Vasküler Araştırmalarda Fonksiyonel Görüntüleme için Multispektral Optoakustik Tomografi

Summary

Mevcut protokol, in vivo insan derisi vaskülatürünün multispektral optoakustik görüntülerinin elde edilmesini tanımlamaktadır. Bunlar, fonksiyonel analiz için ilgi çekici kromoforlar olarak kabul edilen hemoglobin ve melaninin miktarını içerir.

Abstract

Mikrodolaşım bozukluğu, vasküler araştırmalarda bu büyüyen temanın altında yatan çeşitli hastalık süreçlerinde tanınmıştır. Son yıllarda, canlı görüntüleme sistemlerinin geliştirilmesi, klinik ilgi ve uygulama ile gerçek zamanlı, ölçülebilir son noktalar sağlayabilen yeni araçlar oluşturmak amacıyla hem temel hem de klinik araştırmalarda (analitik) hızı belirlemiştir. Diğer tekniklerin yanı sıra yakın kızılötesi spektroskopi (NIRS), pozitron emisyon tomografisi (PET), bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) mevcuttur, ancak maliyet, görüntü çözünürlüğü ve azaltılmış kontrast yaygın zorluklar olarak kabul edilmektedir. Optoakustik tomografi (OT), son teknoloji optik absorpsiyon ve uzamsal çözünürlük kapasitelerini (mikrometre optikten milimetre akustik çözünürlüğe) doku derinliği ile birleştirerek vasküler fonksiyonel görüntülemeye yeni bir bakış açısı sunar. Bu çalışmada multispektral optoakustik tomografinin (MSOT) fonksiyonel görüntüleme için uygulanabilirliği test edilmiştir. Sistem, bir Nd: YAG lazer tarafından pompalanan ayarlanabilir bir optik parametrik osilatör (OPO) kullanır ve 680 nm ila 980 nm dalga boylarında bir 3D prob tarafından algılanan uyarma darbeleri sağlar. İnsan önkolundan elde edilen görüntüler, belirli kromoforların tepkisine dayanan belirli bir algoritma (üreticinin yazılımı içinde sağlanan) aracılığıyla yeniden yapılandırıldı. Maksimum Oksijenli Hemoglobin (Max HbO 2) ve Deoksijenli Hemoglobin (Max Hb), Toplam Hemoglobin (HbT) ve vasküler yoğunluğa (μVu) ortalama Oksijen Doygunluğu (mSO₂), birimler arası ortalama mesafeler (ζAd) ve kılcal kan hacmi (^mm3) bu sistem kullanılarak ölçülebilir. Bu OT sistemi ile bulunan uygulanabilirlik potansiyeli önemlidir. Devam eden yazılım geliştirmeleri kesinlikle bu görüntüleme sisteminin faydasını artıracaktır.

Introduction

Kardiyovasküler hastalıklar dünya çapında tekrarlayan en önemli ölüm nedenleridir ve herhangi bir sağlık sistemi için büyük bir yük oluşturmaktadır ^1,2. Teknoloji, temel kardiyak ve vasküler patofizyoloji anlayışımızın genişlemesine, daha kesin tanı araçları ve erken hastalık teşhisi ve daha etkili yönetim imkanı sağlamamıza büyük katkıda bulunmuştur. Görüntüleme teknikleri sadece kardiyak ve majör damar performansını ölçme imkanı sunmakla kalmaz, aynı zamanda diğer özelliklerin yanı sıra kılcal damar yoğunluğunu, lokal perfüzyon ve hacmi ve endotel disfonksiyonunu hesaplamak için çok daha küçük bir ölçekte de olanaklar sunar. Bu teknolojiler, doğrudan klinik uygulama ile vasküler biyolojiye ilk nicel içgörüleri sunmuştur. Kılcal yoğunluktaki değişiklikler, lokal perfüzyonun azaltılması veya tıkanma muhtemelen görüntülemenin artan rolünü açıklamaya yardımcı olan iskemik bir duruma karşılık gelir ve kardiyovasküler araştırma ve uygulamada vazgeçilmez bir araç haline gelir ^3,4,5.

