Możliwość zastosowania wielospektralnej tomografii optoakustycznej w różnych chorobach (FOMO)

Obrazowanie optoakustyczne to nowatorska metoda obrazowania oparta na efekcie optoakustycznym, opisana po raz pierwszy przez Alexandra Grahama Bella w 1880 roku. Kiedy tkanka biologiczna jest oświetlana ultrakrótkim impulsem lasera, chromofory tkankowe absorbują światło lasera i tworzą przejściowe fale ciśnienia w wyniku rozszerzalności termoelastycznej. Te fale optoakustyczne lub fotoakustyczne można wykryć za pomocą szerokopasmowych przetworników ultradźwiękowych rozmieszczonych wokół tkanki. Obrazowanie optoakustyczne jest wyjątkowe, ponieważ rozwiązuje kontrast optyczny, ale rozdzielczość jest zgodna z zasadami dyfrakcji ultradźwiękowej; rozpraszanie sygnału ultradźwiękowego w tkance jest znacznie słabsze niż w przypadku sygnałów optycznych. Dlatego metody optoakustyczne są niewrażliwe na rozpraszanie fotonów w tkankach biologicznych, a tym samym zapewniają wyższą rozdzielczość przestrzenną przy dużej wrażliwości na absorpcję światła tkankowego. Dodatkowo uzyskuje głębokość penetracji sięgającą kilku centymetrów, dzięki czemu nadaje się do obrazowania głębszych tkanek w obrębie ciała. Wykazano, że obrazowanie optoakustyczne uwzględnia klinicznie istotne aspekty różnych chorób, takich jak liczne nowotwory i choroby zapalne jelit.

Wiele metod obrazowania opiera się na obrazowaniu optoakustycznym. Jednak w przeciwieństwie do innych rodzajów obrazowania optoakustycznego, wielospektralna tomografia optoakustyczna (MSOT) obejmuje naświetlanie tkanki różnymi długościami fal. Ze względu na wysoką częstotliwość impulsów lasera 9, na jednym obrazie można zidentyfikować wiele długości fal. Obrazy można przetwarzać przy użyciu algorytmów rozmieszania widmowego w celu rozdzielenia różnych chromoforów tkankowych, takich jak hemoglobina, deoksyhemoglobina, melanina i tłuszcz, z których wszystkie mają odrębne widmo absorpcji lub „sygnaturę widmową”. Zapewnia to możliwość rekonstrukcji obrazu poprzez rozróżnienie i ilościowe określenie udziału specyficznych absorberów, w tym endogennych chromoforów tkankowych.

Różnice w rozmieszczeniu endogennych chromoforów pomiędzy tkanką prawidłową a tkanką chorą zostały szeroko opisane w przedklinicznych i klinicznych badaniach optoakustycznych. Ponieważ proliferacja i rozprzestrzenianie się przerzutów w nowotworach złośliwych jest w dużym stopniu zależne od angiogenezy, dobrze znanym zjawiskiem patofizjologicznym są różnice w stężeniu hemoglobiny pomiędzy tkanką prawidłową a tkanką nowotworową. Nieprawidłowe unaczynienie powodujące miejscowy wzrost stężenia hemoglobiny wytwarza silny kontrast optoakustyczny, co sprawia, że ​​obrazowanie optoakustyczne jest odpowiednie do wizualizacji angiogenezy i nowotworów. Zjawisko to można wykorzystać do diagnostyki różnych nowotworów złośliwych, ale potencjalnie także do monitorowania postępu choroby po leczeniu. Zaobserwowano na przykład istotne różnice w rozmieszczeniu hemoglobiny w łagodnej i złośliwej tkance tarczycy oraz opisano wizualizację guzów piersi za pomocą otoakustyki.

W przypadku choroby tętnic obwodowych rozkład hemoglobiny i charakterystyka blaszki miażdżycowej są wysoce istotnymi cechami biologicznymi w charakterystyce choroby. Obecnie metody obrazowania, takie jak tomografia rentgenowska, są uważane za złoty standard i powodują znaczne obciążenie pacjentów promieniowaniem. Obrazowanie optoakustyczne może umożliwić wizualizację na przykład tętnic obwodowych i tętnicy szyjnej, nawet w trybie 3D. Identyfikacja specyficznych cech płytki, takich jak kolagen i lipidy, byłaby kolejnym krokiem naprzód w wizualizacji biologii płytki i jej związku z pękaniem blaszki. Jest to temat zatwierdzonego już protokołu MSOT, do którego włączono 5 pacjentów.

Ponieważ MSOT doświadcza wzrostu zainteresowania badaniami klinicznymi, nastąpił rozwój technologiczny, który umożliwia systemy obrazowania nadające się do zastosowań klinicznych. MSOT Acuity Echo (iThera Medical GmbH), którego używamy w UMCG, jest przeznaczone do badań klinicznych i podobne do klinicznej technologii ultradźwiękowej pod względem formy i obsługi. Ponadto umożliwia dodatkowe wykorzystanie ultrasonografii (OPUS), dzięki czemu dostarcza jednocześnie informacji anatomicznych, funkcjonalnych i molekularnych. MSOT Acuity Echo zapewnia natychmiastową informację zwrotną w postaci obrazów na żywo.

Ponieważ wiele dyscyplin (chirurgia, radiologia, medycyna nuklearna, chirurgia jamy ustnej i szczękowo-twarzowej, choroby wewnętrzne) jest zainteresowanych użyciem tego urządzenia, naszym celem jest zbadanie możliwości MSOT w różnych wskazaniach. Stawiamy hipotezę, że wizualizacja chromoforów tkankowych za pomocą MSOT może prowadzić do identyfikacji zmian molekularnych związanych z chorobą (progresją).