مشاهده عروق خونی بدون حتی یک برش

امين حسينعلي ميرزا
Caltech’s PAVT: Seeing Deep Blood Flow Without a Single Cut

موضوعات: مهندسی پزشکی/ خون/ موسسه فناوری کالیفرنیا/ تصویربرداری پزشکی

تاریخ انتشار : 29 فوریه 2024

محققان دانشگاه کالتک یک فناوری تصویربرداری پزشکی انقلابی به نام توموگرافی بردار فوتو آکوستیک (PAVT) توسعه داده‌اند که به صورت غیرتهاجمی از عروق خونی عمیق تصویربرداری می‌کند و جریان خون را تجزیه و تحلیل می‌کند. این روش پیشگامانه با ارائه بینش های دقیق در مورد حضور و پویایی رگ های خونی، از تکنیک های تصویربرداری سنتی پیشی می گیرد.

فناوری جدید توموگرافی برداری فتوآکوستیک (PAVT) Caltech امکان تصویربرداری غیرتهاجمی پیشگامانه از عروق خونی عمیق و تجزیه و تحلیل دقیق دینامیک جریان خون را فراهم می کند.

 

تعداد زیادی از مشکلات سلامتی، و در نتیجه درمان های پزشکی برای آنها، شامل نحوه جریان خون در بدن است. حملات قلبی به دلیل محدود شدن جریان خون به عضله قلب ایجاد می شود. بسیاری از علائم دیابت ناشی از رگ های خونی آسیب دیده است. در عین حال، تومورها اغلب باعث رشد عروق جدیدی می شوند که خون را به طور خاص به آنها می رسانند. بنابراین جریان خون یک پارامتر فیزیولوژیکی مهم برای اندازه گیری عملکرد مغز است.

به همین دلیل، متخصصان پزشکی می‌خواهند رگ‌های خونی را معاینه کنند و وضعیت آن‌ها را ارزیابی کنند، اما با توجه به اینکه بسیاری از این رگ‌ها عمیقاً در بدن مدفون هستند، چنین معاینه‌ای بدون جراحی باز می‌تواند دشوار باشد.

تحقیقات جدیدی که در آزمایشگاه لیهونگ وانگ، پروفسور برن مهندسی پزشکی و مهندسی برق انجام شد، اکنون امکان تصویربرداری از عروق خونی عمیق در انسان و حتی خونی که در آنها جریان دارد را به روشی غیرتهاجمی ممکن می‌سازد.

 

Innovative Imaging Technology: PAVT

 

در مقاله ای که در مجله Nature Biomedical Engineering منتشر شده است، وانگ و همکارانش این فناوری را توصیف می کنند که آن را توموگرافی برداری فوتو آکوستیک یا  (photoacoustic vector tomography) PAVT می نامند. این فناوری از بسیاری جهات شبیه به سایر فناوری‌های تصویربرداری فوتوآکوستیک وانگ است که از نور لیزری استفاده می‌کنند که به خوبی توسط هموگلوبین، مولکول حامل اکسیژن موجود در گلبول‌های قرمز، جذب می‌شود.

انرژی که مولکول های هموگلوبین از لیزر جذب می کنند باعث می شود آنها به صورت اولتراسونیک ارتعاش کنند. این ارتعاشات در سراسر بافت حرکت می کنند تا زمانی که به سطح پوست می رسند، جایی که توسط حسگرهای متصل به رایانه شناسایی می شوند. سپس کامپیوتر تصویری از ویژگی های بافت، که در این مورد رگ های خونی می باشند ایجاد می کند.

این اولین بار نیست که آزمایشگاه وانگ توانایی تصویربرداری از رگ‌های خونی را با استفاده از فناوری فوتو آکوستیک نشان می‌دهد، اما روش جدید می‌تواند جریان خون را عمیق‌تر از آنچه که قبلاً ممکن بود در بدن انسان به تصویر بکشاند و برای اولین بار نه تنها وجود رگ های خونی و وضعیت اکسیژن رسانی آنها را نشان می دهد، بلکه چگونگی جریان خون در رگ ها را نیز می تواند مشخص کند.

