La fattibilità della tomografia optoacustica multispettrale in diverse malattie (FOMO)

L'imaging optoacustico è un nuovo metodo di imaging basato sull'effetto optoacustico, descritto per la prima volta da Alexander Graham Bell nel 1880. Quando il tessuto biologico viene illuminato con un impulso laser ultrabreve, i cromofori del tessuto assorbono la luce laser e formano onde transitorie di pressione come risultato dell'espansione termoelastica. Queste onde optoacustiche o fotoacustiche possono essere rilevate da trasduttori ultrasonici a banda larga attorno al tessuto. L'imaging optoacustico è unico in quanto risolve il contrasto ottico, ma la risoluzione obbedisce alle regole della diffrazione ultrasonica; la diffusione del segnale ultrasonico nei tessuti è molto più debole rispetto ai segnali ottici. Pertanto, i metodi optoacustici sono insensibili alla diffusione dei fotoni all'interno dei tessuti biologici e quindi forniscono una risoluzione spaziale più elevata con un'elevata sensibilità all'assorbimento della luce da parte dei tessuti. Inoltre, ottiene profondità di penetrazione fino a diversi centimetri, rendendolo adatto per l'imaging dei tessuti più profondi all'interno del corpo. È stato dimostrato che l’imaging optoacustico affronta aspetti clinicamente rilevanti di varie malattie, come tumori multipli e malattie infiammatorie intestinali.

Diversi metodi di imaging si basano sull'imaging optoacustico. Tuttavia, a differenza di altri tipi di imaging optoacustico, la tomografia optoacustica multispettrale (MSOT) prevede l'illuminazione del tessuto con più lunghezze d'onda. Grazie alla frequenza degli impulsi ad alta frequenza del laser 9, è possibile identificare più lunghezze d'onda in un'unica immagine. Le immagini possono essere elaborate utilizzando algoritmi di separazione spettrale per risolvere diversi cromofori tissutali, come emoglobina, deossiemoglobina, melanina e grasso, che hanno tutti uno spettro di assorbimento distinto o "firma spettrale". Ciò fornisce la capacità di ricostruire un'immagine distinguendo e quantificando il contributo di assorbitori specifici inclusi i cromofori dei tessuti endogeni.

Le differenze nella distribuzione dei cromofori endogeni tra tessuto normale e tessuto malato sono state ampiamente descritte in studi optoacustici preclinici e clinici. Poiché la proliferazione e la diffusione metastatica nei tumori maligni dipende fortemente dall'angiogenesi, le differenze nella concentrazione di emoglobina tra tessuto normale e tessuto tumorale sono un fenomeno fisiopatologico ben noto. Una vascolarizzazione anomala che causa un aumento locale della concentrazione di emoglobina produce un forte contrasto optoacustico, rendendo l'imaging optoacustico adatto per la visualizzazione dell'angiogenesi e dei tumori. Questo fenomeno potrebbe essere utilizzato per la diagnosi di una varietà di tumori maligni, ma potenzialmente anche per il monitoraggio della progressione della malattia dopo il trattamento. Ad esempio, sono state osservate differenze rilevanti tra la distribuzione dell'emoglobina nel tessuto tiroideo benigno e maligno ed è stata descritta la visualizzazione di tumori al seno mediante otoacustica.

Per la malattia arteriosa periferica, la distribuzione dell'emoglobina e le caratteristiche della placca sono caratteristiche biologiche altamente rilevanti nella caratterizzazione della malattia. Al giorno d'oggi, le modalità di imaging come la TC a raggi X sono considerate il gold standard, che comportano un notevole carico di radiazioni sui pazienti. L'imaging optoacustico ha il potenziale per visualizzare, ad esempio, le arterie periferiche e l'arteria carotide, anche in un ambiente 3D. L'identificazione di caratteristiche specifiche della placca come collagene e lipidi rappresenterebbe un passo avanti nella visualizzazione della biologia della placca e della sua relazione con la rottura della placca. Questo è l'argomento di un protocollo MSOT già approvato in cui sono arruolati 5 pazienti.

Poiché MSOT sta registrando un aumento di interesse per le indagini cliniche, ci sono stati sviluppi tecnologici che consentono sistemi di imaging adatti all'uso clinico. L'MSOT Acuity Echo (iThera Medical GmbH) che utilizziamo nell'UMCG è dedicato alla ricerca clinica e simile alla tecnologia clinica a ultrasuoni nella forma e nella gestione. Inoltre, consente l'uso aggiuntivo dell'ecografia (OPUS) in modo che fornisca informazioni anatomiche, funzionali e molecolari contemporaneamente. MSOT Acuity Echo fornisce un feedback immediato sotto forma di immagini dal vivo.

Poiché più discipline (chirurgia, radiologia, medicina nucleare, chirurgia orale e maxillofacciale, medicina interna) sono interessate all'utilizzo del dispositivo, miriamo a esplorare le possibilità dell'MSOT per varie indicazioni. Ipotizziamo che la visualizzazione dei cromofori tissutali con MSOT possa portare all'identificazione di cambiamenti molecolari associati alla malattia (-progressione).