تصوير المثانة الضوئي
Summary
تصوير المثانة الضوئي (PAC) لديها امكانات كبيرة لرسم خريطة قربة البولية، الأشعة جهازا الداخلية الحساسة في طب الأطفال المرضى، من دون استخدام أي الإشعاع المؤين أو عامل تباين السامة. نحن هنا لشرح استخدام PAC لرسم خرائط قربة البول مع حقنة من استشفاف البصرية مبهمة في الفئران<em> في الجسم الحي</em>.
Abstract
تصوير المثانة الأطفال التقليدية، التي تقوم على التشخيص الأشعة السينية باستخدام صبغة معتمة، يعاني من استخدام الإشعاعات المؤينة ضارة. من خطر الاصابة بسرطان المثانة عند الأطفال بسبب التعرض للإشعاع هو أكثر أهمية من العديد من أنواع السرطان الأخرى. نحن هنا لشرح جدوى الضوئي (PA) التصوير nonionizing وموسع من قربة البولية، ويشار إلى تصوير المثانة الضوئي (PAC)، وذلك باستخدام (الجرد) الماصة الضوئية بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (أي الميثيلين الأزرق، الذهب النانو plasmonic، أو أنابيب الكربون النانوية احد الجدران ) باعتباره التتبع الضوئية عكر. لقد التقط بنجاح المثانة مليئة الفئران وكلاء امتصاص البصرية باستخدام نظام PAC متحد البؤر المظلمة. بعد الحقن عبر الاحليل من وكلاء النقيض من ذلك، كانت قربة في الجرذ تصور photoacoustically من خلال تحقيق مهمة تعزيز إشارة السلطة الفلسطينية. تم التحقق من صحة تراكم بواسطة التصوير PA الطيفية. علاوة على ذلك، فقط باستخدام نبضة طاقة الليزرأقل من 1 ميغا جول / سم 2 (1/20 من حد الأمان)، يمكن نظام التصوير الحالية لدينا تعيين الميثيلين الأزرق مليئة الفئران-المثانة على عمق يتجاوز 1 سم في الأنسجة البيولوجية في الجسم الحي. سواء في الجسم الحي وفيفو PA نتائج التصوير السابقين التحقق من أن عوامل التباين وتفرز بشكل طبيعي عن طريق التبول. وبالتالي، ليس هناك قلق بشأن تراكم وكيل السامة على المدى الطويل، مما يسهل الترجمة السريرية.
Introduction
الأشعة السينية تصوير المثانة 1 هو عملية التصوير لتحديد الأمراض ذات الصلة المثانة مثل سرطان المثانة، ارتداد مثاني، انسداد الحالب والمثانة العصبية، وغيرها. 2-5 عادة، يتم باطلة البول ويتم حقن عامل الراديوية مبهمة من خلال القسطرة. ثم، يتم الحصول على جهاز أشعة صور الأشعة السينية لتحديد قربة البولية. ومع ذلك، فإن مسألة السلامة المفتاح هو أن يتم استخدام الإشعاعات المؤينة الضارة في هذا الإجراء. نسبة خطر الاصابة بسرطان التراكمي إلى سن 75 عاما بسبب التشخيص الأشعة السينية يتراوح 0،6-1،8٪. 6 وبالإضافة إلى ذلك، فإن التهديد مسرطنة مهم في طب الأطفال المرضى. وأظهرت دراسة أجريت في المملكة المتحدة أن من بين 9 الأعضاء الداخلية الرئيسية، وكان متوسط الجرعة الإشعاعية السنوية من التشخيص الأشعة السينية أعلى المعدلات في قربة في الأطفال الإناث أقل من 4 وثاني أعلى معدل في الأطفال الذكور أقل من 4. 7 هذا يشير إلى أن خطر الإصابة بسرطان المثانة هو الأكثر أهمية في طب الأطفال المرضى. ALTهوغ الأشعة طب الأطفال أن تسعى إلى خفض معدل التعرض للإشعاع منخفضة تصل إلى تحقيقها بدرجة معقولة، والإشعاع المؤين لا يمكن استبعاد تماما. ولذلك، فإن الحد يخلق الحاجة إلى وجود تماما خالية من الإشعاع، حساسة، فعالة من حيث التكلفة، وعالية الدقة التصوير طريقة مع عوامل التباين امشع في تصوير المثانة.
