной вклад в расширение нашего понимания фундаментальной сердечной и сосудистой патофизиологии, обеспечивая более точные диагностические инструменты и возможность раннего выявления заболеваний и более эффективного управления. Методы визуализации дают возможность измерить не только работу сердца и крупных сосудов, но и, в гораздо меньшем масштабе, рассчитать плотность капилляров, местную перфузию и объем, а также эндотелиальную дисфункцию, среди других характеристик. Эти технологии предложили первое количественное понимание сосудистой биологии с прямым клиническим применением. Изменения плотности капилляров, локальное снижение перфузии или окклюзии, вероятно, соответствуют ишемическому состоянию, что помогает объяснить растущую роль визуализации, становясь незаменимым инструментом в сердечно-сосудистых исследованиях и практике 3,4,5.
В последние годы функциональная визуализация последовательно задает темп в технологических инновациях, с ультразвуковой (США) ближней инфракрасной спектроскопией (NIRS), позитронно-эмиссионной томографией (ПЭТ), компьютерной томографией (КТ) и магнитно-резонансной томографией (МРТ) в качестве некоторых хорошо известных примеров. Тем не менее, многочисленные проблемы ограничивают их применение, от стоимости и безопасности пациента (а также комфорта) до контрастности изображения и разрешения 6,7. Оптоакустическая томография (ОТ) в последнее время стала новым направлением в оптических сосудистых исследованиях. Эта технология, основанная на обнаружении ультразвуковых волн, генерируемых термоупругим расширением ткани, пораженной ультракороткими лазерными импульсами, была известна в течение некоторого времени 6,8. Эта физическая реакция развития тепла и расширения тканей вызывает акустический сигнал, обнаруженный ультразвуковым преобразователем. Использование импульсов света от видимого до ближнего инфракрасного диапазона и отсутствие акустического фонового сигнала улучшают глубину разрешения. Обнаруженный контраст является результатом наиболее важных присутствующих хромофоров (гемоглобин или меланин). По сравнению с другими технологиями, OT имеет преимущества в том, что (1) не требует контрастности (визуализация без меток), (2) лучшей контрастности и разрешения с меньшим количеством артефактов, чем ультрасонография, и (3) более низкой цены, а также более быстрого получения и простоты эксплуатации 6,9,10,11.
Мультиспектральная оптоакустическая томография (MSOT) является одним из самых последних поколений инструментов OT. Построенный с перестраиваемым оптическим параметрическим генератором (OPO), накачиваемым лазером Nd:YAG, обеспечивающим импульсы возбуждения, 3D-изображение получается сигналами с временным разрешением, обнаруженными из высокочастотных ультразвуковых импульсов возбуждения на длинах волн от 680 нм до 980 нм с частотой повторения до 50 Гц12. Платформа оптоакустической визуализации обеспечивает количественную оценку различных хромофоров в глубину (до 15 мм). Переменные, такие как HbO2, Hb и меланин, легко доступны. Другие переменные, представляющие интерес, такие как максимальный оксигенированный гемоглобин (Max HbO2) и дезоксигенированный гемоглобин (Max Hb), также доступны. Алгоритмы реконструкции из программного обеспечения производителя позволяют рассчитывать другие переменные, такие как плотность сосудов (мкВу), среднее расстояние между единицами (ζAd) и объем капилляров (мм3).
В настоящем исследовании исследуются основные операционные аспекты этой новой системы, чтобы лучше понять ее практические аспекты и потенциальные применения в сердечно-сосудистых доклинических исследованиях.
Этот протокол подчеркивает рабочие шаги, рассматриваемые как практические требования для работы этого нового оптоакустического инструмента визуализации, от адекватного позиционирования (участник, зонд), необходимого для стабилизации зонда 3D-чашки, до получения изображения, выбора ROI…
The authors have nothing to disclose.
Это исследование финансируется основными поставщиками исследуемой технологии ALIES и COFAC, а также Фондом социальной и технологической науки (FCT) через грант UIDB/04567/2020 для CBIOS.
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 |