Fotoakustisk billeddannelsesteknik kan reducere nerveskader under operation - Physics World

Fotoakustisk billeddannelsesteknik kan reducere nerveskader under operation - Physics World

Tidsstempel: 19. oktober 2023 kl. 7

Fotoakustiske billeder af ulnar og medianus fra en gris
Fotoakustiske billeder af ulnar (venstre) og median (højre) nerver fra en gris optaget in vivo for første gang. Nerverne blev belyst med 1725 nm lys og overlejret på co-registrerede ultralydsbilleder. Omridserne af nerverne og de omgivende agaroseregioner af interesse (ROI) er også vist. (Med høflighed: M Graham et al., doi 10.1117/1.JBO.28.9.097001.)

Under operationen kan nerver ved et uheld skæres, strækkes eller komprimeres, hvis kirurgen forveksler dem med andet væv. For at reducere denne risiko søger forskere at udvikle nye medicinske billeddannelsesteknikker, der er bedre end ultralyd og hurtigere end magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) til at skelne nervevæv og dermed forhindre utilsigtet skade. Forskere ved Johns Hopkins University i USA har for nylig bidraget til denne indsats ved at karakterisere de optiske absorptionsegenskaber af en intakt nerve og bruge denne information til at optimere optikbaserede billeddannelses- og sensingsteknologier.

I modsætning til nogle andre vævstyper er nervevæv rigt på fedtstoffer kendt som lipider. Disse lipider absorberer lys i to områder af det elektromagnetiske spektrum: nær-infrarød-II (NIR-II) og nær-infrarød-III (NIR-III), som løber fra henholdsvis 1000-1350 nm og fra 1550-1870 nm. Imidlertid ligger deres stærkeste absorption i NIR-III-regionen, hvilket gør disse bølgelængder ideelle til at opnå billeder af lipidrige væv såsom nerver ved hjælp af en hybridmetode kendt som fotoakustisk billeddannelse.

I denne metode bliver en vævsprøve først belyst med pulserende lys, som får den til at varme op lidt. Når det varmes op, udvider vævet sig og genererer ultralydsbølger, som derefter kan detekteres med en ultralydsdetektor.

Karakteristisk lysabsorptionsspids

I det nye værk, en Johns Hopkins team ledet af biomedicinsk ingeniør Muyinatu Klokke satte sig for at bestemme den bedste bølgelængde inden for dette NIR-III-vindue til at identificere nervevæv i fotoakustiske billeder. Forskerne antog, at den ideelle bølgelængde ville være mellem 1630 og 1850 nm, da myelinskeden af ​​nerveceller har en karakteristisk lysabsorptionstop i dette område.

For at teste deres hypotese brugte de et standardspektrofotometer til at opnå detaljeret optisk absorptionsmåling på perifere nerveprøver taget in vivo fra grise. De karakteriserede derefter de fotoakustiske profiler af prøverne ved at vælge amplitudeinformation fra fotoakustiske billeder af nerverne.

Forskerne observerede oprindeligt en absorptionstop ved 1210 nm, som ligger i NIR-II-området. Denne top er dog også til stede i andre typer lipider, ikke kun dem, der findes i myelinskederne i nervevæv, så de anså det for uegnet til deres formål. Da de derefter trak vands bidrag fra absorptionsspektret, fandt de en karakteristisk lipidabsorptionstop for hver af nerverne ved 1725 nm - bang i midten af ​​det forventede NIR-III-område.

"Vores arbejde er det første til at karakterisere de optiske absorbansspektre af friske svinenerveprøver ved hjælp af et bredt spektrum af bølgelængder, " siger Bell. "Vores resultater fremhæver det kliniske løfte om multispektral fotoakustisk billeddannelse som en intraoperativ teknik til at bestemme tilstedeværelsen af ​​myeliniserede nerver eller forhindre nerveskade under medicinske indgreb, med mulige implikationer for andre optikbaserede teknologier."

Forskerne planlægger at bygge videre på deres resultater for at designe nye fotoakustiske billedbehandlingsteknikker. "Vi har nu en nervespecifik optisk absorptionsbaseline-profil, som kan bruges i fremtidige undersøgelser," fortæller Bell Fysik verden. "Vi behøver ikke længere at stole på lipidspektrene, som kan variere."

Deres nuværende arbejde er detaljeret i Journal of Biomedical Optics.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden