Muligheden for multispektral optoakustisk tomografi ved forskellige sygdomme (FOMO)

Optoakustisk billeddannelse er en ny billedbehandlingsmetode, der er baseret på den optoakustiske effekt, først beskrevet af Alexander Graham Bell i 1880. Når biologisk væv belyses med en ultrakort laserpuls, absorberer vævskromoforer laserlys og danner tryktransiente bølger som følge af termoelastisk ekspansion. Disse optoakustiske eller fotoakustiske bølger kan detekteres af bredbånds ultralydstransducere omkring vævet. Optoakustisk billeddannelse er unik, da den løser optisk kontrast, men opløsningen overholder reglerne for ultralydsdiffraktion; spredning af ultralydssignalet i væv er meget svagere end for optiske signaler. Derfor er optoakustiske metoder ufølsomme over for fotonspredning i biologiske væv og giver derved højere rumlig opløsning med høj følsomhed over for vævslysabsorption. Derudover opnår den penetrationsdybder op til flere centimeter, hvilket gør den velegnet til at afbilde dybere væv i kroppen. Optoakustisk billeddannelse har vist sig at behandle klinisk relevante aspekter af forskellige sygdomme, såsom flere udbredte kræftformer og inflammatorisk tarmsygdom.

Flere billeddannelsesmetoder er baseret på optoakustisk billeddannelse. Men i modsætning til andre typer optoakustisk billeddannelse involverer multispektral optoakustisk tomografi (MSOT) belysning af væv med flere bølgelængder. På grund af 9-laserens højfrekvente pulsfrekvens kan flere bølgelængder identificeres i et enkelt billede. Billeder kan behandles ved hjælp af spektrale unmixing-algoritmer for at opløse forskellige vævskromoforer, såsom hæmoglobin, deoxyhæmoglobin, melanin og fedt, som alle har et særskilt absorptionsspektrum eller "spektral signatur". Dette giver mulighed for at rekonstruere et billede ved at skelne og kvantificere bidraget fra specifikke absorbere, herunder endogene vævskromoforer.

Forskelle i fordelingen af ​​endogene kromoforer mellem normalt væv og sygt væv er blevet beskrevet omfattende i prækliniske og kliniske optoakustiske undersøgelser. Da proliferation og metastatisk spredning i ondartede tumorer er meget afhængig af angiogenese, er forskelle i hæmoglobinkoncentration mellem normalt væv og tumorvæv et velkendt patofysiologisk fænomen. Unormal vaskularisering, der forårsager en lokal stigning i hæmoglobinkoncentrationen producerer stærk optoakustisk kontrast, hvilket gør optoakustisk billeddannelse velegnet til visualisering af angiogenese og tumorer. Dette fænomen kan bruges til diagnosticering af en række maligne tumorer, men potentielt også til overvågning af sygdomsprogression efter behandling. For eksempel er relevante forskelle mellem hæmoglobinfordeling i benignt og malignt skjoldbruskkirtelvæv blevet observeret, og visualisering af brysttumorer ved hjælp af otoakustik er blevet beskrevet.

For perifer arteriel sygdom er hæmoglobinfordeling og plakkarakteristika yderst relevante biologiske træk ved karakteriseringen af ​​sygdommen. I dag betragtes billeddiagnostiske modaliteter som røntgen-CT som guldstandarden, som giver patienterne en relevant strålingsbyrde. Optoakustisk billeddannelse har potentialet til at visualisere for eksempel de perifere arterier og halspulsåren, selv i en 3D-indstilling. Identifikation af specifikke plakkarakteristika som kollagen og lipider ville være et næste skridt fremad i visualisering af plakbiologi og dets forhold til plaksprængning. Dette er emnet for en allerede godkendt MSOT-protokol, hvor 5 patienter er tilmeldt.

Da MSOT oplever en bølge af interesse for klinisk undersøgelse, har der været teknologisk udvikling, der muliggør billeddannelsessystemer, der er egnede til klinisk brug. MSOT Acuity Echo (iThera Medical GmbH), som vi bruger i UMCG, er dedikeret til klinisk forskning og ligner klinisk ultralydsteknologi i form og håndtering. Desuden muliggør den yderligere brug af ultralyd (OPUS), så den leverer anatomisk, funktionel og molekylær information samtidigt. MSOT Acuity Echo giver øjeblikkelig feedback i form af levende billeder.

Da flere discipliner (kirurgi, radiologi, nuklearmedicin, oral- og kæbekirurgi, intern medicin) er interesseret i at bruge enheden, sigter vi mod at udforske mulighederne for MSOT til forskellige indikationer. Vi antager, at visualisering af vævskromoforer med MSOT kan føre til identifikation af molekylære ændringer forbundet med sygdom (-progression).