De haalbaarheid van multispectrale opto-akoestische tomografie bij verschillende ziekten (FOMO)

Opto-akoestische beeldvorming is een nieuwe beeldvormingsmethode die is gebaseerd op het opto-akoestische effect, voor het eerst beschreven door Alexander Graham Bell in 1880. Wanneer biologisch weefsel wordt belicht met een ultrakorte laserpuls, absorberen weefselchromoforen laserlicht en vormen druktransiënte golven als gevolg van thermo-elastische uitzetting. Deze opto-akoestische of foto-akoestische golven kunnen worden gedetecteerd door breedband ultrasone transducers rond het weefsel. Opto-akoestische beeldvorming is uniek omdat het optisch contrast oplost, maar de resolutie voldoet aan de regels van ultrasone diffractie; de verstrooiing van het ultrasone signaal in weefsel is veel zwakker dan bij optische signalen. Daarom zijn opto-akoestische methoden ongevoelig voor fotonverstrooiing in biologische weefsels en bieden daardoor een hogere ruimtelijke resolutie met een hoge gevoeligheid voor weefsellichtabsorptie. Bovendien bereikt het penetratiedieptes tot enkele centimeters, waardoor het geschikt is voor het in beeld brengen van diepere weefsels in het lichaam. Er is aangetoond dat opto-akoestische beeldvorming klinisch relevante aspecten van verschillende ziekten aanpakt, zoals meerdere voorkomende kankers en inflammatoire darmziekten.

Meerdere beeldvormingsmethoden zijn gebaseerd op opto-akoestische beeldvorming. In tegenstelling tot andere vormen van opto-akoestische beeldvorming omvat multispectrale opto-akoestische tomografie (MSOT) echter de verlichting van weefsel met meerdere golflengten. Dankzij de hoogfrequente pulsfrequentie van de 9 laser kunnen meerdere golflengten in één enkel beeld worden geïdentificeerd. Beelden kunnen worden verwerkt met behulp van spectrale ontmengingsalgoritmen om verschillende weefselchromoforen op te lossen, zoals hemoglobine, deoxyhemoglobine, melanine en vet, die allemaal een verschillend absorptiespectrum of "spectrale signatuur" hebben. Dit biedt de mogelijkheid om een ​​beeld te reconstrueren door de bijdrage van specifieke absorbers, waaronder endogene weefselchromoforen, te onderscheiden en te kwantificeren.

Verschillen in de verdeling van endogene chromoforen tussen normaal weefsel en ziek weefsel zijn uitgebreid beschreven in preklinische en klinische opto-akoestische onderzoeken. Omdat de proliferatie en metastatische verspreiding bij kwaadaardige tumoren sterk afhankelijk is van angiogenese, zijn verschillen in hemoglobineconcentratie tussen normaal weefsel en tumorweefsel een bekend pathofysiologisch fenomeen. Abnormale vascularisatie die een lokale verhoging van de hemoglobineconcentratie veroorzaakt, produceert een sterk opto-akoestisch contrast, waardoor opto-akoestische beeldvorming geschikt is voor visualisatie van angiogenese en tumoren. Dit fenomeen zou kunnen worden gebruikt voor de diagnose van een verscheidenheid aan kwaadaardige tumoren, maar mogelijk ook voor het monitoren van ziekteprogressie na behandeling. Er zijn bijvoorbeeld relevante verschillen waargenomen tussen de hemoglobineverdeling in goedaardig en kwaadaardig schildklierweefsel en de visualisatie van borsttumoren met behulp van oto-akoestiek is beschreven.

Voor perifeer arterieel vaatlijden zijn de hemoglobineverdeling en de plaquekenmerken zeer relevante biologische kenmerken bij de karakterisering van de ziekte. Tegenwoordig worden beeldvormingsmodaliteiten zoals röntgen-CT beschouwd als de gouden standaard, die een relevante stralingsbelasting voor patiënten met zich meebrengt. Opto-akoestische beeldvorming heeft het potentieel om bijvoorbeeld de perifere slagaders en de halsslagader te visualiseren, zelfs in een 3D-omgeving. Identificatie van specifieke plaquekenmerken zoals collageen en lipiden zou een volgende stap voorwaarts zijn in de visualisatie van plaquebiologie en de relatie ervan met plaqueruptuur. Dit is het onderwerp van een reeds goedgekeurd MSOT-protocol waarin vijf patiënten zijn ingeschreven.

Nu MSOT een enorme belangstelling voor klinisch onderzoek ervaart, zijn er technologische ontwikkelingen geweest die beeldvormingssystemen mogelijk maken die geschikt zijn voor klinisch gebruik. De MSOT Acuity Echo (iThera Medical GmbH) die wij in het UMCG gebruiken is bedoeld voor klinisch onderzoek en is qua vorm en bediening vergelijkbaar met klinische ultrageluidtechnologie. Bovendien maakt het aanvullend gebruik van echografie (OPUS) mogelijk, zodat het tegelijkertijd anatomische, functionele en moleculaire informatie levert. De MSOT Acuity Echo geeft direct feedback in de vorm van live beelden.

Omdat meerdere disciplines (chirurgie, radiologie, nucleaire geneeskunde, mond- en kaakchirurgie, interne geneeskunde) geïnteresseerd zijn in het gebruik van het apparaat, willen we de mogelijkheden van MSOT voor verschillende indicaties onderzoeken. Onze hypothese is dat het visualiseren van weefselchromoforen met MSOT kan leiden tot identificatie van moleculaire veranderingen die verband houden met ziekte (-progressie).