Multispektrale optoakustische Tomographie zur funktionellen Bildgebung in der Gefäßforschung

Zusammenfassung

Das vorliegende Protokoll beschreibt die Aufnahme multispektraler optoakustischer Bilder von in vivo menschlichen Hautgefäßen. Dazu gehört die Quantifizierung von Hämoglobin und Melanin, die als Chromophore von Interesse für die Funktionsanalyse angesehen werden.

Zusammenfassung

Mikrozirkulationsstörungen wurden in verschiedenen Krankheitsprozessen erkannt, die diesem wachsenden Thema in der Gefäßforschung zugrunde liegen. In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Live-Bildgebungssystemen sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der klinischen Forschung das (analytische) Tempo vorgegeben, mit dem Ziel, neue Instrumente zu schaffen, die in der Lage sind, quantifizierbare Endpunkte in Echtzeit mit klinischem Interesse und Anwendung zu liefern. Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) sind unter anderem verfügbar, aber Kosten, Bildauflösung und reduzierter Kontrast werden als häufige Herausforderungen erkannt. Die optoakustische Tomographie (OT) bietet eine neue Perspektive auf die vaskuläre funktionelle Bildgebung und kombiniert modernste optische Absorptions- und räumliche Auflösungskapazitäten (von der optischen bis zur akustischen Auflösung im Mikrometerbereich) mit der Gewebetiefe. In dieser Studie haben wir die Anwendbarkeit der multispektralen optoakustischen Tomographie (MSOT) für die funktionelle Bildgebung getestet. Das System verwendet einen abstimmbaren optischen parametrischen Oszillator (OPO), der von einem Nd: YAG-Laser gepumpt wird und Anregungsimpulse liefert, die von einer 3D-Sonde bei Wellenlängen von 680 nm bis 980 nm erfasst werden. Bilder, die vom menschlichen Unterarm erhalten wurden, wurden durch einen speziellen Algorithmus (der in der Software des Herstellers enthalten ist) basierend auf der Reaktion bestimmter Chromophore rekonstruiert. Maximales oxygeniertes Hämoglobin (Max HbO 2) und desoxygeniertes Hämoglobin (Max Hb), Gesamthämoglobin (HbT) und mittlere Sauerstoffsättigung (mSO₂) bis Gefäßdichte (μVu), mittlere Abstände zwischen Einheiten (ζAd) und kapillares Blutvolumen (mm³) können mit diesem System gemessen werden. Das bei diesem OT-System gefundene Anwendbarkeitspotenzial ist relevant. Laufende Softwareentwicklungen werden sicherlich den Nutzen dieses Bildgebungssystems verbessern.

Einleitung

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit wiederkehrende häufigste Todesursachen und stellen eine enorme Belastung für jedes Gesundheitssystem dar ^1,2. Die Technologie hat wesentlich zur Erweiterung unseres Verständnisses der grundlegenden Herz- und Gefäßpathophysiologie beigetragen, indem sie präzisere Diagnosewerkzeuge und die Möglichkeit der Früherkennung von Krankheiten und eines effektiveren Managements bietet. Bildgebende Verfahren bieten die Möglichkeit, nicht nur die Herz- und Hauptgefäßleistung zu messen, sondern in einem viel kleineren Maßstab unter anderem auch die Kapillardichte, die lokale Perfusi....

Protokoll

Das experimentelle Protokoll wurde zuvor von der Ethikkommission der Fakultät für Gesundheitswissenschaften der Universität (EC. ECTS/P10.21). Die Verfahren beachteten uneingeschränkt die Grundsätze der guten klinischen Praxis, die für die Humanforschung festgelegt wurden¹³. Eine praktische Stichprobe von sechs gesunden Teilnehmern beiderlei Geschlechts (n = 3 pro Geschlecht) mit einem Durchschnittsalter von 32,8 ± 11,9 Jahren wurde aus der Universitätsgemeinschaft ausgewählt. Ausgewählte Teilnehmer mussten normotensiv, Nichtraucher und frei von Medikamenten oder Nahrungsergänzungsmitteln sein. Blutdruck, Herzfrequenz und der Body Mass Index wu....

Ergebnisse

Daten, die durch optoakustische Bildgebung bereitgestellt werden, können in nachbearbeiteten Exportbildern (Abbildung 2) und geplotteten Daten (Abbildung 3) analysiert werden. Ziel war es, die Funktionsweise der optoakustischen funktionellen Bildgebung vorzustellen und ihre Anwendung in der bekannteren Gefäßforschung zu erforschen. Dazu verglichen wir Bilder, die während der Ruhe und nach einem 200 mmHg-Verschluss einer Hauptversorgungsarterie aufgenommen wu.......

Diskussion

Dieses Protokoll betont die Arbeitsschritte, die als praktische Anforderungen für den Betrieb dieses neuen optoakustischen Bildgebungsinstruments angesehen werden, von der geeigneten Positionierung (Teilnehmer, Sonde), die für die Stabilisierung der 3D-Bechersonde erforderlich ist, bis hin zur Bildaufnahme, ROI-Auswahl und Bildrekonstruktion und -analyse.

Der vorgeschlagene experimentelle Ansatz, bei dem "sofortige" Aufnahmen zusammen mit Bildern verwendet werden, die unter dynamischen Bedin.......

Materialien

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