Name: a coregistered ultrasound and photoacoustic imaging protocol for the transvaginal imaging of ovarian lesions
Uploaded: 2023-03-03T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Coregistered Ultrasound and Photoacoustic Imaging Protocol for the Transvaginal Imaging of Ovarian Lesions at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af NIC (R01CA151570, R01CA237664). Forfatterne takker hele gynækologisk onkologigruppe ledet af Dr. Mathew Powell for at hjælpe med at rekruttere patienter, radiologer Dr. Cary Siegel, William Middleton og Malak Itnai for at hjælpe med de amerikanske undersøgelser og patologen Dr. Ian Hagemann for at hjælpe med patologifortolkningen af dataene. Forfatterne anerkender taknemmeligt Megan Luthers og GYN-studiekoordinatorernes indsats for at koordinere undersøgelsesplanerne, identificere patienter til undersøgelsen og opnå informeret samtykke.

Al den udførte forskning blev godkendt af Washington University Institutional Review Board.
1. Systemkonfiguration: Optisk belysning (figur 1)
<ol><li>Brug en Nd:YAG-laser, der pumper en pulserende, justerbar (690-890 nm) Ti-safirlaser ved 10 Hz.</li>
	<li>Udvid laserstrålen ved først at afvige strålen med en plano-konkav linse og derefter kollidere strålen med en plano-konveks linse. Brug to spejle til at rette strålen mo...

