Fotoakustisk bildeteknikk kan redusere nerveskader under operasjonen – Physics World

Fotoakustisk bildeteknikk kan redusere nerveskader under operasjonen – Physics World

Tidsstempel: 19. oktober 2023 7:00

Fotoakustiske bilder av ulnar og mediannerver fra en gris
Fotoakustiske bilder av ulnar (venstre) og median (høyre) nerver fra en gris tatt in vivo for første gang. Nervene ble belyst med 1725 nm lys og lagt over co-registrerte ultralydbilder. Konturene av nervene og de omkringliggende agaroseregionene av interesse (ROI) vises også. (Med tillatelse: M Graham et al., doi 10.1117/1.JBO.28.9.097001.)

Under operasjonen kan nerver ved et uhell kuttes, strekkes eller komprimeres hvis kirurgen forveksler dem med annet vev. For å redusere denne risikoen søker forskere å utvikle nye medisinske bildeteknikker som er bedre enn ultralyd og raskere enn magnetisk resonansavbildning (MRI) til å skille nervevev og dermed forhindre utilsiktet skade. Forskere ved Johns Hopkins University i USA bidro nylig til denne innsatsen ved å karakterisere de optiske absorpsjonsegenskapene til en intakt nerve og bruke denne informasjonen til å optimalisere optikkbaserte bilde- og sensingsteknologier.

I motsetning til noen andre vevstyper er nervevev rikt på fettforbindelser kjent som lipider. Disse lipidene absorberer lys i to områder av det elektromagnetiske spekteret: nær-infrarød-II (NIR-II) og nær-infrarød-III (NIR-III), som går fra henholdsvis 1000–1350 nm og fra 1550–1870 nm. Imidlertid ligger deres sterkeste absorpsjon i NIR-III-regionen, noe som gjør disse bølgelengdene ideelle for å få bilder av lipidrikt vev som nerver ved bruk av en hybridmetode kjent som fotoakustisk avbildning.

I denne metoden blir en vevsprøve først belyst med pulserende lys, som får den til å varmes opp litt. Når det varmes opp, utvider vevet seg og genererer ultralydbølger som deretter kan detekteres med en ultralyddetektor.

Karakteristisk lysabsorpsjonstopp

I det nye verket, a Johns Hopkins team ledet av biomedisinsk ingeniør Muyinatu Bell satt ut for å bestemme den beste bølgelengden innenfor dette NIR-III-vinduet for å identifisere nervevev i fotoakustiske bilder. Forskerne antok at den ideelle bølgelengden ville være mellom 1630 og 1850 nm, siden myelinskjeden til nerveceller har en karakteristisk lysabsorpsjonstopp i dette området.

For å teste hypotesen deres brukte de et standard spektrofotometer for å få detaljert optisk absorpsjonsmåling på perifere nerveprøver tatt in vivo fra griser. De karakteriserte deretter de fotoakustiske profilene til prøvene ved å velge amplitudeinformasjon fra fotoakustiske bilder av nervene.

Forskerne observerte først en absorpsjonstopp ved 1210 nm, som ligger i NIR-II-området. Imidlertid er denne toppen også til stede i andre typer lipider, ikke bare de som finnes i myelinskjedene til nervevev, så de anså den som uegnet for deres formål. Så, når de trakk bidraget fra vann fra absorpsjonsspekteret, fant de en karakteristisk lipidabsorpsjonstopp for hver av nervene ved 1725 nm – bang midt i det forventede NIR-III-området.

"Vårt arbeid er det første som karakteriserer de optiske absorbansspektrene til ferske svinnerveprøver ved bruk av et bredt spekter av bølgelengder, " sier Bell. "Våre resultater fremhever det kliniske løftet om multispektral fotoakustisk avbildning som en intraoperativ teknikk for å bestemme tilstedeværelsen av myeliniserte nerver eller forhindre nerveskade under medisinske intervensjoner, med mulige implikasjoner for andre optikkbaserte teknologier."

Forskerne planlegger å bygge videre på funnene sine for å designe nye fotoakustiske bildeteknikker. "Vi har nå en nervespesifikk basislinjeprofil for optisk absorpsjon som kan brukes i fremtidige undersøkelser," forteller Bell Fysikkens verden. "Vi trenger ikke lenger stole på lipidspektra, som kan variere."

Deres nåværende arbeid er detaljert i Tidsskrift for biomedisinsk optikk.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden