Photoacoustic endoscopy: A progress review.
multimodality
photoacoustic endoscopy
potential clinical applications
scanning mechanism
Journal
Journal of biophotonics
ISSN: 1864-0648
Titre abrégé: J Biophotonics
Pays: Germany
ID NLM: 101318567
Informations de publication
Date de publication:
12 2020
12 2020
Historique:
received:
04
06
2020
revised:
20
08
2020
accepted:
31
08
2020
pubmed:
17
9
2020
medline:
24
6
2021
entrez:
16
9
2020
Statut:
ppublish
Résumé
Endoscopy has been widely used in biomedical imaging and integrated with various optical and acoustic imaging modalities. Photoacoustic imaging (PAI), one of the fastest growing biomedical imaging modalities, is a noninvasive and nonionizing method that owns rich optical contrast, deep acoustic penetration depth, multiscale and multiparametric imaging capability. Hence, it is preferred to miniaturize the volume of PAI and develop an emerged endoscopic imaging modality referred to as photoacoustic endoscopy (PAE). It has been developed for more than one decade since the first report of PAE. Unfortunately, until now, there is no mature photoacoustic endoscopic technique recognized in clinic due to various technical limitations. To address this concern, recent development of new scanning mechanisms, adoption of novel optical/acoustic devices, utilization of superior computation methods and exploration of multimodality strategies have significantly promoted the progress of PAE toward clinic. In this review, we comprehensively reviewed recent progresses in single- and multimodality PAE with new physics, mechanisms and strategies to achieve practical devices for potential applicable scenarios including esophageal, gastrointestinal, urogenital and intravascular imaging. We ended this review with challenges and prospects for future development of PAE.
Identifiants
pubmed: 32935920
doi: 10.1002/jbio.202000217
doi:
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Review
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202000217Informations de copyright
© 2020 Wiley-VCH GmbH.
Références
M. W. Gifari, H. Naghibi, S. Stramigioli, M. Abayazid, I. J. Med, Robot. Comp. 2019, 15(5), e2010.
A. Khanicheh, A. K. Shergill, Tech. Gastrointest. Endosc 2019, 21(3), 167.
B. Chi, J. Yao, S. Han, X. Xie, G. Li, Z. Wang, IEEE Trans. Bio. Med. Eng. 2007, 54(7), 1291.
L. Zhang, D. K. Pleskow, V. Turzhitsky, E. U. Yee, T. M. Berzin, M. Sawhney, S. Shinagare, E. Vitkin, Y. Zakharov, U. Khan, F. Wang, J. D. Goldsmith, S. Goldberg, R. Chuttani, I. Itzkan, L. Qiu, L. T. Perelman, Nat. Biomed. Eng 2017, 1(4), 0040.
J. Yoon, J. Joseph, D. J. Waterhouse, A. S. Luthman, G. S. D. Gordon, M. di Pietro, W. Januszewicz, R. C. Fitzgerald, S. E. Bohndiek, Nat. Commun. 2019, 10(1), 1902.
Y. Zhu, Q. Wang, M. Xu, Z. Zhang, J. Cheng, Y. Zhong, Y. Zhang, W. Chen, L. Yao, P. Zhou, Q. Li, Gastrointest. Endoscopy 2019, 89(4), 806.
Z. Korczewski, Pol. Marit. Res. 2013, 20, 23.
N. Yorita, S. Oka, S. Tanaka, T. Kotachi, N. Nagasaki, K. Hata, K. Kuroki, K. Masuda, M. Kurihara, M. Kiso, T. Boda, M. Ito, K. Chayama, Clin. Endosc. 2020, 53(1), 54.
G. Alexandrino, T. D. Domingues, R. Carvalho, M. N. Costa, L. C. Lourenço, J. Reis, Clin. Endosc 2019, 52(1), 47.
M. J. Gora, M. J. Suter, G. J. Tearney, X. Li, Biomed. Opt. Express 2017, 8(5), 2405.
J. Peng, X. Li, H. Tang, L. Ma, T. Zhang, Y. Li, S. Chen, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. 2019, 66(5), 975.
G. Furneri, R. Klausnitzer, L. Haycock, Z. Ihara, PLoS One 2019, 14(3), e0212916.
P. Deepak, G. J. Hanson, J. G. Fletcher, W. J. Tremaine, D. S. Pardi, J. B. Kisiel, K. W. Schroeder, L. M. W. K. Song, W. S. Harmsen, E. V. Loftus, D. H. Bruining, Gastrointest. Endoscopy 2015, 83(5), 1005.
