La tecnica di imaging fotoacustico potrebbe ridurre i danni ai nervi durante l'intervento chirurgico - Physics World

Durante l'intervento chirurgico, i nervi possono essere tagliati, allungati o compressi accidentalmente se il chirurgo li scambia per altri tessuti. Per ridurre questo rischio, gli scienziati cercano di sviluppare nuove tecniche di imaging medico che siano migliori degli ultrasuoni e più veloci della risonanza magnetica (MRI) nel distinguere il tessuto nervoso e quindi prevenire danni accidentali. I ricercatori della Johns Hopkins University negli Stati Uniti hanno recentemente contribuito a questo sforzo caratterizzando le proprietà di assorbimento ottico di un nervo intatto e utilizzando queste informazioni per ottimizzare le tecnologie di imaging e rilevamento basate sull'ottica.

A differenza di altri tipi di tessuto, il tessuto nervoso è ricco di composti grassi noti come lipidi. Questi lipidi assorbono la luce in due regioni dello spettro elettromagnetico: il vicino infrarosso II (NIR-II) e il vicino infrarosso III (NIR-III), che vanno rispettivamente da 1000 a 1350 nm e da 1550 a 1870 nm. Tuttavia, il loro assorbimento più forte si trova nella regione NIR-III, il che rende queste lunghezze d’onda ideali per ottenere immagini di tessuti ricchi di lipidi come i nervi utilizzando un metodo ibrido noto come imaging fotoacustico.

In questo metodo, un campione di tessuto viene prima illuminato con luce pulsata, che lo fa riscaldare leggermente. Man mano che si riscalda, il tessuto si espande, generando onde ultrasoniche che possono poi essere rilevate con un rilevatore di ultrasuoni.

Picco caratteristico di assorbimento della luce

Nel nuovo lavoro, a Johns Hopkins team guidato da un ingegnere biomedico Campana di Muyinatu si sono proposti di determinare la migliore lunghezza d'onda all'interno di questa finestra NIR-III per identificare il tessuto nervoso nelle immagini fotoacustiche. I ricercatori hanno ipotizzato che la lunghezza d'onda ideale sarebbe compresa tra 1630 e 1850 nm, poiché in questo intervallo la guaina mielinica delle cellule nervose presenta un caratteristico picco di assorbimento della luce.

Per testare la loro ipotesi, hanno utilizzato uno spettrofotometro standard per ottenere misurazioni dettagliate dell’assorbimento ottico sui campioni di nervi periferici prelevati in vivo dai maiali. Hanno poi caratterizzato i profili fotoacustici dei campioni selezionando le informazioni sull’ampiezza dalle immagini fotoacustiche dei nervi.

Inizialmente i ricercatori hanno osservato un picco di assorbimento a 1210 nm, che si trova nella gamma NIR-II. Tuttavia, questo picco è presente anche in altri tipi di lipidi, non solo in quelli presenti nelle guaine mieliniche del tessuto nervoso, quindi lo hanno ritenuto inadatto ai loro scopi. Quindi, quando hanno sottratto il contributo dell’acqua dallo spettro di assorbimento, hanno trovato un caratteristico picco di assorbimento dei lipidi per ciascuno dei nervi a 1725 nm – proprio al centro dell’intervallo NIR-III previsto.

Il deep learning accelera l'imaging fotoacustico a super risoluzione

"Il nostro lavoro è il primo a caratterizzare gli spettri di assorbanza ottica di campioni di nervi suini freschi utilizzando un ampio spettro di lunghezze d'onda, " dice Bell. “I nostri risultati evidenziano la promessa clinica dell’imaging fotoacustico multispettrale come tecnica intraoperatoria per determinare la presenza di nervi mielinizzati o prevenire lesioni ai nervi durante gli interventi medici, con possibili implicazioni per altre tecnologie basate sull’ottica”.

I ricercatori intendono basarsi sulle loro scoperte per progettare nuove tecniche di imaging fotoacustico. "Ora disponiamo di un profilo di base di assorbimento ottico specifico per il nervo che può essere utilizzato in indagini future", afferma Bell Mondo della fisica. “Non abbiamo più bisogno di fare affidamento sugli spettri dei lipidi, che possono variare”.

Il loro lavoro attuale è dettagliato in Giornale di ottica biomedica.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/photoacoustic-imaging-technique-could-reduce-nerve-damage-during-surgery/