تصویربرداری از جریان خون

پیشرفت در تصویربرداری جریان خون

وانگ، می‌گوید: «پیش از این، ما فقط می‌توانستیم اندازه رگ‌های خونی، غلظت خون و اشباع‌های اکسیژن را نشان دهیم. اکنون، می‌توانیم جریان برداری را اندازه‌گیری کنیم، که هم سرعت و هم جهت جریان را نشان می‌دهد.

حوزه ما بیش از 20 سال است که روی فناوری فوتوآکوستیک کار می کند، اما هیچ کس چنین چیزی را پیش بینی نکرده بود. ما خودمان را غافلگیر کردیم زیرا رشته ما فکر نمی کرد این امکان پذیر باشد.”

یانگ ژانگ، نویسنده اصلی و محقق فوق دکترا در مهندسی پزشکی می‌گوید: «وقتی برای اولین بار تصاویر خود را از جریان خون دیدم، کاملاً شگفت‌زده شدم. هیجان‌انگیزترین بخش این کار این است که ما مهندسی و فیزیولوژی را برای غلبه بر مانعی که قبلاً تصور می‌شد در این زمینه غیرقابل عبور است، هم‌افزایی کردیم.»

این تیم قادر به دیدن جهت و سرعت جریان است زیرا PAVT دارای وضوح بسیار خوبی است که می تواند سیگنال های ناشی از توزیع گلبول های قرمز در اعماق بدن را تشخیص دهد. یک الگوریتم ادغام شده در سیستم، حرکت این توزیع ها را دنبال می کند و سرعت و جهت جریان را استنتاج می کند. به نوعی شبیه این است که چگونه گوگل با بررسی سرعت حرکت تلفن های همراه در آن منطقه، میزان ترافیک سنگین را در یک بزرگراه تعیین می کند.

محققان فرض می کنند که تصاویر و ویدئوهای آنها از جریان خون انسان توسط توزیع ناهمگن گلبول های قرمز خون تسهیل می شود که تا حدی از ساختار رگ های خونی در سراسر بدن ناشی می شود.

وانگ وضعیت موجود در رگ‌ها را به اتفاقی مثل پیوستن دو رودخانه با کیفیت آب متفاوت، یکی صاف و دیگری گل آلود، به یک نهر بزرگ‌تر تشبیه می کند. بنابراین در چنین تلاقی، غیر معمول نیست که ببینیم نهرها برای مسافت طولانی بدون اینکه باهم مخلوط شوند باقی می مانند، حتی در حالی که از همان کانال جاری می شوند.

یک پدیده مشابه زمانی دیده می شود که دو ورید حامل خون با محتویات خون متفاوت (اکسیژنه و بدون اکسیژن) به یکدیگر متصل شوند. حتی اگر خون آن دو رگ به صورت یک جریان واحد به هم متصل شده باشد، برای مدتی مخلوط نشده باقی می ماند. سیستم PAVT می تواند این تکه های مخلوط نشده را تشخیص دهد و حرکت آنها را ردیابی کند. و از آنجایی که گلبول های قرمز بسته به اکسیژن دار بودن یا نبودن آنها، نور لیزر را از سیستم PAVT به طور متفاوتی جذب می کنند، PAVT همچنین می تواند تعیین کند که خون در یک رگ خاص چقدر اکسیژن دارد. وانگ می افزاید: «این به ما امکان می دهد مصرف اکسیژن را که معیار مهمی برای متابولیسم است، کمی کنیم.

 

برای مطالعه مقاله کامل از کد نویسنده زیر می توانید استفاده کنید:

DOI: 10.1038/s41551-023-01148-5

این مطلب را به اشتراک بگذارید:
نظر بدهید