P. Sharma, A. Bansal, S. Mathur, S. Wani, R. Cherian, D. McGregor, A. Higbee, S. Hall, A. Weston, Gastrointest. Endosc. 2006, 64(2), 167.
M. Muto, C. Katada, Y. Sano, S. Yoshida, Clin. Gastroenterol Hepatol. 2005, 3, 16.
T. Gonai, K. Kawasaki, S. Nakamura, S. Yanai, R. Akasaka, K. Sato, Y. Toya, K. Asakura, J. Urushikubo, Y. Fujita, M. Eizuka, N. Uesugi, T. Sugai, T. Matsumoto, Intest. Res. 2020, 18(1), 107.
L. M. Wurster, R. N. Shah, F. Placzek, S. Kretschmer, M. Niederleithner, L. Ginner, J. Ensher, M. P. Minneman, E. E. Hoover, H. Zappe, W. Drexler, R. A. Leitgeb, C. Ataman, J. Biophotonics 2019, 12(4), e201800382.
T. Wu, R. Pan, K. Cao, L. Zhang, J. Wang, Y. Lu, C. He, Y. Liu, Opt. Commun. 2020, 467, 125596.
H. Pahlevaninezhad, M. Khorasaninejad, Y. Huang, Z. Shi, L. P. Hariri, D. C. Adams, V. Ding, A. Zhu, C. Qiu, F. Capasso, M. J. Suter, Nat. Photon. 2018, 12, 540.
G. Meng, Y. Liang, S. Sarsfield, W. Jiang, R. Lu, J. T. Dudman, Y. Aponte, N. Ji, Elife 2019, 8, e40805.
J. Han, S. Lee, P. Choi, J. Wu, K. Lee, Q. Dai, J. Park, K. Lee, M. Choi, Opt. Express 2018, 26(25), 32365.
U. Weiss, O. Katz, Opt. Express 2018, 26(22), 28808.
S. Ruff, B. Curtin, M. Quezado, T. Heller, C. Koh, S. M. Steinberg, M. Connolly, J. M. Hernandez, J. L. Davis, J. Gastrointest. Oncol. 2019, 10(3), 407.
J. Auzoux, G. Boschetti, B. Anon, A. Aubourg, M. Caulet, L. Poisson, P. Besson, T. Lecomte, S. Roger, L. Picon, S. Nancey, D. Moussata, B. Flourie, Endoscopy 2019, 90(1), 151.
M. Huffman, Endoscopy 2017, 49(03), 301.
T. Krill, M. Baliss, R. Roark, M. Sydor, R. Samuel, J. Zaibaq, P. Guturu, S. Parupudi, J. Thorac. Dis. 2019, 11, S1602.
X. Wang, V. Seetohul, R. Chen, Z. Zhang, M. Qian, Z. Shi, G. Yang, P. Mu, C. Wang, Z. Huang, Q. Zhou, H. Zheng, S. Cochran, W. Qiu, IEEE Trans. Med. Imaging 2017, 36(9), 1922.
L. V. Wang, Nat. Photon. 2009, 3, 503.
P. Beard, Interface Focus 2011, 1, 602.
L. V. Wang, S. Hu, Science 2012, 335, 1458.
J. Yao, L. V. Wang, Laser Photon. Rev. 2013, 7(5), 758.
L. V. Wang, L. Gao, Annu. Rev. Biomed. Eng. 2014, 16, 155.
L. V. Wang, J. Yao, Nat. Methods 2016, 13(8), 627.
Z. Sheng, L. Song, J. Zheng, D. Hua, M. He, M. Zheng, G. Gao, P. Gong, P. Zhang, Y. Ma, L. Caia, Biomaterials 2013, 34(21), 5236.
C. Liu, X. Gong, R. Lin, F. Liu, J. Chen, Z. Wang, L. Song, J. Chu, Theranostics 2016, 6(13), 2414.
J. Mou, C. Liu, P. Li, Y. Chen, H. Xu, C. Wei, L. Song, J. Shi, H. Chen, Biomaterials 2015, 57, 12.
S. Gottschalk, O. Degtyaruk, B. Mc Larney, J. Rebling, M. A. Hutter, X. L. Deán-Ben, S. Shoham, D. Razansky, Nat. Biomed. Eng. 2019, 3(5), 392.
J. Aguirre, M. Schwarz, N. Garzorz, M. Omar, A. Buehler, K. Eyerich, V. Ntziachristos, Nat. Biomed. Eng. 2017, 1(5), 1.
J. Yao, L. Wang, J. Yang, K. I. Maslov, T. T. W. Wong, L. Li, C. Huang, J. Zou, L. V. Wang, Nat. Methods 2015, 12(5), 407.
