Fotoakustisk bildteknik kan minska nervskador under operation – Physics World

Under operationen kan nerver av misstag skäras, sträckas eller komprimeras om kirurgen misstar dem för annan vävnad. För att minska denna risk försöker forskare utveckla nya medicinska avbildningstekniker som är bättre än ultraljud och snabbare än magnetisk resonanstomografi (MRT) när det gäller att särskilja nervvävnad och därmed förhindra oavsiktlig skada. Forskare vid Johns Hopkins University i USA bidrog nyligen till detta arbete genom att karakterisera de optiska absorptionsegenskaperna hos en intakt nerv och använda denna information för att optimera optikbaserad avbildnings- och avkänningsteknik.

Till skillnad från vissa andra vävnadstyper är nervvävnad rik på fettföreningar som kallas lipider. Dessa lipider absorberar ljus i två regioner av det elektromagnetiska spektrumet: nära-infraröd-II (NIR-II) och nära-infraröd-III (NIR-III), som löper från 1000–1350 nm respektive från 1550–1870 nm. Deras starkaste absorption ligger dock i NIR-III-regionen, vilket gör dessa våglängder idealiska för att ta bilder av lipidrika vävnader som nerver med hjälp av en hybridmetod som kallas fotoakustisk avbildning.

I denna metod belyses först ett vävnadsprov med pulserande ljus, vilket gör att det värms upp något. När den värms upp expanderar vävnaden och genererar ultraljudsvågor som sedan kan detekteras med en ultraljudsdetektor.

Karakteristisk ljusabsorptionstopp

I det nya verket, a Johns Hopkins team ledd av biomedicinsk ingenjör Muyinatu Bell för att bestämma den bästa våglängden inom detta NIR-III-fönster för att identifiera nervvävnad i fotoakustiska bilder. Forskarna antog att den ideala våglängden skulle vara mellan 1630 och 1850 nm, eftersom myelinskidan hos nervceller har en karakteristisk ljusabsorptionstopp i detta intervall.

För att testa sin hypotes använde de en standardspektrofotometer för att få detaljerad optisk absorptionsmätning på perifera nervprover tagna in vivo- från grisar. De karakteriserade sedan de fotoakustiska profilerna för proverna genom att välja amplitudinformation från fotoakustiska bilder av nerverna.

Forskarna observerade initialt en absorptionstopp vid 1210 nm, som ligger i NIR-II-området. Men denna topp finns också i andra typer av lipider, inte bara de som finns i myelinslidorna i nervvävnad, så de ansåg att den var olämplig för deras syften. Sedan, när de subtraherade bidraget från vatten från absorptionsspektrumet, fann de en karakteristisk lipidabsorptionstopp för var och en av nerverna vid 1725 nm – pang i mitten av det förväntade NIR-III-intervallet.

Djup inlärning påskyndar fotoakustisk bildbehandling med superupplösning

"Vårt arbete är det första att karakterisera de optiska absorbansspektra för färska svinnervprover med hjälp av ett brett spektrum av våglängder, " säger Bell. "Våra resultat lyfter fram det kliniska löftet om multispektral fotoakustisk avbildning som en intraoperativ teknik för att fastställa förekomsten av myeliniserade nerver eller förhindra nervskador under medicinska ingrepp, med möjliga implikationer för andra optikbaserade teknologier."

Forskarna planerar att bygga vidare på sina resultat för att designa nya fotoakustiska bildtekniker. "Vi har nu en nervspecifik optisk absorptionsbaslinjeprofil som kan användas i framtida undersökningar," berättar Bell Fysikvärlden. "Vi behöver inte längre förlita oss på spektra av lipider, som kan variera."

Deras nuvarande arbete är detaljerat i Journal of Biomedical Optics.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/photoacoustic-imaging-technique-could-reduce-nerve-damage-during-surgery/