Son yıllarda, fonksiyonel görüntüleme, ultrason (ABD) yakın kızılötesi spektroskopi (NIRS), pozitron emisyon tomografisi (PET), bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ile teknolojik yeniliklerde hızı sürekli olarak belirlemiştir. Bununla birlikte, maliyet ve hasta güvenliğinden (konforun yanı sıra) görüntü kontrastı ve çözünürlük ^6,7'ye kadar birçok endişe uygulamalarını sınırlar. Optoakustik tomografi (OT) son zamanlarda optik tabanlı vasküler araştırmalarda yeni bir yön olarak ortaya çıkmıştır. Ultra kısa lazer darbeleri ile etkilenen dokunun termoelastik genişlemesi ile üretilen ultrasonik dalgaların tespitine odaklanan bu teknoloji, bir süredir bilinmektedir ^6,8. Isı gelişiminin ve doku genişlemesinin bu fiziksel reaksiyonu, bir ultrason dönüştürücü tarafından tespit edilen akustik bir sinyali uyandırır. Görünürden yakın kızılötesine ışık darbelerinin kullanılması ve akustik bir arka plan sinyalinin bulunmaması, çözünürlük derinliğine fayda sağlar. Tespit edilen kontrast, mevcut en önemli kromoforlardan (hemoglobin veya melanin) kaynaklanır. Diğer teknolojilerle karşılaştırıldığında, OT (1) kontrasta ihtiyaç duymama (etiketsiz görüntüleme), (2) ultrasonografiden daha az eserle daha iyi kontrast ve çözünürlük ve (3) daha düşük fiyat ve daha hızlı edinme ve kullanım kolaylığı ^6,9,10,11 avantajlarına sahiptir.

Multispektral optoakustik tomografi (MSOT) en yeni nesil OT aletleri arasındadır. Uyarma darbeleri sağlayan bir Nd:YAG lazer tarafından pompalanan ayarlanabilir optik parametrik osilatör (OPO) ile üretilen 3D görüntü, 50 Hz^12'ye kadar tekrarlama hızına sahip 680 nm ila 980 nm dalga boylarında yüksek frekanslı ultrasonik uyarma darbelerinden algılanan zamana bağlı sinyallerle elde edilir. Optoakustik görüntüleme platformu, farklı kromoforların derinlemesine (15 mm'ye kadar düşük) ölçülmesini sağlar. HbO₂, Hb ve melanin gibi değişkenlere kolayca erişilebilir. Maksimum Oksijenli Hemoglobin (Max HbO₂) ve Deoksijenli Hemoglobin (Max Hb) gibi diğer ilgi çekici değişkenler de mevcuttur. Üreticinin yazılımından alınan rekonstrüksiyon algoritmaları, vasküler yoğunluk (μVu), birimler arası ortalama mesafe (ζAd) ve kılcal hacim (^mm3) gibi diğer değişkenlerin hesaplanmasına izin verir.

Bu çalışma, kardiyovasküler preklinik araştırmalarda pratikliklerini ve potansiyel uygulamalarını daha iyi anlamak için bu yeni sistemin temel işletim yönlerini araştırmaktadır.

Protocol

Deneysel protokol daha önce Üniversitenin Sağlık Bilimleri Fakültesi Etik Kurulu (EC. AKTS/P10.21). Prosedürler, insan araştırmaları için tanımlanan iyi klinik uygulama ilkelerine tam olarak saygı gösterdi¹³. Üniversite topluluğundan, yaş ortalaması 32.8 ± 11.9 olan her iki cinsiyetten altı sağlıklı katılımcının (n = cinsiyet başına 3) uygun bir örneği seçildi. Seçilen katılımcıların normotensif, sigara içmeyenler ve herhangi bir ilaç veya gıda takviyesi içermemeleri gerekiyordu. Kan basıncı, kalp frekansı ve Vücut Kitle İndeksi de kaydedildi. Tüm katılımcılar daha önce çalışmanın amaçları ve süresi hakkında bilgilendirilmiş ve bilgilendirilmiş yazılı onam verilmiştir.

NOT: Bu çalışma, bundan böyle optoakustik görüntüleme platformu olarak anılan MSOTAcuity (bakınız Malzeme Tablosu) kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

1. Satın Almaya Hazırlık

NOT: Aşağıdaki deneysel açıklamada, ekran komutları Kalın yazı tipindedir.

