La viabilidad de la tomografía optoacústica multiespectral en diferentes enfermedades (FOMO)

La imagen optoacústica es un método de imagen novedoso que se basa en el efecto optoacústico, descrito por primera vez por Alexander Graham Bell en 1880. Cuando el tejido biológico se ilumina con un pulso láser ultracorto, los cromóforos del tejido absorben la luz del láser y forman ondas transitorias de presión como resultado de la expansión termoelástica. Estas ondas optoacústicas o fotoacústicas pueden detectarse mediante transductores ultrasónicos de banda ancha alrededor del tejido. La imagen optoacústica es única porque resuelve el contraste óptico, pero la resolución obedece a las reglas de la difracción ultrasónica; La dispersión de la señal ultrasónica en el tejido es mucho más débil que la de las señales ópticas. Por lo tanto, los métodos optoacústicos son insensibles a la dispersión de fotones dentro de los tejidos biológicos y, por tanto, proporcionan una mayor resolución espacial con una alta sensibilidad a la absorción de luz del tejido. Además, obtiene profundidades de penetración de hasta varios centímetros, lo que lo hace adecuado para obtener imágenes de tejidos más profundos del cuerpo. Se ha demostrado que las imágenes optoacústicas abordan aspectos clínicamente relevantes de diversas enfermedades, como los cánceres prevalentes múltiples y la enfermedad inflamatoria intestinal.

Múltiples métodos de obtención de imágenes se basan en imágenes optoacústicas. Sin embargo, a diferencia de otros tipos de imágenes optoacústicas, la tomografía optoacústica multiespectral (MSOT) implica la iluminación del tejido con múltiples longitudes de onda. Debido a la alta frecuencia del pulso del láser 9, se pueden identificar múltiples longitudes de onda en una sola imagen. Las imágenes se pueden procesar utilizando algoritmos de separación espectral para resolver diferentes cromóforos tisulares, como hemoglobina, desoxihemoglobina, melanina y grasa, todos los cuales tienen un espectro de absorción distinto o "firma espectral". Esto proporciona la capacidad de reconstruir una imagen distinguiendo y cuantificando la contribución de absorbentes específicos, incluidos los cromóforos de tejido endógeno.

Las diferencias en la distribución de cromóforos endógenos entre el tejido normal y el tejido enfermo se han descrito ampliamente en estudios optoacústicos preclínicos y clínicos. Como la proliferación y diseminación metastásica en tumores malignos depende en gran medida de la angiogénesis, las diferencias en la concentración de hemoglobina entre el tejido normal y el tejido tumoral son un fenómeno fisiopatológico bien conocido. La vascularización anormal que causa un aumento local en la concentración de hemoglobina produce un fuerte contraste optoacústico, lo que hace que las imágenes optoacústicas sean adecuadas. para visualización de angiogénesis y tumores. Este fenómeno podría usarse para el diagnóstico de una variedad de tumores malignos, pero potencialmente también para monitorear la progresión de la enfermedad después del tratamiento. Por ejemplo, se han observado diferencias relevantes entre la distribución de la hemoglobina en el tejido tiroideo benigno y maligno y se ha descrito la visualización de tumores de mama mediante otoacústica.

Para la enfermedad arterial periférica, la distribución de la hemoglobina y las características de la placa son características biológicas muy relevantes en la caracterización de la enfermedad. Hoy en día, las modalidades de imágenes como la tomografía computarizada con rayos X se consideran el estándar de oro, lo que proporciona una carga de radiación relevante a los pacientes. Las imágenes optoacústicas tienen el potencial de visualizar, por ejemplo, las arterias periféricas y la arteria carótida, incluso en un entorno 3D. La identificación de características específicas de la placa, como el colágeno y los lípidos, sería el siguiente paso adelante en la visualización de la biología de la placa y su relación con la ruptura de la placa. Este es el tema de un protocolo MSOT ya aprobado en el que están inscritos 5 pacientes.

A medida que MSOT está experimentando un aumento de interés en la investigación clínica, se han producido desarrollos tecnológicos que permiten sistemas de imágenes adecuados para uso clínico. El MSOT Acuity Echo (iThera Medical GmbH) que utilizamos en UMCG está dedicado a la investigación clínica y es similar a la tecnología de ultrasonido clínico en forma y manejo. Además, permite el uso adicional de la ultrasonografía (OPUS) para que proporcione información anatómica, funcional y molecular simultáneamente. MSOT Acuity Echo proporciona retroalimentación inmediata en forma de imágenes en vivo.

Dado que múltiples disciplinas (cirugía, radiología, medicina nuclear, cirugía oral y maxilofacial, medicina interna) están interesadas en utilizar el dispositivo, nuestro objetivo es explorar las posibilidades de MSOT para diversas indicaciones. Nuestra hipótesis es que la visualización de cromóforos tisulares con MSOT puede conducir a la identificación de cambios moleculares asociados con la enfermedad (progresión).