Возможности мультиспектральной оптоакустической томографии при различных заболеваниях (FOMO)

Оптоакустическая визуализация — это новый метод визуализации, основанный на оптоакустическом эффекте, впервые описанный Александром Грэмом Беллом в 1880 году. При облучении биологической ткани ультракоротким лазерным импульсом хромофоры ткани поглощают лазерное излучение и образуют переходные волны давления в результате термоупругого расширения. Эти оптоакустические или фотоакустические волны могут быть обнаружены широкополосными ультразвуковыми датчиками вокруг ткани. Оптоакустическая визуализация уникальна, поскольку она разрешает оптический контраст, но разрешение подчиняется правилам ультразвуковой дифракции; Рассеяние ультразвукового сигнала в тканях значительно слабее, чем оптического сигнала. Следовательно, оптоакустические методы нечувствительны к рассеянию фотонов внутри биологических тканей и тем самым обеспечивают более высокое пространственное разрешение с высокой чувствительностью к поглощению света тканями. Кроме того, он обеспечивает глубину проникновения до нескольких сантиметров, что делает его пригодным для визуализации более глубоких тканей организма. Было показано, что оптоакустическая визуализация позволяет решать клинически значимые аспекты различных заболеваний, таких как множественные распространенные виды рака и воспалительные заболевания кишечника.

Несколько методов визуализации основаны на оптоакустической визуализации. Однако, в отличие от других типов оптоакустической визуализации, мультиспектральная оптоакустическая томография (МСОТ) предполагает освещение ткани разными длинами волн. Благодаря высокой частоте импульсов 9-го лазера на одном изображении можно идентифицировать несколько длин волн. Изображения можно обрабатывать с использованием алгоритмов спектрального несмешивания для разрешения различных тканевых хромофоров, таких как гемоглобин, дезоксигемоглобин, меланин и жир, которые имеют четкий спектр поглощения или «спектральную сигнатуру». Это дает возможность реконструировать изображение путем различения и количественной оценки вклада конкретных поглотителей, включая эндогенные тканевые хромофоры.

Различия в распределении эндогенных хромофоров между нормальной тканью и больной тканью были подробно описаны в доклинических и клинических оптоакустических исследованиях. Поскольку пролиферация и метастатическое распространение в злокачественных опухолях сильно зависят от ангиогенеза, различия в концентрации гемоглобина между нормальной тканью и опухолевой тканью являются хорошо известным патофизиологическим феноменом. для визуализации ангиогенеза и опухолей. Это явление можно использовать для диагностики различных злокачественных опухолей, но потенциально также и для мониторинга прогрессирования заболевания после лечения. Например, наблюдались существенные различия между распределением гемоглобина в доброкачественной и злокачественной ткани щитовидной железы, а также была описана визуализация опухолей молочной железы с использованием отоакустики.

При заболеваниях периферических артерий распределение гемоглобина и характеристики бляшек являются весьма важными биологическими особенностями при характеристике заболевания. В настоящее время такие методы визуализации, как рентгеновская КТ, считаются золотым стандартом, что создает соответствующую лучевую нагрузку на пациентов. Оптоакустическая визуализация имеет потенциал для визуализации, например, периферических артерий и сонной артерии, даже в трехмерном формате. Идентификация специфических характеристик бляшек, таких как коллаген и липиды, станет следующим шагом вперед в визуализации биологии бляшек и ее связи с разрывом бляшек. Это тема уже утвержденного протокола MSOT, в котором участвуют 5 пациентов.

Поскольку MSOT испытывает всплеск интереса к клиническим исследованиям, произошли технологические разработки, которые позволяют использовать системы визуализации, пригодные для клинического использования. MSOT Acuity Echo (iThera Medical GmbH), который мы используем в UMCG, предназначен для клинических исследований и по форме и обращению аналогичен клинической ультразвуковой технологии. Кроме того, он позволяет дополнительно использовать ультразвуковое исследование (OPUS), чтобы оно одновременно предоставляло анатомическую, функциональную и молекулярную информацию. MSOT Acuity Echo обеспечивает немедленную обратную связь в виде живых изображений.

Поскольку в использовании устройства заинтересованы многие дисциплины (хирургия, радиология, ядерная медицина, челюстно-лицевая хирургия, внутренняя медицина), мы стремимся изучить возможности MSOT для различных показаний. Мы предполагаем, что визуализация тканевых хромофоров с помощью MSOT может привести к выявлению молекулярных изменений, связанных с заболеванием (-прогрессированием).