광음향 영상 기술로 수술 중 신경 손상을 줄일 수 있다 – Physics World

수술 중 신경의가 다른 조직으로 착각하여 신경이 우발적으로 절단되거나 늘어나거나 압축될 수 있습니다. 이러한 위험을 줄이기 위해 과학자들은 신경 조직을 구별하여 우발적인 손상을 방지하는 데 초음파보다 우수하고 자기공명영상(MRI)보다 빠른 새로운 의료 영상 기술을 개발하려고 합니다. 미국 존스 홉킨스 대학의 연구원들은 최근 손상되지 않은 신경의 광 흡수 특성을 특성화하고 이 정보를 사용하여 광학 기반 이미징 및 감지 기술을 최적화함으로써 이러한 노력에 기여했습니다.

일부 다른 조직 유형과 달리 신경 조직은 지질로 알려진 지방 화합물이 풍부합니다. 이러한 지질은 전자기 스펙트럼의 두 영역, 즉 근적외선 II(NIR-II)와 근적외선 III(NIR-III)에서 빛을 흡수하며 각각 1000~1350nm 및 1550~1870nm에서 실행됩니다. 그러나 가장 강한 흡수는 NIR-III 영역에 있으므로 이러한 파장은 광음향 이미징으로 알려진 하이브리드 방법을 사용하여 신경과 같은 지질이 풍부한 조직의 이미지를 얻는 데 이상적입니다.

이 방법에서는 먼저 조직 샘플에 펄스 광을 조사하여 약간 가열합니다. 가열됨에 따라 조직이 팽창하여 초음파 감지기로 감지할 수 있는 초음파를 생성합니다.

특징적인 광흡수 피크

새로운 작품에서는 존스 홉킨스 생체의학 엔지니어가 이끄는 팀 무이나투 벨 광음향 이미지에서 신경 조직을 식별하기 위해 이 NIR-III 창 내에서 가장 좋은 파장을 결정하기 시작했습니다. 연구자들은 이상적인 파장이 1630~1850 nm 사이일 것이라고 가정했는데, 이는 신경 세포의 수초가 이 범위에서 특징적인 광 흡수 피크를 갖기 때문입니다.

가설을 테스트하기 위해 그들은 표준 분광 광도계를 사용하여 채취한 말초 신경 샘플에 대한 자세한 광 흡수 측정값을 얻었습니다. 생체내에서 돼지에서. 그런 다음 그들은 신경의 광음향 이미지에서 진폭 정보를 선택하여 샘플의 광음향 프로파일을 특성화했습니다.

연구진은 처음에 NIR-II 범위에 있는 1210 nm에서 흡수 피크를 관찰했습니다. 그러나 이 피크는 신경 조직의 수초에서 발견되는 지질뿐만 아니라 다른 유형의 지질에도 존재하므로 목적에 적합하지 않다고 간주했습니다. 그런 다음 흡수 스펙트럼에서 물의 기여도를 뺀 결과 1725nm에서 각 신경의 특징적인 지질 흡수 피크가 발견되었습니다. 이는 예상 NIR-III 범위의 중간에 해당합니다.

딥 러닝으로 초고해상도 광음향 이미징 가속화

"우리의 연구는 광범위한 파장을 사용하여 신선한 돼지 신경 샘플의 광학 흡광도 스펙트럼을 특성화한 최초의 연구입니다." 벨 라고. "우리의 결과는 수초 신경의 존재를 확인하거나 의학적 개입 중 신경 손상을 예방하기 위한 수술 중 기술로서 다중 스펙트럼 광음향 영상의 임상적 가능성을 강조하며, 다른 광학 기반 기술에도 영향을 미칠 수 있습니다."

연구원들은 새로운 광음향 이미징 기술을 설계하기 위해 이번 연구 결과를 토대로 구축할 계획입니다. "우리는 이제 향후 조사에 사용할 수 있는 신경 특이적 광 흡수 기준선 프로필을 갖게 되었습니다."라고 Bell은 말했습니다. 물리 세계. "우리는 더 이상 달라질 수 있는 지질의 스펙트럼에 의존할 필요가 없습니다."

그들의 현재 작업은 다음에 자세히 설명되어 있습니다. 의생명 광학 저널.

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