Badanie obrzęku lipidowego, obrzęku limfatycznego i malformacji naczyniowych za pomocą wielospektralnej tomografii optoakustycznej (MSOT)

Dotychczasowa ścieżka diagnostyczna chorób związanych ze zmienioną architekturą tkanki tłuszczowej jest zwykle powolna i w dużym stopniu uzależniona od doświadczenia lekarza, dlatego często upływa kilka lat, zanim pacjent zostanie właściwie wyleczony. Obecne metody obrazowania służące ilościowej ocenie podskórnej tkanki tłuszczowej dostarczają jedynie niespecyficznych wyników. W naszym badaniu badacze przedstawiają nowatorską metodę obrazowania służącą do badania tkanki tłuszczowej.

Optoakustyka to innowacyjna metoda obrazowania hybrydowego, która łączy wysoki kontrast obrazowania optycznego z wysoką rozdzielczością akustyczną. Zastosowany system MSOT składa się z lasera pracującego w zakresie długości fal widzialnej bliskiej i dalekiej podczerwieni (660nm -1300nm) oraz czujnika ultradźwiękowego podłączonego do komputera. Dzięki elementom optycznym mierzony obszar jest oświetlany ultrakrótkimi impulsami świetlnymi o wybranej długości fali. Światło jest pochłaniane w różnym stopniu wewnątrz obiektu – w zależności od właściwości tkanki. Światło lasera pobudza w organizmie człowieka chromofory, takie jak hemoglobina czy melanina, co powoduje rozszerzanie się, a następnie kurczenie tkanki, tzw. efekt termoelastyczny. Lokalne mikroskopijne wahania objętości emitują fale ciśnienia w zakresie ultradźwiękowym (efekt fotoakustyczny). Powierzchnia skóry jest skanowana przy użyciu bardzo precyzyjnych mikrostolików. W każdym miejscu sygnały ultradźwiękowe generowane przez impuls świetlny są rejestrowane tomograficznie na zewnątrz obiektu za pomocą detektora i zapisywane w komputerze. Za pomocą specjalnych algorytmów właściwości tkanki można zrekonstruować komputerowo na podstawie zmierzonego sygnału ultradźwiękowego. MSOT umożliwia nieinwazyjne, niejonizujące obrazowanie o wysokiej rozdzielczości przestrzennej (80 µm), co umożliwia specyficzną wizualizację endogennych pigmentów tkankowych, takich jak włókna kolagenowe, tłuszcz, melanina, oksyhemoglobina i deoksyhemoglobina. Lasery stymulujące niektóre chromofory znajdują już szerokie zastosowanie terapeutyczne w dermatologii; ich skutki i skutki uboczne są znane i są minimalne lub żadne, jeśli zostanie wybrana odpowiednia energia. Głębokość penetracji MSOT jest znacznie większa w porównaniu z innymi metodami obrazowania optycznego.

Ponadto ten nieinwazyjny system pomiarowy działający w czasie rzeczywistym może być stosowany w wielu codziennych kwestiach klinicznych, które w innym przypadku wymagają bardziej inwazyjnych metod, takich jak tomografia komputerowa lub rezonans magnetyczny. Oprócz badania architektury tkanki tłuszczowej MSOT może być stosowany przed i okołooperacyjnie do wizualizacji naczyń, na przykład w celu optymalizacji lub nawet przede wszystkim umożliwienia perfuzji płatów. Celem jest pokazanie i analiza architektury podskórnej tkanki tłuszczowej u pacjentów poddawanych operacjom plastycznym z wykorzystaniem MSOT.

Badanie zaprojektowano jako prospektywne badanie kohortowe osób wybranych z populacji pacjentów poddawanych operacjom plastycznym. Pomiary MSOT przeprowadzono u 50 osób z klinicznie zdrową podskórną tkanką tłuszczową i 50 osób ze zmianami w podskórnej tkance tłuszczowej (np. obrzęk lipidowy). Zarejestrowane dane są kwantyfikowane i porównywane.

Osoby biorące udział w tym badaniu rekrutowane są z kliniki i polikliniki chirurgii urazowej, ortopedii i chirurgii plastycznej. W szczególności rekrutacja pacjentów odbywa się w specjalnych godzinach konsultacji chirurgii plastycznej.

Wszyscy obecni noszą laserowe okulary ochronne. Ultrasonograficzną błonę żelową nakłada się na powierzchnię około 1 cm² skóry w kilku miejscach na wybranych kończynach pacjenta i na błonę żelową umieszcza się detektor. Następnie te obszary skóry są skanowane, a badane obszary są oświetlane ultrakrótkimi impulsami świetlnymi o wybranej długości fali. Powstałe fale dźwiękowe są wykrywane za pomocą czujników ultradźwiękowych, rekonstruowane na komputerze i rozdzielane widmowo. Pojedynczy pomiar trwa około 5 minut. Wraz z przygotowaniem, zmierzenie trzech obszarów skóry zajmie około 20 minut. W projekcie nie przewiduje się zabiegów inwazyjnych.

Zeskanowane obszary są eksportowane z oprogramowania jako materiał obrazowy i zapisywane pseudonimowo. Istnieje również dokumentacja fotograficzna zeskanowanych tkanek miękkich. Te zdjęcia są również zapisywane. Aby udokumentować dane dotyczące stanu zdrowia, należy wypełnić formularz dokumentacji obrzęku lipidowego.

Modalność optoakustyczna nie wymaga promieniowania jonizującego i opiera się wyłącznie na detekcji fal akustycznych indukowanych światłem lasera. Zarówno technologia naświetlania różnymi laserami, jak i ultrasonografia są już szeroko stosowane w diagnostyce i leczeniu chorób skóry. Dlatego ich skutki uboczne są bardzo przewidywalne i przy odpowiednio dobranych energiach minimalne lub żadne. Do wzbudzenia sygnałów optoakustycznych wykorzystuje się lasery impulsowe klasy 4 w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni (660 - 1300 nm) o bardzo krótkim czasie trwania impulsu (9ns). Amerykański Narodowy Instytut Normalizacyjny (ANSI) ustalił wartości graniczne stosowania laserów tego typu, które nie są przekraczane w eksperymentach. Teoretycznie błędy w zabiegu, takie jak wybór zbyt wysokiego poziomu energii, mogą w zależności od zastosowanego lasera prowadzić do uszkodzenia tkanek. Lasery w obszarze hemoglobiny chromoforowej mogą powodować termiczne uszkodzenia naczyń najmniejszych i najmniejszych. Jeśli energie zostaną wybrane jako bardzo wysokie, maksymalnym skutkiem może być miejscowe uszkodzenie naskórka z późniejszymi miejscowymi bliznami, podobnymi do oparzenia.

Ponieważ efekty te są znane z wieloletniego doświadczenia w powszechnym stosowaniu, w trakcie tego badania nie przewiduje się żadnych z nich.

Ocena fal dźwiękowych generowanych za pomocą ultrasonografii jest uważana za bezpieczną i nie należy spodziewać się żadnych skutków ubocznych.

Światło lasera kierowane jest na skórę poprzez detektor. Światło lasera może zatem przedostać się na zewnątrz jedynie pośrednio poprzez rozproszenie i teoretycznie dotrzeć do oczu otaczających ludzi. Ponieważ światło lasera o powyższych parametrach może być szkodliwe dla oczu, należy zadbać o to, aby podczas pomiaru wszyscy obecni nosili okulary ochronne. Podczas noszenia laserowych okularów ochronnych praktycznie nie ma ryzyka obrażeń oczu.

Indywidualne kryteria odstawienia obejmują nietolerancję i reakcje takie jak zaczerwienienie. Opisane wcześniej działania niepożądane podczas zabiegu obejmują zaczerwienienie i termiczne uszkodzenie naczyń tkanek miękkich czy subiektywnie odczuwalne skutki uboczne. Kolejnym indywidualnym kryterium zakończenia badania jest cofnięcie zgody osób badanych na udział w badaniu lub odmowa noszenia laserowych okularów ochronnych.

Kryteria zakończenia badania ogólnego obejmują: nieodwracalną wadę w systemie monitorowania (MSOT), utratę wszystkich danych. Zaczerwienienie z powstawaniem pęcherzy w sensie oparzeń skóry stopnia IIa (jeszcze nieopisane).

Celem pilotażowego projektu jest opisanie mikroarchitektury podskórnej tkanki tłuszczowej u pacjentów ze zmianami skórnymi i bez nich (np. obrzęk lipidowy) przy użyciu MSOT. Umiejętność wizualizacji tych zmian może prowadzić do lepszego zrozumienia fizjologii i patofizjologii skóry.

Podczas przeprowadzania dochodzenia przestrzegane są następujące wytyczne i przepisy:

• Deklaracja Helsińska (2013) uzupełniona Wenecją 1983 i Hongkongiem 1989
• Głos lokalnej komisji etycznej uzyskuje się od kierownika badania naukowego
• Rozpoczęcie i przeprowadzenie dochodzenia są powiązane z głosowaniem komisji etyki. Po zakończeniu dochodzenia raport lub publikacja przekazywana jest komisji etyki
• Zgoda osób wyrażana jest dobrowolnie po wyjaśnieniu zagrożeń. Osoby biorące udział w badaniu nie otrzymują żadnego wynagrodzenia
• Zgodę można wycofać w każdej chwili bez podawania przyczyny
• W przypadku wycofania się uczestnika z badania uzyskany już materiał danych zostanie zniszczony lub osoba badana zostanie zapytana, czy wyraża zgodę na ocenę materiału
• Imiona i nazwiska osób badanych oraz wszystkie inne informacje poufne podlegają tajemnicy lekarskiej oraz przepisom federalnej ustawy o ochronie danych (BDSG). - - Dane uczestników mogą być przekazywane wyłącznie w formie pseudonimizowanej. Osoby trzecie nie mają dostępu do oryginałów dokumentów
• Przed rozpoczęciem badania osoby badane są informowane pisemnie i ustnie o charakterze i zakresie planowanych badań, w szczególności o możliwych korzyściach dla ich zdrowia i ewentualnych zagrożeniach. Zgoda uczestnika dokumentowana jest poprzez podpisanie formularza zgody