بروتوكول مسجل بالموجات فوق الصوتية والتصوير الصوتي الضوئي للتصوير عبر المهبل لآفات المبيض
Summary
نبلغ عن بروتوكول مسجل بالموجات فوق الصوتية والتصوير الصوتي الضوئي للتصوير عبر المهبل لآفات المبيض / الملحق. قد يكون البروتوكول ذا قيمة لدراسات التصوير الصوتي الضوئي الانتقالية الأخرى ، خاصة تلك التي تستخدم صفائف الموجات فوق الصوتية التجارية للكشف عن الإشارات الصوتية الضوئية وخوارزميات تشكيل الحزمة القياسية للتأخير والمجموع للتصوير.
Abstract
لا يزال سرطان المبيض هو الأكثر فتكا بين جميع الأورام الخبيثة النسائية بسبب نقص أدوات الفحص الموثوقة للكشف والتشخيص المبكرين. التصوير الضوئي الصوتي أو التصوير المقطعي (PAT) هو طريقة تصوير ناشئة يمكن أن توفر تركيز الهيموجلوبين الكلي (المقياس النسبي ، rHbT) وتشبع الأكسجين في الدم (٪ sO2) لآفات المبيض / الغدة الدرقية ، والتي تعد معلمات مهمة لتشخيص السرطان. إلى جانب الموجات فوق الصوتية المسجلة (الولايات المتحدة) ، أظهر PAT إمكانات كبيرة للكشف عن سرطانات المبيض والتشخيص الدقيق لآفات المبيض لتقييم المخاطر بشكل فعال والحد من العمليات الجراحية غير الضرورية للآفات الحميدة. ومع ذلك ، فإن بروتوكولات التصوير PAT في التطبيقات السريرية ، على حد علمنا ، تختلف إلى حد كبير بين الدراسات المختلفة. هنا ، نبلغ عن بروتوكول تصوير سرطان المبيض عبر المهبل الذي يمكن أن يكون مفيدا للدراسات السريرية الأخرى ، خاصة تلك التي تستخدم صفائف الموجات فوق الصوتية التجارية للكشف عن الإشارات الصوتية الضوئية وخوارزميات تشكيل الحزمة القياسية للتأخير والجمع للتصوير.
Introduction
التصوير الصوتي الضوئي أو التصوير المقطعي (PAT) هو طريقة تصوير هجينة تقيس توزيع الامتصاص البصري بدقة الولايات المتحدة وأعماق تتجاوز حد الانتشار البصري للأنسجة (~ 1 مم). في PAT ، يتم استخدام نبضة ليزر نانوثانية لإثارة الأنسجة البيولوجية ، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة بشكل عابر بسبب الامتصاص البصري. هذا يؤدي إلى ارتفاع الضغط الأولي ، ويتم قياس الموجات الصوتية الضوئية الناتجة بواسطة محولات الطاقة الأمريكية. يتضمن PAT متعدد الأطياف استخدام إما ليزر قابل للضبط أو ليزر متعدد يعمل بأطوال موجية مختلفة لإلقاء الضوء على الأنسجة ، مما يتيح إعادة بناء خرائط الامتصاص البصري بأطوال موجية متعددة. استنادا إلى الامتصاص التفاضلي للهيموغلوبين المؤكسج وغير المؤكسج في نافذة الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) ، يمكن ل PAT متعدد الأطياف حساب توزيعات تركيزات الهيموغلوبين المؤكسج وغير المؤكسج ، وتركيز الهيموجلوبين الكلي ، وتشبع الأكسجين في الدم ، وكلها مؤشرات حيوية وظيفية تتعلق بتكوين الأوعية الدموية للورم واستهلاك أكسجة الدم أو استقلاب الورم. أثبت PAT نجاحا في العديد من تطبيقات الأورام ، مثل سرطان المبيض1،2 ، وسرطان الثدي3،4،5 ، وسرطان الجلد6 ، وسرطان الغدة الدرقية7،8 ، وسرطان عنق الرحم9 ، وسرطان البروستاتا10،11 ، وسرطان القولون والمستقيم 12.
