เทคนิคการถ่ายภาพด้วยแสงสามารถลดความเสียหายของเส้นประสาทระหว่างการผ่าตัดได้ - Physics World

เทคนิคการถ่ายภาพด้วยแสงสามารถลดความเสียหายของเส้นประสาทระหว่างการผ่าตัดได้ - Physics World

ประทับเวลา: 19 ตุลาคม 2023 7:00 น.

ภาพโฟโตอะคูสติกของเส้นประสาทท่อนและเส้นประสาทมัธยฐานจากหมู
ภาพโฟโต้อะคูสติกของเส้นประสาทท่อน (ซ้าย) และเส้นประสาทมัธยฐาน (ขวา) จากหมูที่บันทึก ในร่างกาย เป็นครั้งแรก เส้นประสาทถูกส่องสว่างด้วยแสง 1725 ​​นาโนเมตรและซ้อนทับบนภาพอัลตราซาวนด์ที่ลงทะเบียนร่วม โครงร่างของเส้นประสาทและบริเวณที่สนใจ (ROI) ของอะกาโรสโดยรอบก็แสดงด้วยเช่นกัน (เอื้อเฟื้อโดย: M Graham et al., doi 10.1117/1.JBO.28.9.097001.)

ในระหว่างการผ่าตัด เส้นประสาทอาจถูกตัด ยืด หรือบีบอัดโดยไม่ตั้งใจ หากศัลยแพทย์เข้าใจผิดว่าเป็นเนื้อเยื่ออื่น เพื่อลดความเสี่ยงนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามพัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพทางการแพทย์ใหม่ๆ ที่ดีกว่าอัลตราซาวนด์และเร็วกว่าการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) โดยแยกเนื้อเยื่อเส้นประสาทออกจากกัน และป้องกันความเสียหายจากอุบัติเหตุ เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ในสหรัฐอเมริกาได้สนับสนุนความพยายามนี้โดยการระบุคุณสมบัติการดูดกลืนแสงของเส้นประสาทที่สมบูรณ์ และใช้ข้อมูลนี้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเทคโนโลยีการถ่ายภาพและการตรวจจับด้วยเลนส์

เนื้อเยื่อเส้นประสาทต่างจากเนื้อเยื่อประเภทอื่นๆ ตรงที่เนื้อเยื่อเส้นประสาทอุดมไปด้วยสารประกอบไขมันที่เรียกว่าลิพิด ลิพิดเหล่านี้ดูดซับแสงในสองภูมิภาคของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า: ช่วงใกล้อินฟราเรด-II (NIR-II) และช่วงใกล้อินฟราเรด-III (NIR-III) ซึ่งวิ่งตั้งแต่ 1000–1350 นาโนเมตรและตั้งแต่ 1550–1870 นาโนเมตร ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม การดูดกลืนแสงที่แข็งแกร่งที่สุดนั้นอยู่ที่บริเวณ NIR-III ซึ่งทำให้ความยาวคลื่นเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการรับภาพเนื้อเยื่อที่มีไขมันสูง เช่น เส้นประสาท โดยใช้วิธีลูกผสมที่เรียกว่าการถ่ายภาพด้วยแสงด้วยแสง

ในวิธีนี้ ตัวอย่างเนื้อเยื่อจะถูกส่องสว่างด้วยแสงพัลส์ในขั้นแรก ซึ่งจะทำให้ตัวอย่างร้อนขึ้นเล็กน้อย เมื่อมันร้อนขึ้น เนื้อเยื่อจะขยายตัว ทำให้เกิดคลื่นอัลตราโซนิกที่สามารถตรวจจับได้ด้วยเครื่องตรวจจับอัลตราซาวนด์

ลักษณะการดูดกลืนแสงสูงสุด

ในงานใหม่ก Johns Hopkins นำทีมโดยวิศวกรชีวการแพทย์ มูยินตู เบลล์ กำหนดไว้เพื่อกำหนดความยาวคลื่นที่ดีที่สุดภายในหน้าต่าง NIR-III นี้เพื่อระบุเนื้อเยื่อเส้นประสาทในภาพโฟโต้อะคูสติก นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าความยาวคลื่นในอุดมคติจะอยู่ระหว่าง 1630 ถึง 1850 นาโนเมตร เนื่องจากเปลือกไมอีลินของเซลล์ประสาทมียอดการดูดกลืนแสงที่มีลักษณะเฉพาะในช่วงนี้

เพื่อทดสอบสมมติฐาน พวกเขาใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์มาตรฐานเพื่อรับการตรวจวัดการดูดกลืนแสงโดยละเอียดจากตัวอย่างเส้นประสาทส่วนปลายที่ถ่าย ในร่างกาย จากหมู จากนั้น พวกเขาจึงกำหนดลักษณะโปรไฟล์โฟโตอะคูสติกของกลุ่มตัวอย่างโดยการเลือกข้อมูลแอมพลิจูดจากภาพโฟโตอะคูสติกของเส้นประสาท

ในตอนแรกนักวิจัยสังเกตเห็นการดูดซึมสูงสุดที่ 1210 นาโนเมตร ซึ่งอยู่ในช่วง NIR-II อย่างไรก็ตาม จุดสูงสุดนี้มีอยู่ในไขมันประเภทอื่นด้วย ไม่ใช่แค่ที่พบในเปลือกไมอีลินของเนื้อเยื่อเส้นประสาท ดังนั้นพวกเขาจึงถือว่ามันไม่เหมาะสมกับวัตถุประสงค์ของพวกเขา จากนั้น เมื่อพวกเขาลบการมีส่วนร่วมของน้ำออกจากสเปกตรัมการดูดซึม พวกเขาพบว่าการดูดซึมไขมันที่มีลักษณะเฉพาะสูงสุดสำหรับเส้นประสาทแต่ละเส้นอยู่ที่ 1725 ​​นาโนเมตร ซึ่งอยู่ตรงกลางของช่วง NIR-III ที่คาดไว้

"งานของเราเป็นงานแรกที่แสดงลักษณะสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของตัวอย่างเส้นประสาทสุกรสดโดยใช้สเปกตรัมความยาวคลื่นกว้าง" เบลล์พูด. “ผลลัพธ์ของเราเน้นย้ำถึงคำมั่นสัญญาทางคลินิกของการถ่ายภาพด้วยแสงโฟโตอะคูสติกแบบหลายสเปกตรัมในฐานะเทคนิคระหว่างการผ่าตัดเพื่อตรวจสอบการมีอยู่ของเส้นประสาทที่มีเยื่อไมอีลินหรือป้องกันการบาดเจ็บของเส้นประสาทในระหว่างการแทรกแซงทางการแพทย์ โดยอาจมีผลกระทบต่อเทคโนโลยีที่ใช้ทัศนศาสตร์อื่นๆ”

นักวิจัยวางแผนที่จะต่อยอดข้อค้นพบเพื่อออกแบบเทคนิคการถ่ายภาพด้วยแสงแบบใหม่ “ตอนนี้เรามีโปรไฟล์พื้นฐานการดูดกลืนแสงเฉพาะของเส้นประสาทที่สามารถนำมาใช้ในการตรวจสอบในอนาคตได้” เบลล์กล่าว โลกฟิสิกส์. “เราไม่จำเป็นต้องพึ่งพาสเปกตรัมของไขมันอีกต่อไป ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้”

ผลงานปัจจุบันของพวกเขามีรายละเอียดอยู่ใน วารสารชีวการแพทย์ทัศนศาสตร์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์