生体内光音響イメージングおよび光熱療法中のマウスのバイタルサインをモニタリングするための低消費電力の携帯型デバイス

A portable device with low-power consumption for monitoring mouse vital signs during in vivo photoacoustic imaging and photothermal therapy.

• Duc Tri Phan
• Thi Tuong Vy Phan
• Ngoc Thang Bui
• Sumin Park
• Jaeyeop Choi
• Junghwan Oh

抄録

目的:

本研究の目的は、光音響イメージング(PAI)および光熱療法(PTT)における外因性造影剤の生理的変化と細胞毒性効果をモニターすることである。本論文では、マウスのバイタルサインをモニタリングするための低消費電力テレメトリデバイスを設計し、実証した。

OBJECTIVE: The aim of this study was to monitor the physiological changes and cytotoxic effects of exogenous contrast agents during photoacoustic imaging (PAI) and photothermal therapy (PTT). In this paper, a low-power telemetric device for mouse vital signs monitoring was designed and demonstrated.

研究の進め方:

本論文では，マウスのバイタルサインをモニタリングするための低消費電力テレメトリデバイスの設計と実証を行った．また、本研究では、キトサン-ポリピロールナノコンポジット（CS-PPy NC）を外因性造影剤として用いたPAIおよびPTT実験を実施し、本装置の実現性を実証した。ここでは、CS-PPy NCの濃度が異なるマウス群の生理的変化を観察し、解析した。

APPROACH: The power consumption was optimized through hardware and software co-design with a 17% increased operating time compared with typical operation. To demonstrate the feasibility of the monitoring device, PAI and PTT experiments with chitosan-polypyrrole nanocomposites (CS-PPy NCs) as exogenous contrast agents were conducted. Herein, the physiological variation in groups of mice with different CS-PPy NC concentrations was observed and analyzed.

主な結果:

以上の結果から、PAI実験及びPTT実験において、CS-PPy NCsと無麻酔がマウスのバイタルサインに影響を与えていることが示唆された。また、PAI及びPTT時のコア温度、心拍数及び末梢酸素飽和度(SpO2)との関連を示した。また、外因性造影剤の近赤外吸収が強いことから、本研究ではマウスの体温と腫瘍温度の上昇を説明できる可能性があることが示された。さらに、コア温度、心拍数、SpO2の間に高い相互相関があることが示され、PAIおよびPTT時のマウスのバイタルサインの変動を説明することができた。

MAIN RESULTS: The experimental results indicated the influence of CS-PPy NCs and anethesia on mouse vital signs in PAI and PTT. Additionally, the association between core temperature, heart rate, and saturation of peripheral oxygen (SpO2) during PAI and PTT was shown. The strong near-infrared absorbance of exogenous contrast agents could account for the increase in mouse core temperature and tumor temperature in this study. Furthermore, high cross-correlation values between core temperature, heart rate, and SpO2 were demonstrated to explain the fluctuation of mouse vital signs during PAI and PTT.

意義:

本研究では、低消費電力でバイタルサインをモニタリングする装置の設計を行った。その結果、マウスのバイタルサインとCS-PPy NCの効果との間に高い相互相関係数が観測され、PAI実験及びPTT実験におけるマウスの生理的変化を説明することができた。

SIGNIFICANCE: A design of a vital signs monitoring device, with low power consumption, was introduced in this study. A high cross correlation coefficient of mouse vital signs and the effects of CS-PPy NCs were observed, which explained for the mouse physiological variation during the PAI and PTT experiments.

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