Um novo scanner portátil desenvolvido por pesquisadores da UCL pode gerar imagens fotoacústicas 3D altamente detalhadas em segundos.Abrir o caminho para a sua utilização em ambiente clínico pela primeira vez e oferecer o potencial para um diagnóstico mais precoce da doença.
No estudo, publicado emEngenharia Biomédica da Natureza,A equipa demonstra que a sua tecnologia pode fornecer imagens fotoacousticas (PAT) aos médicos em tempo real, proporcionando-lhes imagens precisas e complexas dos vasos sanguíneos.ajudar a informar os cuidados do paciente.
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.
No entanto, até agora, a tecnologia PAT existente tem sido muito lenta para produzir imagens 3D de alta qualidade suficiente para uso por médicos.
Durante uma tomografia PAT, os pacientes devem estar completamente imóveis, o que significa que qualquer movimento durante uma tomografia mais lenta pode causar imagens turvas e, portanto, não garantir imagens clinicamente úteis.
Os scanners PAT mais antigos levavam mais de cinco minutos para tirar uma imagem - reduzindo esse tempo para alguns segundos ou menos,A qualidade da imagem é muito melhorada e muito mais adequada para pessoas que são frágeis ou mal.
Os investigadores dizem que o novo scanner pode ajudar a diagnosticar cancro, doenças cardiovasculares e artrite num prazo de três a cinco anos, sujeito a testes adicionais.
O autor correspondente, o professor Paul Beard (Física Médica e Engenharia Biomédica da UCL e o Wellcome/EPSRC Centre for Interventional and Surgical Sciences), disse:"Nós percorremos um longo caminho com imagens fotoacústicas nos últimos anos, mas ainda havia obstáculos para o seu uso na clínica.
"O avanço deste estudo é a aceleração no tempo necessário para adquirir imagens, que é entre 100 e 1.000 vezes mais rápida do que os scanners anteriores.
"Essa velocidade evita o desfoque induzido pelo movimento, fornecendo imagens altamente detalhadas de uma qualidade que nenhum outro scanner pode fornecer.As imagens podem ser adquiridas em tempo real, possibilitando a visualização de eventos fisiológicos dinâmicos.
"Esses avanços técnicos tornam o sistema adequado para uso clínico pela primeira vez, permitindo-nos analisar aspectos da biologia humana e da doença que não tínhamos sido capazes de fazer antes.
"Agora é necessária mais pesquisa com grupos maiores de pacientes para confirmar nossas descobertas".
O professor Beard acrescentou que um dos principais usos potenciais do novo scanner era avaliar a artrite inflamatória, que requer a varredura de todas as 20 articulações dos dedos de ambas as mãos.Isto pode ser feito em poucos minutos -- os scanners PAT mais antigos levam quase uma hora, que é muito longo para pacientes idosos e frágeis, disse ele.
Teste do scanner em doentes
No estudo, a equipe testou o scanner durante testes pré-clínicos em 10 pacientes com diabetes tipo 2, artrite reumatóide ou câncer de mama, juntamente com sete voluntárias saudáveis.
Em três pacientes com diabetes tipo 2, o scanner foi capaz de produzir imagens 3D detalhadas da microvasculatura nos pés, destacando deformidades e alterações estruturais nos vasos.O scanner foi usado para visualizar a inflamação da pele ligada ao cancro da mama.
Andrew Plumb, professor associado de Imagem Médica da UCL e radiologista consultor da UCLH e autor sênior do estudo, disse:"Uma das complicações frequentemente sofridas por pessoas com diabetes é o baixo fluxo sanguíneo nas extremidades, tais como os pés e a parte inferior das pernas, devido a danos nos pequenos vasos sanguíneos nestas áreas.Mas até agora não fomos capazes de ver exatamente o que está acontecendo para causar este dano ou caracterizar como ele se desenvolve.
"Em um dos nossos doentes, pudemos ver vasos sanguíneos suaves e uniformes no pé esquerdo e vasos sanguíneos deformados e tortuosos na mesma região do pé direito,Indicativo de problemas que possam levar a danos nos tecidos no futuroA imagem fotoacústica poderia dar-nos informações muito mais detalhadas para facilitar o diagnóstico precoce, bem como uma melhor compreensão da progressão da doença em geral".
Tomografia fotoacústica
Desde o seu desenvolvimento inicial em 2000,O PAT tem sido há muito anunciado como tendo potencial para revolucionar a nossa compreensão dos processos biológicos e melhorar a avaliação clínica do cancro e de outras doenças importantes.
