Η τεχνική φωτοακουστικής απεικόνισης θα μπορούσε να μειώσει τη βλάβη των νεύρων κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης - Physics World

Κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης, τα νεύρα μπορεί να κοπούν κατά λάθος, να τεντωθούν ή να συμπιεστούν εάν ο χειρουργός τα μπερδέψει με άλλους ιστούς. Για να μειώσουν αυτόν τον κίνδυνο, οι επιστήμονες επιδιώκουν να αναπτύξουν νέες τεχνικές ιατρικής απεικόνισης που είναι καλύτερες από τον υπερηχογράφημα και πιο γρήγορες από την μαγνητική τομογραφία (MRI) στη διάκριση του νευρικού ιστού και έτσι την πρόληψη τυχαίας βλάβης. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στις ΗΠΑ συνέβαλαν πρόσφατα σε αυτή την προσπάθεια χαρακτηρίζοντας τις ιδιότητες οπτικής απορρόφησης ενός ανέπαφου νεύρου και χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες για τη βελτιστοποίηση των τεχνολογιών απεικόνισης και ανίχνευσης που βασίζονται σε οπτικά.

Σε αντίθεση με ορισμένους άλλους τύπους ιστών, ο νευρικός ιστός είναι πλούσιος σε λιπαρές ενώσεις γνωστές ως λιπίδια. Αυτά τα λιπίδια απορροφούν φως σε δύο περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος: το εγγύς υπέρυθρο-II (NIR-II) και το εγγύς υπέρυθρο-ΙΙΙ (NIR-III), που εκτείνονται από 1000-1350 nm και από 1550-1870 nm αντίστοιχα. Ωστόσο, η ισχυρότερη απορρόφησή τους βρίσκεται στην περιοχή NIR-III, γεγονός που καθιστά αυτά τα μήκη κύματος ιδανικά για τη λήψη εικόνων πλούσιων σε λιπίδια ιστών όπως τα νεύρα χρησιμοποιώντας μια υβριδική μέθοδο γνωστή ως φωτοακουστική απεικόνιση.

Σε αυτή τη μέθοδο, ένα δείγμα ιστού φωτίζεται πρώτα με παλμικό φως, το οποίο προκαλεί ελαφρά θέρμανση. Καθώς θερμαίνεται, ο ιστός διαστέλλεται, δημιουργώντας υπερηχητικά κύματα που μπορούν στη συνέχεια να ανιχνευθούν με ανιχνευτή υπερήχων.

Χαρακτηριστική κορυφή απορρόφησης φωτός

Στο νέο έργο, α Johns Hopkins ομάδα με επικεφαλής βιοϊατρικό μηχανικό Muyinatu Bell ξεκίνησε να προσδιορίσει το καλύτερο μήκος κύματος σε αυτό το παράθυρο NIR-III για την αναγνώριση νευρικού ιστού σε φωτοακουστικές εικόνες. Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι το ιδανικό μήκος κύματος θα ήταν μεταξύ 1630 και 1850 nm, καθώς το περίβλημα μυελίνης των νευρικών κυττάρων έχει μια χαρακτηριστική κορυφή απορρόφησης φωτός σε αυτό το εύρος.

Για να ελέγξουν την υπόθεσή τους, χρησιμοποίησαν ένα τυπικό φασματοφωτόμετρο για να λάβουν λεπτομερή μέτρηση οπτικής απορρόφησης σε δείγματα περιφερικών νεύρων που ελήφθησαν ίη νίνο από γουρούνια. Στη συνέχεια χαρακτήρισαν τα φωτοακουστικά προφίλ των δειγμάτων επιλέγοντας πληροφορίες πλάτους από φωτοακουστικές εικόνες των νεύρων.

Οι ερευνητές παρατήρησαν αρχικά μια κορυφή απορρόφησης στα 1210 nm, η οποία βρίσκεται στην περιοχή NIR-II. Ωστόσο, αυτή η αιχμή υπάρχει και σε άλλους τύπους λιπιδίων, όχι μόνο σε αυτά που βρίσκονται στα έλυτρα μυελίνης του νευρικού ιστού, επομένως το θεώρησαν ακατάλληλο για τους σκοπούς τους. Στη συνέχεια, όταν αφαίρεσαν τη συνεισφορά του νερού από το φάσμα απορρόφησης, βρήκαν μια χαρακτηριστική κορυφή απορρόφησης λιπιδίων για κάθε ένα από τα νεύρα στα 1725 nm – κτύπημα στη μέση της αναμενόμενης περιοχής NIR-III.

Η βαθιά εκμάθηση επιταχύνει την υπερ-ανάλυση φωτοακουστική απεικόνιση

"Η εργασία μας είναι η πρώτη που χαρακτηρίζει τα φάσματα οπτικής απορρόφησης δειγμάτων φρέσκων νεύρων χοίρων χρησιμοποιώντας ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος, " Λέει η Μπελ. «Τα αποτελέσματά μας υπογραμμίζουν την κλινική υπόσχεση της πολυφασματικής φωτοακουστικής απεικόνισης ως διεγχειρητικής τεχνικής για τον προσδιορισμό της παρουσίας μυελινωμένων νεύρων ή την πρόληψη τραυματισμού νεύρων κατά τη διάρκεια ιατρικών παρεμβάσεων, με πιθανές επιπτώσεις για άλλες τεχνολογίες που βασίζονται στην οπτική».

Οι ερευνητές σχεδιάζουν να βασιστούν στα ευρήματά τους για να σχεδιάσουν νέες τεχνικές φωτοακουστικής απεικόνισης. «Έχουμε τώρα ένα προφίλ βάσης οπτικής απορρόφησης ειδικά για τα νεύρα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μελλοντικές έρευνες», λέει ο Bell Κόσμος Φυσικής. «Δεν χρειάζεται πλέον να βασιζόμαστε στα φάσματα των λιπιδίων, τα οποία μπορεί να ποικίλλουν».

Η παρούσα εργασία τους περιγράφεται αναλυτικά στο Journal of Biomedical Optics.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/photoacoustic-imaging-technique-could-reduce-nerve-damage-during-surgery/