Gjennomførbarheten av multispektral optoakustisk tomografi i forskjellige sykdommer (FOMO)

Optoakustisk avbildning er en ny avbildningsmetode som er basert på den optoakustiske effekten, først beskrevet av Alexander Graham Bell i 1880. Når biologisk vev belyses med en ultrakort laserpuls, absorberer vevskromoforer laserlys og danner trykktransiente bølger som et resultat av termoelastisk ekspansjon. Disse optoakustiske eller fotoakustiske bølgene kan detekteres av bredbånds ultralydtransdusere rundt vevet. Optoakustisk avbildning er unik ettersom den løser optisk kontrast, men oppløsningen følger reglene for ultralyddiffraksjon; spredning av ultralydsignalet i vev er mye svakere enn for optiske signaler. Derfor er optoakustiske metoder ufølsomme for fotonspredning i biologisk vev og gir derved høyere romlig oppløsning med høy følsomhet for vevslysabsorpsjon. I tillegg oppnår den penetrasjonsdybder opp til flere centimeter, noe som gjør den egnet for avbildning av dypere vev i kroppen. Optoakustisk avbildning har vist seg å adressere klinisk relevante aspekter ved ulike sykdommer, slik som flere utbredte kreftformer og inflammatorisk tarmsykdom.

Flere avbildningsmetoder er basert på optoakustisk avbildning. Imidlertid, i motsetning til andre typer optoakustisk avbildning, involverer multispektral optoakustisk tomografi (MSOT) belysning av vev med flere bølgelengder. På grunn av den høyfrekvente pulsfrekvensen til 9-laseren, kan flere bølgelengder identifiseres i ett enkelt bilde. Bilder kan behandles ved hjelp av spektrale unmixing-algoritmer for å løse forskjellige vevskromoforer, som hemoglobin, deoksyhemoglobin, melanin og fett, som alle har et distinkt absorpsjonsspektrum eller "spektral signatur". Dette gir muligheten til å rekonstruere et bilde ved å skille og kvantifisere bidraget til spesifikke absorbere inkludert endogene vevskromoforer.

Forskjeller i fordelingen av endogene kromoforer mellom normalt vev og sykt vev har blitt beskrevet omfattende i prekliniske og kliniske optoakustiske studier. Siden spredning og metastatisk spredning i ondartede svulster er svært avhengig av angiogenese, er forskjeller i hemoglobinkonsentrasjon mellom normalt vev og tumorvev et velkjent patofysiologisk fenomen. Unormal vaskularisering som forårsaker en lokal økning i hemoglobinkonsentrasjon gir sterk optoakustisk kontrast, noe som gjør optoakustisk avbildning egnet for visualisering av angiogenese og svulster. Dette fenomenet kan brukes til diagnostisering av en rekke maligne svulster, men potensielt også for overvåking av sykdomsprogresjon etter behandling. For eksempel er det observert relevante forskjeller mellom hemoglobinfordeling i benignt og ondartet skjoldbruskkjertelvev og visualisering av brystsvulster ved bruk av otoakustikk er beskrevet.

For perifer arteriell sykdom er hemoglobinfordeling og plakkegenskaper svært relevante biologiske trekk ved karakteriseringen av sykdommen. I dag regnes bildediagnostiske modaliteter som røntgen-CT som gullstandarden, som gir en relevant strålebelastning for pasientene. Optoakustisk avbildning har potensial for å visualisere for eksempel de perifere arteriene og halspulsåren, selv i en 3D-setting. Identifikasjon av spesifikke plakkegenskaper som kollagen og lipider vil være et neste skritt fremover i visualisering av plakkbiologi og dets forhold til plakkruptur. Dette er tema for en allerede godkjent MSOT-protokoll der 5 pasienter er registrert.

Ettersom MSOT opplever en bølge av interesse for kliniske undersøkelser, har det vært teknologisk utvikling som muliggjør bildebehandlingssystemer egnet for klinisk bruk. MSOT Acuity Echo (iThera Medical GmbH) som vi bruker i UMCG er dedikert til klinisk forskning og ligner på klinisk ultralydteknologi i form og håndtering. Videre muliggjør den ekstra bruk av ultralyd (OPUS) slik at den leverer anatomisk, funksjonell og molekylær informasjon samtidig. MSOT Acuity Echo gir umiddelbar tilbakemelding i form av levende bilder.

Siden flere disipliner (kirurgi, radiologi, nukleærmedisin, oral- og kjevekirurgi, indremedisin) er interessert i å bruke enheten, tar vi sikte på å utforske mulighetene for MSOT for ulike indikasjoner. Vi antar at visualisering av vevskromoforer med MSOT kan føre til identifisering av molekylære endringer assosiert med sykdom (-progresjon).