Visualizzazione avanzata dei nervi con l’Imaging Fotoacustico
La sfida delle tecniche di imaging attuali
Il rischio delle procedure mediche invasive
Le procedure mediche invasive, come le operazioni che richiedono anestesia locale, comportano spesso il rischio di lesioni nervose. Durante un intervento, i chirurghi possono accidentalmente tagliare, stirare o comprimere i nervi, specialmente quando li confondono con un altro tessuto. Questo può portare a sintomi duraturi nel paziente, tra cui problemi sensoriali e motori. Allo stesso modo, i pazienti che ricevono blocchi nervosi o altri tipi di anestesia possono soffrire di danni ai nervi se l’ago non viene posizionato alla giusta distanza dal nervo periferico bersaglio.
• La sfida delle tecniche di imaging attuali
• Il rischio delle procedure mediche invasive
• Le limitazioni dell’ecografia e della risonanza magnetica
• La promessa dell’imaging fotoacustico
• Un approccio alternativo promettente
• Ricerca recente dalla Johns Hopkins University
Le limitazioni dell’ecografia e della risonanza magnetica
Di conseguenza, i ricercatori stanno cercando di sviluppare tecniche di imaging medicale per ridurre il rischio di danni ai nervi. Ad esempio, l’ecografia e la risonanza magnetica (MRI) possono aiutare un chirurgo a individuare la posizione dei nervi durante una procedura. Tuttavia, è difficile distinguere i nervi dal tessuto circostante nelle immagini ecografiche, mentre la MRI è costosa e richiede molto tempo.
La promessa dell’imaging fotoacustico
Un approccio alternativo promettente
In questo contesto, esiste un approccio alternativo promettente noto come imaging fotoacustico multispettrale. Una tecnica non invasiva, l’imaging fotoacustico combina luce e onde sonore per creare immagini dettagliate dei tessuti e delle strutture nel corpo. Essenzialmente, la regione bersaglio viene prima illuminata con luce pulsata, causando un leggero riscaldamento. Questo, a sua volta, provoca l’espansione dei tessuti, generando onde ultrasoniche che possono essere rilevate da un rilevatore di ultrasuoni.
Ricerca recente dalla Johns Hopkins University
Un team di ricerca della Johns Hopkins University ha recentemente condotto uno studio in cui hanno caratterizzato accuratamente i profili di assorbimento e fotoacustico del tessuto nervoso attraverso lo spettro del vicino infrarosso (NIR). Il loro lavoro, pubblicato il 4 settembre sulla rivista Journal of Biomedical Optics, è stato guidato dal Dr. Muyinatu A. Lediju Bell, Professore Associato John C. Malone e Direttore del PULSE Lab alla Johns Hopkins University.
Uno degli obiettivi principali del loro studio era determinare le lunghezze d’onda ideali per identificare il tessuto nervoso nelle immagini fotoacustiche. I ricercatori ipotizzavano che le lunghezze d’onda da 1630 a 1850 nm, che risiedono all’interno della finestra ottica NIR-III, sarebbero state l’intervallo ottimale per la visualizzazione dei nervi, poiché i lipidi presenti nella guaina mielinica dei neuroni hanno un picco di assorbimento caratteristico in questo intervallo.
Per testare questa ipotesi, hanno eseguito misurazioni dettagliate dell’assorbimento ottico su campioni di nervi periferici. Hanno osservato un picco di assorbimento a 1210 nm, che rientra nell’intervallo NIR-II. Tuttavia, un tale picco di assorbimento è presente anche in altri tipi di lipidi. In contrasto, quando il contributo dell’acqua è stato sottratto dallo spettro di assorbimento, il tessuto nervoso ha mostrato un picco unico a 1725 nm nell’intervallo NIR-III.
Test pratici e implicazioni
Inoltre, i ricercatori hanno condotto misurazioni fotoacustiche sui nervi periferici di suini vivi utilizzando un setup di imaging personalizzato. Questi esperimenti hanno ulteriormente confermato l’ipotesi che il picco nella banda NIR-III possa essere efficacemente sfruttato per differenziare il tessuto nervoso ricco di lipidi da altri tipi di tessuti e materiali contenenti acqua o che sono carenti di lipidi.
Soddisfatta dei risultati, Bell osserva: “Il nostro lavoro è il primo a caratterizzare gli spettri di assorbimento ottico di campioni freschi di nervi di suino utilizzando un ampio spettro di lunghezze d’onda, così come il primo a dimostrare la visualizzazione in vivo di nervi di suino sani e rigenerati con imaging fotoacustico multispettrale nella finestra NIR-III”.
Nel complesso, queste scoperte potrebbero motivare gli scienziati a esplorare ulteriormente il potenziale dell’imaging fotoacustico. Inoltre, la caratterizzazione del profilo di assorbimento ottico del tessuto nervoso potrebbe aiutare a migliorare le tecniche di rilevamento e segmentazione dei nervi quando si utilizzano altre modalità di imaging ottico.
“I nostri risultati evidenziano la promessa clinica dell’imaging fotoacustico multispettrale come tecnica intraoperatoria per determinare la presenza di nervi mielinizzati o prevenire lesioni nervose durante gli interventi medici, con possibili implicazioni per altre tecnologie basate sull’ottica. I nostri contributi stabiliscono quindi con successo una nuova base scientifica per la comunità delle ottiche biomediche”, conclude Bell.