Noile scanere portabile ar putea transforma diagnosticarea cancerului și artritei. Dispozitivele generează imagini 3D detaliate în doar câteva secunde
Oamenii de știință au făcut multe progrese în imagistica fotoacustică în ultimii ani, dar au existat încă bariere în calea utilizării acestei tehnologii la nivel clinic. Acum, un nou scaner portabil dezvoltat de cercetători de la University College London (UCL), din Marea Britanie, poate genera imagini fotoacustice 3D extrem de detaliate în doar câteva secunde, deschizând calea pentru utilizarea lor într-un cadru clinic și oferind potențialul de diagnosticare mai timpurie a bolilor.
Într-un studiu publicat luni, în revista Nature Biomedical Engineering, echipa de la UCL arată că o nouă tehnologie poate furniza medicilor un instrument de scanare imagistică de tomografie fotoacustică (PAT) în timp real, oferind imagini precise și complexe ale vaselor de sânge, contribuind la informarea privind îngrijirea pacienților.
Imagistica prin tomografie fotoacustică utilizează unde cu ultrasunete generate de laser pentru a vizualiza modificări subtile (un marker timpuriu al bolii) în venele și arterele la scară mai mică de un milimetru, până la 15 mm adâncime în țesuturile umane.
Până în prezent, tehnologia PAT existentă s-a dovedit prea lentă pentru a produce imagini 3D de calitate suficient de ridicată pentru a fi utilizate de medici la nivel clinic.
În timpul unei scanări PAT, pacienții trebuie să fie complet nemișcați, ceea ce înseamnă că orice mișcare în timpul unei scanări mai lente poate provoca încețoșarea imaginilor și, prin urmare, nu garantează imagini utile din punct de vedere clinic.
Scanerele PAT mai vechi necesitau mai mult de cinci minute pentru a obține o imagine, acest timp fiind acum redus la câteva secunde sau mai puțin, calitatea imaginii fiind astfel mult îmbunătățită și mult mai potrivită pentru persoanele fragile sau în stare precară.
Cercetătorii spun că noul scaner ar putea ajuta la diagnosticarea cancerului, a bolilor cardiovasculare și a artritei în trei până la cinci ani, sub rezerva unor teste suplimentare.
Marea realizare a acestei abordări o reprezintă accelerarea timpului de achiziție a imaginilor, care este între 100 și 1.000 de ori mai rapid decât scanerele anterioare, a declarat într-un comunicat autorul corespondent, profesorul Paul Beard de la Departamentul de fizică medicală și inginerie biomedicală a UCL și Centrul Wellcome/EPSRC pentru științe intervenționale și chirurgicale
Viteza foarte mare evită încețoșarea indusă de mișcare, „oferind imagini foarte detaliate, de o calitate pe care niciun alt scaner nu o poate oferi. De asemenea, în loc să dureze cinci minute sau mai mult, imaginile pot fi achiziționate în timp real, făcând posibilă vizualizarea evenimentelor fiziologice dinamice. Aceste progrese tehnice fac ca sistemul să fie adecvat pentru utilizare clinică pentru prima dată, permițându-le specialiștilor să analizeze aspecte ale biologiei și bolilor umane pe care nu le-au putut realiza până acum”, a precizat el.
Afecțiune detectată de scanerul fotoacustic 3D portabil dezvoltat de UCL. Credit: Dr. Nam Huynh, 30 septembrie 2024
Potrivit cercetătorilor o utilizare pentru noul scaner a fost evaluarea artritei inflamatorii, care necesită scanarea tuturor celor 20 de articulații ale degetelor de la ambele mâini. Cu noul scaner, acest lucru se poate face în câteva minute – scanerele PAT mai vechi durează aproape o oră, ceea ce este prea mult pentru pacienții în vârstă, fragili.
Testarea scanerului pe pacienți
În cadrul studiului, echipa a testat scanerul în timpul testelor preclinice pe 10 pacienți cu diabet zaharat de tip 2, artrită reumatoidă sau cancer de sân, împreună cu șapte voluntari sănătoși.
La trei pacienți cu diabet zaharat de tip 2, scanerul a fost capabil să producă imagini 3D detaliate ale microvasculaturii din picioare, evidențiind deformările și modificările structurale ale vaselor.
Una dintre complicațiile de care suferă adesea persoanele cu diabet este fluxul sanguin scăzut la nivelul extremităților, cum ar fi picioarele și partea inferioară a picioarelor, din cauza deteriorării vaselor de sânge minuscule din aceste zone. Scanerul a fost utilizat și pentru a vizualiza inflamația pielii legată de cancerul de sân.
„La unul dintre pacienții noștri, am putut vedea vase netede și uniforme în piciorul stâng și vase deformate și încrețite în aceeași regiune a piciorului drept, indicând probleme care pot duce la deteriorarea țesuturilor în viitor. Imagistica fotoacustică ne-ar putea oferi informații mult mai detaliate pentru a facilita diagnosticarea precoce, precum și pentru a înțelege mai bine evoluția bolii în general”, a explicat autorul principal al studiului, Andrew Plumb, profesor asociat de imagistică medicală la UCL și radiolog la UCLH.
