यह प्रोटोकॉल रोबोटिक अल्ट्रासाउंड (यूएस) को पारंपरिक गैर-इनवेसिव छवि तौर-तरीकों के लिए एक व्यावहारिक, लागत प्रभावी और त्वरित विकल्प के रूप में प्रदर्शित करता है।
कृन्तकों के विवो इमेजिंग में सामान्य तौर-तरीकों में पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी), कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी), चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई), और अल्ट्रासाउंड (यूएस) शामिल हैं। प्रत्येक विधि की सीमाएं और फायदे हैं, जिनमें उपलब्धता, उपयोग में आसानी, लागत, आकार और आयनीकरण विकिरण या चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग शामिल है। यह प्रोटोकॉल कृंतक गुर्दे और हृदय के विवो इमेजिंग, बाद के डेटा विश्लेषण और संभावित अनुसंधान अनुप्रयोगों के लिए 3 डी रोबोट यूएस के उपयोग का वर्णन करता है। रोबोट अमेरिका के व्यावहारिक अनुप्रयोग कुल गुर्दे की मात्रा (टीकेवी) के परिमाणीकरण के साथ-साथ अल्सर, ट्यूमर और वास्कुलचर के माप हैं। यद्यपि संकल्प अन्य तौर-तरीकों के रूप में उच्च नहीं है, रोबोट यूएस अधिक व्यावहारिक उच्च थ्रूपुट डेटा संग्रह के लिए अनुमति देता है। इसके अलावा, यूएस एम-मोड इमेजिंग का उपयोग करके, कार्डियक फ़ंक्शन को परिमाणित किया जा सकता है। चूंकि गुर्दे कार्डियक आउटपुट का 20% -25% प्राप्त करते हैं, इसलिए कार्डियक फ़ंक्शन का आकलन करना गुर्दे के शरीर विज्ञान और पैथोफिजियोलॉजी की समझ के लिए महत्वपूर्ण है।
विवो कृंतक इमेजिंग के लिए सबसे आम तौर-तरीकों में पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी), ऑप्टिकल इमेजिंग (ओआई), कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी), चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई), और अल्ट्रासाउंड (यूएस) शामिल हैं। ये तकनीकें विवो छवियों में उच्च-रिज़ॉल्यूशन प्रदान करती हैं, जिससे जांचकर्ताओं को मात्रात्मक रूप से मूल्यांकन करने और अनुदैर्ध्य रूप से रोग मॉडल का गैर-इनवेसिव रूप से पालन करने की अनुमति मिलती है। जबकि प्रत्येक इमेजिंग पद्धति की सीमाएं होती हैं, वे प्रीक्लिनिकल अनुसंधान के लिए अमूल्य उपकरण भी प्रदान करते हैं।
यहां, अध्ययन एक अमेरिकी प्रणाली का विवरण देता है और रोबोट और 3 डी कृंतक इमेजिंग के लिए प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है। अमेरिकी तरंगों को एक ट्रांसड्यूसर नामक एक जांच द्वारा उत्पादित किया जाता है, जो आमतौर पर हाथ से आयोजित किया जाता है। ध्वनि तरंगों को वापस परावर्तित किया जाता है क्योंकि वे ऊतकों के साथ बातचीत करते हैं, और प्रतिध्वनियों को छवियों में पुनर्निर्मित किया जाता है2। यहां वर्णित प्रोटोकॉल एक रोबोटिक रूप से नियंत्रित ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके गुर्दे और कार्डियक इमेजिंग पर ध्यान केंद्रित करेगा और सॉफ्टवेयर का उपयोग करेगा जो मात्रात्मक मूल्यांकन के लिए तेजी से 3 डी पुनर्निर्माण की अनुमति देता है।
