Vyšetřování lipedému, lymfedému a cévních malformací pomocí multispektrální optoakustické tomografie (MSOT)

K dnešnímu dni je diagnostická cesta nemocí zahrnujících změněnou architekturu tukové tkáně obvykle pomalá a silně závisí na zkušenostech vyšetřujícího, takže často trvá několik let, než je pacient řádně léčen. Současné zobrazovací metody pro kvantitativní hodnocení podkožní tukové tkáně poskytují pouze nespecifické nálezy. V naší studii vědci představují novou zobrazovací metodu pro zkoumání tukové tkáně.

Optoakustika je inovativní hybridní zobrazovací metoda, která kombinuje vysoký kontrast optického zobrazování s vysokým rozlišením akustiky. Použitý systém MSOT se skládá z laseru ve viditelném blízkém infračerveném a vzdáleném infračerveném rozsahu vlnových délek (660nm -1300nm) a ultrazvukového senzoru připojeného k počítači. Pomocí optických komponentů je měřená oblast osvětlena ultrakrátkými světelnými pulsy s volitelnou vlnovou délkou. Světlo je v různé míře absorbováno uvnitř předmětu – v závislosti na vlastnostech tkáně. Laserové světlo stimuluje chromofory, jako je hemoglobin nebo melanin v lidském těle, což má za následek expanzi a následné stažení tkáně, tzv. termoelastický efekt. Lokální mikroskopické objemové fluktuace emitují tlakové vlny v ultrazvukové oblasti (fotoakustický efekt). Povrch kůže je snímán pomocí vysoce přesných mikrostupňů. V každém místě jsou ultrazvukové signály generované světelným pulzem zaznamenávány tomograficky mimo objekt pomocí detektoru a ukládány do počítače. Pomocí speciálních algoritmů lze z naměřeného ultrazvukového signálu rekonstruovat vlastnosti tkáně na počítači. MSOT umožňuje neinvazivní, neionizující zobrazování s vysokým prostorovým rozlišením (80 μm), které umožňuje specifickou vizualizaci endogenních tkáňových pigmentů, jako jsou kolagenová vlákna, tuk, melanin, oxyhemoglobin a deoxyhemoglobin. Lasery pro stimulaci určitých chromoforů jsou již široce terapeutické použití v dermatologii; jejich účinky a vedlejší účinky jsou známé a při výběru vhodné energie jsou minimální až žádné. Hloubka průniku MSOT je výrazně větší ve srovnání s jinými metodami optického zobrazování.

Tento neinvazivní systém měření v reálném čase lze navíc použít v mnoha každodenních klinických otázkách, které jinak vyžadují invazivnější metody, jako je CT nebo MRI. Kromě vyšetření architektury tukové tkáně lze MSOT použít před a peroperačně k vizualizaci cév, například k optimalizaci nebo dokonce primárně umožnění perfuze chlopní. Cílem je zobrazit a analyzovat architekturu podkožní tukové tkáně u pacientů z plastické chirurgie pomocí MSOT.

Studie je navržena jako prospektivní kohortová studie subjektů rekrutovaných z populace pacientů s plastickou chirurgií. Měření MSOT se provádějí na 50 jedincích s klinicky zdravou podkožní tukovou tkání a 50 jedincích se změnami v podkožní tukové tkáni (např. lipedém). Zaznamenaná data jsou kvantifikována a porovnávána.

Testované osoby pro tuto studii se rekrutují z kliniky a polikliniky úrazové chirurgie, ortopedie a plastické chirurgie. Pacienti se rekrutují zejména z konzultačních hodin speciální plastické chirurgie.

Všichni přítomní nosí laserové ochranné brýle. Ultrazvukový gelový film se nanese na cca 1 cm² kůže na několika místech na vybraných končetinách pacienta a detektor se umístí na gelový film. Tyto oblasti kůže jsou poté skenovány, přičemž oblasti, které mají být vyšetřeny, jsou osvětleny ultrakrátkými světelnými pulzy o volitelné vlnové délce. Výsledné zvukové vlny jsou detekovány pomocí ultrazvukových senzorů a rekonstruovány na počítači a spektrálně separovány. Jedno měření trvá přibližně 5 minut. Včetně přípravy zabere měření tří oblastí pokožky přibližně 20 minut. Invazivní zákroky nejsou v tomto projektu plánovány.

