في تقدم علمي جديد، قام باحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة جنوب كاليفورنيا بتطوير تقنية تصوير طبية ثلاثية الأبعاد تتيح رؤية تفاصيل دقيقة داخل جسم الإنسان.
فحص جديد يمكن العلماء من رؤية ما بداخل جسم الإنسان بألوان ثلاثية الأبعاد
ابتكر الباحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة جنوب كاليفورنيا نهجًا جديدًا للتصوير الطبي ينتج بسرعة صورًا ملونة ثلاثية الأبعاد توضح البنية الفيزيائية للأنسجة الرخوة وكيفية عمل الأوعية الدموية. وقد تم بالفعل استخدام هذه التقنية لتصوير أجزاء عديدة من جسم الإنسان. ويقول العلماء إنه يمكن أن يؤدي إلى تصوير أفضل لسرطان الثدي، وتحسين تتبع تلف الأعصاب المرتبط بمرض السكري، وطرق جديدة لدراسة الدماغ.
لماذا تفشل أدوات التصوير الحالية؟
الموجات فوق الصوتية القياسية سريعة وبأسعار معقولة وتستخدم على نطاق واسع، ولكنها تظهر بشكل أساسي شكل الأنسجة في بعدين وتوفر مساحة عرض محدودة. يوفر التصوير الضوئي الصوتي نوعًا مختلفًا من المعلومات. وهو يعمل عن طريق إرسال ضوء الليزر إلى الجسم والكشف عن الموجات الصوتية الناتجة عندما تمتص جزيئات معينة هذا الضوء. وهذا يسمح للأطباء والباحثين برؤية الأوعية الدموية بالألوان البصرية ومراقبة تدفق الدم عبر الشرايين والأوردة. ومع ذلك، فإن التصوير الضوئي الصوتي لا يلتقط بنية الأنسجة التفصيلية بشكل جيد.
طرق التصوير الشائعة الأخرى، بما في ذلك التصوير المقطعي (CT) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، تأتي مع مقايضات. قد تتطلب هذه التقنيات عوامل تباين، أو تعرض المرضى للإشعاعات المؤينة، أو تكلفتها أكثر، أو تستغرق وقتًا طويلاً جدًا لاستخدامها بشكل متكرر.
الجمع بين التصوير بالموجات فوق الصوتية والتصوير الضوئي
للتغلب على هذه القيود، قام فريق البحث بتطوير RUS-PAT (التصوير المقطعي بالموجات فوق الصوتية الدورانية، RUST، جنبًا إلى جنب مع التصوير المقطعي الضوئي الصوتي، PAT). تم تطوير التصوير المقطعي الصوتي لأول مرة منذ أكثر من عقدين من الزمن على يد ليهونج وانج، أستاذ الهندسة الطبية والهندسة الكهربائية في برين، ورئيس أندرو وبيغي تشيرنج لقيادة الهندسة الطبية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. في تقنية PAT، تهتز جزيئات الأنسجة التي تمتص الضوء بعد تعرضها لنبضات ليزر قصيرة، مما ينتج إشارات صوتية يمكن قياسها وتحويلها إلى صور مفصلة.
وقال وانغ، الذي يشغل أيضًا منصب المسؤول التنفيذي للهندسة الطبية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، إن الهدف من المشروع الجديد هو دمج نقاط القوة في التصوير بالموجات فوق الصوتية والتصوير الضوئي الصوتي. ويوضح قائلاً: “لكن الأمر ليس مثل واحد زائد واحد”. “كنا بحاجة إلى إيجاد طريقة مثالية للجمع بين التقنيتين.”
تصميم أبسط وأكثر عملية
تعتمد أنظمة الموجات فوق الصوتية التقليدية على العديد من محولات الطاقة لإرسال واستقبال الموجات الصوتية، مما يجعل التكامل المباشر مع التصوير الضوئي الصوتي معقدًا للغاية ومكلفًا للاستخدام على نطاق واسع. وعلى النقيض من ذلك، يحتاج التصوير الضوئي الصوتي إلى الكشف بالموجات فوق الصوتية فقط. قاد هذا الاختلاف وانغ إلى فكرة جديدة. “فكرت، مهلًا، هل يمكننا فقط محاكاة الإثارة الضوئية للموجات فوق الصوتية في التصوير المقطعي الضوئي الصوتي، لكن نفعل ذلك بالموجات فوق الصوتية؟”
في التصوير الضوئي الصوتي، ينتشر ضوء الليزر عبر الأنسجة ويطلق موجات فوق صوتية يمكن قياسها. أدرك وانغ أن محول طاقة بالموجات فوق الصوتية واسع المجال يمكنه بدلاً من ذلك إرسال موجات صوتية عبر الأنسجة. يمكن لأجهزة الكشف نفسها بعد ذلك التقاط الإشارات من كلتا طريقتي التصوير.
