固体色素レーザーシステムを用いたセンチネルリンパ節の生体内デュアルモーダル光音響・超音波イメージング

In Vivo Dual-Modal Photoacoustic and Ultrasound Imaging of Sentinel Lymph Nodes Using a Solid-State Dye Laser System.

• Moongyu Han
• Wonseok Choi
• Joongho Ahn
• Hanyoung Ryu
• Youngseok Seo
• Chulhong Kim

抄録

光音響イメージング（PAI）は、センチネルリンパ節（SLN）生検のための非侵襲的かつ非放射性のイメージング技術として積極的に研究されています。PAIは、光学イメージングと超音波イメージングの利点を生かして、生きた動物や乳がん患者を対象に、メチレンブルー（MB）を用いて非侵襲的にSLNをプローブします。しかし、これらのPAIシステムは、チューナブル液体色素レーザーシステムや光パラメトリック発振器（OPO）レーザーなどのPAIシステムで使用されるレーザーは、サイズが大きく、経済的ではなく、危険な可燃性や毒性のある液体色素を使用しているため、診療所や商業市場で広く使用するには限界がある。これらの制限を克服するために、私たちは、コンパクトで便利で、可燃性や毒性のリスクがはるかに少ない固体色素レーザー（SD-PAUSI）をベースにした新しいデュアルモーダル光音響・超音波イメージングシステムを提案しています。650nmの波長を発生する固体色素ハンドピースを用いて、鶏の乳房組織内に深く（〜3.9cm）配置されたMB管のイメージングに成功しました。また、in vivoラットでは、ヒトのSLNの深さ（1.2±0.5cm）よりも深い2.2cm厚の鶏胸の下で、光音響的にSLNを検出することができました。さらに、色素ハンドピースを切り替えることで、MB染色したSLNを周囲の血管系から選択的に強調することで、PAIのマルチスペクトル能力を示しました。これらの結果は、SD-PAUSIのSLN検出のための簡単で効果的なモダリティとしての大きな可能性を示している。

Photoacoustic imaging (PAI) is being actively investigated as a non-invasive and non-radioactive imaging technique for sentinel lymph node (SLN) biopsy. By taking advantage of optical and ultrasound imaging, PAI probes SLNs non-invasively with methylene blue (MB) in both live animals and breast cancer patients. However, these PAI systems have limitations for widespread use in clinics and commercial marketplaces because the lasers used by the PAI systems, e.g., tunable liquid dye laser systems and optical parametric oscillator (OPO) lasers, are bulky in size, not economical, and use risky flammable and toxic liquid dyes. To overcome these limitations, we are proposing a novel dual-modal photoacoustic and ultrasound imaging system based on a solid-state dye laser (SD-PAUSI), which is compact, convenient, and carries far less risk of flammability and toxicity. Using a solid-state dye handpiece that generates 650-nm wavelength, we successfully imaged the MB tube positioned deeply (~3.9 cm) in chicken breast tissue. The SLNs were also photoacoustically detected in the in vivo rats beneath a 2.2-cm-thick layer of chicken breast, which is deeper than the typical depth of SLNs in humans (1.2 ± 0.5 cm). Furthermore, we showed the multispectral capability of the PAI by switching the dye handpiece, in which the MB-dyed SLN was selectively highlighted from the surrounding vasculature. These results demonstrated the great potential of the SD-PAUSI as an easy but effective modality for SLN detection.