1. Konu bilgilerini yükleme: Optoakustik görüntüleme ekipmanını açın. Ekipman ısınırken, katılımcı bilgilerini tanıtın. Yazılımın ana karşılama penceresi Taramaya genel bakışa açılır. Hasta Kimliği'ne tıkladıktan sonra verileri (ad, çalışma mezhebi, kişisel veriler ve ilgili gözlemler dahil) tanıtın ve Seç'e basarak uygulamayı tamamlayın.
2. Ön ayar seçimi: Ekipman ekranında Lazer Hazır mesajının göründüğünden emin olun. Isınma süresinin ardından, ekipman ekranındaki lazer durum çubuğunun Lazer Bekleme modundan Lazer Hazır olarak değişmesi gerekir. Bu protokol için ön ayar, Hb, HbO₂ ve melanin kromoforları için tasarlanmıştır. Doğru ön ayarı seçtikten sonra, lazer gücü test edilecektir.
3. Bu noktada, ekranda odadaki her katılımcıya lazer güvenlik google'larını uygulamasını hatırlatan bir mesaj olduğundan emin olun. Lazer (güç) anahtarı ayak pedalına basın ve lazer güç kendi kendini kontrol etmesini bekleyin. Birkaç saniye sonra, check-up raporu içeren mevcut lazer durumunu gösteren bir pencere açılır. Kullanılabilir OK düğmesine basarak bu pencereyi bırakın.
   NOT: Optoakustik görüntüleme platformu, insan gözü için özellikle tehlikeli olan sınıf 4 lazer olarak kabul edilen bir Nd: YAG lazer kullanır. Bu nedenle, bu lazer yeterli özenle kullanılmalıdır.
   DİKKAT: Uygun göz koruması da dahil olmak üzere tüm güvenlik prosedürlerinin yürürlükte olduğundan emin olmadan hiçbir satın alma işlemi yapılmamalıdır.

2. Konumlandırma ve Görüntü Yakalama

1. Gereksiz hareketleri en aza indirmek için rahat bir pozisyon seçerek katılımcıyı laboratuvar ortamına (21 °C ± 1 °C; %40-%60 bağıl nem) alıştırın. Taranacak alanın daha önce temizlendiğinden emin olun.
   NOT: Görüntülenecek alanın %70 etanol/su çözeltisi ile temizlenmesi için üreticinin önerisi önerilir. Ek olarak, en iyi görüntü elde etmek için, saçların çıkarılması (varsa) önerilir.
2. Prob tutucu ve görüntü sabitleme
   1. 3D bardağa ince bir ultrason jeli tabakası uygulayın. Görüntü sabitleme, 3D kabın istenen görüntüleme konumunda tutulmasını gerektirir. İlgi alanı için kilitlenebilir bir kolu konumlandırın ve stabilize edin. Bu çalışmada kullanılan kol şirket içinde tasarlanmış ve alüminyum profil bileşenlerle inşa edilmiştir (Şekil 1).
   2. 3D bardağı ilgi alanına yerleştirdikten sonra, görüntü elde etmek için dengeleyici kol kilidini kısmen kilitleyin.
      NOT: Ultrason jelinin kalitesi ve hatta uygulanması çok önemlidir; hava kabarcıklarının varlığı görüntü tanımını tehlikeye atabilir.
3. Muayene menüsü sekmesindeki Tıkanma Sonrası Reaktif Hiperemi (PORH) manevrası kullanılarak dinamik koşullar için görüntü alma.
   1. Temel denetim taramasını edinin. Görüntüleme için bir görüş alanı bulduktan sonra, sönük kan basıncı manşeti yerindeyken, 3D fincan konumlandırma kolunu güvenli bir şekilde kilitleyin.
   2. Daha yüksek basınçlar okumaları tehlikeye atabileceğinden, görüntüleme alanına minimum basınç uygulayın. Üreticinin Hb, HbO 2 ve melanin kromoforlarını aynı anda ölçen varsayılan ön ayarlı Hb, HbO₂ ve Melanin'i zorlayın.
      DİKKAT: Çalışma sırasında gözlerin uygun güvenlik gözlükleriyle korunması zorunludur.
      NOT: Cilt fototipleri IV ila VI (koyu ten) yanlış okumaya eğilimlidir ve daha fazla işlem için bir temel kontrol görüntüsü gerektirir. Görüntü yakalama sırasında (lazer aktif olduğunda) güvenlik gözlüklerinin kullanılması, insan gözünün yalnızca sarı ve mavi renkleri tanımasına izin verir. Görüntü işleme sırasında renkler düzenlenebilir.
   3. Temel görüntü alımı için anatomik alanı seçin. Keşif amacıyla, ventral önkol tavsiye edilir. Lazer ayak pedalına basarak devam edin.
      NOT: Basıldığında canlı görüntüyü ekranda gösteren Görünüm (sarı renkli) etiketli dokunmatik ekran düğmesi. Görüntü kararlılığı durumu, dokunmatik ekranın ortasında, 3D probun kararlılığını gösteren gri bir çubuk olarak gösterilir.
      1. Görüntü kararlılığı en üst düzeye çıkarıldığında, dokunmatik ekrandaki Anlık Görüntü düğmesine basarak alanın anlık görüntüsünü alın (veya yakalayın). Her tarama, 2 sn'lik bir elde etme süresi boyunca önceden ayarlanmış olarak tanımlanan her dalga boyu için 150 mm'lik akustik derinlikte 10-12 kare elde edecektir. Bu temel edinme taraması toplam 30-36 kare içerecektir.
         NOT: Tespit edilen her kromofor (Hb, HbO2 ve melanin) için 10 çerçeve, maksimum 15 mm derinlikte toplanır.
      2. Sürekli video çekimi için lazer ayak pedalına basmaya devam edin ve dokunmatik ekrandaki Görünüm düğmesine (sarı renkli) dikkat edin. Stabilize edilmiş görüntü görünecektir. Canlı görüntü kaydına başlamak için Kaydet'e (mavi renkli) basın.
      3. Durdur ( Stop ) düğmesine (siyah renkli) basarak kaydı durdurun. Optoakustik görüntüleme platformu kaydı durduracak ve videoyu otomatik olarak önizleme moduna getirecektir.
   4. Dinamik ölçümler (PORH illüstrasyon): Bu manevrayı göstermek için basınç manşetini hastanın dirseğin üstündeki koluna ayarlayın. Manşeti supra sistolik basınçla (~ 200 mmHg) şişirin ve görüntülenen vaskülatürü basınç altında elde etmek için 2.3.1 ila 2.3.3.1 arasındaki adımlara göre ilerleyin.
   5. Basınç salınımının görüntülenen vaskülatür üzerindeki etkisini değerlendirmek üzere bir video elde etmek için, videoyu 2.3.3.2'de olduğu gibi alırken basınç valfini açın. Daha önce olduğu gibi, ekrandaki canlı görüntüyü takip edin.
      NOT: Bu manevrayı gerçekleştirmek için, supra sistolik basınç 1-5 dakika boyunca korunmalıdır; Bu basıncın hastada farklı derecelerde tolerans ve rahatsızlığa neden olabileceğinin farkında olmak önemlidir. Bu husus deneyler sırasında dikkatli bir şekilde yönetilmelidir.