<ol>
	<li>Nandy, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+ovarian+cancer:+Initial+application+of+coregistered+photoacoustic+tomography+and+US.">Evaluation of ovarian cancer: Initial application of coregistered photoacoustic tomography and US.</a> Radiology. 289 (3), 740-747 (2018).</li><li>Amidi, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+blood+oxygenation+saturation+in+ovarian+cancer+diagnosis+using+multi-spectral+photoacoustic+tomography.">Role of blood oxygenation saturation in ovarian cancer diagnosis using multi-spectral photoacoustic tomography.</a> Journal of Biophotonics. 14 (4), 202000368 (2021).</li><li>Dogan, B. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optoacoustic+imaging+and+gray-scale+US+features+of+breast+cancers:+Correlation+with+molecular+subtypes.">Optoacoustic imaging and gray-scale US features of breast cancers: Correlation with molecular subtypes.</a> Radiology. 292 (3), 564-572 (2019).</li><li>Menezes, G. L. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Downgrading+of+breast+masses+suspicious+for+cancer+by+using+optoacoustic+breast+imaging.">Downgrading of breast masses suspicious for cancer by using optoacoustic breast imaging.</a> Radiology. 288 (2), 355-365 (2018).</li><li>Neuschler, E. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+pivotal+study+of+optoacoustic+imaging+to+diagnose+benign+and+malignant+breast+masses:+A+new+evaluation+tool+for+radiologists.">A pivotal study of optoacoustic imaging to diagnose benign and malignant breast masses: A new evaluation tool for radiologists.</a> Radiology. 287 (2), 398-412 (2018).</li><li>von Knorring, T., Mogensen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+tomography+for+assessment+and+quantification+of+cutaneous+and+metastatic+malignant+melanoma+-+A+systematic+review.">Photoacoustic tomography for assessment and quantification of cutaneous and metastatic malignant melanoma - A systematic review.</a> Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 33, 102095 (2021).</li><li>Han, S., Lee, H., Kim, C., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+on+multispectral+photoacoustic+analysis+of+cancer:+Thyroid+and+breast.">Review on multispectral photoacoustic analysis of cancer: Thyroid and breast.</a> Metabolites. 12 (5), 382 (2022).</li><li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiparametric+photoacoustic+analysis+of+human+thyroid+cancers+in+vivo.">Multiparametric photoacoustic analysis of human thyroid cancers in vivo.</a> Cancer Research. 81 (18), 4849-4860 (2021).</li><li>Basij, M., Karpiouk, A., Winer, I., Emelianov, S., Mehrmohammadi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-illumination+ultrasound/photoacoustic+system+for+cervical+cancer+imaging.">Dual-illumination ultrasound/photoacoustic system for cervical cancer imaging.</a> IEEE Photonics Journal. 13 (1), 6900310 (2021).</li><li>Agrawal, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=development,+and+multi-characterization+of+an+integrated+clinical+transrectal+ultrasound+and+photoacoustic+device+for+human+prostate+imaging.">development, and multi-characterization of an integrated clinical transrectal ultrasound and photoacoustic device for human prostate imaging.</a> Diagnostics. 10 (8), 566 (2020).</li><li>Kothapalli, S. -. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+transrectal+ultrasound+and+photoacoustic+human+prostate+imaging.">Simultaneous transrectal ultrasound and photoacoustic human prostate imaging.</a> Science Translational Medicine. 11 (507), 2169 (2019).</li><li>Leng, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+rectal+cancer+treatment+response+using+coregistered+endorectal+photoacoustic+and+US+imaging+paired+with+deep+learning.">Assessing rectal cancer treatment response using coregistered endorectal photoacoustic and US imaging paired with deep learning.</a> Radiology. 299 (2), 349-358 (2021).</li><li>Surveillance, Epidemiology, and End Results Program. Cancer of the Ovary - Cancer Stat Facts. National Cancer Institute Available from: <a target="_blank" href="https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html">https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html</a> (2022)</li><li>Temkin, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Outcomes+from+ovarian+cancer+screening+in+the+PLCO+trial:+Histologic+heterogeneity+impacts+detection,+overdiagnosis+and+survival.">Outcomes from ovarian cancer screening in the PLCO trial: Histologic heterogeneity impacts detection, overdiagnosis and survival.</a> European Journal of Cancer. 87, 182-188 (2017).</li><li>Kobayashi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+randomized+study+of+screening+for+ovarian+cancer:+A+multicenter+study+in+Japan.">A randomized study of screening for ovarian cancer: A multicenter study in Japan.</a> International Journal of Gynecological Cancer. 18 (3), 414-420 (2008).</li><li>Andreotti, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=O-RADS+US+risk+stratification+and+management+system:+A+consensus+guideline+from+the+ACR+ovarian-adnexal+reporting+and+data+system+committee.">O-RADS US risk stratification and management system: A consensus guideline from the ACR ovarian-adnexal reporting and data system committee.</a> Radiology. 294 (1), 168-185 (2020).</li><li>Salehi, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+optimal+light+delivery+system+for+coregistered+transvaginal+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+of+ovarian+tissue.">Design of optimal light delivery system for coregistered transvaginal ultrasound and photoacoustic imaging of ovarian tissue.</a> Photoacoustics. 3 (3), 114-122 (2015).</li><li>Oppenheim, A. V., Schafer, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Digital Signal Processing. , (1975).</li><li>Zou, Y., Amidi, E., Luo, H., Zhu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound-enhanced+Unet+model+for+quantitative+photoacoustic+tomography+of+ovarian+lesions.">Ultrasound-enhanced Unet model for quantitative photoacoustic tomography of ovarian lesions.</a> Photoacoustics. 28, 100420 (2022).</li><li>Prince, J. L., Links, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Medical Imaging Signals and Systems. , (2006).</li><li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+Real-time+Clinical+Photoacoustic+and+Ultrasound+Imaging+System.">Programmable Real-time Clinical Photoacoustic and Ultrasound Imaging System.</a> Scientific Reports. 6, 35137 (2016).</li></ol>

Optisk belysning Antallet af anvendte fibre er baseret på to faktorer: lysbelysning, ensartethed og systemkompleksitet. Det er vigtigt at have et ensartet lysbelysningsmønster på hudoverfladen for at undgå hot spots. Det er også vigtigt at holde systemet enkelt og robust med et minimalt antal fibre. Brugen af fire separate fibre har tidligere vist sig at være optimal til at skabe ensartet belysning på dybder på flere millimeter og derover. Derudover er lyskoblingen til fire optiske fibre relat...

