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

Dit werk werd ondersteund door het NCI (R01CA151570, R01CA237664). De auteurs bedanken de hele GYN-oncologiegroep onder leiding van Dr. Mathew Powell voor het helpen bij het werven van patiënten, radiologen Drs. Cary Siegel, William Middleton en Malak Itnai voor het helpen met de Amerikaanse studies, en de patholoog Dr. Ian Hagemann voor het helpen met de pathologie-interpretatie van de gegevens. De auteurs erkennen dankbaar de inspanningen van Megan Luther en de GYN-studiecoördinatoren bij het coördineren van de studieschema's, het identificeren van patiënten voor de studie en het verkrijgen van geïnformeerde toestemming.

Al het uitgevoerde onderzoek werd goedgekeurd door de Washington University Institutional Review Board.
1. Systeemconfiguratie: Optische verlichting (figuur 1)
<ol><li>Gebruik een Nd:YAG laser die een gepulseerde, instelbare (690-890 nm) Ti-saffierlaser op 10 Hz pompt.</li>
	<li>Breid de laserstraal uit door de straal eerst te divergeren met een plano-concave lens en vervolgens de straal te collimeren met een plano-convexe lens....

<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>

Optische verlichting Het aantal gebruikte vezels is gebaseerd op twee factoren: uniformiteit van de lichtverlichting en complexiteit van het systeem. Het is van cruciaal belang om een uniform lichtverlichtingspatroon op het huidoppervlak te hebben om hotspots te voorkomen. Het is ook belangrijk om het systeem eenvoudig en robuust te houden met een minimaal aantal vezels. Het gebruik van vier afzonderlijke vezels is eerder optimaal gebleken voor het creëren van uniforme verlichting op diepten van enke...

Fotoakoestische beeldvorming of tomografie (PAT) is een hybride beeldvormingsmodaliteit die de optische absorptieverdeling meet met Amerikaanse resolutie en diepten ver boven de optische diffusielimiet van het weefsel (~ 1 mm). In PAT wordt een nanoseconde laserpuls gebruikt om biologisch weefsel te exciteren, waardoor een voorbijgaande temperatuurstijging ontstaat als gevolg van optische absorptie. Dit leidt tot een initiële drukstijging en de resulterende fotoakoestische golven worden gemeten door Amerikaanse transducers. Multispectrale PAT omvat het gebruik van een instelbare laser of meerdere lasers die op verschillende golflengten werken om het weefsel te verlichten, waardoor de reconstructie van optische absorptiekaarten op meerdere golflengten mogelijk wordt. Op basis van de differentiële absorptie van zuurstofrijk en zuurstofarm hemoglobine in het nabij-infrarood (NIR) venster, kan multispectrale PAT de verdelingen van zuurstofrijke en gedeoxygeneerde hemoglobineconcentraties, de totale hemoglobineconcentratie en de bloedzuurstofverzadiging berekenen, die allemaal functionele biomarkers zijn die verband houden met tumorangiogenese en bloedoxygenatieconsumptie of tumormetabolisme. PAT heeft succes geboekt in veel oncologische toepassingen, zoals eierstokkanker 1,2, borstkanker 3,4,5, huidkanker6, schildklierkanker 7,8, baarmoederhalskanker9, prostaatkanker10,11 en colorectale kanker12.
Eierstokkanker is de dodelijkste van alle gynaecologische maligniteiten. Slechts 38% van de eierstokkankers wordt gediagnosticeerd in een vroeg (gelokaliseerd of regionaal) stadium, waar de 5-jaarsoverleving 74,2% tot 93,1% is. De meeste worden in een laat stadium gediagnosticeerd, waarvoor de 5-jaarsoverleving 30,8% of minderis 13. Huidige klinische diagnosemethoden, waaronder transvaginale echografie (TUS), Doppler US, serumkankerantigeen 125 (CA 125) en humaan epididymumeiwit 4 (HE4), blijken gevoeligheid en specificiteit te missen voor vroege diagnose van eierstokkanker 14,15,16. Bovendien kan een groot deel van de goedaardige ovariumlaesies moeilijk nauwkeurig te diagnosticeren zijn met de huidige beeldvormingstechnologieën, wat leidt tot onnodige operaties met verhoogde zorgkosten en chirurgische complicaties. Er zijn dus aanvullende nauwkeurige niet-invasieve methoden voor de risicostratificatie van adnexale massa's nodig om het beheer en de resultaten te optimaliseren. Het is duidelijk dat een techniek nodig is die gevoelig en specifiek is voor eierstokkanker in een vroeg stadium en nauwkeuriger is in het identificeren van kwaadaardige van goedaardige laesies.
Onze groep heeft een co-geregistreerd transvaginaal US en PAT-systeem (USPAT) ontwikkeld voor de diagnose van eierstokkanker door een klinisch Amerikaans systeem, een op maat gemaakte sondemantel te combineren om de optische vezels voor lichtafgifte te huisvesten en een instelbare laser1. De totale hemoglobineconcentratie (relatieve schaal, rHbT) en de bloedzuurstofverzadiging (%sO2) afgeleid van het USPAT-systeem hebben een groot potentieel aangetoond voor de detectie van eierstokkanker in een vroeg stadium en voor het nauwkeurig diagnosticeren van ovariumlaesies voor effectieve risicobeoordeling en de vermindering van onnodige goedaardige laesieoperaties 1,2. Het huidige systeemschema is weergegeven in figuur 1 en het controleblokdiagram is weergegeven in figuur 2. Deze strategie heeft het potentieel om te worden geïntegreerd in bestaande TUS-protocollen voor de diagnose van eierstokkanker en tegelijkertijd functionele parameters (rHbT, %sO2) te bieden om de gevoeligheid en specificiteit van TUS te verbeteren.