سرطان المبيض هو الأكثر فتكا من بين جميع الأورام الخبيثة النسائية. يتم تشخيص 38٪ فقط من سرطانات المبيض في مرحلة مبكرة (موضعية أو إقليمية) ، حيث يبلغ معدل البقاء على قيد الحياة لمدة 5 سنوات 74.2٪ إلى 93.1٪. يتم تشخيص معظمهم في مرحلة متأخرة ، حيث يكون معدل البقاء على قيد الحياة لمدة 5 سنوات 30.8٪ أو أقل13. تبين أن طرق التشخيص السريري الحالية ، بما في ذلك التصوير بالموجات فوق الصوتية عبر المهبل (TUS) ، ودوبلر الولايات المتحدة ، ومستضد سرطان المصل 125 (CA 125) ، وبروتين البربخ البشري 4 (HE4) ، تفتقر إلى الحساسية والنوعية للتشخيص المبكر لسرطان المبيض14،15،16. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون من الصعب تشخيص جزء كبير من آفات المبيض الحميدة بدقة باستخدام تقنيات التصوير الحالية ، مما يؤدي إلى عمليات جراحية غير ضرورية مع زيادة تكاليف الرعاية الصحية والمضاعفات الجراحية. وبالتالي ، هناك حاجة إلى طرق إضافية دقيقة غير جراحية لتقسيم المخاطر إلى طبقات من الكتل adnexal لتحسين الإدارة والنتائج. من الواضح أن هناك حاجة إلى تقنية حساسة ومحددة لسرطان المبيض في مراحله المبكرة وأكثر دقة في تحديد الآفات الخبيثة من الآفات الحميدة.
طورت مجموعتنا نظاما أمريكيا و PAT عبر المهبل (USPAT) لتشخيص سرطان المبيض من خلال الجمع بين نظام أمريكي سريري ، وغمد مسبار مصنوع خصيصا لإيواء الألياف الضوئية لتوصيل الضوء ، وليزر قابل للضبط1. أظهر إجمالي تركيز الهيموغلوبين (المقياس النسبي ، rHbT) وتشبع الأكسجين في الدم (٪ sO2) المشتق من نظام USPAT إمكانات كبيرة للكشف عن سرطانات المبيض في المراحل المبكرة ولتشخيص آفات المبيض بدقة لتقييم المخاطر الفعال والحد من جراحات الآفات الحميدة غير الضرورية 1,2. يظهر مخطط النظام الحالي في الشكل 1 ، ويظهر مخطط كتلة التحكم في الشكل 2. هذه الاستراتيجية لديها القدرة على دمجها في بروتوكولات TUS الحالية لتشخيص سرطان المبيض مع توفير المعلمات الوظيفية (rHbT، ٪ sO2) لتحسين حساسية وخصوصية TUS.
Protocol
Representative Results
Discussion
إضاءة بصرية
يعتمد عدد الألياف المستخدمة على عاملين: توحيد الإضاءة الخفيفة وتعقيد النظام. من الأهمية بمكان أن يكون لديك نمط إضاءة ضوئي موحد على سطح الجلد لتجنب النقاط الساخنة. من المهم أيضا الحفاظ على النظام بسيطا وقويا بأقل عدد من الألياف. لقد ثبت سابقا أن استخدام أربعة ألياف من…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل NCI (R01CA151570 ، R01CA237664). يشكر المؤلفون مجموعة أورام GYN بأكملها بقيادة الدكتور ماثيو باول للمساعدة في تجنيد المرضى ، وأخصائيي الأشعة الدكاترة كاري سيجل ، وويليام ميدلتون ، وملك إيتناي للمساعدة في الدراسات الأمريكية ، وأخصائي علم الأمراض الدكتور إيان هاغمان للمساعدة في تفسير علم الأمراض للبيانات. يعترف المؤلفون بامتنان بجهود ميغان لوثر ومنسقي دراسة GYN في تنسيق جداول الدراسة ، وتحديد المرضى للدراسة ، والحصول على موافقة مستنيرة.
Materials
| Clinical US imaging system | Alpinion Medical Systems | EC-12R | Fully programmable clinical US system |
| Dielectric mirror | Thorlabs | BB1-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Endocavity US transducer | Alpinion Medical Systems | EC3-10 | Transvaginal ultrasound probe |
| Laser power meter | Coherent | LabMax TOP | Used to measure laser energy |
| Multi-mode optical fiber | Thorlabs | FP1000ERT | Couple laser light to the endocavity ultrasound probe |
| Non-polarizing beam splitter plate | Thorlabs | BSW11 | For splitting laser beam into sensors to measure energy |
| Plano-concave lens | Thorlabs | LC1715 | For laser beam expansion |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1484-B | For laser beam collimation |
| Plano-convex lens | Thorlabs | LA1433-B | Used to focus light into four optical fibers |
| Polarizing beam splitter cube | Thorlabs | PBS252 | For splitting laser beam into four beams |
| Protective probe shealth | Custom 3D printed | Hold and protect the four optical fibers at the tip of the ultrasound probe | |
| Right angle prism mirror | Thorlabs | MRA25-E03 | Used to reflect light along the optical path |
| Tunable laser system | Symphotic TII | LS-2145-LT50PC | Light source for multispectral PAT |
| USPAT control software | Custom developed in C++ | Controls acquisition parameters of the ultrasound machine and the laser wavelength | |
| USPAT image display software | Custom developed in C++ | Displays the US/PAT B-scans and sO2/rHbT maps in real time |
Referências
- Nandy, S., et al. Evaluation of ovarian cancer: Initial application of coregistered photoacoustic tomography and US. Radiology. 289 (3), 740-747 (2018).