Fotoakustisk billeddannelse eller tomografi (PAT) er en hybrid billeddannelsesmodalitet, der måler den optiske absorptionsfordeling ved amerikansk opløsning og dybder langt ud over vævets optiske diffusionsgrænse (~ 1 mm). I PAT bruges en nanosekundlaserpuls til at excitere biologisk væv, hvilket forårsager en forbigående temperaturstigning på grund af optisk absorption. Dette fører til en indledende trykstigning, og de resulterende fotoakustiske bølger måles af amerikanske transducere. Multispektral PAT involverer brugen af enten en justerbar laser eller flere lasere, der arbejder ved forskellige bølgelængder for at belyse vævet, hvilket muliggør rekonstruktion af optiske absorptionskort ved flere bølgelængder. Baseret på differentiel absorption af iltet og deoxygeneret hæmoglobin i det nær-infrarøde (NIR) vindue kan multispektral PAT beregne fordelingen af iltede og deoxygenerede hæmoglobinkoncentrationer, den samlede hæmoglobinkoncentration og iltmætningen i blodet, som alle er funktionelle biomarkører relateret til tumorangiogenese og iltningsforbrug i blodet eller tumormetabolisme. PAT har vist succes i mange onkologiske applikationer, såsom kræft i æggestokkene1,2, brystkræft 3,4,5, hudkræft 6, kræft i skjoldbruskkirtlen 7,8, livmoderhalskræft9, prostatakræft 10,11 og kolorektal cancer 12.
Kræft i æggestokkene er den dødeligste af alle gynækologiske maligniteter. Kun 38% af kræft i æggestokkene diagnosticeres på et tidligt (lokaliseret eller regionalt) stadium, hvor den 5-årige overlevelsesrate er 74,2% til 93,1%. De fleste diagnosticeres på et sent stadium, hvor den 5-årige overlevelsesrate er 30,8% eller mindre13. Nuværende kliniske diagnosemetoder, herunder transvaginal ultralyd (TUS), Doppler US, serumcancerantigen 125 (CA 125) og humant epididymisprotein 4 (HE4), har vist sig at mangle følsomhed og specificitet til tidlig ovariecancerdiagnose14,15,16. Derudover kan en stor del af godartede ovarielæsioner være vanskelige at diagnosticere nøjagtigt med nuværende billeddannelsesteknologier, hvilket fører til unødvendige operationer med øgede sundhedsomkostninger og kirurgiske komplikationer. Således er der behov for yderligere nøjagtige ikke-invasive metoder til risikostratificering af adnexale masser for at optimere styringen og resultaterne. Det er klart, at der er behov for en teknik, der er følsom og specifik for kræft i æggestokkene i tidlig fase og mere præcis til at identificere ondartede fra godartede læsioner.
Vores gruppe har udviklet et coregistered transvaginal US og PAT system (USPAT) til ovariecancer diagnose ved at kombinere et klinisk amerikansk system, en specialfremstillet sondekappe til at huse de optiske fibre til lyslevering og en justerbar laser1. Den totale hæmoglobinkoncentration (relativ skala, rHbT) og iltmætningen i blodet (%sO2) afledt af USPAT-systemet har vist et stort potentiale for påvisning af kræft i æggestokkene i tidlige stadier og for nøjagtig diagnosticering af ovarielæsioner til effektiv risikovurdering og reduktion af unødvendige godartede læsionsoperationer 1,2. Det aktuelle systemskema er vist i figur 1, og kontrolblokdiagrammet er vist i figur 2. Denne strategi har potentiale til at blive integreret i eksisterende TUS-protokoller til diagnosticering af kræft i æggestokkene, samtidig med at der tilvejebringes funktionelle parametre (rHbT, %sO2) for at forbedre følsomheden og specificiteten af TUS.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Clinical US imaging system</td>
			<td>Alpinion Medical Systems</td>
			<td>EC-12R</td>
			<td>Fully programmable clinical US system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dielectric mirror</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>BB1-E03</td>
			<td>Used to reflect light along the optical path</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endocavity US transducer</td>
			<td>Alpinion Medical Systems</td>
			<td>EC3-10</td>
			<td>Transvaginal ultrasound probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser power meter</td>
			<td>Coherent</td>
			<td>LabMax TOP</td>
			<td>Used to measure laser energy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multi-mode optical fiber</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FP1000ERT</td>
			<td>Couple laser light to the endocavity ultrasound probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non-polarizing beam splitter plate</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>BSW11</td>
			<td>For splitting laser beam into sensors to measure energy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plano-concave lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LC1715</td>
			<td>For laser beam expansion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plano-convex lens&#160;</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1484-B</td>
			<td>For laser beam collimation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plano-convex lens&#160;</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1433-B</td>
			<td>Used to focus light into four optical fibers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarizing beam splitter cube</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PBS252</td>
			<td>For splitting laser beam into four beams</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protective probe shealth</td>
			<td>Custom 3D printed</td>
			<td></td>
			<td>Hold and protect the four optical fibers at the tip of the ultrasound probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Right angle prism mirror</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MRA25-E03</td>
			<td>Used to reflect light along the optical path</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tunable laser system</td>
			<td>Symphotic TII</td>
			<td>LS-2145-LT50PC</td>
			<td>Light source for multispectral PAT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USPAT control software</td>
			<td>Custom developed in C++</td>
			<td></td>
			<td>Controls acquisition parameters of the ultrasound machine and the laser wavelength</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USPAT image display software</td>
			<td>Custom developed in C++</td>
			<td></td>
			<td>Displays the US/PAT B-scans and sO2/rHbT maps in real time</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a coregistered ultrasound and photoacoustic imaging protocol for the transvaginal imaging of ovarian lesions

Kræft i æggestokkene er fortsat den dødeligste af alle de gynækologiske maligniteter på grund af manglen på pålidelige screeningsværktøjer til tidlig påvisning og diagnose. Fotoakustisk billeddannelse eller tomografi (PAT) er en ny billeddannelsesmodalitet, der kan tilvejebringe den samlede hæmoglobinkoncentration (relativ skala, rHbT) og iltmætning i blodet (% sO2) af æggestokke / adnexale læsioner, som er vigtige parametre for kræftdiagnose. Kombineret med coregistreret ultralyd (US) har PAT vist et stort potentiale for at detektere kræft i æggestokkene og for nøjagtigt at diagnosticere ovarielæsioner for effektiv risikovurdering og reduktion af unødvendige operationer af godartede læsioner. Imidlertid varierer PAT-billeddannelsesprotokoller i kliniske applikationer, så vidt vi ved, stort set mellem forskellige undersøgelser. Her rapporterer vi en transvaginal ovariecancerbilleddannelsesprotokol, der kan være gavnlig for andre kliniske undersøgelser, især dem, der bruger kommercielle ultralydsarrays til påvisning af fotoakustiske signaler og standard forsinkelses- og sumstråleformningsalgoritmer til billeddannelse.

Her viser vi eksempler på ondartede og normale ovarielæsioner afbildet af USPAT. Figur 3 viser en 50-årig præmenopausal kvinde med bilaterale multicystiske adnexale masser afsløret ved kontrastforstærket CT. Figur 3A viser det amerikanske billede af venstre adnexa med ROI, der markerer den mistænkelige faste knude inde i den cystiske læsion. Figur 3B viser PAT rHbT-kortet overlejret på USA og vist med rødt. rHbT viste omfa...

Watch this Scientific Journal Video about A Coregistered Ultrasound and Photoacoustic Imaging Protocol for the Transvaginal Imaging of Ovarian Lesions at JoVE.com

A Coregistered Ultrasound and Photoacoustic Imaging Protocol for the Transvaginal Imaging of Ovarian Lesions

Vi rapporterer en coregistreret ultralyd og fotoakustisk billeddannelsesprotokol til transvaginal billeddannelse af ovarie / adnexale læsioner. Protokollen kan være værdifuld for andre translationelle fotoakustiske billeddannelsesundersøgelser, især dem, der bruger kommercielle ultralydsarrays til påvisning af fotoakustiske signaler og standard forsinkelses- og sumstråleformningsalgoritmer til billeddannelse.

En coregistered ultralyd og fotoakustisk billeddannelsesprotokol til transvaginal billeddannelse af ovarielæsioner

Ovarian cancer remains the deadliest of all the gynecological malignancies due to the lack of reliable screening tools for early detection and diagnosis. ...