Funciona usando o efeito fotoacústico, que ocorre quando os materiais absorvem luz e produzem ondas sonoras.
Os scanners PAT trabalham disparando rádios de laser muito curtas em tecidos biológicos.causando um ligeiro aumento de calor e pressão que por sua vez gera uma onda de ultra-som fraca contendo informações sobre o tecidoTodo o processo ocorre em apenas uma fração de segundo.
Em pesquisas anteriores, os físicos e engenheiros da UCL (liderados pelo professor Beard) descobriram que a onda de ultrassom pode ser detectada usando a luz.
No início dos anos 2000, eles foram pioneiros num sistema em que uma onda sonora causa pequenas alterações na espessura de uma película plástica fina que pode ser medida usando um feixe de laser altamente sintonizado.
Os resultados revelaram estruturas de tecido nunca vistas antes.
Como o PAT pode ajudar na detecção de doenças
Para algumas doenças, como a doença vascular periférica (PVD), uma complicação da diabetes,Os primeiros sinais de alterações nos pequenos vasos sanguíneos indicativos da doença não podem ser vistos usando técnicas convencionais de imagem, como as ressonâncias magnéticas..
Mas com imagens PAT podem - oferecendo o potencial de tratamento antes que o tecido seja danificado e para evitar a má cicatrização da ferida e amputação, diz o jornal.A DPO afeta mais de 25 milhões de pessoas nos EUA e na Europa, acrescenta.
Da mesma forma, com o cancro, os tumores têm frequentemente uma alta densidade de pequenos vasos sanguíneos que são demasiado pequenos para serem vistos com outras técnicas de imagem.
O Dr. Nam Huynh, da UCL Medical Physics and Biomedical Engineering, que desenvolveu o scanner com o colega Dr. Edward Zhang, disse:"A imagem fotoacústica pode ser usada para detectar o tumor e monitorizá-lo relativamente facilmentePode também ser utilizado para ajudar os cirurgiões oncológicos a distinguir melhor o tecido tumoral do tecido normal, visualizando os vasos sanguíneos no tumor,ajudar a assegurar que todo o tumor é removido durante a cirurgia e minimizar o risco de recorrênciaPosso imaginar muitas maneiras de ser útil".
O Dr. Huynh acrescentou que uma das principais vantagens da tecnologia é que ela é sensível à hemoglobina, moléculas que absorvem luz, como a hemoglobina, que produzem as ondas de ultrassom.
Melhoria e ensaio da velocidade do scanner
Neste estudo, os pesquisadores da UCL procuraram superar o problema da velocidade reduzindo o tempo necessário para adquirir imagens.Eles conseguiram isso fazendo inovações no design do scanner e na matemática usada para gerar as imagens.
Ao contrário dos scanners PAT anteriores, que mediram as ondas de ultra-som em mais de 10.000 pontos diferentes sobre a superfície do tecido, uma de cada vez,O novo scanner detecta-os em vários pontos simultaneamente., reduzindo consideravelmente o tempo de aquisição da imagem.
A equipe de pesquisa também empregou princípios matemáticos semelhantes aos usados na compressão de imagens digitais.Isso permitiu reconstruir imagens de alta qualidade a partir de alguns milhares (em vez de dezenas de milhares) de medições da onda de ultrassom, acelerando novamente a aquisição de imagens. Estas inovações reduziram o tempo de obtenção de imagens para alguns segundos ou menos de um segundo,eliminando o desfoque do movimento e permitindo que imagens de mudanças dinâmicas no tecido sejam tomadas.
Os cientistas disseram que mais pesquisas eram necessárias com um grupo maior de pacientes para confirmar os resultados do estudo e a extensão em que o scanner seria clinicamente útil na prática.
Os primeiros passos para desenvolver tomografia fotoacústica para imagens médicas foram tomados em 2000, mas as origens da técnica remontam a 1880, quando o ex-aluno da UCL, Alexander Graham Bell,Fresco da invenção do telefone, observou a conversão da luz solar em som audível.
Em 2019, membros da equipe de pesquisa da UCL fundaram a DeepColor Imaging, uma empresa spin-out da UCL que agora comercializa uma gama de scanners baseados na tecnologia PAT em todo o mundo.
Esta pesquisa foi apoiada pela Cancer Research UK, pelo Engineering & Physical Sciences Research Council, pela Wellcome,O Conselho Europeu de Investigação e o Instituto Nacional de Investigação em Saúde, University College London Hospitals Biomedical Research Centre.
Fonte da história:
MateriaisFornecido porUniversity College de Londres.Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e comprimento.
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