Naskenované oblasti jsou exportovány ze softwaru jako obrazový materiál a uloženy pod pseudonymem. K dispozici je i fotodokumentace měkké tkáně, která byla naskenována. Tyto fotografie jsou také uloženy. Pro dokumentaci zdravotních údajů je vyplněn formulář dokumentace lipedému.

Optoakustická modalita nevyžaduje ionizující záření a je založena pouze na detekci akustických vln indukovaných laserovým světlem. Jak technologie ozařování různými lasery, tak sonografie jsou již široce využívány v diagnostice a léčbě kožních onemocnění. Proto jsou jejich vedlejší účinky velmi předvídatelné a při vhodně zvolených energiích minimální až žádné. K buzení optoakustických signálů se používají pulzní lasery třídy 4 ve viditelném a blízkém infračerveném rozsahu (660 - 1300 nm) s velmi krátkou dobou trvání pulzu (9ns). Americký národní standardizační institut (ANSI) stanovil pro použití laserů tohoto typu limitní hodnoty, které nejsou při experimentech překračovány. Teoreticky mohou chyby v léčbě, jako je volba příliš vysoké hladiny energie, vést k poškození tkáně v závislosti na použitém laseru. Lasery v oblasti chromoforu hemoglobinu mohou způsobit tepelné poškození cév nejmenších a nejmenších cév. Pokud jsou energie zvoleny velmi vysoké, maximálním výsledkem by mohlo být lokální poškození epidermis s následným lokálním zjizvením podobným popálení.

Vzhledem k tomu, že tyto účinky jsou známy na základě dlouholetých zkušeností v širokém používání, žádný z těchto nežádoucích účinků se během této studie neočekává.

Vyhodnocení zvukových vln generovaných pomocí sonografie je považováno za bezpečné a nelze očekávat žádné vedlejší účinky.

Laserové světlo je nasměrováno na kůži přes detektor. Laserové světlo tedy může pronikat ven pouze nepřímo rozptylem a teoreticky se dostat do očí okolních lidí. Vzhledem k tomu, že laserové světlo s výše uvedenou specifikací může být škodlivé pro oči, je třeba dbát na to, aby všichni přítomní měli během měření nasazené laserové ochranné brýle. Při nošení laserových ochranných brýlí prakticky nehrozí poranění očí.

Mezi jednotlivá kritéria pro vysazení patří intolerance a reakce, jako je zarudnutí. Dříve popsané nežádoucí účinky během léčby zahrnují zarudnutí a tepelné vaskulární poškození měkkých tkání nebo subjektivně vnímané vedlejší účinky. Dalším individuálním kritériem ukončení je odvolání souhlasu testovaných osob s účastí ve studii nebo odmítnutí nosit laserové ochranné brýle.

Kritéria ukončení pro celkovou studii zahrnují: neodstranitelná závada v monitorovacím systému (MSOT), ztráta všech dat. Zarudnutí s puchýři ve smyslu popálení kůže IIa stupně (zatím nepopsáno).

Cílem tohoto pilotního projektu je popsat mikroarchitekturu podkožní tukové tkáně u pacientů s kožními změnami i bez nich (např. lipedém) pomocí MSOT. Schopnost vizualizovat tyto změny by mohla vést k lepšímu pochopení fyziologie a patofyziologie kůže.

Při provádění vyšetřování jsou dodržovány následující pokyny a zákony:

• Helsinská deklarace (2013) doplněná Benátkami 1983 a Hongkongem 1989
• Hlas místní etické komise se získává od vedoucího vědeckého výzkumu
• Zahájení a realizace šetření jsou vázány na hlasování etické komise. Po ukončení šetření je etické komisi předložena zpráva nebo publikace
• Souhlas subjektů je dán dobrovolně po vysvětlení rizik. Testované osoby nedostávají žádnou náhradu
• Souhlas lze vzít kdykoliv zpět bez udání důvodu
• Pokud účastník odstoupí ze studie, datový materiál, který již byl získán, bude zničen nebo bude subjekt dotázán, zda souhlasí s hodnocením materiálu.
• Jména testovaných subjektů a všechny další důvěrné informace podléhají lékařskému tajemství a ustanovením federálního zákona o ochraně dat (BDSG) - - Údaje o subjektech mohou být předávány pouze v pseudonymizované podobě. Třetí strany nemají přístup k originálním dokumentům
• Před zahájením studia jsou testovaní písemně i ústně informováni o charakteru a rozsahu plánovaných vyšetření, zejména o možném přínosu pro jejich zdraví a případných rizicích. Souhlas účastníků se dokládá podpisem formuláře souhlasu