مؤخرا، أصبح التصوير المقطعي الضوئي (PAT) رئيس الوزراء وطريقة التصوير الطبي الحيوي بسبب PAT يمكن أن توفر قوية التناقضات امتصاص البصرية والقرار المكانية بالموجات فوق الصوتية عالية في الأنسجة البيولوجية. 8 مبدأ PAT هو أن الموجات فوق الصوتية هي التي يسببها بسبب التوسع thermoelastic من هدف تليها امتصاص الضوء. عن طريق الكشف-حل وقت السفر الموجات الصوتية عن طريق وسيط، واثنين من أو ثلاثي الأبعاد الصور الضوئي (PA) يتم تشكيلها. لأن الموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة) هو أقل بكثير متناثرة في الأنسجة مقارنة مع ضوء (عادة اثنين أو ثلاثة أوامر من حجم)، علىعمق التصوير من PAT يمكن أن تصل إلى ~ 8 سم في الأنسجة، بينما يتم الحفاظ على القرار المكانية إلى 1/200 من عمق التصوير 9 من المزايا الرئيسية لPAT لتطبيق cystographic ما يلي: (1) PAT هو خال تماما من المؤينة الإشعاع. (2) نظم ClinicalUSimaging يمكن تكييفها بسهولة لتوفير قدرات التصوير الولايات المتحدة السلطة الفلسطينية ثنائي مشروط و. وبالتالي، يمكن السلطة الوطنية الفلسطينية / الولايات المتحدة نظام التصوير ثنائي مشروط تكون محمولة نسبيا، وفعالة من حيث التكلفة، وسريع، والتي هي معايير رئيسية للترجمة السريرية سريع. باستخدام كل من الداخلية والتناقضات الخارجية، وقد وفرت PAT التصوير عالية الدقة المورفولوجية والوظيفية، والجزيئي للأنسجة لدراسة الفيزيوباثيا الورم، ديناميكا الدم في الدماغ، والأعضاء الداخلية، طب العيون، تصوير الأوعية الدموية، وغيرها. 10-16
في هذه المقالة، ونحن لشرح البروتوكولات التجريبية من تصوير المثانة الضوئي nonionizing (PAC) باستخدام (الجرد) الماصة الضوئية بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (أي الميثيلين الأزرق، انتقلnanocages دينار، أو أنابيب الكربون النانوية احد الجدران) وغير سام استشفاف البصرية عكر. تم photoacoustically والتحليل الطيفي يرسم قربة الفئران مليئة عوامل التباين في الجسم الحي. لا وكلاء المتراكمة باستمرار في قربة والكلى من الفئران. وبالتالي، سمية طويلة الأجل التي قد تكون ناجمة عن تراكم عامل يمكن استبعادها. هذه النتيجة تعني أن PAC مع مزيج من امتصاص البصرية يمكن أن يكون يحتمل أن يكون طريقة cystographic غير مؤذية حقا للأطفال المرضى. تكوين النظام، والمحاذاة النظام، وإجراءات التصوير في الجسم الحي فيفو / EX تمت مناقشتها في هذه المقالة.
Protocol
Representative Results
Discussion
في الختام، لقد أظهرنا إمكانية nonionizing PAC باستخدام امتصاص البصرية غير سام في نموذج الفئران في الجسم الحي. لقد التقط بنجاح المثانة الفئران مليئة الماصة البصرية باستخدام لدينا nonionizing وموسع نظام PAC. وقد تم حل قضيتين السلامة الحرجة في نهجنا: (1) استخدام الإشعاع nonionizing لت?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل في جزء من منحة من برنامج الدراسات التجريبية من جامعة بافالو مركز البحوث السريرية وبالحركة واتحاد بالحركة جاموس، على منحة من مؤسسة روزويل بارك للتحالف، أموال بدء التشغيل من جامعة بافالو، برنامج تكنولوجيا المعلومات الإبداعية كونسيليانس Consilience من MKE، وحول و(C1515-1121-0003) وجبهة الخلاص الوطني منحة من MEST (2012-0009249).
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Q-switched Nd:YAG laser | Continuum | SLII-10 | pump laser |
| OPO laser | Continuum | Surelite OPO PLUS | tunable laser |
| Prisms | Thorlabs | PS908 | light deliver |
| Ultrasound transducer | Olympus NDT | V308 | 5 MHz |
| Ultraoundpulser/receiver | Olympus NDT | 5072PR | amplifier |
| Oscilloscope | Tektronix | TDS5054 | data acquisition |
| Scanning stage | Danaher Dover | XY6060 | raster scanning |
| Methylene blue | Sigma-Aldrich | M9140-25G | contrast agent |
| Rats | Harlan | Spague-Dawley | animal subject |
| Isoflourane vaporizer | Euthanex | EZ-155 | anesthesia |
| Ultrasound gel | Sonotech | Clear Image singles | acoustic coupling |
References
- Riccabona, M. Cystography in infants and children: a critical appraisal of the many forms with special regard to voiding cystourethrography. Eur. Radiol. 12 (12), 2910-2918 (2002).
- Khattar, N., Dorairajan, L. N., Kumar, S., Pal, B. C., Elangovan, S., Nayak, P. Giant obstructive megaureter causing contralateral ureteral obstruction and hydronephrosis: a first-time report. Urology. 74 (6), 1306-1308 (2009).
- Lim, R. Vesicoureteral reflux and urinary tract infection: evolving practices and current controversies in pediatric imaging. AJR Am. J. Roentgenol. 192 (5), 1197-1208 (2009).
- Scardapane, A., Pagliarulo, V., Ianora, A. A., Pagliarulo, A., Angelelli, G. Contrast-enhanced multislice pneumo-CT-cystography in the evaluation of urinary bladder neoplasms. Eur. J. Radiol. 66 (2), 246-252 (2008).