L. Li, L. Zhu, C. Ma, L. Lin, J. Yao, L. Wang, K. Maslov, R. Zhang, W. Chen, J. H. Shi, L. V. Wang, Nat. Biomed. Eng. 2017, 1, 0071.
Z. Wu, L. Li, Y. Yang, P. Hu, Y. Li, S. Yang, L. V. Wang, W. Gao, Sci. Robot 2019, 4(32), eaax0613.
L. Xi, S. Grobmyer, L. Wu, R. Chen, G. Zhou, L. G. Gutwein, J. Sun, W. Liao, Q. Zhou, H. Xie, H. Jiang, Opt. Express 2012, 20, 8726.
L. Xi, H. Jiang, Appl. Phys. Lett. 2015, 107, 063701.
D. Razansky, M. Distel, C. Vinegoni, R. Ma, N. Perrimon, R. W. Köster, V. Ntziachristos, Nat. Photon. 2009, 3, 412.
J. M. Yang, K. Maslov, H. C. Yang, Q. Zhou, K. K. Shung, L. V. Wang, Opt. Lett. 2009, 34, 1591.
Y. Yuan, S. Yang, D. Xing, Opt. Lett. 2010, 35, 2266.
Z. Guo, Z. Ye, W. Shao, L. Jing, S. Chen, arXiv:1911.09522; 2019.
A. T. Ibrahim, M. M. Mohamed, Int. J. Biomedi. Eng. Technol. 2013, 11(4), 411.
Z. Piao, T. Ma, J. Li, M. T. Wiedmann, S. Huang, M. Yu, K. K. Shung, Q. Zhou, C. Kim, Z. Chen, Appl. Phys. Lett. 2015, 107(8), 083701.
B. Wang, J. L. Su, A. B. Karpiouk, K. V. Sokolov, R. Smalling, S. Emelianov, IEEE J. Quantum. Electron. 2010, 16(3), 588.
C. V. Bourantas, F. A. Jaffer, F. J. Gijsen, G. van Soest, S. P. Madden, B. K. Courtney, A. M. Fard, E. Tenekecioglu, Y. Zeng, A. F. W. van der Steen, S. Emelianov, J. Muller, P. H. Stone, L. Marcu, G. J. Tearney, P. W. Serruys, Eur. Heart J. 2017, 38(6), 400.
B. Wang, J. L. Su, J. Amirian, S. H. Litovsky, R. Smalling, S. Emelianov, Opt. Express 2010, 18, 4889.
X. Bai, X. Gong, W. Hau, R. Lin, J. Zheng, C. Liu, C. Zeng, X. Zou, H. Zheng, L. Song, PLoS One 2014, 9(3), e92463.
Z. Guo, Y. Li, S. L. Chen, Opt. Lett. 2018, 43, 1119.
J. M. Yang, R. Chen, C. Favazza, J. Yao, C. Li, Z. Hu, Q. Zhou, K. K. Shung, L. V. Wang, Opt. Express 2012, 20(21), 23944.
J. Xiao, Y. Li, W. Jin, K. Peng, Z. Zhu, B. Wang, Appl. Opt. 2016, 55(9), 2301.
X. Li, K. Xiong, S. Yang, Appl. Phys. Lett. 2019, 114, 163703.
J. M. Yang, C. Li, R. Chen, B. Rao, J. Yao, C. H. Yeh, A. Danielli, K. Maslov, Q. Zhou, K. K. Shung, L. V. Wang, Biomed. Opt. Express 2015, 6, 918.
K. Xiong, S. Yang, X. Li, D. Xing, Opt. Lett. 2018, 43, 1846.
K. Xiong, W. Wang, T. Guo, Z. Yuan, S. Yang, Opt. Lett. 2019, 44, 2681.
B. Wang, N. Wei, K. Peng, J. Xiao, Med. Phys. 2018, 45(10), 4430.
Z. Sun, D. Han, Y. Yuan, Comput. Biol. Med. 2016, 76(1), 60.
D. Cai, G. Li, D. Xia, Z. Li, Z. Guo, S. L. Chen, Opt. Express 2017, 25, 20162.
Y. Sheu, C. Chou, B. Hsieh, P. Li, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. 2011, 58(10), 2067.
H. Guo, C. Song, H. Xie, L. Xi, Opt. Lett. 2017, 42, 4615.
R. Ansari, E. Z. Zhang, A. E. Desjardins, P. C. Beard, Light Sci. Appl. 2018, 7, 75.
G. Li, Z. Guo, S. L. Chen, IEEE Sens. J. 2019, 19, 909.
S. Hu, K. Maslov, L. V. Wang, Opt. Lett. 2011, 36, 1134.
S. Jiao, Z. Xie, H. F. Zhang, C. A. Puliafito, Opt. Lett. 2009, 34(19), 2961.
H. Guo, W. Qi, M. He, J. Rong, L. Xi, J. Innov. Opt. Heal. Sci. 2017, 11, 1850008.
T. Zhao, A. E. Desjardins, S. Ourselin, T. Vercauteren, W. Xia, Photoacoustics 2019, 16, 100146.
J. M. Yang, C. Favazza, R. Chen, J. Yao, X. Cai, K. Maslov, Q. Zhou, K. K. Shung, L. V. Wang, Nat. Med. 2012, 18(8), 1297.
