Laserfläckavbildning bedömer donatorhjärtan – Physics World

Laserfläckavbildning bedömer donatorhjärtan – Physics World

Tidsstämpel: 6 juni 2023 4:45

laser speckle imaging fångar detaljerade bilder av blodkärl i ett bankande hjärta utanför kroppen
Ett kraftfullt verktyg för att screena donatorhjärtan: laserfläckavbildning fångar detaljerade bilder av blodkärl i ett bankande hjärta utanför kroppen. (Med tillstånd: Plyer et al, doi 10.1117/1.JBO.28.4.046007)

En avbildningsteknik som ursprungligen utvecklades för att upptäcka hur ljus sprider röda blodkroppar har förbättrats av forskare i Frankrike så att den nu på ett säkert sätt kan avbilda kranskärlsblodcirkulationen i givarhjärtan under ex situ hjärtperfusion (ESHP), en procedur som används för hjärtkonservering och undersökning. Den nya tekniken, känd som laser speckle ortogonal contrast imaging (LSOCI), möjliggör icke-invasiv högupplöst avbildning av hjärtats alla perifera blodkärl i realtid och kan ge värdefull information till läkare om kvaliteten på ett organ som ska transplanteras .

"En sådan dynamisk speckle-teknologi har funnits länge", förklarar teamledaren Elise Colin från Paris Saclay University och uppstarten ITAE medicinsk forskning, "men det tillämpas normalt på stationära föremål. Vi hade ingen aning om vi skulle kunna få bilder av blodaktivitet alls när vi applicerade det på ett föremål med betydande rörelser, som ett bultande hjärta.”

Graftsvikt efter hjärttransplantationskirurgi kan uppstå på grund av avvikelser i donatororganet, såsom kranskärlssjukdom. Risken för dessa avvikelser ökar med åldern eller hos patienter med redan existerande hjärtsjukdomar. Noggrann screening för sådana tillstånd är därför avgörande för att avgöra om ett organ är kvalificerat för transplantation.

Under de senaste åren har ESHP möjliggjort bedömning av hjärtat utanför kroppen. Här övervakar läkare hur ett donatorhjärta presterar efter att syresatta näringsämnen har tillförts det via dess blodkärl. Problemet är att koronar angiografi under ESHP (för att screena för kranskärlssjukdom) kan skada hjärtat. Alternativa avbildningstekniker för att identifiera onormalt blodflöde i donatororgan behövs därför.

Analyserar fläckbilder

LSOCI-tekniken som används i denna studie analyserar fläckbilder, som är resultatet av de många konstruktiva och destruktiva interferenser som uppstår när ytan eller volymen på ett föremål belyses med koherent ljus som det från en laser. I dessa bilder tittar forskare på speckle-kontrastparametern, som Colin beskriver som en typ av "oskärpa funktion". "Detta är desto viktigare när spridarna som producerar signalen är i rörelse, vilket är fallet med röda blodkroppar, för vilka denna teknik utvecklades," förklarar hon.

Colin och kollegor har nu förbättrat LSOCI för att observera små blodkärl i hjärtat. Den nya metoden, som de beskriver i Journal of Biomedical Optics, kan analysera blodflödet i organet med hjälp av ett specifikt polarimetriskt filter som gynnar interaktionerna mellan ljusvågor som har genomgått mer multipel spridning. Dessa interaktioner sker vanligtvis på djupet i blodkärlen, vilket innebär att ytljusspridning undertrycks. De fläckmönster som produceras produceras därför huvudsakligen genom multipel spridning av rörliga röda blodkroppar inuti kärlen.

När det gäller ett organ som rör sig periodiskt, som hjärtat, behöver forskare kunna beräkna oskärpafunktionen utan att den påverkas av organets totala rörelse. För att göra detta utvecklade Colin och kollegor en algoritm som gjorde det möjligt för dem att välja de bilder som har minst rörelse mellan sig, längs olika perioder av hjärtslag.

"Det är viktigt att förstå att de resulterande bilderna inte innehåller samma information som till exempel en radiometrisk bild", säger hon Fysikvärlden. "Bilderna som produceras är rörliga bilder av röda blodkroppar, och när hjärtat tvingas sluta slå syns inga kärl i bilden."

Värdefull information för läkare

Bilderna som erhålls representerar hjärtats kärl vid olika tidpunkter och genom att analysera en sekvens av dessa bilder kan tekniken användas för att visualisera kärlstrukturer så små som 100 µm på några sekunder. Det skulle således kunna användas för att identifiera myokardperfusionsavvikelser som tyder på underliggande hjärtsjukdomar, säger forskarna.

"Denna information är värdefull för läkare så att de kan bedöma kvaliteten på ett organ som ska transplanteras", säger Colin. "Sådan information är viktig eftersom den tillåter oss att överväga att använda transplantat med mindre stränga åldersgränser, för vi har nu en efterutvärderingsmetod för att bedöma hälsotillståndet för dessa donatororgan. En indirekt konsekvens av detta är att det ökar antalet transplantationsmöjligheter.”

Colin och kollegor håller nu på att ansöka om ett patent på en metod för tidskalibrering baserad på deras teknik, men säger att de fortfarande behöver validera konceptet specifikt för deras bildförbättringsmetod. "När detta har gjorts kommer vi att kunna säkerställa att läkare har tillgång till en bild med ett kvantifierat medicinskt index, vilket innebär att värdena är jämförbara över tid från ett system till ett annat", säger Colin. "Vi skulle också vilja fortsätta vår forskning om polarisationsoptimering. Detta skulle tillåta oss att uppnå den bästa kontrasten och gå mot att erhålla tredimensionell information."

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden