پیشرفت تصویربرداری پزشکی می تواند تشخیص سرطان و آرتریت را تغییر دهد

در این مطالعه که درمهندسی زیست پزشکی طبیعتاین تیم نشان می دهد که تکنولوژی آنها می تواند اسکن تصویربرداری توموگرافی فتوآکوستیک (PAT) را به پزشکان در زمان واقعی ارائه دهد، که به آنها تصاویر دقیق و پیچیده از رگ های خونی را می دهد.کمک به اطلاع رسانی به مراقبت از بیمار.

Photoacoustic tomography imaging uses laser-generated ultrasound waves to visualise subtle changes (an early marker of disease) in the less-than-millimetre-scale veins and arteries up to 15mm deep in human tissues.

با این حال، تا کنون، تکنولوژی PAT موجود برای تولید تصاویر سه بعدی با کیفیت بالا برای استفاده توسط پزشکان بسیار کند بوده است.

در طول اسکن PAT بیماران باید کاملا بی حرکت باشند، به این معنی که هر حرکتی در طول اسکن کندتر می تواند باعث محو شدن تصاویر شود و بنابراین تصاویر مفید بالینی را تضمین نمی کند.

اسکنرهای PAT قدیمی تر برای گرفتن یک تصویر بیش از پنج دقیقه طول کشید -- با کاهش این زمان به چند ثانیه یا کمتر،کیفیت تصویر بسیار بهبود یافته و بسیار مناسب تر برای افرادی است که ضعیف یا ضعیف هستند.

محققان می گویند که اسکنر جدید می تواند در طی سه تا پنج سال به تشخیص سرطان، بیماری های قلبی عروقی و آرتریت کمک کند.

پروفسور پاول بیرد (فزیک پزشکی و مهندسی زیست پزشکی UCL و مرکز علوم مداخلات و جراحی Wellcome / EPSRC) ، گفت:"ما در سال های اخیر با تصویربرداری فتوآکوستیک پیشرفت زیادی کرده ایم، اما هنوز موانع برای استفاده از آن در کلینیک وجود دارد.

پیشرفت در این مطالعه سرعت زمان لازم برای گرفتن تصاویر است که بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر سریعتر از اسکنرهای قبلی است.

"این سرعت از محو شدن ناشی از حرکت جلوگیری می کند، تصاویر بسیار دقیق با کیفیت که هیچ اسکنر دیگری نمی تواند ارائه دهد را فراهم می کند.تصاویر را می توان در زمان واقعی به دست آورد، که امکان تجسم حوادث فیزیولوژیکی پویا را فراهم می کند.

"این پیشرفت های فنی برای اولین بار این سیستم را برای استفاده بالینی مناسب می کند، به ما اجازه می دهد تا جنبه های زیست شناسی انسان و بیماری را که قبلاً قادر به آن نبوده ایم بررسی کنیم.

اکنون تحقیقات بیشتری با گروه های بزرگتر از بیماران برای تأیید یافته های ما مورد نیاز است. "

پروفسور بیرد اضافه کرد که یک کاربرد بالقوه کلیدی برای اسکنر جدید تشخیص آرتریت التهابی است، که نیاز به اسکن تمام 20 مفصل انگشت در هر دو دست دارد. با اسکنر جدید،این کار را می توان در عرض چند دقیقه انجام داد -- اسکنرهای قدیمی PAT تقریبا یک ساعت طول می کشد، که برای بیماران سالخورده و ضعیف خیلی طولانی است، گفت.

آزمایش اسکنر روی بیماران

در این مطالعه، این تیم اسکنر را در طی آزمایشات پیش بالینی بر روی 10 بیمار مبتلا به دیابت نوع 2، آرتریت روماتوئید یا سرطان پستان، همراه با هفت داوطلب سالم آزمایش کردند.

در سه بیمار مبتلا به دیابت نوع ۲، اسکنر قادر بود تصاویر سه بعدی دقیق از میکروواسکولاتور پا را تولید کند، که ناهنجاری ها و تغییرات ساختاری در رگ ها را برجسته می کند.از اسکنر برای تجسم التهاب پوست مرتبط با سرطان سینه استفاده شد.

اندرو پلمب، استاد معاون تصویربرداری پزشکی در UCL و مشاور رادیولوژیست در UCLH و نویسنده ارشد این مطالعه گفت:"یکی از عوارض که اغلب در افراد مبتلا به دیابت وجود دارد، کاهش جریان خون در اندام ها است، مانند پاها و پای پایین، به دلیل آسیب به رگ های خونی کوچک در این مناطق.اما تا الان نتونستیم دقیقا ببینیم که چه اتفاقی برای ایجاد این آسیب می افته یا اینکه چطور توسعه پیدا می کنه.

"در یکی از بیماران ما، ما می توانستیم رگ های صاف و یکنواخت را در پا چپ و رگ های ناهنجار در همان ناحیه پا راست ببینیم،نشان دهنده مشکلات است که ممکن است منجر به آسیب بافت در آینده شودتصویربرداری فتوآکوستیک می تواند اطلاعات بسیار دقیق تری را به ما بدهد تا تشخیص زودرس را تسهیل کند و همچنین پیشرفت بیماری را به طور کلی درک کند".

توموگرافی فتو آکوستیک

از زمان توسعه اولیه آن در سال 2000،PAT مدت هاست که به عنوان پتانسیل انقلابی در درک ما از فرآیندهای بیولوژیکی و بهبود ارزیابی بالینی سرطان و سایر بیماری های عمده اعلام شده است..

این با استفاده از اثر فوتوآکوستیک کار می کند، که زمانی رخ می دهد که مواد نور را جذب کرده و امواج صوتی تولید کنند.

اسکنرهای PAT با شلیک شتاب های بسیار کوتاه لیزر به بافت بیولوژیکی کار می کنند. بخشی از این انرژی بسته به رنگ هدف جذب می شود.که باعث افزایش کمی در حرارت و فشار می شود که به نوبه خود یک موج فوق صوت ضعیف را تولید می کند که حاوی اطلاعات در مورد بافت استتمام اين پروسه فقط در يك کسر ثانيه اتفاق مي افتد.

در تحقیقات قبلی، آنچه فیزیکدانان و مهندسان در UCL (به رهبری پروفسور Beard) کشف کردند این بود که امواج فوق صوت را می توان با استفاده از نور تشخیص داد.

در اوایل دهه 2000 آنها پیشگام یک سیستم بودند که در آن یک موج صوتی باعث تغییرات کوچک در ضخامت یک فیلم پلاستیکی نازک می شود که می تواند با استفاده از یک پرتو لیزر بسیار تنظیم شده اندازه گیری شود.

نتایج نشان داد که ساختار بافتی که قبلاً دیده نشده بود.

چگونگی کمک PAT به تشخیص بیماری

برای برخی از بیماری ها، مانند بیماری عروق محیطی (PVD) ، یک عارضه دیابت،نشانه های اولیه تغییرات در رگ های خونی کوچک که نشان دهنده بیماری هستند با استفاده از تکنیک های تصویربرداری معمولی مانند اسکن MRI دیده نمی شوند..

اما با تصاویر PAT آنها می توانند -- ارائه پتانسیل برای درمان قبل از بافت آسیب دیده و برای جلوگیری از بهبود ضعیف زخم و قطع عضو، روزنامه می گوید.PVD بیش از 25 میلیون نفر را در سراسر ایالات متحده و اروپا تحت تاثیر قرار می دهد، اضافه می کند.

به طور مشابه، در سرطان، تومورها اغلب دارای تراکم بالایی از رگ های خونی کوچک هستند که خیلی کوچک هستند تا با سایر تکنیک های تصویربرداری دیده شوند.

دکتر نام هوین از فیزیک پزشکی و مهندسی زیست پزشکی UCL که این اسکنر را با همکارش دکتر ادوارد ژانگ توسعه داد، گفت:"تصوير فتوآکوستيک ميتونه براي کشف تومور و نظارت بر آن نسبتاً آسان استفاده بشههمچنین می تواند برای کمک به جراحان سرطان برای تشخیص بهتر بافت تومور از بافت طبیعی با تجسم رگ های خونی در تومور استفاده شود.کمک به اطمینان از برداشتن تمام تومور در طول جراحی و به حداقل رساندن خطر عود. من می توانم بسیاری از راه های آن را مفید خواهد بود تصور. "

دکتر هوین افزود که یکی از مزایای اصلی این تکنولوژی این است که به هموگلوبین حساس است. مولکول های جذب نور مانند هموگلوبین هستند که امواج سونوگرافی را تولید می کنند.

بهبود و آزمایش سرعت اسکنر

در این مطالعه، محققان UCL به دنبال غلبه بر مشکل سرعت با کاهش زمان لازم برای به دست آوردن تصاویر بودند.آنها با ایجاد نوآوری در طراحی اسکنر و ریاضیات مورد استفاده برای تولید تصاویر این کار را انجام دادند..

بر خلاف اسکنرهای قبلی PAT که امواج سونوگرافی را در بیش از ۱۰ هزار نقطه مختلف روی سطح بافت یک به یک اندازه می گرفتند،اسکنر جدید آنها را در چندین نقطه همزمان تشخیص می دهد، که زمان بدست آوردن تصویر را به طور قابل توجهی کاهش می دهد.

تیم تحقیقاتی همچنین از اصول ریاضی مشابهی که در فشرده سازی تصاویر دیجیتال استفاده می شود استفاده کردند.این امکان را برای بازسازی تصاویر با کیفیت بالا از چند هزار (به جای ده ها هزار) از اندازه گیری امواج فوق صوتی فراهم کرداین نوآوری ها زمان تصویربرداری را به چند ثانیه یا کمتر از یک ثانیه کاهش دادند.از بین بردن عدم شفافیت حرکتی و اجازه گرفتن تصاویر تغییرات پویا در بافت.

دانشمندان گفتند که تحقیقات بیشتری با یک گروه بزرگتر از بیماران برای تأیید یافته های مطالعه آنها و میزان مفید بودن اسکنر در عمل لازم است.

اولین گام ها برای توسعه توموگرافی فتوآکوستیک برای تصویربرداری پزشکی در سال 2000 برداشته شد، اما ریشه این تکنیک به سال 1880 برمی گردد، زمانی که دانشجوی سابق UCL، الکساندر گراهام بل،تازه از اختراع تلفن، تبدیل نور خورشید به صدای شنیدنی را مشاهده کرد.

در سال ۲۰۱۹، اعضای تیم تحقیقاتی UCL شرکت DeepColor Imaging را تاسیس کردند که اکنون طیف وسیعی از اسکنرها را بر اساس فناوری PAT در سراسر جهان به بازار می رساند.

این تحقیق توسط Cancer Research UK، شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی، Wellcome،شورای تحقیقات اروپا و موسسه ملی تحقیقات بهداشتی دانشگاه کالج لندن بیمارستان های مرکز تحقیقات زیست پزشکی.

منبع داستان:

موادتوسطدانشگاه کالج لندن.توجه: محتوای ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.