- Verpoorten, C., Buyse, G. M. The neurogenic bladder: medical treatment. Pediatr. Nephrol. 23 (5), 717-725 (2008).
- Ron, E. Let’s not relive the past: a review of cancer risk after diagnostic or therapeutic irradiation. Pediatr. Radiol. 32 (10), 739-744 (2002).
- Berrington De Gonzalez, A., Darby, S. Risk of cancer from diagnostic X-rays: estimates for the UK and 14 other countries. Lancet. 363 (9406), 345-351 (2004).
- Kim, C., Favazza, C., Wang, L. V. In vivo photoacoustic tomography of chemicals: high-resolution functional and molecular optical imaging at new depths. Chem. Rev. 110 (5), 2756-2782 (2010).
- Ke, H., Erpelding, T. N., Jankovic, L., Liu, C., Wang, L. V. Performance characterization of an integrated ultrasound, photoacoustic, and thermoacoustic imaging system. J. Biomed. Opt. 17 (5), 056010 (2012).
- Akers, W. J., Kim, C., Berezin, , et al. Noninvasive Photoacoustic and Fluorescence Sentinel Lymph Node Identification using Dye-Loaded Perfluorocarbon Nanoparticles. Acs Nano. 5 (1), 173-182 (2011).
- Jiao, S. L., Jiang, M. S., Hu, J., et al. Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging. Opt. Express. 18 (4), 3967-3972 (2010).
- Kim, C., Cho, E. C., Chen, J., et al. In vivo molecular photoacoustic tomography of melanomas targeted by bioconjugated gold nanocages. Acs Nano. 4 (8), 4559-4564 (2010).
- Kim, C., Song, H. M., Cai, X., Yao, J., Wei, A., Wang, L. V. In vivo photoacoustic mapping of lymphatic systems with plasmon-resonant nanostars. J. Mater. Chem. 21 (9), 2841-2844 (2011).
- Wang, X., Pang, Y., Ku, G., Xie, X., Stoica, G., Wang, L. V. Noninvasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional in vivo imaging of the brain. Nat. Biotechnol. 21 (7), 803-806 (2003).
- Xie, Z., Roberts, W., Carson, P., Liu, X., Tao, C., Wang, X. Evaluation of bladder microvasculature with high-resolution photoacoustic imaging. Opt. Lett. 36 (24), 4815-4817 (2011).
- Zhang, H. F., Maslov, K., Stoica, G., Wang, L. V. Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging. Nat. Biotechnol. 24 (7), 848-851 (2006).
- Kim, C., Jeon, M., Wang, L. V. Nonionizing photoacoustic cystography in vivo. Opt. Lett. 36 (18), 3599-3601 (2011).
- Homan, K., Kim, S., Chen, Y. S., Wang, B., Mallidi, S., Emelianov, S. Prospects of molecular photoacoustic imaging at 1064 nm wavelength. Opt. Lett. 35 (15), 2663-2665 (2010).
- Chang, S. L., Shortliffe, L. D. Pediatric urinary tract infections. Pediatr. Clin. N. Am. 53 (3), 379 (2006).
- Stratton, K. L., Pope, J. C., Adams, M. C., Brock, J. W., Thomas, J. C. . Implications of Ionizing Radiation in the Pediatric Urology. 183 (6), 2137-2142 (2010).
- Ermilov, S. A., Khamapirad, T., Conjusteau, A., et al. Laser optoacoustic imaging system for detection of breast cancer. J. Biomed. Opt. 14 (2), 024007 (2009).
- Erpelding, T. N., Kim, C., Pramanik, M., et al. Sentinel lymph nodes in the rat: noninvasive photoacoustic and US imaging with a clinical US system. Radiology. 256 (1), 102-110 (2010).
- Kim, C., Erpelding, T. N., Jankovic, L., Wang, L. V. Performance benchmarks of an array-based hand-held photoacoustic probe adapted from a clinical ultrasound system for non-invasive sentinel lymph node imaging. Philos. Transact. A. Math Phys. Eng. Sci. 369 (1955), 4644-4650 (1955).
- Kim, C., Song, K. H., Gao, F., Wang, L. V. Sentinel lymph nodes and lymphatic vessels: noninvasive dual-modality in vivo mapping by using indocyanine green in rats–volumetric spectroscopic photoacoustic imaging and planar fluorescence imaging. Radiology. 255 (2), 442-450 (2010).
- Kruger, R. A., Kiser, W. L., Reinecke, D. R., Kruger, G. A. Thermoacoustic computed tomography using a conventional linear transducer array. Medical Physics. 30 (5), 856-860 (2003).
- Kruger, R. A., Lam, R. B., Reinecke, D. R., Del Rio, S. P., Doyle, R. P. Photoacoustic angiography of the breast. Med. Phys. 37 (11), 6096-6100 (2010).
- Manohar, S., Kharine, A., Van Hespen, J. C., Steenbergen, W., Van Leeuwen, T. G. The Twente Photoacoustic Mammoscope: system overview and performance. Phys. Med. Biol. 50 (11), 2543-2557 (2005).
