חוקרי קלטק פיתחו טכנולוגיית הדמיה רפואית מהפכנית, טומוגרפיה וקטורית פוטו-אקוסטית (PAVT), המצלמת באופן לא פולשני כלי דם עמוקים ומנתחת את זרימת הדם. שיטה פורצת דרך זו עולה על טכניקות הדמיה מסורתיות על ידי מתן תובנות מפורטות הן לגבי הנוכחות והדינמיקה של כלי הדם. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
טכנולוגיית טומוגרפיה וקטורית פוטו-אקוסטית (PAVT) החדשה של Caltech מאפשרת הדמיה לא פולשנית פורצת דרך של כלי דם עמוקים וניתוח מפורט של דינמיקת זרימת הדם.
מספר רב של בעיות בריאותיות, וכתוצאה מכך הטיפולים הרפואיים בהן, כרוכים בזרימת הדם בגוף. התקפי לב נגרמים על ידי זרימת דם מוגבלת לשריר הלב. תסמינים רבים של סוכרת הם תוצאה של כלי דם פגומים. גידולים, בינתיים, מקדמים לעתים קרובות את הצמיחה של כלי דם חדשים המספקים דם ספציפית אליהם. וזרימת הדם היא פרמטר פיזיולוגי מכריע למדידת תפקוד המוח.
בשל כך, אנשי מקצוע רפואיים רוצים להיות מסוגלים לבחון את כלי הדם ולהעריך את מצבם, אך כאשר רבים מכלים אלו קבורים די עמוק בגוף, בדיקה כזו עלולה להיות קשה ללא ניתוח חקר.
מחקר חדש שנערך במעבדה של ליהונג וואנג מ-Caltech, ברן פרופסור להנדסה רפואית והנדסת חשמל, מאפשר כעת לדמיין כלי דם עמוקים בבני אדם, ואפילו את הדם הזורם דרכם, בצורה לא פולשנית.
טכנולוגיית הדמיה חדשנית: PAVT
במאמר שפורסם בכתב העת טבע הנדסה ביו-רפואית, וואנג ועמיתיו מתארים את הטכנולוגיה הזו, שאותה הם מכנים פוטו-אקוסטית וקטור טומוגרפיה, או PAVT. טכנולוגיה זו דומה במובנים רבים לטכנולוגיות הדמיה פוטו-אקוסטיות אחרות של וואנג, העושות שימוש באור לייזר הנספג היטב בהמוגלובין, המולקולה נושאת החמצן המצוי בתאי דם אדומים.
האנרגיה שמולקולות ההמוגלובין קולטות מהלייזר גורמת להן לרטוט על-קולית. תנודות אלה נעות בכל הרקמה עד שהן מגיעות אל פני העור, שם הן מזוהות על ידי חיישנים המחוברים למחשב. לאחר מכן המחשב יוצר תמונה של תכונות הרקמה, במקרה זה, כלי הדם.
זו לא הפעם הראשונה שהמעבדה של וואנג מראה את היכולת לצלם כלי דם באמצעות טכנולוגיה פוטו-אקוסטית, אבל השיטה החדשה יכולה לדמיין זרימת דם עמוקה יותר בגוף האדם ממה שהיה אפשר בעבר ומראה לראשונה לא רק את נוכחותם של כלי דם ו מצב החמצון שלהם אבל אֵיך הדם זורם דרך כלי הדם.
פריצת דרך בהדמיית זרימת דם
"בעבר, יכולנו להראות רק את הגדלים של כלי הדם, ריכוזי הדם ורווי החמצן", אומר וואנג, גם יו"ר ההנדסה הרפואית של אנדרו ופגי צ'רנג. "כעת, אנו יכולים למדוד את הזרימה הווקטורית, המציינת גם את קצב הזרימה וגם את הכיוון.
התחום שלנו עובד על טכנולוגיה פוטו-אקוסטית כבר יותר מ-20 שנה, אבל אף אחד לא חזה דבר כזה. הפתענו את עצמנו כי התחום שלנו לא חשב שזה אפשרי".
"כשראיתי לראשונה את התמונות שלנו של זרימת הדם, נדהמתי לחלוטין", אומר יאנג ג'אנג, הכותב הראשי ועמית מחקר פוסט-דוקטורט בהנדסה רפואית. "החלק המרגש ביותר בעבודה הזו הוא שסינרגנו את ההנדסה והפיזיולוגיה כדי להתגבר על מכשול שנחשב בעבר בלתי עביר על ידי השטח."
הצוות מסוגל לראות את הכיוון ואת קצב הזרימה מכיוון של-PAVT יש רזולוציה עדינה עד כדי כך שהוא יכול לזהות אותות הנובעים מהתפלגות של תאי דם אדומים בעומק הגוף. אלגוריתם המשולב במערכת עוקב אחר תנועת ההתפלגות הללו ומסיק את המהירות והכיוון של הזרימה. זה בערך כמו איך גוגל קובעת כמה תנועה כבדה בכביש מהיר על ידי הסתכלות על המהירות שבה נעים טלפונים ניידים באזור זה.
החוקרים משערים כי התמונות והסרטונים שלהם של זרימת הדם של בני אדם מוקלים על ידי התפלגות הטרוגנית של תאי דם אדומים, הנובעת, בין השאר, מהאופן שבו כלי הדם בנויים בכל הגוף.
במפגש של נהר האמזונס והריו נגרו בברזיל, ניתן לראות את המים מכל נהר זורמים במקביל ונשארים לא מעורבבים במשך זמן מה לאחר שהנהרות מצטרפים. ניתן לראות תופעות דומות בכלי דם. קרדיט: Portal da Copa/Wikimedia Commons
וואנג משווה את המצב בעורקים למה שקורה כששני נהרות בעלי איכויות מים שונות, אחד צלול ואחד בוצי, למשל, מתחברים לנחל אחד גדול יותר. במפגש כזה, לא נדיר לראות את הנחלים נשארים לא מעורבבים למרחק רב גם בזמן שהם זורמים באותו ערוץ.
תופעה דומה נראית כאשר שני ורידים הנושאים דם עם תכולת דם שונה (מחומצן ולא מחומצן) מתחברים זה לזה. למרות שהדם משני הכלים האלה הצטרף כזרם יחיד, הוא יישאר לא מעורבב לזמן מה. מערכת ה-PAVT יכולה להבחין בתיקונים הלא-מעורבים הללו ולעקוב אחר תנועתם.
ומכיוון שתאי דם אדומים סופגים אור לייזר ממערכת ה-PAVT באופן שונה, תלוי אם הם מחומצנים או לא, PAVT יכול גם לקבוע כמה חמצן הדם בכלי מסוים נושא. "זה מאפשר לנו לכמת את צריכת החמצן, שהיא מדד חשוב לחילוף החומרים", מוסיף וואנג.
בנוסף לוואנג וג'אנג, מחברים שותפים נוספים הם ג'ושוע אולייק-גיבסון, סטודנט לתואר שני בהנדסה רפואית, ואנג'ול ח'דריה, לשעבר עמית מחקר פוסט-דוקטורט ב-Caltech.
המימון למחקר ניתן על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאות.
