Technika obrazowania fotoakustycznego może zmniejszyć uszkodzenie nerwów podczas operacji – Świat Fizyki

Podczas operacji nerwy mogą zostać przypadkowo przecięte, rozciągnięte lub ściśnięte, jeśli chirurg pomyli je z inną tkanką. Aby zmniejszyć to ryzyko, naukowcy starają się opracować nowe techniki obrazowania medycznego, które będą lepsze niż ultradźwięki i szybsze niż rezonans magnetyczny (MRI) w rozróżnianiu tkanki nerwowej i zapobieganiu w ten sposób przypadkowym uszkodzeniom. Naukowcy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w USA niedawno przyczynili się do tych wysiłków, charakteryzując właściwości absorpcji optycznej nienaruszonego nerwu i wykorzystując te informacje do optymalizacji technologii obrazowania i wykrywania opartych na optyce.

W przeciwieństwie do innych typów tkanek, tkanka nerwowa jest bogata w związki tłuszczowe zwane lipidami. Lipidy te absorbują światło w dwóch obszarach widma elektromagnetycznego: bliskiej podczerwieni II (NIR-II) i bliskiej podczerwieni III (NIR-III), które rozciągają się odpowiednio od 1000–1350 nm i 1550–1870 nm. Jednak ich najsilniejsza absorpcja występuje w obszarze NIR-III, co czyni te długości fal idealnymi do uzyskiwania obrazów tkanek bogatych w lipidy, takich jak nerwy, przy użyciu metody hybrydowej znanej jako obrazowanie fotoakustyczne.

W tej metodzie próbkę tkanki najpierw naświetla się światłem pulsacyjnym, co powoduje jej lekkie podgrzanie. W miarę nagrzewania tkanka rozszerza się, wytwarzając fale ultradźwiękowe, które można następnie wykryć za pomocą detektora ultradźwiękowego.

Charakterystyczny pik absorpcji światła

W nowym dziele A Johns Hopkins zespół kierowany przez inżyniera biomedycznego Dzwon Muyinatu postanowiliśmy określić najlepszą długość fali w tym oknie NIR-III do identyfikacji tkanki nerwowej na obrazach fotoakustycznych. Naukowcy postawili hipotezę, że idealna długość fali mieści się w przedziale od 1630 do 1850 nm, ponieważ osłonka mielinowa komórek nerwowych ma charakterystyczny pik absorpcji światła w tym zakresie.

Aby przetestować swoją hipotezę, wykorzystali standardowy spektrofotometr do uzyskania szczegółowych pomiarów absorpcji optycznej pobranych próbek nerwów obwodowych in vivo od świń. Następnie scharakteryzowali profile fotoakustyczne próbek, wybierając informacje o amplitudzie z obrazów fotoakustycznych nerwów.

Naukowcy początkowo zaobserwowali pik absorpcji przy 1210 nm, który mieści się w zakresie NIR-II. Jednak pik ten występuje także w innych typach lipidów, nie tylko w tych znajdujących się w osłonkach mielinowych tkanki nerwowej, dlatego uznano, że nie nadaje się do ich celów. Następnie, gdy od widma absorpcji odjęli udział wody, odkryli charakterystyczny pik absorpcji lipidów dla każdego z nerwów przy 1725 nm – huk w środku oczekiwanego zakresu NIR-III.

Głębokie uczenie przyspiesza obrazowanie fotoakustyczne w super rozdzielczości

"Nasza praca jako pierwsza scharakteryzowała widma absorbancji optycznej świeżych próbek nerwów świń przy użyciu szerokiego spektrum długości fal" Mówi Bell. „Nasze wyniki podkreślają kliniczną obietnicę wielospektralnego obrazowania fotoakustycznego jako techniki śródoperacyjnej umożliwiającej określenie obecności nerwów mielinowanych lub zapobieganie uszkodzeniom nerwów podczas interwencji medycznych, co może mieć konsekwencje dla innych technologii opartych na optyce”.

Naukowcy planują wykorzystać swoje odkrycia do opracowania nowych technik obrazowania fotoakustycznego. „Mamy teraz podstawowy profil absorpcji optycznej specyficzny dla nerwu, który można wykorzystać w przyszłych badaniach” – mówi Bell Świat Fizyki. „Nie musimy już polegać na widmach lipidów, które mogą się różnić”.

Ich obecna praca jest szczegółowo opisana w Czasopismo Optyki Biomedycznej.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/photoacoustic-imaging-technique-could-reduce-nerve-damage-during-surgery/