<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

Eierstokkanker blijft de dodelijkste van alle gynaecologische maligniteiten vanwege het gebrek aan betrouwbare screeningsinstrumenten voor vroege detectie en diagnose. Fotoakoestische beeldvorming of tomografie (PAT) is een opkomende beeldvormingsmodaliteit die de totale hemoglobineconcentratie (relatieve schaal, rHbT) en bloedzuurstofverzadiging (% sO2) van ovariële / adnexale laesies kan bieden, die belangrijke parameters zijn voor de diagnose van kanker. In combinatie met co-geregistreerde echografie (VS) heeft PAT een groot potentieel aangetoond voor het detecteren van eierstokkankers en voor het nauwkeurig diagnosticeren van ovariumlaesies voor een effectieve risicobeoordeling en de vermindering van onnodige operaties van goedaardige laesies. PAT-beeldvormingsprotocollen in klinische toepassingen variëren echter, voor zover wij weten, grotendeels tussen verschillende onderzoeken. Hier rapporteren we een transvaginaal beeldvormingsprotocol voor eierstokkanker dat gunstig kan zijn voor andere klinische studies, vooral die met behulp van commerciële ultrasone arrays voor de detectie van fotoakoestische signalen en standaard delay-and-sum beamforming-algoritmen voor beeldvorming.

Hier tonen we voorbeelden van kwaadaardige en normale ovariële laesies afgebeeld door USPAT. Figuur 3 toont een 50-jarige premenopauzale vrouw met bilaterale multicysteuze adnexale massa's onthuld door contrastversterkte CT. Figuur 3A toont het Amerikaanse beeld van de linker adnexa met de ROI die de verdachte vaste knobbel in de cystische laesie markeert. Figuur 3B toont de PAT rHbT-kaart die op de VS is geplaatst en in het rood i...

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

We rapporteren een co-geregistreerd echografie- en fotoakoestisch beeldvormingsprotocol voor de transvaginale beeldvorming van ovariële / adnexale laesies. Het protocol kan waardevol zijn voor andere translationele fotoakoestische beeldvormingsstudies, met name die met behulp van commerciële ultrasone arrays voor de detectie van fotoakoestische signalen en standaard delay-and-sum beamforming-algoritmen voor beeldvorming.

Een co-geregistreerd echografie- en fotoakoestisch beeldvormingsprotocol voor de transvaginale beeldvorming van ovariumlaesies

