Знаете ли вы, что у музыки и диагностических изображений есть что-то общее? Звуки имеют более низкую или более высокую высоту звука в зависимости от размера объекта, который их создает. Тубы и контрабасы большие и издают глубокие низкие звуки, в то время как флейты и скрипки маленькие и издают высокие звуки. Интересно то, что тот же эффект возникает, когда биологические структуры, такие как клетки или ткани, излучают звук — высота звука зависит от размера.
Но какие звуки издают биологические структуры? Кроме того, как мы можем их слушать?
Воспользовавшись корреляцией между размером и высотой тона, исследовательская группа под руководством Райерсона, работающая в Институте биомедицинской инженерии, науки и технологий (iBEST) при больнице Святого Михаила, недавно разработала такой способ визуализации, что результаты их исследований были опубликованы в журнал природы, физика связи .
Оценка этого прорыва начинается с основ фотоакустической визуализации (PA), способа, который быстро набирает обороты в биомедицинских исследованиях . Как и его кузен Ультразвук (США), ПА изображений создает визуальное изображение биологических структур путем сбора звуковых волн .
В то время как технология обработки изображений в США предполагает отправку звуковых волн в биологическую структуру и прослушивание эхо-сигналов по мере их отскока, технология создания изображений с помощью ПА делает что-то совершенно другое.
«С помощью фотоакустической визуализации мы проецируем свет на структуры, которые будут поглощать его, такие как кровеносные сосуды», — говорит доктор Майкл Колиос, пионер визуализации ПА, который руководил исследованием. «Световые волны заставляют биологические структуры нагреваться крошечной долей, что вызывает почти незаметное увеличение громкости. Когда это происходит, звук генерируется, как гром после удара молнии».
Большинство существующих методов визуализации PA измеряют амплитуду (громкость), отображая области, излучающие более громкие звуки с более яркими пикселями. Под руководством команды Райерсона была разработана методика, которая измеряла бы частоту (высоту) звуков, излучаемых биологическими структурами .
«В зависимости от размера биологической структуры высота звуковых волн, которые она излучает, будет выше или ниже», — говорит д-р Майкл Мур, медицинский физик, проживающий в больнице Гранд-Ривер в Китченере, возглавлявший исследовательскую группу в качестве докторанта. под наблюдением Колиоса. «Если бы мы могли фильтровать входящие звуки по частоте, мы могли бы создавать изображения, которые фокусируются на структурах определенного размера, что помогло бы выявить особенности, которые в противном случае могли бы быть скрытыми или менее заметными».
Команда разработала технику, которую они называют F-Mode (для частоты), которая позволила им разделить сигналы PA на разные полосы частот. Затем они успешно продемонстрировали избирательное усиление характеристик различных размеров в образцах, начиная с биологических клеток и заканчивая живыми личинками рыбок данио, и все это без использования контрастных красителей, которые обычно требуются другими современными методами визуализации.
Мур и Колиос быстро указывают на то, что ключом к их успеху была возможность работать в iBEST, а также с д-ром Сяо-Яном Вэнь и его командой в Центре передовых исследований лекарств Zebrafish. «Без знаний и опыта команды Wen Lab было бы невозможно доказать, что наша техника работает», — говорит Мур.
Исследовательская группа, в которую входят кандидаты на получение степени доктора биомедицинской физики Райерсона Ино Хизи и Муханнад Фадхель, в настоящее время предпринимает шаги по переводу F-Mode в клинические приложения, где это будет иметь широкую пользу. Например, способность сегментировать и улучшать характеристики различных масштабов имеет значительный потенциал в таких областях, как офтальмология, нейрохирургия и обнаружение различных состояний, таких как гипертония.