3. Görüntü analizi protokolü

1. Kaydedilen taramaları, üreticinin özel analitik yazılımını kullanarak ayrı bir bilgisayar iş istasyonunda yedekleme ve daha fazla analiz için seçilen/ayrılmış bir klasöre kopyalayın. Her tarama, edinme zamanına göre depolanır ve program tarafından çalışan bir kod içeren bir etüt klasöründe sıralanır.
   NOT: Yedek kopya kesinlikle önerilir. Doğrudan kaydedilen ham verilerle çalışmak mümkündür, ancak olası bir sabit disk çökmesi ham verilere zarar verebileceğinden kesinlikle önerilmez.
2. İş istasyonu bilgisayarında çözümleme programını açın. Dosyaları içe aktarmak ve yedekleme taramalarına erişmek için Program Menüsü > Etüdü Aç'ı seçin. Etüdü açın ve bir . NOD uzantısı. Bu, bir etüdü açmak için yazılım tarafından tanınan tek dosya türüdür.
   NOT:. NOD dosyaları, her etüde verilen bir çalışan numara ile otomatik olarak adlandırılır ve dosya adında hasta bilgisi taşımaz.
3. Görüntü yeniden yapılandırma için, Gelişmiş işleme Menüsü > yazılımına erişerek görüntü analizi modülünü açın.
   1. Program iş akışı sekmelerinin üst menü çubuğunda görünür (siyah renkli) olduğundan emin olun (Ek Şekil 1): Menü; Taramaya Genel Bakış; Rekonstrüksiyon; Akıcılık Düzeltme; Spektral Karıştırma; Görselleştirme ve Analiz. Analiz sırasında, etkinleştirilen tüm iş akışı sekmeleri mavi renktedir.
      NOT: Gelişmiş İşleme açılmazsa, yazılım yalnızca Taramaya Genel Bakış ve Görselleştirme ve Analiz'i gösterir.
4. Yazılımın Yeniden Yapılandırma sekmesi aracılığıyla görüntüyü yeniden oluşturun . Ana program menüsünün sol tarafından yeniden oluşturulacak taramaları seçin. Yüklü taramalar ekranın sağ tarafında görünür. Varsayılan altı optoakustik emisyon dalga boyunu (700, 730, 760, 800, 850 ve 900 nm) bırakın, çünkü bunlar 900 nm'de HbO₂ , 760 nm'de Hb ve 700 nm'de melanin için maksimum optoakustik sinyali içerir.
   1. Sağ taraftaki simgeyi kullanarak tarama yeniden yapılandırmasını gerçekleştirin. Tarama hazır ayarını ve Görüş Alanı (çözünürlük) seçeneklerini belirleyerek program iş akışını izleyin. Bilgiler ana ekranın sol üst köşesinde sunulur. Tarama odağını ayarlamak için ses hızını ayarlayın (Ek Şekil 2). Rekonstrüksiyon paneli ayrıca elde edilen her taramanın kare sayısını gösterir ve analiz edilecek tekrarların seçimine izin verir (gerekirse).
      NOT: Her tarama, kullanıcı tarafından ayarlanması gereken varsayılan -90 ses hızı ile yüklenir. Sesin hızı, otomatik odaklama işlevi (AF) ile otomatik olarak da ayarlanabilir.
5. Yeniden yapılandırmayı taramaya ilerlemek için ekranın üst kısmındaki Tadımları Yeniden Yapılandır düğmesine basın. İş İşleme iletisiyle birlikte geçici bir pano görünür. Bu panele Menü > İşleme Durumu'ndan da erişilebilir. Rekonstrüksiyonu bitirdikten sonra, görüntü işlem sonrası analiz Fluence Düzeltme'ye ilerlemelidir.
6. Kontrol paneli menüsünde yeniden yapılandırılmış görüntülerin Fluence Düzeltmesini etkinleştirin. Fluence düzeltmesi için yeniden oluşturulmuş görüntüler yüklenmelidir. Bunlar, her tarama numarasının yanında bir bayrakla görünür. Yüklenen dosyalar hemen ekranın sağ tarafında Seçilen Rekonstrüksiyonlar olarak görüntülenecektir. Ekranın sağ tarafındaki simgeyle etkileşime girerek Fluence Düzeltme'yi etkinleştirin (Ek Şekil 3). İlerlemek için Save Fluence Düzeltmeleri'ni (Sav Fluence) Düzeltmeleri'ne basın.
