Monispektrisen optoakustisen tomografian toteutettavuus eri sairauksissa (FOMO)

Optoakustinen kuvantaminen on uusi kuvantamismenetelmä, joka perustuu optoakustiseen vaikutukseen, jonka Alexander Graham Bell kuvasi ensimmäisen kerran vuonna 1880. Kun biologista kudosta valaistaan ​​ultralyhyellä laserpulssilla, kudoskromoforit absorboivat laservaloa ja muodostavat paineen ohimeneviä aaltoja termoelastisen laajenemisen seurauksena. Nämä optoakustiset tai fotoakustiset aallot voidaan havaita laajakaistaisilla ultraääniantureilla kudoksen ympärillä. Optoakustinen kuvantaminen on ainutlaatuinen, koska se erottaa optisen kontrastin, mutta resoluutio noudattaa ultraäänidiffraktion sääntöjä; Ultraäänisignaalin sironta kudoksissa on paljon heikompaa kuin optisten signaalien. Siksi optoakustiset menetelmät eivät ole herkkiä fotonien sironleelle biologisissa kudoksissa ja tarjoavat siten paremman avaruudellisen resoluution ja korkean herkkyyden kudoksen valon absorptiolle. Lisäksi se saavuttaa jopa useiden senttimetrien tunkeutumissyvyyden, joten se soveltuu kehon syvempien kudosten kuvaamiseen. Optoakustisen kuvantamisen on osoitettu käsittelevän eri sairauksien, kuten useiden yleisten syöpien ja tulehduksellisen suolistosairauden, kliinisesti merkittäviä näkökohtia.

Useat kuvantamismenetelmät perustuvat optoakustiseen kuvantamiseen. Kuitenkin toisin kuin muut optoakustiset kuvantamistyypit, monispektrinen optoakustinen tomografia (MSOT) sisältää kudoksen valaisun useilla aallonpituuksilla. 9 laserin korkeataajuisen pulssinopeuden ansiosta yhdestä kuvasta voidaan tunnistaa useita aallonpituuksia. Kuvia voidaan käsitellä spektraalisten sekoitusalgoritmien avulla erilaisten kudoskromoforien, kuten hemoglobiinin, deoksihemoglobiinin, melaniinin ja rasvan, erottamiseksi, joilla kaikilla on erillinen absorptiospektri tai "spektriallekirjoitus". Tämä tarjoaa mahdollisuuden rekonstruoida kuva erottamalla ja kvantitatiivisesti spesifisten absorboijien, mukaan lukien endogeenisten kudoskromoforien, osuuden.

Erot endogeenisten kromoforien jakautumisessa normaalin kudoksen ja sairaan kudoksen välillä on kuvattu laajasti prekliinisissä ja kliinisissä optoakustisissa tutkimuksissa. Koska pahanlaatuisten kasvaimien proliferaatio ja metastaattinen leviäminen on suuresti riippuvainen angiogeneesistä, hemoglobiinipitoisuuden erot normaalikudoksen ja kasvainkudoksen välillä on hyvin tunnettu patofysiologinen ilmiö. Epänormaali verisuonistuminen, joka aiheuttaa paikallisen hemoglobiinipitoisuuden nousun, tuottaa voimakkaan optoakustisen kontrastin, mikä tekee optoakustisesta kuvantamisesta sopivaa. angiogeneesin ja kasvainten visualisointiin. Tätä ilmiötä voitaisiin käyttää erilaisten pahanlaatuisten kasvainten diagnosointiin, mutta mahdollisesti myös taudin etenemisen seurantaan hoidon jälkeen. Esimerkiksi hyvänlaatuisen ja pahanlaatuisen kilpirauhaskudoksen hemoglobiinin jakautumisen välillä on havaittu merkittäviä eroja, ja rintakasvaimien visualisointia otoakustiikan avulla on kuvattu.

Ääreisvaltimotaudin tapauksessa hemoglobiinin jakautuminen ja plakin ominaisuudet ovat erittäin tärkeitä biologisia piirteitä taudin karakterisoinnissa. Nykyään kuvantamismenetelmiä, kuten röntgen-CT:tä, pidetään kultaisena standardina, mikä aiheuttaa potilaille merkittävän säteilytaakan. Optoakustisella kuvantamisella on potentiaalia visualisoida esimerkiksi ääreisvaltimoita ja kaulavaltimoita jopa 3D-ympäristössä. Erityisten plakin ominaisuuksien, kuten kollageenin ja lipidien, tunnistaminen olisi seuraava askel eteenpäin plakin biologian visualisoinnissa ja sen suhteen plakin repeämiseen. Tämä on aihe jo hyväksytyssä MSOT-protokollassa, johon on otettu viisi potilasta.

Koska MSOT:n kiinnostus kliinisiä tutkimuksia kohtaan kasvaa, on tapahtunut teknologista kehitystä, joka mahdollistaa kliiniseen käyttöön sopivien kuvantamisjärjestelmien. UMCG:ssä käyttämämme MSOT Acuity Echo (iThera Medical GmbH) on omistettu kliiniseen tutkimukseen ja muistuttaa muodoltaan ja käsittelyltä kliinistä ultraäänitekniikkaa. Lisäksi se mahdollistaa ultraäänitutkimuksen (OPUS) lisäkäytön, jolloin se välittää anatomista, toiminnallista ja molekyylitietoa samanaikaisesti. MSOT Acuity Echo antaa välitöntä palautetta elävien kuvien muodossa.

Koska useat tieteenalat (kirurgia, radiologia, isotooppilääketiede, suu- ja leukakirurgia, sisätauti) ovat kiinnostuneita laitteen käytöstä, pyrimme selvittämään MSOT:n mahdollisuuksia erilaisiin indikaatioihin. Oletamme, että kudoskromoforien visualisointi MSOT:lla voi johtaa sairauteen liittyvien molekyylimuutosten tunnistamiseen (-eteneminen).