रोबोटिक यूएस एक तेज, विश्वसनीय और गैर-इनवेसिव इमेजिंग मोडलिटी है जो जांचकर्ताओं को उच्च-थ्रूपुट और अनुदैर्ध्य अध्ययन करने की अनुमति देता है। हाथ से आयोजित अमेरिकी तरीकों की तुलना में, रोबोटिक यूएस विधि समय-कुशल है, क्योंकि तीन जानवरों को मिनटों के मामले में स्कैन किया जा सकता है। गुर्दे के माप के लिए उच्च थ्रूपुट से पता चलता है कि प्रति घंटे 20 चूहों तक की छवि बनाई जा सकती है। रोबोट ट्रांसड्यूसर ध्वनिक झिल्ली के नीचे स्थित होते हैं और स्वतंत्रता के दो डिग्री (चित्रा 1 ए) के साथ जानवर से स्वतंत्र रूप से चलते हैं। यह नौसिखिए उपयोगकर्ताओं को उच्च गुणवत्ता वाली छवियों को प्राप्त करने की अनुमति देता है, जबकि हाथ से आयोजित अमेरिकी विधियां उपयोगकर्ता त्रुटि के लिए अधिक संवेदनशील होती हैं। युग्मित सॉफ़्टवेयर कुशल, वास्तविक समय 3 डी गुर्दे के पुनर्निर्माण की अनुमति देता है। इससे पहले, चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) उत्कृष्ट नरम-ऊतक विपरीत, रेडियोधर्मिता की कमी और पैठ की गहराई के कारण गैर-इनवेसिव इमेजिंग के लिए एक प्रचलित विधि रही है। हालांकि, एमआरआई को अक्सर लंबे अधिग्रहण समय की आवश्यकता होती है और प्रदर्शन करना महंगा होता है। यूएस को कुल गुर्दे की मात्रा (टीकेवी) 3 का आकलन करने में एमआरआई के लिए एक विश्वसनीय और अधिक तेजी से विकल्प के रूप में मूल्यांकन किया गया है।
अल्ट्रासाउंड ध्वनि तरंगों का उपयोग करता है, और ध्वनि तरंग प्रसार के लिए किसी भी बाधाओं छवि की गुणवत्ता के साथ हस्तक्षेप करेंगे। इस प्रकार, छविकृत किए जाने वाले क्षेत्र के पूर्ण बालों को हटाने के लिए महत्वपूर्ण है। डिपिलेटरी क्रीम को पूरी तरह से हटाने को सुनिश्चित करना भी महत्वपूर्ण है क्योंकि यह जानवर की त्वचा के जलने / जलन का कारण बन सकता है और स्कैनर की पारदर्शी झिल्ली को बदरंग कर सकता है। बे में पर्याप्त पानी का स्तर इष्टतम ध्वनि तरंग प्रसार के लिए आवश्यक है, इस प्रकार उच्चतम छवि संकल्प प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। हालांकि, जब जानवर एक प्रवण स्थिति में होता है, तो सुनिश्चित करें कि जानवर का थूथन पानी के स्तर से ऊपर है या जानवर को पानी की साँस लेने का खतरा है। इमेजिंग पैरामीटर का अनुकूलन, विशेष रूप से फोकल गहराई, उच्च गुणवत्ता वाली छवियों को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है। मापदंडों में संशोधन व्यक्तिगत जानवरों के लिए आवश्यक हो सकते हैं।
रोबोटिक यूएस पारंपरिक हाथ से आयोजित अमेरिकी तौर-तरीकों पर कई फायदे प्रदान करता है। सबसे पहले, सिस्टम एक साधारण बिंदु-और-क्लिक कैमरा-आधारित इंटरफ़ेस का उपयोग करता है। यह सुविधा पारंपरिक अमेरिका की जटिलता को संबोधित करती है और एक नौसिखिया उपयोगकर्ता 6 द्वारा संचालित होने पर भी लगातार डेटा का उत्पादन करती है। दूसरा, सिस्टम एक ध्वनिक माध्यम के रूप में पारंपरिक यूएस जेल के बजाय पानी के उपयोग की अनुमति देता है। इससे पहले, यूएस जेल के उपयोग ने बुलबुले के गठन की अनुमति दी जो गुणवत्ता छवि अधिग्रहण के साथ हस्तक्षेप करते थे। इसके अलावा, अमेरिकी जेल गन्दा है और सफाई के लिए चुनौतियां प्रदान करता है। इसके अलावा, पानी को गर्मी दीपक द्वारा गर्म किया जाता है और