7. Akıcılık düzeltmesini kaydettikten sonra, edinilen ön ayarın (Hb, HbO₂ ve melanin) spektral karışımını açın. Spektral Karıştırmayı Çözmek için Seçilen Rekonstrüksiyonlar listesini açmak için Spektral Karıştırmayı Kaldırma sekmesini seçin. Seçilen etüdün her taramasını içeren bir liste, önceki görüntü işleme adımlarının geçmişiyle birlikte görüntülenir.
8. Önceden kaydedilmiş akıcılık düzeltme dosyalarını yükleyin. Yüklenen taramalar hemen ekranın sağ tarafında Seçilmiş Rekonstrüksiyonlar olarak görüntülenecektir (Ek Şekil 4). Ekranın sağ tarafındaki simgeye basarak spektral karıştırmayı etkinleştirin.
   1. Karıştırılmamış dalga boylarını gözlemleyin. Rekonstrüksiyon adımına (adım 3.4) alınan altı optoakustik emisyon dalga boyunun tümü (700, 730, 760, 800, 850 ve 900 nm) spektral karıştırma için otomatik olarak seçilir. Gerekirse XYZ simgesini kullanarak işlenmek istenen spektrumları (örneğin, Spektrum: Hb, HbO₂ ve melanin) düzenleyin.
   2. Ayarlanan parametreleri onayladıktan sonra, spektral karıştırmayı kaldırmanın ilerlemesi için Spektral Karıştırmayı Başlat'a tıklayın. İşlem ilerleme durumunu gösteren bir işleme menü çubuğu görüntülenir.
      NOT: Spektral karıştırma sırasında çeşitli parametre ayarlamaları mümkündür ve çeşitli karıştırma yöntemleri mevcuttur. Bu protokolde, Doğrusal Regresyon yöntemi Hb, HbO₂ ve melanini çözmek için standart olarak kullanılır.
9. Görselleştirme ve Analiz sekmesine erişin. Adım 1.1'de sunulan tüm konu bilgilerini ve yorumları görüntülemek için etkinleştirilmiş bir taramayı tıklatın (Ek Şekil 5).
   NOT: Birden fazla tarama paralel olarak görselleştirilebilir.
   1. Çoklu tarama analizi oluşturmak için + düğmesine basın. Bu pencerede, çoklu tarama görünümünü tanıtın ve Kaydet düğmesine basın. Görünüm adı kaydedildikten sonra, analiz edilen etüdün tüm taramalarını içeren yeni bir pano görüntülenir.
   2. Kaydedilen Analiz Görünümüne (her birini) eklemek için istediğiniz her taramayı seçin. Sol üst köşe simgesine ek taramalar eklediğinizde bunlar otomatik olarak Analiz Görünümü'nde görüntülenir.
10. Analiz görünümünde, görüntüyü analize hazırlamak için uygun renk arama tablolarını ayarlayın. Üst menü çubuğunda Diğer Görüntü Kontrol Seçenekleri'ne tıklayın ve Maksimum Yoğunluk Projeksiyonu simgesini etkinleştirin. Görüntü ekranının sağ alt köşesinde, 2D+ görüntü ekranının bitişiğinde bulunan simgeye basarak renkleri katmanlara atfedin.
11. Tüm kanalların renklerini aynı anda düzenlemek için Daha Fazla'yı seçin. Bu menü, karıştırılmamış tüm kromoforları gösterir ve görüntüleme için birden fazla katmanın seçilmesine izin verir.
    NOT: Fareyi yazılım simgelerinin üzerine getirdiğinizde, protokolde görüntülendiği gibi adlarını gri renkte gösterir.
12. Ekranın sol alt köşesinde bulunan araçlarla her katmanın renk yoğunluğunu ayarlayın.
    NOT: Her kanal için min/max interpolasyonu ile yapılan ayarlama genellikle iyi sonuçlar verir.