يستخدم النظام النهائي عددًا صغيرًا من أجهزة الكشف على شكل قوس والتي تدور حول نقطة مركزية. يعمل هذا الإعداد بشكل فعال مثل كاشف نصف الكرة الأرضية الكامل، في حين يظل أبسط بكثير وأقل تكلفة.
أظهرت القدرة على الاستخدام البشري
“إن المزيج الجديد من التقنيات الصوتية والضوئية الصوتية يعالج العديد من القيود الرئيسية لتقنيات التصوير الطبي المستخدمة على نطاق واسع في الممارسة السريرية الحالية، والأهم من ذلك، أن جدوى التطبيق البشري قد تم إثباتها هنا في سياقات متعددة”، كما يقول الدكتور تشارلز واي. ليو، المؤلف المشارك للدراسة وزميل زائر في علم الأحياء والهندسة البيولوجية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. ليو هو أيضًا أستاذ في كلية كيك للطب في جامعة جنوب كاليفورنيا، ومدير مركز ترميم الأعصاب التابع لجامعة جنوب كاليفورنيا، ورئيس جراحة الأعصاب في مركز رانشو لوس أميجوس الوطني لإعادة التأهيل.
اقرأ أيضًا...
نظرًا لأنه يمكن استخدام هذه الطريقة في أي مكان يمكن أن يصل إليه الضوء، فقد يكون لـ RUS-PAT تطبيقات سريرية واسعة النطاق. وفي تصوير سرطان الثدي، يمكن أن يساعد الأطباء على تحديد موقع الورم مع الكشف أيضًا عن معلومات حول نشاطه البيولوجي. بالنسبة للمرضى الذين يعانون من الاعتلال العصبي السكري، يمكن أن تسمح هذه التقنية للأطباء بمراقبة بنية الأعصاب وإمدادات الأكسجين في فحص واحد. ويشير وانغ أيضًا إلى إمكاناته في أبحاث الدماغ، حيث يمكن للعلماء دراسة تشريح الدماغ مع مراقبة ديناميكيات تدفق الدم في نفس الوقت.
السرعة والعمق والاختبار المبكر
في الوقت الحاضر، يستطيع النظام تصوير الأنسجة بعمق يصل إلى حوالي 4 سنتيمترات. يمكن أيضًا توصيل الضوء باستخدام أدوات التنظير الداخلي، والتي قد تسمح بالوصول إلى مناطق أعمق من الجسم. يستغرق كل فحص RUS-PAT أقل من دقيقة واحدة.
يضع الإعداد الحالي محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية والليزر أسفل سرير المسح. وقد تم بالفعل اختبار النظام على متطوعين ومرضى من البشر، وهو الآن في المراحل الأولى من التحرك نحو الاستخدام السريري.
تفاصيل الدراسة والتمويل
الورقة تحمل عنوان “الموجات فوق الصوتية الدورانية والتصوير المقطعي الضوئي لجسم الإنسان”. المؤلفون الرئيسيون المشاركون هم يانغ تشانغ، وشواي نا، والدكتور جوناثان ج. روسين. أجرى تشانغ ونا العمل كباحثين ما بعد الدكتوراه في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، ويعملان الآن في جامعة تسينغهوا وجامعة بكين في بكين، على التوالي. ينتمي روسين إلى كلية كيك للطب في جامعة جنوب كاليفورنيا ومركز رانشو لوس أميجوس الوطني لإعادة التأهيل في داوني، كاليفورنيا.
من بين المساهمين الإضافيين في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا كارتيكيا ساستري، ولي لين (دكتوراه 20)، وجونفو تشنغ، ويلين لو، وشين تونغ (MS 21)، ويوجين آن، وبنغ هو (دكتوراه 23)، وعالم الأبحاث السابق كونستانتين ماسلوف. لين حاليا في جامعة تشجيانغ في مدينة هانغتشو، الصين. الدكتور تزي-ووي تان من كلية كيك للطب بجامعة جنوب كاليفورنيا هو أيضًا مؤلف مشارك. تم تمويل البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة.
المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily
تفتح هذه التقنية الجديدة آفاقًا واسعة في مجال الطب، مما يسهل تشخيص الأمراض وعلاجها بطرق أكثر فعالية. مع استمرار الأبحاث، يمكن أن نشهد تحولًا في كيفية فهمنا لجسم الإنسان.
