Undersökning av lipödem, lymfödem och vaskulära missbildningar med multispektral optoakustisk tomografi (MSOT)

Hittills är den diagnostiska vägen för sjukdomar som involverar en förändrad fettvävnadsarkitektur vanligtvis långsam och beror i hög grad på undersökarens erfarenhet, så det tar ofta flera år innan patienten är ordentligt behandlad. Nuvarande avbildningsmetoder för kvantitativ bedömning av subkutan fettvävnad ger endast ospecifika fynd. Med vår studie presenterar utredarna en ny avbildningsmetod för att undersöka fettvävnad.

Optoacoustics är en innovativ hybridbildbehandlingsmetod som kombinerar den höga kontrasten hos optisk bildbehandling med akustikens höga upplösning. MSOT-systemet som används består av en laser i det synliga nära-infraröda och långt-infraröda våglängdsområdet (660nm -1300nm) och en ultraljudssensor ansluten till en dator. Med hjälp av optiska komponenter belyses området som ska mätas med ultrakorta ljuspulser med valbar våglängd. Ljuset absorberas i varierande grad inuti föremålet – beroende på vävnadens egenskaper. Laserljuset stimulerar kromoforer som hemoglobin eller melanin i människokroppen, vilket resulterar i en expansion och efterföljande sammandragning av vävnaden, den så kallade termoelastiska effekten. De lokala mikroskopiska volymfluktuationerna avger tryckvågor i ultraljudsområdet (fotoakustisk effekt). Hudytan skannas med högprecisionsmikrostadier. På varje plats registreras ultraljudssignalerna som genereras av ljuspulsen tomografiskt utanför objektet med hjälp av detektorn och lagras på datorn. Med hjälp av speciella algoritmer kan vävnadens egenskaper rekonstrueras på datorn från den uppmätta ultraljudssignalen. MSOT möjliggör icke-invasiv, icke-joniserande avbildning med hög rumslig upplösning (80 μm), vilket möjliggör specifik visualisering av endogena vävnadspigment som kollagenfibrer, fett, melanin, oxihemoglobin och deoxihemoglobin. Lasrar för att stimulera vissa kromoforer är redan i stor terapeutisk användning inom dermatologi; deras effekter och biverkningar är kända och är minimala till obefintliga när en lämplig energi väljs. Inträngningsdjupet för MSOT är betydligt större jämfört med andra optiska avbildningsmetoder.

Dessutom kan detta icke-invasiva, realtidsmätsystem användas i många vardagliga kliniska frågor som annars kräver mer invasiva metoder som CT eller MRI. Förutom undersökning av fettvävnadsarkitektur skulle MSOT kunna användas pre- och perioperativt för att visualisera kärl, till exempel för att optimera eller till och med i första hand möjliggöra perfusion av flikar. Syftet är att visa och analysera arkitekturen hos den subkutana fettvävnaden hos plastikkirurgipatienter som använder MSOT.

Studien är utformad som en prospektiv kohortstudie av försökspersoner som rekryterats från plastikkirurgipatientpopulationen. MSOT-mätningar utförs på 50 försökspersoner med kliniskt frisk subkutan fettvävnad och 50 försökspersoner med förändringar i den subkutana fettvävnaden (t.ex. lipödem). De registrerade uppgifterna kvantifieras och jämförs.

Testpersonerna till denna studie rekryteras från traumakirurgi, ortopedi och plastikkirurgiska kliniken och polikliniken. Särskilt patienter rekryteras från de särskilda plastikkirurgiska konsultationstiderna.

Alla närvarande bär laserskyddsglasögon. En ultraljudsgelfilm appliceras på cirka 1 cm² hud på flera ställen på patientens utvalda extremiteter och detektorn placeras på gelfilmen. Dessa hudområden skannas sedan, varvid områdena som ska undersökas belyses med ultrakorta ljuspulser med en valbar våglängd. De resulterande ljudvågorna detekteras med ultraljudssensorer och rekonstrueras på datorn och separeras spektralt. En enstaka mätning tar cirka 5 minuter. Inklusive förberedelse tar mätningen av de tre hudområdena cirka 20 minuter. Invasiva ingrepp är inte planerade i detta projekt.