A. F. W. van der Steen, H. M. M. van Beusekom, J. W. Oosterhuis, G. van Soest, Opt. Lett. 2011, 36, 597.
L. Xi, C. Duan, H. Xie, H. Jiang, Appl. Optics 2013, 52, 1928.
N. Liu, S. Yang, D. Xing, Opt. Lett. 2018, 43(1), 138.
X. Dai, L. Xi, C. Duan, H. Yang, H. Xie, H. Jiang, Opt. Lett. 2015, 40, 2921.
X. Dai, H. Yang, T. Shan, H. Xie, S. A. Berceli, H. Jiang, ACS Photon 2017, 4(1), 174.
M. Abran, G. Cloutier, M. R. Cardinal, B. Chayer, J. Tardif, F. Lesage, IEEE T. Biomed. Circ. S. 2014, 8(5), 696.
Y. Yang, X. Li, T. Wang, P. D. Kumavor, A. Aguirre, K. K. Shung, Q. Zhou, M. Sanders, M. Brewer, Q. Zhu, Biomed. Opt. Express 2011, 2, 2551.
G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. E. Bouma, M. E. Brezinski, N. J. Weissman, J. F. Southern, J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 1996, 21(7), 543.
J. M. Shukla, P. Fathi, W. Liang, S. Wu, C. Sears, X. Li, Biomed. Opt. Express 2018, 9, 3731.
P. Shao, W. Shi, P. H. Reza, R. J. Zemp, J. Biomed. Opt. 2012, 17, 076024.
G. Li, Z. Ye, S. Liang, S. L. Chen, J. Biophotonics 2020, 13, e201960200.
S. Zackrisson, S. M. W. Y. van de Ven, S. S. Gambhir, Cancer Res. 2014, 74(4), 979.
Y. Liu, L. Nie, X. Chen, Trends Biotechnol. 2016, 34, 420.
J. Meng, L. Song, Photoacoustics 2013, 1, 43.
T. J. Yoon, Y. S. Cho, World J. Gastrointest. Endosc. 2013, 5(11), 534.
B. Cong, C. Qiu, Y. Ren, Y. Bai, M. Xing, T. Yin, X. Gong, L. Song, R. Zheng, C. Liu, IEEE Sensors Journal 2020, 20, 10974. https://doi.org/10.1109/JSEN.2020.2993884.
J. M. Yang, C. Favazza, J. Yao, R. Chen, Q. Zhou, K. K. Shung, L. V. Wang, Plos One 2015, 10(4), e0120269.
H. Lei, L. A. Johnson, K. A. Eaton, S. Liu, J. Ni, X. Wang, P. D. R. Higgins, G. Xu, Biomed. Opt. Express 2019, 10, 2542.
A. B. E. Attia, G. Balasundaram, M. Moothanchery, U. S. Dinish, R. Bi, V. Ntziachristos, M. Olivo, Photoacoustics 2019, 16, 100144.
M. A. L. Bell, N. P. Kuo, D. Y. Song, J. U. Kang, E. M. Boctor, J. Biomed. Opt. 2014, 19(12), 126011.
S. R. Kothapalli, G. A. Sonn, J. W. Choe, A. Nikoozadeh, A. Bhuyan, K. K. Park, P. Cristman, R. Fan, A. Moini, B. C. Lee, J. Wu, T. E. Carver, D. Trivedi, L. Shiiba, I. Steinberg, D. M. Huland, M. F. Rasmussen, J. C. Liao, J. D. Brooks, P. T. Khuri-Yakub, S. S. Gambhir, Sci. Transl. Med. 2019, 11, eaav2169.
C. Liu, M. Xing, B. Cong, C. Qiu, D. He, C. Wang, Y. Xiao, T. Yin, M. Shao, W. Qiu, T. Ma, X. Gong, X. Chen, H. Zheng, R. Zheng, L. Song, Biomed. Opt. Express 2019, 10, 1707.