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

Zoals we allemaal weten dat eierstokkanker de dodelijkste van alle gynaecologische maligniteiten is, wanneer eierstokkanker in een eerder en gelokaliseerd stadium wordt ontdekt, kunnen chirurgie en chemotherapie ongeveer 70 tot 90% van de patiënten genezen, vergeleken met slechts 20% of minder wanneer het in de latere stadia wordt gediagnosticeerd. En van de huidige standaardzorgmethoden is bekend dat ze een lagere gevoeligheid hebben voor vroege detectie van eierstokkanker. Bovendien hebben standaardzorgmethoden een zeer lage specificiteit voor een nauwkeurige risicobeoordeling van ovariële adnexale laesies, wat leidt tot onnodige operaties, dus met mogelijke chirurgische complicaties en de aanzienlijke kosten voor de gezondheidszorg.Daarom is onze technologie die gevoelig is voor de detectie van eierstokkanker in een vroeg stadium en specifiek voor een nauwkeurige diagnose van ovariële adnexale laesies nodig is. Fotoakoestische tomografie of PAT verlicht met nabij-infrarode lichten op specifieke golflengten en wordt selectief geabsorbeerd door zuurstofrijk en gedeoxygeneerd hemoglobine. De fotoakoestische golf die wordt gegenereerd door de lichtabsorptie kan het hemoglobinecontrast in kaart brengen, en dit kan worden gecoregistreerd aan anatomische structuren die zijn afgebeeld door co-geregistreerde echografie.De totale hemoglobineconcentratie en zuurstofverzadiging bieden functionele informatie over weefselvas vasculariteit en zuurstofverbruik. Aangezien kwaadaardige laesies over het algemeen een hoger totaal hemoglobine en een lagere zuurstofverzadiging hebben, kunnen deze twee onafhankelijke variabelen helpen eierstokkankers eerder te detecteren en differentiëren kwaadaardige van goedaardige ovariële adnexale laesies nauwkeurig om chirurgische managementaanbevelingen te verbeteren. En we hebben de pilot van patiëntgegevens verkregen en het resultaat hebben aangetoond dat co-geregistreerde fotoakoestische beeldvorming in combinatie met transvaginale echografie en ovariumkanker bloedbiomarker CA 125 daadwerkelijk ovariële adnexale laesies kan diagnosticeren.Onze pilotgegevens tonen ook bewijs dat co-geregistreerde fotoakoestische beeldvorming eierstok- en eileiderkankers in een vroeg stadium kan detecteren. En co-geregistreerde fotoakoestische en echografie is toegepast op detectie en de diagnose van borstkanker, huidkanker, schildklierkanker, baarmoederhalskanker, prostaatkanker en de colorectale kanker. De beeldvormingsondes variëren echter afhankelijk van het beeldvormingsvenster van verschillende organen.Het eerste commerciële co-geregistreerde fotoakoestische en ultrasone borstbeeldvormingssysteem is verkrijgbaar bij Sino Medical Instrument. We verwachten dat er meer commercieel gecoregistreerd fotoakoestisch echografiesysteem op de markt zal komen. De transvaginale fotoakoestische en ultrasone beeldvormingsondes moeten echter speciaal worden ontworpen voor beeldvormingspatiënten.Om te beginnen, breid de laserstraal uit door eerst de straal te divergeren met een plano concave lens en vervolgens de straal te collimeren met een plano convexe lens. Gebruik twee spiegels om de straal op een bundelsplitser te richten. Splits de oorspronkelijke bundel in tweeën met een polariserende bundelsplitser en splits vervolgens de twee balken met nog twee tweedetraps bundelsplitsers.Op deze manier splitst de uitgebreide laserstraal zich op in vier stralen met gelijke energie. Monteer vier multi-mode optische vezels met fiber chucks en gebruik vier plano convexe lenzen om de vier laserstralen in de vier vezels te focussen. Bedek alle optische componenten onder een metalen doos om ervoor te zorgen dat het optische pad niet wordt blootgesteld.Sluit een extra monitor aan op het programmeerbare klinische echografie- of echografiesysteem om de PATUS-weergavesoftware uit te voeren voor de realtime visualisatie van het relatieve totale hemoglobine, de bloedzuurstofverzadigingskaarten en andere functionele parameters. Sluit vervolgens de interne trigger van de laser aan op de externe trigger van het ultrasone systeem en verkrijg achtereenvolgens vijf opeenvolgende PAT-frames en één co-geregistreerd echografieframe. Om het systeem te kalibreren, stelt u de energie van de laserpomp in op een vast niveau.En controleer voor elke golflengte de energie-output per puls bij elke vezelpunt om ervoor te zorgen dat de berekende energiedichtheid bij elke geselecteerde golflengte op de verwachte waarde is. Om het PATUS-beeldvormingssysteem voor te bereiden, schakelt u het klinische echografiesysteem in en start u de software van het echografiesysteem. Druk op de transducerknop op het bedieningspaneel van het echoapparaat om het selectiescherm van de transducer te openen.Selecteer vervolgens de juiste ultrasone transducer. Kalibreer het lasersysteem en voer de totale pulsenergie voor elke golflengte in de PATUS-displaysoftware in. Monteer de PATUS-sonde door de vezels en de sonde in