La técnica de imágenes fotoacústicas podría reducir el daño a los nervios durante la cirugía – Physics World

La técnica de imágenes fotoacústicas podría reducir el daño a los nervios durante la cirugía – Physics World

Marca de tiempo: 19 de octubre de 2023 7:00 a. M.

Imágenes fotoacústicas de los nervios cubital y mediano de un cerdo.
Imágenes fotoacústicas de los nervios cubital (izquierda) y mediano (derecha) de un cerdo registradas in vivo por primera vez. Los nervios se iluminaron con luz de 1725 nm y se superpusieron a imágenes de ultrasonido registradas conjuntamente. También se muestran los contornos de los nervios y las regiones de interés (ROI) de agarosa circundantes. (Cortesía: M Graham et al., doi 10.1117/1.JBO.28.9.097001.)

Durante la cirugía, los nervios pueden cortarse, estirarse o comprimirse accidentalmente si el cirujano los confunde con otro tejido. Para reducir este riesgo, los científicos buscan desarrollar nuevas técnicas de imágenes médicas que sean mejores que el ultrasonido y más rápidas que la resonancia magnética (MRI) para distinguir el tejido nervioso y así prevenir daños accidentales. Investigadores de la Universidad Johns Hopkins (EE.UU.) contribuyeron recientemente a este esfuerzo caracterizando las propiedades de absorción óptica de un nervio intacto y utilizando esta información para optimizar las tecnologías de detección e imágenes basadas en óptica.

A diferencia de otros tipos de tejido, el tejido nervioso es rico en compuestos grasos conocidos como lípidos. Estos lípidos absorben luz en dos regiones del espectro electromagnético: el infrarrojo cercano II (NIR-II) y el infrarrojo cercano III (NIR-III), que van desde 1000 a 1350 nm y desde 1550 a 1870 nm respectivamente. Sin embargo, su absorción más fuerte se encuentra en la región NIR-III, lo que hace que estas longitudes de onda sean ideales para obtener imágenes de tejidos ricos en lípidos, como los nervios, utilizando un método híbrido conocido como imágenes fotoacústicas.

En este método, primero se ilumina una muestra de tejido con luz pulsada, lo que hace que se caliente ligeramente. A medida que se calienta, el tejido se expande generando ondas ultrasónicas que luego pueden detectarse con un detector de ultrasonidos.

Pico característico de absorción de luz.

En el nuevo trabajo, un Johns Hopkins equipo dirigido por ingeniero biomédico Campana de Muyinatu se propusieron determinar la mejor longitud de onda dentro de esta ventana NIR-III para identificar tejido nervioso en imágenes fotoacústicas. Los investigadores plantearon la hipótesis de que la longitud de onda ideal estaría entre 1630 y 1850 nm, ya que la vaina de mielina de las células nerviosas tiene un pico característico de absorción de luz en este rango.

Para probar su hipótesis, utilizaron un espectrofotómetro estándar para obtener mediciones detalladas de la absorción óptica en muestras de nervios periféricos tomadas. in vivo de cerdos. Luego caracterizaron los perfiles fotoacústicos de las muestras seleccionando información de amplitud de imágenes fotoacústicas de los nervios.

Inicialmente, los investigadores observaron un pico de absorción a 1210 nm, que se encuentra en el rango NIR-II. Sin embargo, este pico también está presente en otros tipos de lípidos, no solo en los que se encuentran en las vainas de mielina del tejido nervioso, por lo que lo consideraron inadecuado para sus propósitos. Luego, cuando restaron la contribución del agua del espectro de absorción, encontraron un pico de absorción de lípidos característico para cada uno de los nervios a 1725 nm, justo en el medio del rango NIR-III esperado.

"Nuestro trabajo es el primero en caracterizar los espectros de absorbancia óptica de muestras frescas de nervio porcino utilizando un amplio espectro de longitudes de onda., " campana dice. "Nuestros resultados resaltan la promesa clínica de las imágenes fotoacústicas multiespectrales como técnica intraoperatoria para determinar la presencia de nervios mielinizados o prevenir lesiones nerviosas durante intervenciones médicas, con posibles implicaciones para otras tecnologías basadas en óptica".

Los investigadores planean aprovechar sus hallazgos para diseñar nuevas técnicas de imágenes fotoacústicas. "Ahora tenemos un perfil de referencia de absorción óptica específico del nervio que se puede utilizar en futuras investigaciones", dice Bell. Mundo de la física. "Ya no necesitamos depender de los espectros de los lípidos, que pueden variar".

Su trabajo actual se detalla en Revista de óptica biomédica.

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