4. İlgi Bölgesi (ROI) analizi

NOT: Veri analizi için İlgi Çekici Bölge (ROI) seçimi zorunludur.

1. Analiz edilecek yatırım getirisini belirleyin. XZ ve YZ ekseninde bulunan ortogonal görünümlerde aynı YG'yi izlerken yatırım getirisini XY görüntüsünde (menü çubuğu içinde) bulunan şekillerle çevreleyin (Ek Şekil 6).
   NOT: Geçerli ROI analizi için bir çokgen şekli kullanılmıştır.
   1. Kalan XZ ve YZ eksenindeki ROI şeklini izleyin (örnek Şekil 2'de) ve Enterpolat Ekle ve Alt bölgeleri Kaldır işleviyle birden çok çokgen katmanı yerleştirin. Veriler, istenen yatırım getirisini tanımladıktan / seçtikten sonra çizilebilir.
   2. Niceliğe İlgi Çekici Bölgeyi İçe Aktar simgesine basın ve ekranın sağ tarafında gösterilen çoklu spektrum bileşenini seçilen YG'nin grafik ayrıntısı olarak gözlemleyin.
   3. YG verilerinin grafik görünümünün altındaki Excel simgesine basarak YG verilerini dışa aktarın. Tüm bölgelerdeki veri paketinin tamamı, sonraki analizler için bir e-tabloya paket olarak dışa aktarılır. Şekil 3 , 200 mmHg'ye şişirilmiş bir basınç manşetine başvuran bir katılımcının verilerini göstermektedir ve vaskülatür, 0 mmHg'deki vaskülatür dinlenme durumuna kıyasla analiz edilmiştir.
2. 4.1-4.1.3 adımlarını izleyerek birden fazla yatırım getirisi nesnesini aynı anda ölçün.
3. Görüntüleri, tüm gömülü veriler ve yerleşik YG anahattı ile TIFF dosyalarıyla aynı menüden dışa aktarın (Şekil 2).

Representative Results

Optoakustik görüntüleme ile sağlanan veriler, işlendikten sonra dışa aktarma görüntülerinde (Şekil 2) ve çizilmiş verilerde (Şekil 3) analiz edilebilir. Buradaki amaç, optoakustik fonksiyonel görüntülemenin işleyişini tanıtmak ve daha yaygın olarak bilinen vasküler araştırmalardaki uygulamasını araştırmaktı. Bunun için, istirahat sırasında ve majör bir besleme arterinin 200 mmHg tıkanmasından sonra elde edilen görüntüleri karşılaştırdık (Şekil 2). Bu gözlemler ROI analizi ve ihracattan sonra ölçülebilir. XY düzleminde, YZ ve XZ düzlemlerine kıyasla daha yüksek melanin sinyali gözlenebilir, bu da epidermis sınırını gösterir. Brakiyal arterin (kol) tıkanması, OT probu yerleşiminden (ventral önkol) önce damarlarda bir miktar durağanlığa neden olur. Sonuç olarak, XY, YZ ve XZ eksenlerinde mavi (Hb) ve kırmızı (HbO₂) artışı olarak gösterilen genel sinyallerde bir artış tespit ettik. Stasis, kelepçe içinde 200 mmHg basıncı tutarken XY düzleminde takip edilebilir. YZ ve XZ eksenleri, macenta maskeli bölgeler tarafından vurgulanan normal perfüzyon koşullarına (tıkanıklık yok) kıyasla yukarıdaki oklüzyon nedeniyle artan kan hacmini göstermektedir.

