Invazivne medicinske procedure, kao što je operacija koja zahteva lokalnu anesteziju, često uključuje rizik od povrede nerva. Tokom operacije, hirurzi mogu slučajno preseći, istegnuti ili stisnuti nerve, posebno kada ih zamene sa nekim drugim tkivom. Ovo može dovesti do dugotrajnih simptoma kod pacijenta, uključujući senzorne i motoričke probleme. Slično tome, pacijenti koji primaju nervne blokade ili druge vrste anestezije mogu patiti od oštećenja nerva ako se igla ne postavi na odgovarajuću udaljenost od ciljanog perifernog nerva.
Shodno tome, istraživači pokušavaju da razviju medicinske tehnike snimanja kako bi umanjili rizik od oštećenja nerava. Na primer, ultrazvuk i magnetna rezonanca (MRI) mogu pomoći hirurgu da odredi lokaciju nerava tokom procedure. Međutim, na ultrazvučnim slikama je izazovno razlikovati nerve od okolnog tkiva, dok je MRI skup i dugotrajan.
U tom pogledu, postoji obećavajući alternativni pristup poznat kao multispektralno fotoakustičko snimanje. Neinvazivna tehnika, fotoakustično snimanje kombinuje svetlosne i zvučne talase kako bi se stvorile detaljne slike tkiva i struktura u telu. U suštini, ciljni region se prvo osvetljava impulsnom svetlošću, što dovodi do blagog zagrevanja. Ovo, zauzvrat, uzrokuje širenje tkiva, šaljući ultrazvučne talase koje može pokupiti ultrazvučni detektor.
Istraživački tim sa Univerziteta Džons Hopkins nedavno je sproveo studiju u kojoj je detaljno okarakterisao apsorpcione i fotoakustične profile nervnog tkiva u bliskom infracrvenom (NIR) spektru. Njihov rad, objavljen u Journal of Biomedical Optics, vodio je dr Muiinatu A. Lediju Bell, vanredni profesor John C. Malone i direktor PULSE laboratorije na Univerzitetu Johns Hopkins.
Jedan od glavnih ciljeva njihove studije bio je da se odrede idealne talasne dužine za identifikaciju nervnog tkiva na fotoakustičnim slikama. Istraživači su pretpostavili da bi talasne dužine od 1630–1850 nm, koje se nalaze unutar NIR-III optičkog prozora, bile optimalan opseg za vizualizaciju nerva, pošto lipidi koji se nalaze u mijelinskom omotaču neurona imaju karakterističan apsorpcioni vrh u ovom opsegu.
Da bi testirali ovu hipotezu, izvršili su detaljna merenja optičke apsorpcije na uzorcima perifernih nerava dobijenim od svinja. Primetili su maksimum apsorpcije na 1210 nm, koji je pao u NIR-II opseg. Međutim, takav vrh apsorpcije prisutan je i kod drugih vrsta lipida. Nasuprot tome, kada je doprinos vode oduzet od spektra apsorpcije, nervno tkivo je pokazalo jedinstveni vrh na 1725 nm u NIR-III opsegu.
Pored toga, istraživači su sproveli fotoakustična merenja na perifernim nervima živih svinja koristeći prilagođenu postavku za snimanje. Ovi eksperimenti su dalje potvrdili hipotezu da se vrh u NIR-III opsegu može efikasno iskoristiti da bi se razlikovalo nervno tkivo bogato lipidima od drugih vrsta tkiva i materijala koji sadrže vodu ili koji imaju manjak lipida.
Zadovoljan rezultatima, Bel napominje: „Naš rad je prvi koji karakteriše spektre optičke apsorpcije svežih uzoraka svinjskih nerava koristeći širok spektar talasnih dužina, kao i prvi koji demonstrira in vivo vizualizaciju zdravih i regenerisanih svinjskih nerava sa multispektralno fotoakustičko snimanje u NIR-III prozoru.“
Sve u svemu, ovi nalazi bi mogli motivisati naučnike da dalje istražuju potencijal fotoakustičnog snimanja. Štaviše, karakterizacija profila optičke apsorpcije nervnog tkiva može pomoći u poboljšanju tehnika detekcije i segmentacije nerava kada se koriste drugi modaliteti optičkog snimanja.
„Naši rezultati ističu kliničko obećanje multispektralnog fotoakustičnog snimanja kao intraoperativne tehnike za određivanje prisustva mijelinskih nerava ili prevenciju nervnih povreda tokom medicinskih intervencija, sa mogućim implikacijama na druge tehnologije zasnovane na optici. Naši doprinosi tako uspešno uspostavljaju novu naučnu osnovu za zajednica biomedicinske optike“, zaključuje Bell.