P. D. Kumavor, U. Alqasemi, B. Tavakoli, H. Li, Y. Yang, X. Sun, E. Warych, Q. Zhu, J. Biophotonics 2013, 6, 475.
C. Li, J. M. Yang, R. Chen, C. H. Yeh, L. Zhu, K. Maslov, Q. Zhou, K. K. Shung, L. V. Wang, Opt. Lett. 2014, 39, 1473.
S. Okawa, K. Sei, T. Hirasawa, K. Irisawa, K. Hirota, T. Wada, T. Kushibiki, K. Furuya, M. Ishihara, Proc. SPIE 2017, 10064, 100642S.
M. Ai, J. I. Youn, S. Salcudean, R. Rohling, P. Abolmaesumi, S. Tang, Opt. Express 2019, 10(5), 2589.
A. Horiguchi, M. Shinchi, A. Nakamura, T. Wada, K. Ito, T. Asano, H. Shinmoto, H. Tsuda, M. Ishihara, Urology 2017, 108, 212.
Y. Qu, C. Li, J. Shi, R. Chen, S. Xu, H. Rafsanjani, K. Maslov, H. Krigman, L. Garvey, P. Hu, P. Zhao, K. Meyers, E. Diveley, S. Pizzella, L. Muench, N. Punyamurthy, N. Goldstein, O. Onwumere, M. Alisio, K. Meyenburg, J. Maynard, K. Helm, J. Slaughter, S. Barber, T. Burger, C. Kramer, J. Chubiz, M. Anderson, R. McCarthy, S. K. England, G. A. Macones, Q. Zhou, K. K. Shung, J. Zou, M. J. Stout, M. Tuuli, L. V. Wang, J. Biomed. Opt. 2018, 23(12), 121617.
H. S. Salehi, H. Li, A. Merkulov, P. D. Kumavor, H. Vavadi, M. Sanders, A. Kueck, M. A. Brewer, Q. Zhu, J. Biomed. Opt. 2016, 21(4), 046006.
S. Nandy, A. Mostafa, I. S. Hagemann, M. A. Powell, E. Amidi, K. Robinson, D. G. Mutch, C. Siegel, Q. Zhu, Radiology 2018, 289(3), 740.
A. Horiguchi, K. Tsujita, K. Irisawa, T. Kasamatsu, K. Hirota, M. Kawaguchi, M. Shinchi, K. Ito, T. Asano, H. Shinmoto, H. Tsuda, M. Ishihara, Prostate 2016, 76, 307.
Y. Yan, N. Gomez-Lopez, M. Basij, A. V. Shahvari, F. Vadillo-Ortega, E. Hernandez-Andrade, S. S. Hassan, R. Romero, M. MehrMohammadi, Biomed. Opt. Express 2019, 10, 4643.
H. S. Salehi, P. D. Kumavor, H. Li, U. Alqasemi, T. Wang, C. Xu, Q. Zhu, Photoacoustics 2015, 3, 114.
S. S. S. Choi, A. Mandelis, J. Biomed. Opt. 2019, 24(8), 080902.
J. D. Miller, Nat. Mater 2013, 12(6), 476.
P. K. Shah, J. Am. Coll. Cardiol. 2003, 41, S15.
A. P. Burke, A. Farb, G. T. Malcom, Y. Liang, J. Smialek, R. Virmani, N. Engl. J. Med. 1997, 336, 1276.
L. Wang, P. Lei, X. Wen, P. Zhang, S. Yang, Opt. Express 2019, 27, 12832.
S. J. Mathews, C. Little, C. D. Loder, R. D. Rakhit, W. Xia, E. Z. Zhang, P. C. Beard, M. C. Finlay, A. E. Desjardins, Photoacoustics 2018, 11, 65.
P. Wang, Z. Chen, F. Yang, S. Yang, D. Xing, Appl. Phys. Lett. 2018, 113(25), 253701.
Y. Cao, A. Kole, J. Hui, Y. Zhang, J. Mai, M. Alloosh, M. Sturek, J. Cheng, Sci. Rep. 2018, 8(1), 2400.
X. Ji, K. Xiong, S. Yang, D. Xing, Opt. Express 2015, 23, 9130.
M. Wu, G. Springeling, M. Lovrak, F. Mastik, S. I. Rizk, T. Wang, H. M. M. van Beusekom, A. F. W. van der Steen, G. V. Soest, Biomed. Opt. Express 2017, 8, 943.
P. Lei, X. Wen, L. Wang, P. Zhang, S. Yang, Opt. Lett. 2019, 44, 5406.
B. Jiang, X. Yang, Q. Luo, Opt. Express 2016, 24, 20167.