De skannade områdena exporteras från programvaran som bildmaterial och lagras pseudonymt. Det finns även bilddokumentation av den mjukvävnad som skannades. Dessa bilder sparas också. För att dokumentera hälsodata fylls i ett lipödemdokumentationsformulär.

Den optoakustiska modaliteten kräver inte joniserande strålning och baseras enbart på detektering av akustiska vågor inducerade av laserljus. Både tekniken för bestrålning med olika lasrar och sonografi används redan i stor utsträckning vid diagnos och behandling av hudsjukdomar. Därför är deras biverkningar mycket förutsägbara och, med lämpligt utvalda energier, minimala till obefintliga. För att excitera optoakustiska signaler används klass 4 pulsade lasrar i det synliga och nära-infraröda området (660 - 1300 nm) med en mycket kort pulslängd (9ns). American National Standards Institute (ANSI) har satt gränsvärden för användning av lasrar av denna typ, som inte överskrids i experimenten. Teoretiskt kan behandlingsfel, som att välja för hög energinivå, leda till vävnadsskador beroende på vilken laser som används. Lasrar i området för kromoforen hemoglobin kan orsaka termiska kärlskador på de minsta och minsta kärlen. Om energierna väljs att vara mycket höga kan det maximala resultatet bli lokal skada på epidermis med efterföljande lokal ärrbildning, liknande en brännskada.

Eftersom dessa effekter är kända genom många års erfarenhet av utbredd användning, förväntas inga av dessa biverkningar under denna studie.

Utvärderingen av ljudvågorna som genereras med hjälp av sonografi anses vara säker och inga biverkningar kan förväntas.

Laserljuset riktas mot huden via detektorn. Laserljus kan därför bara penetrera utåt indirekt genom spridning och teoretiskt nå omgivande människors ögon. Eftersom laserljus med ovanstående specifikation kan vara skadligt för ögonen, ses till att alla närvarande bär laserskyddsglasögon under mätningen. Det finns praktiskt taget ingen risk för ögonskador när du bär laserskyddsglasögon.

De individuella utsättningskriterierna inkluderar intolerans och reaktioner som rodnad. Tidigare beskrivna biverkningar under behandling inkluderar rodnad och termisk vaskulär skada på mjukvävnad eller subjektivt upplevda biverkningar. Ett annat individuellt uppsägningskriterium är återkallande av testpersonernas samtycke att delta i studien eller vägran att bära laserskyddsglasögon.

Avslutande kriterier för den övergripande studien inkluderar: oåterställbar defekt i övervakningssystemet (MSOT), förlust av all data. Rodnad med blåsor i betydelsen av hudbrännskador grad IIa (ännu ej beskrivna).

Syftet med detta pilotprojekt är att beskriva mikroarkitekturen hos den subkutana fettvävnaden hos patienter med och utan hudförändringar (t. lipödem) med MSOT. Förmågan att visualisera dessa förändringar kan leda till en bättre förståelse av hudens fysiologi och patofysiologi.

Vid genomförandet av utredningen iakttas följande riktlinjer och lagar:

• Helsingforsdeklarationen (2013) kompletterad av Venedig 1983 och Hong Kong 1989
• Den lokala etiska kommitténs röst erhålls från chefen för den vetenskapliga utredningen
• Starten och genomförandet av utredningen är knutna till en omröstning av den etiska kommittén. Efter att utredningen avslutats lämnas en rapport eller publikation till etikkommittén
• Försökspersonernas samtycke ges frivilligt efter att riskerna har förklarats. Testpersonerna får ingen ersättning
• Samtycke kan återkallas när som helst utan att ange skäl
• Om deltagaren drar sig ur studien kommer datamaterial som redan har erhållits att förstöras eller försökspersonen tillfrågas om han eller hon samtycker till utvärderingen av materialet
• Namnen på testpersonerna och all annan konfidentiell information är föremål för medicinsk sekretess och bestämmelserna i Federal Data Protection Act (BDSG) - - Ämnesdata får endast vidarebefordras i pseudonymiserad form. Tredje part har inte tillgång till originalhandlingarna
• Före studiestart informeras testpersonerna skriftligen och muntligen om arten och omfattningen av de planerade undersökningarna, i synnerhet om eventuella fördelar för deras hälsa och eventuella risker. Deltagarnas samtycke dokumenteras genom att underteckna samtyckesformuläret