जानवर के शरीर के तापमान को बनाए रखने में मदद करता है। तीसरा, रोबोट अमेरिका तेज है, इसलिए श्वसन गति से कलाकृतियां समस्याग्रस्त नहीं हैं। बढ़ी हुई इमेजिंग गति उच्च थ्रूपुट डेटा संग्रह के व्यावहारिक समापन के लिए अनुमति देती है। चौथा, रोबोट अमेरिका 3 डी छवियों को प्राप्त करता है, और इसलिए वस्तुओं के 3 डी पुनर्निर्माण को सरल बनाता है (चित्रा 4)। एमआरआई और अन्य तौर-तरीके महंगे, समय लेने वाले हैं, और हमेशा उपलब्ध नहीं हैं। महत्वपूर्ण रूप से, रोबोट यूएस सिस्टम एक मेज या बेंच पर फिट बैठता है और अधिक लागत कुशल है। अंत में, पहले के काम ने प्रदर्शित किया कि रोबोट अमेरिका एमआरआई 3 जैसे अधिक महंगे तौर-तरीकों के लिए तुलनीय माप डेटा प्रदान कर सकता है।
जबकि इस काम में वर्णित रोबोट यूएस सिस्टम की छवि गुणवत्ता और रिज़ॉल्यूशन प्रस्तावित एप्लिकेशन (चित्रा 7) के लिए पर्याप्त थे, ऐसे कई तरीके हैं जिनसे भविष्य में छवि की गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, उच्च आवृत्ति ट्रांसड्यूसर (जैसे, 50-70 मेगाहर्ट्ज) का उपयोग करने से बेहतर सुविधा परिभाषा के साथ उच्च रिज़ॉल्यूशन छवियां होंगी। जबकि उच्च आवृत्तियों का उपयोग करने के परिणामस्वरूप प्रवेश की एक गरीब गहराई होगी, छवियों को सतही अंगों के विवो इमेजिंग के लिए पर्याप्त होना चाहिए, जैसे कि माउस किडनी। अन्य इमेजिंग तौर-तरीकों के साथ, विशिष्ट विशेषताओं को बढ़ाने के लिए कंट्रास्ट एजेंटों का उपयोग किया जा सकता है। हमारे लिए, यह आमतौर पर ध्वनि तरंगों के अत्यधिक प्रतिबिंबित कुछ का उपयोग करने का मतलब है। इंट्रावैस्कुलर माइक्रोबबल्स जिसमें लिपिड बहुत छोटे गैस बुलबुले को घेरते हैं, एक ऐसा एजेंट है। माइक्रोन-आकार के गैस बुलबुले अत्यधिक चिंतनशील होते हैं और इस प्रकार एक दूसरा अलग संकेत प्रदान करते हैं जो वास्कुलचर 7 के उच्च-रिज़ॉल्यूशन में अनुवाद करता है। हालांकि यह ध्वनिक विपरीत तकनीक काफी उपयोगी हो सकती है, इसमें कई डाउनसाइड हो सकते हैं। सबसे पहले, माइक्रोबबल्स को ताजा बनाया जाना चाहिए और केवल 5-10 मिनट के लिए वीवो में बने रहना चाहिए। दूसरा, विवो इंट्रावैस्कुलर इंजेक्शन में आमतौर पर इंजेक्शन के लिए पूंछ घूंघट कैथीटेराइजेशन की आवश्यकता होती है, और यह तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण हो सकता है। कुछ परिस्थितियों और स्पंदन शासनों के तहत, माइक्रोबबल इमेजिंग स्वयं वृक्क वास्कुलचर क्षति 8 का कारण बन सकती है।
उपयोग की जाने वाली विशेष अमेरिकी प्रणाली की कुछ और सामान्य सीमाएं भी हैं। सबसे पहले, केवल एक रैखिक सरणी (18 मेगाहर्ट्ज पर केंद्रित) रोबोट चेसिस में शामिल है, इसलिए उच्च या निम्न आवृत्ति जांच पर स्विच करना वर्तमान में संभव नहीं है। यह मॉडल (या तो बड़ा या छोटा) की चौड़ाई को प्रभावित कर सकता है जिसका मूल्यांकन सिस्टम के साथ किया जा सकता है। उपकरण के भविष्य के पुनरावृत्तियों में प्रीक्लिनिकल पशु मॉडल की पूरी श्रृंखला को कवर करने के लिए कई रैखिक सरणियों को शामिल किया जाना चाहिए। दूसरा, पशु विषय के सापेक्ष ट्रांसड्यूसर कोण को नियंत्रित नहीं किया जा