Görüntüleme teknolojisindeki yeni bir atılım; hem doku yapısını hem de kan damarı aktivitesini gösteren canlı, 3 boyutlu görüntüler oluşturmak için ultrason ve ışık tabanlı teknikleri birleştiriyor. Caltech ve USC'deki araştırmacılar tarafından geliştirilen sistem; radyasyon veya kontrast maddelere ihtiyaç duymadan, hızlı bir şekilde detaylı sonuçlar sunuyor. Bu sistem halihazırda insan vücudunun birden fazla bölgesini görüntülemek için kullanıldı. Bu yaklaşım; kanser teşhisi, sinir hasarı takibi ve beyin görüntüleme konularını önemli ölçüde iyileştirebilir.
Çalışmanın detayları Nature Biomedical Engineering dergisinde yayımlandı.
Mevcut Görüntüleme Araçları Neden Yetersiz Kalıyor?
Standart ultrason hızlı, uygun fiyatlı ve yaygın olarak kullanılıyor; ancak esas olarak doku şeklini iki boyutlu olarak gösteriyor ve sınırlı bir izleme alanı sunuyor. Fotoakustik görüntüleme ise farklı bir tür bilgi sağlıyor. Bu yöntem, vücuda lazer ışığı göndererek ve belirli moleküller bu ışığı emdiğinde üretilen ses dalgalarını algılayarak çalışıyor. Bu sayede doktorlar ve araştırmacılar, kan damarlarını optik renklerde görebiliyor ve arterler ile damarlar içindeki kan akışını gözlemleyebiliyor. Ancak fotoakustik görüntüleme, detaylı doku yapısını yakalamakta başarılı değil.
Bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MR) dahil olmak üzere diğer yaygın görüntüleme yöntemlerinin de bazı dezavantajları bulunuyor. Bu teknikler kontrast maddeler gerektirebiliyor, hastaları iyonlaştırıcı radyasyona maruz bırakabiliyor, daha yüksek maliyetli olabiliyor veya sık kullanım için çok uzun sürebiliyor.
Ultrason ve Fotoakustik Görüntülemenin Birleşimi
Araştırma ekibi, bu sınırlamaların üstesinden gelmek için RUS-PAT (Döner Ultrason Tomografisi [RUST] ile birleştirilmiş Fotoakustik Tomografi [PAT]) sistemini geliştirdi. Fotoakustik tomografi, ilk olarak yirmi yılı aşkın bir süre önce Caltech'te Medikal Mühendislik ve Elektrik Mühendisliği Profesörü Lihong Wang tarafından geliştirilmişti. PAT yönteminde, ışığı emen doku molekülleri kısa lazer darbelerine maruz kaldıktan sonra titreşir ve ölçülüp detaylı görüntülere dönüştürülebilen akustik sinyaller üretir.
Aynı zamanda Caltech’in tıbbi mühendislikten sorumlu yöneticisi olan Wang, yeni projenin amacının ultrason ve fotoakustik görüntülemenin güçlü yönlerini birleştirmek olduğunu söyledi. Wang durumu şöyle açıklıyor: "Ancak bu bir artı bir gibi basit bir durum değil. İki teknolojiyi birleştirmenin en uygun yolunu bulmamız gerekiyordu."
Daha Basit ve Daha Pratik Bir Tasarım
Geleneksel ultrason sistemleri, ses dalgalarını göndermek ve almak için çok sayıda transdusere (dönüştürücü) güvenir; bu da fotoakustik görüntüleme ile doğrudan entegrasyonu yaygın kullanım için çok karmaşık ve maliyetli hale getirir. Fotoakustik görüntüleme ise aksine sadece ultrason algılamasına ihtiyaç duyar. Bu fark, Wang'ı yeni bir fikre yöneltti: "Bekle bir dakika, fotoakustik tomografideki ışık uyarımıyla oluşan ultrason dalgalarını, sadece ultrasonik olarak taklit edemez miyiz?"
Fotoakustik görüntülemede lazer ışığı dokuya yayılır ve ölçülebilen ultrason dalgalarını tetikler. Wang, tek bir geniş alanlı ultrason transduserinin bunun yerine doku boyunca ses dalgaları gönderebileceğini fark etti. Böylece aynı dedektörler her iki görüntüleme yönteminden gelen sinyalleri yakalayabilirdi.
Nihai sistem, merkezi bir nokta etrafında dönen az sayıda ark şeklindeki dedektörü kullanıyor. Bu kurulum, çok daha basit ve daha ucuz kalırken, aslında tam bir yarım küre dedektörü gibi işlev görüyor.
İnsan Kullanımı İçin Kanıtlanmış Potansiyel
Çalışmanın ortak yazarı Dr. Charles Y. Liu, "Akustik ve fotoakustik tekniklerin bu yenilikçi kombinasyonu, mevcut klinik uygulamalarda yaygın olarak kullanılan tıbbi görüntüleme tekniklerinin temel sınırlamalarının çoğunu gideriyor ve en önemlisi, insan uygulaması için uygulanabilirlik burada birden fazla bağlamda gösterilmiştir," diyor.
Yöntem, ışığın ulaşabildiği her yerde kullanılabildiği için RUS-PAT geniş klinik uygulamalara sahip olabilir. Meme kanseri görüntülemede, doktorların bir tümörün yerini tam olarak belirlemesine yardımcı olurken aynı zamanda biyolojik aktivitesi hakkında bilgi verebilir. Diyabetik nöropati hastaları için bu teknik, hekimlerin tek bir taramada hem sinir yapısını hem de oksijen desteğini izlemesine olanak tanıyabilir. Wang ayrıca, bilim insanlarının beyin anatomisini incelerken eş zamanlı olarak kan akışı dinamiklerini gözlemleyebileceği beyin araştırmaları için de potansiyeline dikkat çekiyor.
Hız, Derinlik ve Erken Testler
Şu anda sistem, dokuyu yaklaşık 4 santimetre derinliğe kadar görüntüleyebiliyor. Işık ayrıca endoskopik araçlar kullanılarak da iletilebilir ve bu da vücudun daha derin bölgelerine erişim sağlayabilir. Her bir RUS-PAT taraması bir dakikadan az sürüyor.
Mevcut kurulum, ultrason transduserlerini ve bir lazeri tarama yatağının altına yerleştiriyor. Sistem halihazırda gönüllü insanlar ve hastalar üzerinde test edildi ve şu anda klinik kullanıma geçişin erken aşamalarında bulunuyor.
