Proveditelnost multispektrální optoakustické tomografie u různých nemocí (FOMO)

Optoakustické zobrazování je nová zobrazovací metoda, která je založena na optoakustickém efektu, který poprvé popsal Alexander Graham Bell v roce 1880. Když je biologická tkáň osvětlena ultrakrátkým laserovým pulzem, tkáňové chromofory absorbují laserové světlo a vytvářejí tlakové přechodné vlny jako výsledek termoelastické expanze. Tyto optoakustické nebo fotoakustické vlny lze detekovat širokopásmovými ultrazvukovými měniči kolem tkáně. Optoakustické zobrazování je jedinečné, protože řeší optický kontrast, ale rozlišení se řídí pravidly ultrazvukové difrakce; rozptyl ultrazvukového signálu ve tkáni je mnohem slabší než u optických signálů. Proto jsou optoakustické metody necitlivé na rozptyl fotonů v biologických tkáních a poskytují tak vyšší prostorové rozlišení s vysokou citlivostí na absorpci světla tkání. Navíc dosahuje hloubky průniku až několik centimetrů, takže je vhodný pro zobrazování hlubších tkání v těle. Ukázalo se, že optoakustické zobrazování řeší klinicky relevantní aspekty různých onemocnění, jako je mnohočetná převládající rakovina a zánětlivé onemocnění střev.

Více zobrazovacích metod je založeno na optoakustickém zobrazení. Na rozdíl od jiných typů optoakustického zobrazování však multispektrální optoakustická tomografie (MSOT) zahrnuje osvětlení tkáně více vlnovými délkami. Díky vysoké frekvenci pulzů 9 laseru lze na jednom snímku identifikovat více vlnových délek. Snímky mohou být zpracovány pomocí spektrálních rozpojovacích algoritmů za účelem rozlišení různých tkáňových chromoforů, jako je hemoglobin, deoxyhemoglobin, melanin a tuk, které všechny mají odlišné absorpční spektrum nebo „spektrální podpis“. To poskytuje schopnost rekonstruovat obraz rozlišením a kvantifikací příspěvku specifických absorbérů včetně endogenních tkáňových chromoforů.

Rozdíly v distribuci endogenních chromoforů mezi normální tkání a nemocnou tkání byly rozsáhle popsány v preklinických a klinických optoakustických studiích. Protože proliferace a metastatické šíření u maligních nádorů je vysoce závislé na angiogenezi, rozdíly v koncentraci hemoglobinu mezi normální tkání a nádorovou tkání jsou dobře známým patofyziologickým jevem Abnormální vaskularizace způsobující lokální zvýšení koncentrace hemoglobinu vytváří silný optoakustický kontrast, díky čemuž je optoakustické zobrazování vhodné pro vizualizaci angiogeneze a nádorů. Tento jev by mohl být využit pro diagnostiku různých maligních nádorů, ale potenciálně i pro sledování progrese onemocnění po léčbě. Byly například pozorovány relevantní rozdíly mezi distribucí hemoglobinu v benigní a maligní tkáni štítné žlázy a byla popsána vizualizace nádorů prsu pomocí otoakustiky.

U onemocnění periferních tepen jsou distribuce hemoglobinu a charakteristiky plaku vysoce relevantními biologickými znaky při charakterizaci onemocnění. V současné době jsou zobrazovací modality, jako je rentgenové CT, považovány za zlatý standard, které představují pro pacienty relevantní radiační zátěž. Optoakustické zobrazování má potenciál pro vizualizaci například periferních tepen a karotid, a to i ve 3D prostředí Identifikace specifických charakteristik plaku, jako je kolagen a lipidy, by byla dalším krokem vpřed ve vizualizaci biologie plaku a jeho vztahu k ruptuře plaku. Toto je téma již schváleného protokolu MSOT, do kterého je zařazeno 5 pacientů.

Vzhledem k tomu, že společnost MSOT zažívá prudký nárůst zájmu o klinický výzkum, došlo k technologickému vývoji, který umožňuje zobrazovací systémy vhodné pro klinické použití. MSOT Acuity Echo (iThera Medical GmbH), které používáme v UMCG, je určeno pro klinický výzkum a podobá se klinické ultrazvukové technologii ve formě a manipulaci. Dále umožňuje dodatečné využití ultrasonografie (OPUS) tak, aby poskytovala anatomické, funkční a molekulární informace současně. MSOT Acuity Echo poskytuje okamžitou zpětnou vazbu ve formě živého obrazu.

Vzhledem k tomu, že o využití přístroje má zájem více oborů (chirurgie, radiologie, nukleární medicína, ústní a čelistní chirurgie, interní lékařství), snažíme se prozkoumat možnosti MSOT pro různé indikace. Předpokládáme, že vizualizace tkáňových chromoforů pomocí MSOT může vést k identifikaci molekulárních změn spojených s onemocněním (-progrese).