光音響イメージング技術は手術中の神経損傷を軽減できる可能性 – Physics World

手術中、外科医が他の組織と間違えた場合、神経が誤って切断されたり、引き伸ばされたり、圧迫されたりする可能性があります。 このリスクを軽減するために、科学者たちは、神経組織を識別して偶発的な損傷を防ぐ、超音波より優れ、磁気共鳴画像法 (MRI) よりも迅速な新しい医用画像技術の開発を目指しています。 米国のジョンズ・ホプキンス大学の研究者らは最近、無傷の神経の光吸収特性を特徴付け、この情報を光学ベースのイメージングおよびセンシング技術の最適化に使用することで、この取り組みに貢献した。

他の一部の組織タイプとは異なり、神経組織には脂質として知られる脂肪化合物が豊富に含まれています。 これらの脂質は、電磁スペクトルの 1000 つの領域、つまり、それぞれ 1350 ～ 1550 nm と 1870 ～ XNUMX nm の近赤外 II (NIR-II) と近赤外 III (NIR-III) の光を吸収します。 ただし、最も強い吸収は NIR-III 領域にあるため、これらの波長は、光音響イメージングとして知られるハイブリッド方法を使用して神経などの脂質に富んだ組織の画像を取得するのに理想的です。

この方法では、最初に組織サンプルにパルス光が照射され、組織サンプルがわずかに加熱されます。 加熱すると組織が膨張し、超音波が発生し、超音波検出器で検出できます。

特徴的な光吸収ピーク

新作では、 ジョンズホプキンス 生物医学エンジニアが率いるチーム ムイナトゥ ベル は、光音響画像内の神経組織を識別するために、この NIR-III ウィンドウ内で最適な波長を決定することに着手しました。 研究者らは、神経細胞のミエリン鞘にはこの範囲に特徴的な光吸収ピークがあるため、理想的な波長は 1630 ～ 1850 nm であると仮説を立てました。

彼らの仮説を検証するために、彼らは標準的な分光光度計を使用して、採取された末梢神経サンプルの詳細な光吸収測定値を取得しました。 インビボの 豚から。 次に、神経の光音響画像から振幅情報を選択することにより、サンプルの光音響プロファイルを特徴付けました。

研究者らは最初、NIR-II 範囲にある 1210 nm で吸収ピークを観察しました。 しかし、このピークは神経組織のミエリン鞘に見られるものだけでなく、他の種類の脂質にも存在するため、彼らはそれが目的には適さないと判断しました。 次に、吸収スペクトルから水の寄与を差し引くと、1725 nm で各神経の特徴的な脂質吸収ピークが見つかりました。これは、予想される NIR-III 範囲の真ん中にあります。

ディープラーニングは超解像光音響イメージングを加速します

「私たちの研究は、幅広い波長スペクトルを使用して新鮮なブタ神経サンプルの光吸収スペクトルを特徴付ける最初の研究です。" ベルは言う. 「私たちの結果は、有髄神経の存在を判定したり、医療介入中の神経損傷を予防したりするための術中技術として、マルチスペクトル光音響イメージングの臨床的可能性を強調しており、他の光学ベースの技術にも影響を与える可能性があります。」

研究者らは、その発見に基づいて新しい光音響イメージング技術を設計する予定です。 「今後の調査に使用できる神経固有の光吸収ベースラインプロファイルが得られました」とベル氏は語る 物理学の世界。 「変化する可能性がある脂質のスペクトルに依存する必要はもうありません。」

彼らの現在の仕事については、以下の記事で詳しく説明されています。 ジャーナル オブ バイオメディカル オプティクス.

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