- Amidi, E., et al. Role of blood oxygenation saturation in ovarian cancer diagnosis using multi-spectral photoacoustic tomography. Journal of Biophotonics. 14 (4), 202000368 (2021).
- Dogan, B. E., et al. Optoacoustic imaging and gray-scale US features of breast cancers: Correlation with molecular subtypes. Radiology. 292 (3), 564-572 (2019).
- Menezes, G. L. G., et al. Downgrading of breast masses suspicious for cancer by using optoacoustic breast imaging. Radiology. 288 (2), 355-365 (2018).
- Neuschler, E. I., et al. A pivotal study of optoacoustic imaging to diagnose benign and malignant breast masses: A new evaluation tool for radiologists. Radiology. 287 (2), 398-412 (2018).
- von Knorring, T., Mogensen, M. Photoacoustic tomography for assessment and quantification of cutaneous and metastatic malignant melanoma – A systematic review. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 33, 102095 (2021).
- Han, S., Lee, H., Kim, C., Kim, J. Review on multispectral photoacoustic analysis of cancer: Thyroid and breast. Metabolites. 12 (5), 382 (2022).
- Kim, J., et al. Multiparametric photoacoustic analysis of human thyroid cancers in vivo. Pesquisa do Câncer. 81 (18), 4849-4860 (2021).
- Basij, M., Karpiouk, A., Winer, I., Emelianov, S., Mehrmohammadi, M. Dual-illumination ultrasound/photoacoustic system for cervical cancer imaging. IEEE Photonics Journal. 13 (1), 6900310 (2021).
- Agrawal, S., et al. development, and multi-characterization of an integrated clinical transrectal ultrasound and photoacoustic device for human prostate imaging. Diagnostics. 10 (8), 566 (2020).
- Kothapalli, S. -. R., et al. Simultaneous transrectal ultrasound and photoacoustic human prostate imaging. Science Translational Medicine. 11 (507), 2169 (2019).
- Leng, X., et al. Assessing rectal cancer treatment response using coregistered endorectal photoacoustic and US imaging paired with deep learning. Radiology. 299 (2), 349-358 (2021).
- Surveillance, Epidemiology, and End Results Program. Cancer of the Ovary – Cancer Stat Facts. National Cancer Institute Available from: https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html (2022)
- Temkin, S. M., et al. Outcomes from ovarian cancer screening in the PLCO trial: Histologic heterogeneity impacts detection, overdiagnosis and survival. European Journal of Cancer. 87, 182-188 (2017).
- Kobayashi, H., et al. A randomized study of screening for ovarian cancer: A multicenter study in Japan. International Journal of Gynecological Cancer. 18 (3), 414-420 (2008).
- Andreotti, R. F., et al. O-RADS US risk stratification and management system: A consensus guideline from the ACR ovarian-adnexal reporting and data system committee. Radiology. 294 (1), 168-185 (2020).
- Salehi, H. S., et al. Design of optimal light delivery system for coregistered transvaginal ultrasound and photoacoustic imaging of ovarian tissue. Photoacoustics. 3 (3), 114-122 (2015).
- Oppenheim, A. V., Schafer, R. W. . Digital Signal Processing. , (1975).
- Zou, Y., Amidi, E., Luo, H., Zhu, Q. Ultrasound-enhanced Unet model for quantitative photoacoustic tomography of ovarian lesions. Photoacoustics. 28, 100420 (2022).
- Prince, J. L., Links, J. M. . Medical Imaging Signals and Systems. , (2006).
- Kim, J., et al. Programmable Real-time Clinical Photoacoustic and Ultrasound Imaging System. Scientific Reports. 6, 35137 (2016).