Som vi alle ved, at kræft i æggestokkene er den dødeligste af alle gynækologiske maligniteter, når kræft i æggestokkene opdages på tidligere og lokaliseret stadium, kan kirurgi og kemoterapi helbrede omkring 70 til 90% af patienterne sammenlignet med kun 20% eller færre, når det diagnosticeres i de senere stadier. Og nuværende standard for pleje metoder er kendt for at have en lavere følsomhed for tidlig ovariecancer påvisning. Desuden har standardplejemetoder meget lav specificitet for nøjagtig risikovurdering af ovarieadnexale læsioner, hvilket fører til unødvendige operationer med potentielle kirurgiske komplikationer og de betydelige sundhedsomkostninger.Derfor er vores teknologi, der er følsom over for tidlig påvisning af kræft i æggestokkene og specifik til nøjagtig diagnose af ovarieadnexale læsioner, nødvendig. Fotoakustisk tomografi eller PAT belyser med nær-infrarødt lys ved specifikke bølgelængder og absorberes selektivt af iltet og deoxygeneret hæmoglobin. Den fotoakustiske bølge, der genereres fra lysabsorptionen, kan kortlægge hæmoglobinkontrast, og dette kan samregistreres med anatomiske strukturer afbildet af coregistreret ultralyd.Den samlede hæmoglobinkoncentration og iltmætning giver funktionel information om vævsvaskularitet og iltforbrug. Da ondartede læsioner generelt har højere total hæmoglobin og lavere iltmætning, kan disse to uafhængige variabler hjælpe med at opdage kræft i æggestokkene tidligere og differentierer ondartede fra godartede ovarieadnexale læsioner nøjagtigt for at forbedre kirurgiske styringsanbefalinger. Og vi har opnået piloten af patientdata, og resultatet har vist, at coregistreret fotoakustisk billeddannelse kombineret med transvaginal ultralyd og blodbiomarkør for kræft i æggestokkene CA 125 faktisk kan diagnosticere ovarieadnexale læsioner.Vores pilotdata viser også bevis for, at samtidig registreret fotoakustisk billeddannelse kan opdage kræft i æggestokkene og æggelederne i tidlige stadier. Og coregistered fotoakustisk og ultralyd er blevet anvendt til påvisning og diagnose af brystkræft, hudkræft, kræft i skjoldbruskkirtlen, livmoderhalskræft, prostatakræft og kolorektal cancer. Imidlertid varierer billeddannelsessonderne afhængigt af billeddannelsesvinduet for forskellige organer.Det første kommercielle samregistrerede fotoakustiske og ultralyd brystbilleddannelsessystem er tilgængeligt fra Sino Medical Instrument. Vi forventer, at flere kommercielle samregistrerede fotoakustiske ultralydssystemer vil være tilgængelige på markedet. Imidlertid skal de transvaginale fotoakustiske og ultralydsbilleddannende sonder være specielt designet til billeddiagnostiske patienter.Til at begynde med skal du udvide laserstrålen ved først at afvige strålen med en plano konkav linse og derefter kollidere strålen med en plano konveks linse. Brug to spejle til at rette strålen mod en strålesplitter. Opdel den originale stråle i to med en polariserende strålesplitter, og del derefter de to bjælker med yderligere to andentrins strålesplittere.På denne måde opdeles den udvidede laserstråle i fire stråler med samme energi. Monter fire multi-mode optiske fibre med fiberpatroner, og brug fire plano konvekse linser til at fokusere de fire laserstråler ind i de fire fibre. Dæk alle de optiske komponenter under en metalkasse for at sikre, at den optiske sti ikke eksponeres.Tilslut en ekstra skærm til det programmerbare kliniske ultralyds- eller ultralydssystem for at køre PATUS-displaysoftwaren til realtidsvisualisering af det relative totale hæmoglobin, iltmætningskortene i blodet og andre funktionelle parametre. Tilslut derefter laserens interne udløser til ultralydsystemets eksterne udløser, og erhverver sekventielt fem på hinanden følgende PAT-rammer og en medregistreret ultralydramme. For at kalibrere systemet skal du indstille laserpumpens energi til et fast niveau.Og for hver bølgelængde skal du kontrollere pulsenergiudgangen ved hver fiberspids for at sikre, at den beregnede energitæthed ved hver valgt bølgelængde er på den forventede værdi. For at forberede PATUS-billeddannelsessystemet skal du tænde for det kliniske ultralydssystem og starte ultralydssystemsoftwaren. Tryk på transducerknappen på ultralydsmaskinens kontrolpanel for at åbne skærmen til valg af transducer.Vælg derefter den korrekte ultralydstransducer. Kalibrer lasersystemet, og indtast den samlede pulsenergi for hver bølgelængde i PATUS-displaysoftwaren. Saml PATUS-sonden ved at omslutte fibrene og sonden inde i sondeskeden.Til billeddannelse skal du justere PATUS-transducerens position. Et hypoechoisk mål dukker langsomt op i midten af B-scanningen. Vælg derefter den ønskede dybde i PATUS styringssoftwaren og klik scan i styringssoftwaren for at starte den samregistrerede PATUS B-mode dataindsamling.Se PATUS billedvisningssoftwaren for at gennemgå de samregistrerede ultralyds- og PAT B-tilstandsbilleder i realtid. De enkelte bølgelængde PA-data vises oven på ultralydet, når de erhverves. Gentag trinene for at erhverve flere billeder, og om nødvendigt billede den anden læsion.Når dataindsamlingen er afsluttet, modtager PATUS displaysoftwaren en trigger til at rekonstruere de funktionelle kort. Her viser det venstre panel ultralyd B-scanningen, mens det højre panel viser relativ total hæmoglobin overlejret med coregistreret ultralyd. Vælg et område af interesse eller ROI, her målæggestokken, for at beregne SO2-kortet inden for ROI.Dette billede viser en 50-årig præmenopausal kvinde med bilaterale multicystiske adnexale masser afsløret ved kontrastforstærket CT. Ultralydsbilledet af venstre adnexa med interesseområdet eller ROI, der markerer den mistænkelige faste knude inde i den cystiske læsion, vises her. PAT's relative samlede hæmoglobinkort blev overlejret på ultralydet. Det relative totale hæmoglobin viste en omfattende diffust vaskulær fordeling i dybdeområdet fra en centimeter til fem centimeter, og niveauet var højt på 17,1.Blodets iltmætningsfordeling blev overlejret på ultralydet, og niveauet var lavt med en middelværdi på 46,4%Kirurgisk patologi afslørede det veldifferentierede endometrioide adenokarcinom i både højre og venstre æggestokke. Dybden var markeret i højre side af B-scan-billederne. Denne figur viser en 46-årig kvinde med bilaterale cystiske læsioner.Ultralydet af den højre æggestok med en simpel cyste, der måler 4,2 centimeter i maksimal diameter, er vist her. PAT's relative samlede hæmoglobinkort overlejret på den coregistrerede ultralyd viser spredningssignaler på venstre side af læsionen med et lavt gennemsnitsniveau på 4,8. Blodets iltmætningskort afslørede højere iltmætningsindhold på 67,5%Den kirurgiske patologi afslørede en normal højre æggestok med follikulære cyster.For hver bølgelængde måles den samlede energiproduktion ved de fire fiberspidser og sammenlignes med en tidligere rekord. Hvis målingen er mere end en millijoule mindre end posten, skal du justere optikken for at maksimere energikoblingen. In vivo PAT ved hjælp af FDA-godkendt klinisk ultralydssystem er et vigtigt skridt i den kliniske oversættelse af PAT.Sammenlignet med ex vivo-billeddannelse udgør in vivo-billeddannelse af mennesker nye udfordringer inden for dataindsamling. Kliniske PAT-data kan yderligere anvendes til computerstøttet diagnoseforskning. Vores teknologiudvikling og det lovende pilotpatientundersøgelsesresultat inspirerer forskere og virksomheder til at udforske den fulde kapacitet af samregistreret fotoakustisk og ultralyd til tidlig påvisning af kræft i æggestokkene og til kirurgisk risikostyring.