de sondeschede te sluiten.Pas voor beeldvorming de positie van de PATUS-transducer aan. Een hypoechoïsch doelwit verschijnt langzaam in het midden van de B-scan. Selecteer vervolgens de gewenste diepte in de PATUS-besturingssoftware en klik op scannen in de besturingssoftware om de gezamenlijk geregistreerde PATUS B-mode data-acquisitie te starten.Bekijk de PATUS-beeldweergavesoftware om de gezamenlijk geregistreerde echografie- en PAT B-modusbeelden in realtime te bekijken. De PA-gegevens met één golflengte worden bovenop de echografie weergegeven terwijl ze worden verkregen. Herhaal de stappen om meer afbeeldingen te verkrijgen en breng indien nodig de tweede laesie in beeld.Zodra de data-acquisitie is voltooid, ontvangt de PATUS-weergavesoftware een trigger om de functionele kaarten te reconstrueren. Hier toont het linkerpaneel de ultrasone B-scan, terwijl het rechterpaneel het relatieve totale hemoglobine toont dat is bedekt met co-geregistreerde echografie. Selecteer een interessante regio of ROI, hier de doel eierstok, om de SO2-kaart binnen de ROI te berekenen.Deze afbeelding toont een 50-jarige premenopauzale vrouw met bilaterale multicysteuze adnexale massa's onthuld door contrastversterkte CT. Het echografische beeld van de linker adnexa met het interessegebied of de ROI die de verdachte vaste knobbel in de cystische laesie markeert, wordt hier weergegeven. De PAT relatieve totale hemoglobinekaart werd op de echografie gesuperponeerd. Het relatieve totale hemoglobine vertoonde een uitgebreide diffuse vasculaire verdeling in het dieptebereik van één centimeter tot vijf centimeter en het niveau was hoog met 17,1.De verdeling van de bloedzuurstofverzadiging werd op de echografie gelegd en het niveau was laag bij een gemiddelde waarde van 46,4% Chirurgische pathologie onthulde het goed gedifferentieerde endometrioïde adenocarcinoom van zowel de rechter- als de linker eierstokken. De diepte werd gemarkeerd aan de rechterkant van de B-scan beelden. Deze figuur toont een 46-jarige vrouw met bilaterale cystische laesies.De echografie van de rechter eierstok met een eenvoudige cyste van 4,2 centimeter in maximale diameter wordt hier weergegeven. De PAT relatieve totale hemoglobinekaart bovenop de co-geregistreerde echografie toont verstrooiingssignalen aan de linkerkant van de laesie met een laag gemiddeld niveau van 4,8. De bloedzuurstofverzadigingskaart onthulde een hoger zuurstofverzadigingsgehalte van 67,5% De chirurgische pathologie onthulde een normale rechter eierstok met folliculaire cysten.Meet voor elke golflengte de totale energie-output aan de vier vezelpunten en vergelijk ze met een eerder record. Als de meting meer dan één millijul minder is dan het record, pas dan de optiek aan om de energiekoppeling te maximaliseren. In vivo PAT met behulp van een door de FDA goedgekeurd klinisch echografiesysteem is een belangrijke stap in de klinische vertaling van PAT.Vergeleken met ex vivo beeldvorming biedt in vivo beeldvorming bij mensen nieuwe uitdagingen op het gebied van data-acquisitie. Klinische PAT-gegevens kunnen verder worden gebruikt voor computerondersteund diagnoseonderzoek. Onze technologische ontwikkeling en het veelbelovende resultaat van de pilot-patiëntenstudie inspireren onderzoekers en bedrijven om de volledige capaciteit van co-geregistreerde fotoakoestische en echografie te verkennen voor vroege detectie van eierstokkanker en voor chirurgisch risicobeheer.

Research

JoVE Journal

Engineering

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Ruimtelijke scheiding van moleculaire conformers en clusters

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

Snelle beeldvormende techniek om te studeren Drop Impact Dynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffen

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 Channeling Contrast Imaging voor Rapid III-V hetero karakterisatie

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

Gebruik van een Multi-compartiment Dynamic enkel enzym Phantom voor Studies van gehyperpolariseerd Magnetic Resonance Agents

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

Nanogestructureerde Ag-zeoliet Composites als luminescentie-gebaseerde Vochtsensoren

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

Demonstratie van een Hyperlens-geïntegreerd Microscoop en super resolutie beeldvorming

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

Richtsnoeren en ervaring met behulp van Imaging Biomarker Explorer (IBEX) voor 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 microscopie en optische coherentie tomografie Dual-modaliteit Chorioretinal Imaging in levende konijn ogen

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

Driedimensionale ultrasone naald Tip Tracking met een glasvezel echografie-ontvanger

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

Femtoseconde Laser filamenten voor gebruik in Sub-Diffraction-Limited Imaging en Remote Sensing

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