„Până acum, nu am putut vedea exact ce se întâmplă pentru a provoca această deteriorare sau pentru a caracteriza modul în care se dezvoltă”, a mai precizat medicul.
Tomografia fotoacustică
Încă de la începutul dezvoltării sale în anii 2000, PAT, care funcționează folosind efectul fotoacustic, ce apare atunci când materialele absorb lumina și produc unde sonore, a fost anunțată ca având potențialul de a revoluționa cunoașterea asupra proceselor biologice și de a îmbunătăți evaluarea clinică a cancerului și a altor boli majore.
Scanerele PAT funcționează prin trimiterea de rafale laser foarte scurte către țesutul biologic. O parte din această energie este absorbită, în funcție de culoarea țintei, provocând o ușoară creștere a căldurii și presiunii care, la rândul său, generează o undă slabă de ultrasunete ce conține informații despre țesut. Întregul proces are loc în doar o fracțiune de secundă.
În cercetările anterioare, fizicienii și inginerii de la UCL au descoperit că unda cu ultrasunete poate fi detectată cu ajutorul luminii.
La începutul anilor 2000, ei au fost pionierii unui sistem în care unda sonoră provoacă modificări minuscule ale grosimii unei pelicule subțiri de plastic, care pot fi măsurate cu ajutorul unui fascicul laser foarte bine reglat.
Rezultatele au scos la iveală structuri în țesuturi care nu au mai fost văzute.
Cum ar putea ajuta PAT la detectarea bolilor
Pentru unele afecțiuni, cum ar fi boala vasculară periferică (PVD), o complicație a diabetului, semnele timpurii de modificări ale micilor vase de sânge care indică boala nu pot fi observate cu ajutorul tehnicilor de imagistică convenționale, cum ar fi RMN-ul.
Cu imaginile PAT, însă, acestea pot fi detectate – ceea ce oferă posibilitatea unui tratament înainte ca țesutul să fie afectat și pentru a evita vindecarea defectuoasă a rănilor și amputarea, se arată în studiu.
Boala vasculară periferică afectează mai mult de 25 de milioane de persoane din SUA și Europa, adaugă acesta.
În mod similar, în cazul cancerului, tumorile au adesea o densitate mare de vase de sânge mici care, datorită mărimii, sunt greu de observat cu alte tehnici de imagistică.
„Imagistica fotoacustică ar putea fi utilizată pentru a detecta o tumoră și a o monitoriza relativ ușor”, exlică dr. Nam Huynh de la UC, care a dezvoltat scanerul.
De asemenea, tehnologia ar putea fi utilizată pentru a ajuta chirurgii oncologi să distingă mai bine țesutul tumoral de țesutul normal prin vizualizarea vaselor de sânge din tumoră și indicând dacă aceasta a fost îndepărtată în totalitate, în timpul intervenției chirurgicale, minimizând astfel riscul de recidivă.
Un avantaj cheie al tehnologiei, potrivit autorilor, este faptul că e sensibilă la hemoglobină. Moleculele care absorb lumina, precum hemoglobina, sunt cele care produc undele cu ultrasunete.
Îmbunătățirea și testarea vitezei scanerului
În acest studiu, cercetătorii de la UCL au încercat să depășească problema vitezei prin reducerea timpului necesar pentru obținerea imaginilor. Ei au reușit acest lucru prin inovații în proiectarea scanerului și în matematica utilizată pentru generarea imaginilor.
Spre deosebire de scanerele PAT anterioare, care măsurau pe rând undele ultrasonore în peste 10.000 de puncte diferite de pe suprafața țesutului, noul scaner le detectează în mai multe puncte simultan, reducând considerabil timpul necesar pentru luarea imaginilor.
Echipa de cercetare a utilizat, de asemenea, principii matematice similare celor utilizate în compresia imaginilor digitale. Acest lucru a permis reconstruirea unor imagini de înaltă calitate din câteva mii (în loc de zeci de mii) de măsurători ale undei cu ultrasunete, accelerând încă o dată achiziția de imagini.
Aceste inovații au redus timpul de formare a imaginii la câteva secunde sau mai puțin de o secundă, eliminând neclaritatea în urma mișcării și permițând obținerea de imagini ale modificărilor dinamice ale țesutului.
Oamenii de știință spun că este nevoie de mai multe cercetări pe un grup mai mare de pacienți pentru a valida rezultatele studiului și măsura în care scanerul ar putea fi util în practica clinică.
Primii pași pentru dezvoltarea tomografiei fotoacustice pentru imagistica medicală au fost făcuți în anii 2000, dar originile tehnicii datează din 1880, când fostul student al UCL Alexander Graham Bell, proaspăt inventator al telefonului, a observat transformarea luminii solare în sunet audibil.
În 2019, membrii echipei de cercetare de la UCL au înființat DeepColor Imaging, o companie spin-out a UCL care comercializează în prezent o gamă de scanere bazate pe tehnologia PAT în întreaga lume.
Niciun comentariu!
Poți adăuga unul pentru a porni o conversație.