تصوير مقطعي بصري صوتي متعدد الأطياف

التصوير المقطعي البصري الصوتي متعدد الأطياف، والمعروف أيضًا باسم التصوير المقطعي الضوئي الصوتي الوظيفي، تقنية تصوير تنتج صورًا ضوئية عالية الدقة في الأوساط المبعثرة، بما في ذلك الأنسجة البيولوجية. يضيء إم إس أوه تي الأنسجة باستخدام ضوء ذي طاقة عابرة، عادةً على شكل نبضات ضوئية تدوم بين 1-100 نانوثانية. تمتص الأنسجة هذه النبضات الضوئية، ما يؤدي إلى توسع حراري-مرن، وهي ظاهرة تُعرف بالتأثير الصوتي البصري أو التأثير الصوتي الضوئي. يولّد هذا التوسع موجات فوق صوتية (تُعرف بالصدى الضوئي) يتم التقاطها وتكوين صورة منها. يمكن تكوين الصورة إما باستخدام العتاد الفيزيائي (مثل التركيز الصوتي أو التركيز البصري) أو من خلال التصوير المقطعي المحوسب (تكوين الصورة باستخدام أساليب رياضية). على عكس أنواع التصوير الصوتي الضوئي الأخرى، يتميز إم إس أوه تي بإضاءة العينة بعدة أطوال موجية، ما يتيح له الكشف عن الموجات فوق الصوتية المنبعثة من مختلف الجزيئات الماصّة للضوء داخل الأنسجة، سواء كانت داخلية المنشأ (مثل الهيموغلوبين المؤكسج وغير المؤكسج والميلانين) أو خارجية المنشأ (مثل مسابر التصوير والجسيمات النانوية). تستخدم تقنيات حسابية مثل الفصل الطيفي لإزالة تشويش الموجات فوق الصوتية المنبعثة من هذه الجزيئات الماصّة المختلفة، ما يسمح برؤية كل منها بشكل منفصل ضمن النسيج الهدف. بهذه الطريقة، يسمح إم إس أوه تي تصوير تركيز الهيموغلوبين وحالة الأكسجة أو نقص الأكسجة في الأنسجة. على عكس طرق التصوير الضوئي الأخرى، لا يتأثر إم إس أوه تي بتبعثر الفوتونات، ويمكنه بذلك توفير صور ضوئية عالية الدقة لأعماق الأنسجة البيولوجية.V. Ntziachristos, D. Razansky, "Molecular imaging by means of multispectral optoacoustic tomography (MSOT)", Chem. Rev. 110 (2010) 2783-2794.

 الوصف 
يُوصف إم إس أوه تي بأنه تقنية سداسية الأبعاد (ذات 6 معلمات)، إذ تُدعم الأبعاد الهندسية الثلاثة (إكس، واي، زد) بعوامل إضافية تشمل الزمن وأطوال موجات الإضاءة ونطاق ترددات الموجات فوق الصوتية المكتشفة.A. Taruttis, V. Ntziachristos, "Advances in real-time multispectral optoacoustic imaging and its applications", Nat Photon 9 (2015) 219-227. يمكن لإم إس أوه تي إجراء قياسات عبر الزمن، ما يتيح إجراء دراسات طولية للعمليات الديناميكية. تغطي أطوال موجات الإضاءة في إم إس أوه تي الطيف الكامل من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء. تحدد هذه الأطوال الموجية نوع الجزيئات الماصّة للضوء التي يمكن رؤيتها وعمق التصوير الممكن.D. Razansky, S. Kellnberger, V. Ntziachristos, "Near-field radiofrequency thermoacoustic tomography with impulse excitation", Med. Phys. 37 (2010) 4602-4607.K. Stephan, H. Amir, R. Daniel, N. Vasilis, "Near-field thermoacoustic tomography of small animals", Phys. Med. Biol. 56 (2011) 3433. بالإضافة إلى ذلك، استُخدمت حزم أيونية عالية الطاقة والطاقة في نطاق الترددات الراديوية لهذا الغرض. يعتمد اختيار نطاق تردد الموجات فوق الصوتية على الدقة وحجم الجسميات التي يمكن تمييزها. يحدد هذا الاختيار ما إذا كان التصوير سيتم على النطاق العياني، والذي يشمل دقة تتراوح بين 100-500 ميكرون وعمق اختراق أكبر من 10 ملم، أو على النطاق الميزوسكوبي، الذي يشمل دقة ما بين 1-50 ميكرون وعمق اختراق أقل من 10 ملم. يمكن أيضًا تحقيق دقة مجهرية باستخدام تقنية التصوير البصري الصوتي متعدد الأطياف. مثل المجهر الضوئي، تستخدم هذه التقنية ضوءًا مركّزًا لتكوين الصور، وتوفّر نفس المعايير (دقة أقل من ميكرومتر وعمق اختراق أقل من 1 ملم).N.C. Burton, M. Patel, S. Morscher, W.H.P. Driessen, J. Claussen, N. Beziere, T. Jetzfellner, A. Taruttis, D. Razansky, B. Bednar, V. Ntziachristos, "Multispectral Opto-acoustic Tomography (MSOT) of the Brain and Glioblastoma Characterization", Neuroimage 65 (2013) 522-528.J. Yao, J. Xia, K.I. Maslov, M. Nasiriavanaki, V. Tsytsarev, A.V. Demchenko, L.V. Wang, "Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo", Neuroimage 64 (2013) 257-266.L. Xiang, L. Ji, T. Zhang, B. Wang, J. Yang, Q. Zhang, M.S. Jiang, J. Zhou, P.R. Carney, H. Jiang, "Noninvasive real time tomographic imaging of epileptic foci and networks", Neuroimage 66 (2013) 240-248.S. Gottschalk, T. Felix Fehm, X. Luís Deán-Ben, D. Razansky, "Noninvasive real-time visualization of multiple cerebral hemodynamic parameters in whole mouse brains using five-dimensional optoacoustic tomography", J. Cereb. Blood Flow Metab. 35 (2015) 531-535.