Aynı mikrovaskülatür alanın ihraç edilen ROI analizi, 8.6 sn üzerinde toplanan stabilize edilmiş görüntülerden HbO 2 (kırmızı), Hb (mavi) ve HbT (pembe), mSO₂ (koyu kırmızı) ve melanin (sarı) kromoforlarını ölçer. Basınç serbest bırakma hemen algılanır; Şekil 3, Hb, HbO₂ ve HbT geri kazanımının oklüzyon sonrası evrimini gösterirken, optoakustik veri çıkışı Şekil 1'deki gözlemleri takip etmektedir. Yazılım, Hb ve HbO 2 keyfi sinyallerinin eklenmesinden kan oksijen doygunluğunu (mSO₂) ve HbT değerlerini hesaplar. Melanin konsantrasyonu, 200 mmHg oklüzyon içinde ve görüntü alma zaman aralığında dinlenme durumunda sabit kalır.

Şekil 1: Ölçüm probunu katılımcının cildi ile stabilize temas halinde tutmak için tasarlanmış esnek kolu temsil eden şematik diyagram. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Resim 2: İstirahatte veya 200 mmHg basınç altında vaskülatürün değişikliklerini vurgulayan temsili optoakustik görüntüler. Gösterilen görüntü, bölüm 4'teki görüntü analizinde açıklandığı gibi Hb (mavi), HbO₂ (kırmızı) ve melanini (sarı) temsil eden üç renk içerir. Her optoakustik görüntü, taranan her kromoforla ilişkili tüm düzlemlerin maksimum yoğunluk projeksiyonunu temsil eder. (A) Optoakustik kazanımın XY düzlemi. (B) Aynı optoakustik görüntü alanının YZ ortogonal görünümü. (C) Taranan alanın XZ görünümü. Eflatun oklar, artan durağanlığa sahip bölgelere işaret eder; macenta maskeli alan, brakiyal arterin normal perfüzyon koşullarına kıyasla tıkanması nedeniyle damarların içinde sıkışan kan hacminin arttığını gösterir (tıkanıklık yoktur). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Niceliklendirilmiş bir yatırım getirisinin temsili veri dışa aktarımı. HbO 2 (Kırmızı), Hb (Mavi) ve HbT (Pembe), mSO₂ (koyu kırmızı) ve melaninin (sarı) doğal kromoforları, 8.6 sn üzerinde toplanan stabilize görüntülerden elde edilen verilerden tasvir edilmiştir. Hb, HbO₂ ve HbT'den elde edilen grafikler, tıkanmadan tıkanmamış dinlenme durumuna doğru bir iyileşme eğimi göstermektedir. Hesaplanan kan oksijenasyonu mSO₂ ve melanin konsantrasyonu, 200 mmHg oklüzyon içinde ve görüntü elde etme zaman aralığında dinlenme durumunda sabit kalır. Ayıklanan görüntüler, ortalama ± n = kare başına 10 görüntü sd olarak gösterilen veri noktalarıdır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 1: Tarama genel bakış paneli ve analiz yazılımının Ana Menüsü. Menü düğmesine (siyah) basıldığında, ana menü seçilen etüdü seçmek için seçenekleri açacaktır. Bu eylem, yazılım tarafından tanınan ".nod" dosyasını seçip yükleyecektir. Taramaya genel bakış (mavi renkte) tüm etüdün taramalarını gösterir. Ayrıntılar (siyah) sağ tarafta görünür. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek Şekil 2: Rekonstrüksiyon analizi iş akışı. Panel 1 - Yeniden oluşturulacak taramayı seçin ve ilerlemek için ekranın sağ tarafındaki sağa bakan oka (mor ok) basın. Panel 2 - Ses hızını gözlemleyin ve kaydırıcıyı en iyi odağa ayarlayın (mavi ok); a) pencerenin sağ tarafında görüntülenen ayarlanmış odak; b) analiz edilecek tekrarları seçin (sarı ok); c) devam etmek için Taramaları yeniden yapılandır düğmesine basın (yeşil ok). Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek Şekil 3: Fluence düzeltme paneli İş Akışı. Panel 1 - Düzeltilecek taramaları seçin ve ekranın sağ tarafındaki sağa bakan oka basın. Panel 2 - Devam etmek için Akıcılık Düzeltmelerini Kaydet'e basın (yeşil ok). Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek Şekil 4: Spektrum karıştırma paneli İş Akışı. Panel 1 - Karışımını açmak için taramaları seçin ve sağa bakan oka (mor ok) basın. Panel 2 a) Karıştırmayı açmak için taramayı seçin (mavi ok) ve ayarlanan görüntünün önizlemesi sağ tarafta görüntülenecektir; b) Karışımını çözmek için tekrarları seçin (sarı ok); c) Devam etmek için Spektral karıştırmayı başlat'a basın (yeşil ok). Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek Şekil 5: Görselleştirme paneli ve kromofor renklerinin seçimi. Panel 1) Çift tıklama (mor ok) ile görüntülenecek taramaları seçin; Panel 2) XY (mavi kare), XZ (sarı kare) ve YZ (yeşil kare) ekseninde elde edilen görüntü; 2a) Elde edilen dalga boylarını gösteren görüntü analiz butonu; 2b) üst menü çubuğunda Daha Fazla Görüntü Kontrol Seçeneği'ni seçin ve Maksimum Yoğunluk Projeksiyonu simgesini etkinleştirin; kanalların renklerini düzenlemek için Daha fazla'yı seçin. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Ek Şekil 6: İlgi Alanının Seçimi (ROI). Kement aracını (sarı ok) seçin ve XY ekseni (macenta ok) içindeki YG'nin sınırlarını tanımlayın. Çeşitli şekil alanlarını (çokgen, dikdörtgen, kare, daire veya elips) tanımlamak mümkündür. XZ ve YZ eksenindeki yatırım getirisini izleyin ve ilk seçime alt bölgeler (yeşil ok) ekleyin. Birden çok alt bölge görüntülenir (camgöbeği otu). Seçilen YG'den veri ayıklamak için, İlgi Çekici Bölgeyi Niceliğe İçe Aktar simgesine basın ve devam edin. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.