Research

JoVE Journal

Engineering

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Rumlig adskillelse af molekylære konformatorer og klynger

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

Hurtig Imaging teknik til at undersøge Drop Impact Dynamics af ikke-newtonske væsker

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

Electron Kanalisering Contrast Imaging til Rapid III-V Heteroepitaxial Karakterisering

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Anvendelse af en Multi-rum Dynamic Single Enzyme Phantom for Studier af Hyperpolariserede Magnetic Resonance Agenter

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Nanostrukturerede Ag-zeolit ​​Composites som Luminescens-baserede Luftfugtighed sensorer

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

Demonstration af en Hyperlens-integreret mikroskop og super-resolution Imaging

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

Guidelines and Experience Using Imaging Biomarker Explorer (IBEX) for Radiomics

Guidelines and Experience Using Imaging Biomarker Explorer IBEX for Radiomics

Retningslinjer og erfaring med at bruge Imaging biomarkør Explorer (IBEX) for Radiomics

Imaging Biomarker Explorer (IBEX) is an open-source tool for medical imaging radiomics work. The purpose of this paper is to describe how to use IBEX's ...

Novel Photoacoustic Microscopy and Optical Coherence Tomography Dual-modality Chorioretinal Imaging in Living Rabbit Eyes

Roman Photoacoustic mikroskopi og optisk kohærens tomografi Dual-modalitet Chorioretinal Imaging i levende kanin øjne

Photoacoustic ocular imaging is an emerging ophthalmic imaging technology that can noninvasively visualize ocular tissue by converting light energy into ...

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

Tre-dimensionelle ultralyd nål Tip sporing med en Fiber-optisk ultralyd modtager

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

Femtosekund Laser filamenter til brug i Sub Diffraction Limited Imaging og Remote Sensing

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...