استُخدم إم إس أوه تي في مجموعة واسعة من التطبيقات البيولوجية، بما في ذلك أبحاث أمراض القلب والأوعية الدموية وتصوير الدماغ (التصوير العصبي) وأبحاث السرطان. مكّن تطوير أنظمة تصوير محمولة باليد وفي الزمن الحقيقي من الاستخدام السريري لتقنية إم إس أوه تي في تصوير الثدي والأوعية الدموية والعقد اللمفاوية والجلد.M. Schwarz, A. Buehler, J. Aguirre, V. Ntziachristos, "Three-dimensional multispectral optoacoustic mesoscopy reveals melanin and blood oxygenation in human skin in vivo", Journal of biophotonics 9 (2016) 55-60.B. Zabihian, J. Weingast, M. Liu, E. Zhang, P. Beard, H. Pehamberger, W. Drexler, B. Hermann, "In vivo dual-modality photoacoustic and optical coherence tomography imaging of human dermatological pathologies", Biomed Opt Express 6 (2015) 3163-3178.

 مبادئ التشغيل 
تعتمد تقنية إم إس أوه تي على اكتشاف الصدى الضوئي» أي الموجات فوق الصوتية الناتجة عن التمدد الحراري-المرن لعينة (مثل نسيج بيولوجي) بعد امتصاصها لطاقة كهرومغناطيسية عابرة. عادةً ما تُضاء العينة بواسطة نبضات ضوئية ضمن نطاق النانوثانية، رغم إمكانية استخدام الضوء المعدل الشدة أيضًا. يُحوّل جزء على الأقل من الطاقة الكهرومغناطيسية الماصّة داخل العينة إلى حرارة، ما يؤدي إلى ارتفاع طفيف في درجة الحرارة (عادةً في حدود ميلي كلفن)، وينتج عنه تمدد حراري-مرن للعينة. يولّد هذا التمدد موجة ضغط تأخذ شكل موجة فوق صوتية واسعة النطاق. تُلتقط هذه الموجات فوق الصوتية المنبعثة من العينة بواسطة محولات طاقة موضوعة بالقرب من العينة، وغالبًا في مواقع متعددة حولها. يعكس مقدار ضغط الموجة المعلومات المتعلقة بالامتصاص الموضعي وانتشار الطاقة داخل العينة، بينما يوفر الزمن الفاصل بين نبضة الإضاءة ووصول الموجة فوق الصوتية إلى الكاشف معلومات حول المسافة بين الكاشف ومصدر الصدى الضوئي. يتم معالجة البيانات البصرية الصوتية التي تُجمع بمرور الوقت ومن مواقع متعددة حول العينة باستخدام تقنيات إعادة بناء التصوير المقطعي لإنتاج صور توضح توزيع الجزيئات الماصّة للضوء داخل العينة. عند استخدام إضاءة بأطوال موجية مفردة، تتيح البيانات الناتجة تصوير توزيع الجزيئات الماصّة للضوء التي تشترك في خصائص امتصاص مماثلة عند الطول الموجي المستخدم. أما الإضاءة باستخدام أطوال موجية متعددة، فتسمح بالتمييز الدقيق بين الجزيئات الماصّة للضوء التي تملك أطياف امتصاص ضوئي مختلفة، مثل الهيموغلوبين المؤكسج وغير المؤكسج والميوغلوبين والميلانين أو العناصر الخارجية المنشأ الماصّة للضوء. يتم اختيار أطوال موجات الضوء المستخدمة لإضاءة العينات في تقنية إم إس أوه تي بناءً على خصائص الامتصاص الخاصة بالجزيئات المستهدفة. لتحسين دقة فصل الجزيئات، يجب معالجة الصور الناتجة عند أطوال موجية متعددة باستخدام تقنيات الطرح أو فصل الطيف. يمكن تقليل الخلفية في الصور من خلال استغلال الفروقات الزمنية (طرح خط الأساس) والاختلافات في مطيافية امتصاص الجزيئات الماصّة للضوء (فصل الطيف).P. Mohajerani, S. Kellnberger, V. Ntziachristos, "Frequency domain optoacoustic tomography using amplitude and phase", Photoacoustics 2 (2014) 111-118.S. Kellnberger, N.C. Deliolanis, D. Queirós, G. Sergiadis, V. Ntziachristos, "In vivo frequency domain optoacoustic tomography", Opt. Lett. 37 (2012) 3423-3425.

 المراجع 

تصنيف:تصوير طبي