Multispectral optoacoustic tomography (MSOT) for clinical diagnosis and therapeutic monitoring of peripheral vascular disease (PVD)
Final Report Abstract
Periphere Gefäßerkrankungen (PVD) sind mit einer hohen Morbidität aufgrund mangelnder Blutversorgung peripherer Gewebe (meist der Unterschenkel und Füße) verbunden, die häufig eine Amputation der betroffenen Gliedmaßen zur Folge haben. Gegenwärtige diagnostische Verfahren, wie der Knöchel-Arm-Index und die Duplex-Sonographie, ermöglichen Aussagen über Morphologie und Hämodynamik der großen Gefäße, allerdings ist dadurch das ursächliche Problem für PVD, die ungenügende periphere Sauerstoffzufuhr, nicht direkt bewertbar. Deshalb wurde ein neues bildgebendes Verfahren, multispektrale optoakustische Tomographie (MSOT), für die Darstellung peripherer Blutgefäße weiterentwickelt und in einer klinischen Umgebung untersucht. MSOT ist eine vielversprechende Modalität zur in vivo biomedizinischen Diagnostik. Dabei wird Energie in Form von Lichtpulsen im Gewebe abgegeben, welches sich dadurch ausdehnt und ein Schallwellenmuster abgibt, das an der Gewebeoberfläche nicht-invasiv erfasst wird. Dies ermöglicht eine optische Bildgebung mit hoher Auflösung von Ultraschall und einer Gewebetiefe von mehreren Zentimetern. Da Hämoglobin einer der wichtigsten Absorber von Licht in Gewebe darstellt, ist das Blut- und Gefäßsystem mittels optoakustischer Bildgebung darstellbar. MSOT verwendet mehrere Anregungswellenlängen zur Quantifizierung spezifischer Absorber, so können die verschiedenen Oxygenierungszustände von Hämoglobin anhand ihrer Spektren quantifiziert werden. Im Rahmen des Projekts wurde ein neu entwickeltes MSOT-System in klinischen Studien eingesetzt. Die daraus resultierenden Aufnahmen von Blutgefäßen in den Unterschenkeln und Füßen wurden mit klinischen Ultraschalluntersuchungen verglichen. MSOT wurde in dieser Form als eine machbare klinische Modalität bewiesen. Darüber hinaus wurden, aufgrund der durch MSOT ermöglichten sensitiven Hämoglobin-Bildgebung, sowie Fortschritten bei der Nachbearbeitung von MSOT-Bildern, kleinere Blutgefäße bis zu einem Durchmesser von ca. 100 Mikrometern sichtbar gemacht, was mit der klinischen Ultraschalldiagnostik nicht möglich war. Aus den Ergebnissen dieses Projektes kann man schließen, dass MSOT eine vielversprechende Methode für die klinische vaskuläre Bildgebung ist, entweder als eigenständiges Gerät, wie in diesem Projekt verwendet, oder als Zusatz zu Ultraschallsystemen. Weitere Studien, auf bestimmte Anwendungen gerichtet, sind erforderlich.
Publications
- Multiscale multispectral optoacoustic tomography by a stationary wavelet transform prior to unmixing. IEEE Trans Med Imaging. 2014 May;33(5):1194-202
Taruttis A, Rosenthal A, Kacprowicz M, Burton NC, Ntziachristos V
(See online at https://doi.org/10.1109/TMI.2014.2308578) - Advances in real-time multispectral optoacoustic imaging and its applications. Nature Photonics 9 (4), 219-227
A Taruttis, V Ntziachristos
(See online at https://doi.org/10.1038/nphoton.2015.29) - Optoacoustic Imaging of Human Vasculature: Feasibility by Using a Handheld Probe. Radiology. 2016 Oct;281(1):256-63
Taruttis A, Timmermans AC, Wouters PC, Kacprowicz M, van Dam GM, Ntziachristos V
(See online at https://doi.org/10.1148/radiol.2016152160)