Discussion

Bu protokol, 3D fincan probu stabilizasyonu için gereken yeterli konumlandırmadan (katılımcı, prob) görüntü elde etmeye, ROI seçimine ve görüntü rekonstrüksiyonu ve analizine kadar, bu yeni optoakustik görüntüleme cihazını çalıştırmak için pratik gereksinimler olarak kabul edilen çalışma adımlarını vurgulamaktadır.

Dinamik koşullar altında elde edilen görüntülerle birlikte "anlık" edinimleri kullanan önerilen deneysel yaklaşım, bu aracın in vivo insan vasküler fizyolojisine erişimdeki ilgisini ve faydasını göstermektedir. Gösterildiği gibi, 15^mm3'e kadar bir hacimde toplanan 150 μm akustik görüntü çözünürlüğü diğer tomografi teknikleriyle eşsizdir.

(i) görüntü elde etmek için prob stabilizasyonunun önemi; esnek, güvenli bir prob tutucunun kullanılması görüntü yakalamayı açıkça iyileştirir; (ii) vasküler yapıların doğru tanımlanması; Epidermal-dermal geçişte melanin gibi sonografik referanslar, derideki üst pleksus damarlarını tanımlamak için bir belirteç olarak kullanılabilir; ve (iii) üreticinin yeniden yapılandırma yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilen işlevsel görüntü analizi.

Yatırım getirisi verilerinin ve görüntü dışa aktarımının gelişmiş analizi, özel yazılımın ve geliştirilen algoritmaların daha derin bir şekilde anlaşılmasını gerektirir. Mevcut optoakustik görüntüleme cihazı, 150 μm çözünürlükte 15 mm3 dokudan oluşan^{bir 3D} hacmi yeniden yapılandırabilir. Bu kapasite, mikrovasküler fonksiyon (lar) ı derinlemesine daha iyi ölçmek için güçlendirilmelidir. Bununla birlikte, temel işlem, referans kromoforların doğrudan gözlemlenmesine ve aynı alandan birden fazla ön ayarın elde edilmesine olanak tanıyarak hızlı tarama ve canlı video kayıtları sağlar.

Optoakustik görüntüleme sistemi ile bulunan uygulanabilirlik potansiyeli önemlidir. Devam eden yazılım geliştirmeleri kesinlikle bu görüntüleme sisteminin faydasını artıracaktır.

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