सकता है। इसलिए, कोण-निर्भर इमेजिंग तकनीकों का प्रदर्शन करना, जैसे कि डॉपलर, या कुछ अंगों के वैकल्पिक इन-प्लेन विचारों को प्राप्त करना (उदाहरण के लिए, गुर्दे का लंबा अक्ष दृश्य) जानवर की पुनर्स्थापना की आवश्यकता होती है और इसे प्राप्त करना मुश्किल हो सकता है। इस चुनौती को सुधारने के लिए रोबोट आंदोलन में अतिरिक्त डिग्री-ऑफ-फ्रीडम को जोड़ा जा सकता है। तीसरा, अवसर पर, हमने ध्वनिक झिल्ली से उत्पन्न होने वाली गूंज कलाकृतियों को देखा है जो जानवर को ट्रांसड्यूसर से अलग करता है जो सतही विशेषताओं और सीमाओं के दृश्य को अस्पष्ट कर सकता है। इन मामलों में, झिल्ली से दूर जानवर को ऊपर उठाने के लिए जेल गतिरोध का उपयोग करना स्थिति को ठीक कर सकता है। अंत में, गर्मी लैंप के माध्यम से तापमान नियंत्रण imprecise है, और इसलिए इमेजिंग करते समय जानवर के मुख्य शरीर के तापमान पर करीब से ध्यान दिया जाना चाहिए। अधिक नियंत्रित हीटिंग तंत्र, जैसे कि एक एकीकृत हीटिंग पैड, संभवतः होमोस्टैसिस प्रबंधन और इमेजिंग थ्रूपुट में सुधार करेगा।
रोबोटिक यूएस का उपयोग अनुसंधान के विभिन्न क्षेत्रों पर लागू हो सकता है। यह तकनीक सकल ऊतक संरचनाओं के विज़ुअलाइज़ेशन को सक्षम बनाती है, इस प्रकार इसका उपयोग ट्यूमर की प्रगति और संभावित उपचारों को ट्रैक करने के लिए किया जा सकता है6,9 के साथ-साथ गुर्दे की आकृति विज्ञान जैसा कि यहां प्रस्तुत किया गया है। छवियों की विशिष्ट विशेषताओं को विभाजित करने की क्षमता इसे पॉलीसिस्टिक किडनी रोग (पीकेडी) 3 के मॉडल का अध्ययन करने के लिए एक आकर्षक उपकरण बनाती है। एम-मोड छवियां कार्डियक फिजियोलॉजी के विवो मूल्यांकन में सक्षम होने वाले कई महत्वपूर्ण कार्डियक पैरामीटर के सरल परिमाणीकरण के लिए अनुमति देती हैं। जैसा कि गुर्दे कार्डियक आउटपुट 10 का 20% -25% प्राप्त करते हैं, गुर्दे की विकृति के अनुदैर्ध्य मूल्यांकन के दौरान कार्डियक फ़ंक्शन को समझना महत्वपूर्ण है। इन अमेरिकी प्रोटोकॉल के माध्यम से, हमने यह समझाने की कोशिश की है कि यूएस इमेजिंग न केवल विवो और अनुदैर्ध्य गुर्दे के अध्ययन के लिए व्यावहारिक है, बल्कि यह भी कि तेजी से अमेरिकी उपकरण प्रीक्लिनिकल अध्ययनों में चूहों के आकारिकी के साथ-साथ शारीरिक मूल्यांकन दोनों को सक्षम करते हैं।
The authors have nothing to disclose.
इस काम को एनआईएच (R43-DK126607, TJC, TLK, MFR) और मेयो फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था।
Electric Razor | Braintree Scientific, Inc | CLP-9868 14 | |
C57bk6j | The Jackson laboratory | https://www.jax.org/ | |
Cotton gauze pads | Fisher Scientific | ||
Cotton tipped applicators | Fisher Scientific | ||
Depilatory cream | N/a | N/a | This study used Nair |
Heat lamp | Included with SonoVol Vega system | ||
Robotic Ultrasound System | SonoVol Inc | SonoVol Vega system includes anesthesia system | |
SonoEQ Software | SonoVol | Included with SonoVol Vega system | |
TERRELL Isoflurane | Piramal Critical Care, Inc | NDC 66794-019-10 |