혈관 연구의 기능적 이미징을 위한 다중 스펙트럼 광음향 단층 촬영

요약

본 프로토콜은 생체내 인간 피부 혈관구조의 다중 스펙트럼 광음향 이미지의 획득을 설명한다. 여기에는 기능 분석을 위한 관심 발색단으로 간주되는 헤모글로빈과 멜라닌의 정량화가 포함됩니다.

초록

미세 순환 장애는 다양한 질병 과정에서 인식되어 왔으며, 혈관 연구에서 이러한 성장하는 주제의 기초가됩니다. 최근 몇 년 동안 라이브 이미징 시스템의 개발은 임상적 관심과 응용을 통해 정량화 가능한 실시간 엔드포인트를 제공할 수 있는 새로운 기기를 만드는 것을 목표로 기초 및 임상 연구 모두에서 (분석적) 속도를 설정했습니다. 근적외선 분광법(NIRS), 양전자 방출 단층 촬영(PET), 컴퓨터 단층 촬영(CT) 및 자기 공명 영상(MRI) 등을 사용할 수 있지만 비용, 이미지 해상도 및 대비 감소가 일반적인 문제로 인식되고 있습니다. 광음향 단층촬영(OT)은 최첨단 광학 흡수 및 공간 분해능 용량(마이크로미터 광학에서 밀리미터 음향 분해능까지)을 조직 깊이와 결합하여 혈관 기능 영상에 대한 새로운 관점을 제공합니다. 이 연구에서는 기능 이미징을 위한 다중 스펙트럼 광음향 단층 촬영(MSOT)의 적용 가능성을 테스트했습니다. 이 시스템은 Nd: YAG 레이저로 펌핑되는 조정 가능한 광학 파라메트릭 발진기(OPO)를 사용하여 680nm에서 980nm의 파장에서 3D 프로브로 감지되는 여기 펄스를 제공합니다. 인간의 팔뚝에서 얻은 이미지는 특정 발색단의 반응을 기반으로 특정 알고리즘(제조업체의 소프트웨어 내에서 제공됨)을 통해 재구성되었습니다. 최대 산소화 헤모글로빈 (Max HbO2) 및 탈산소화 헤모글로빈 (Max Hb), 총 헤모글로빈 (HbT), 및 평균 산소 포화도 (mSO2) 대 혈관 밀도 (μVu), 단위간 평균 거리 (ζAd), 및 모세관 혈액량 (^mm3)을 이 시스템을 사용하여 측정할 수 있다. 이 OT 시스템에서 발견되는 적용 가능성은 관련이 있습니다. 지속적인 소프트웨어 개발은 확실히 이 이미징 시스템의 유용성을 향상시킬 것입니다.

서문

심혈관 질환은 전 세계적으로 재발하는 주요 사망 원인이며 모든 의료 시스템에 큰 부담이됩니다 ^1,2. 기술은 근본적인 심장 및 혈관 병태생리학에 대한 이해를 넓히는 데 크게 기여하여 보다 정확한 진단 도구와 조기 질병 발견 및 보다 효과적인 관리의 가능성을 제공합니다. 영상 기술은 심장 및 주요 혈관 성능을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 훨씬 더 작은 규모로 모세관 밀도, 국소 관류 및 부피, 내피 기능 장애 등을 계산할 수 있는 가능성을 제공합니다. 이러한 기술은 직접적인 임상 적용을 통해 혈관 생물학에 대한 최초의 정량적 통찰력을 제공했습니다. 모세관 밀도, 국소 관류 감소 또는 폐색의 변화는 허혈성 상태에 해당할 가능성이 높으며, 이는 영상의 증가하는 역할을 설명하는 데 도움이 되며 심혈관 연구 및 실습 ^3,4,5에서 없어서는 안 될 도구가 됩니다.

최근 몇 년 동안 기능적 영상은 초음파(미국) 근적외선 분광법(NIRS), 양전자 방출 단층 촬영(PET), 컴퓨터 단층 ....

프로토콜

실험 프로토콜은 이전에 대학 보건 과학 대학의 윤리위원회 (EC. ECTS / P10.21). 절차는 인간 연구를 위해 정의 된 우수한 임상 관행의 원칙을 완전히 존중했습니다¹³. 평균 연령이 32.8 세에서 11.9 세 인 남녀 (성별 당 n = 3)의 건강한 참가자 6 명± 대한 편리한 샘플이 대학 커뮤니티에서 선택되었습니다. 선정 된 참가자는 정상 혈압, 비 흡연자, 약물이나 식품 보충제가 없어야했습니다. 혈압, 심장 주파수 및 체질량 지수도 등록되었습니다. 모든 참가자는 이전에 연구의 목적과 기간에 대해 통보 받았으며 정보에 입각 한 서면 동의를 제공했습니다.

참고: 이 연구는 MSOTAcuity( 재료 표 참조)를 사용하여 수행되었으며, 이후 광음향 이미징 플랫폼으로 참조됩니다.

1. 취득 준비

참고: 다음 실험적 설명에서 화면 명령은 굵은 글꼴 형식입니다.

1. 피사체 정보 로드: 광음향 이미징 장비를 켭니다. 장비가 예열되는 동안 참가자 정보를 소개하십시오. 소프트웨어의 기본 시작 창이 열리고 스캔 개요....

결과

광음향 이미징에서 제공하는 데이터는 후처리된 내보내기 이미지(그림 2) 및 플롯된 데이터(그림 3)에서 분석할 수 있습니다. 여기의 목적은 광음향 기능 이미징의 작동을 소개하고 보다 일반적으로 알려진 혈관 연구에서 그 적용을 탐구하는 것이었습니다. 이를 위해 휴식 중과 주요 공급 동맥의 200mmHg 폐색 후 획득한 이미지를 비교했습니다(

토론

이 프로토콜은 3D 컵 프로브 안정화에 필요한 적절한 위치(참가자, 프로브)에서 이미지 획득, ROI 선택, 이미지 재구성 및 분석에 이르기까지 이 새로운 광음향 이미징 기기를 작동하기 위한 실용적인 요구 사항으로 간주되는 작업 단계를 강조합니다.

동적 조건에서 얻은 이미지와 함께 "순간적인" 획득을 사용하는 제안된 실험적 접근 방식은 생체 내 인간 혈관 생리학에 .......

자료

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