Но какие звуки издают биологические структуры? Более того, как мы можем их слушать??
Используя взаимосвязь между размером и шагом, исследовательская группа под руководством Райерсона из Института биомедицинской инженерии, науки и технологий (iBEST) в Санкт-Петербурге. Больница Майкла недавно разработала настолько новый способ визуализации, что результаты их исследования были опубликованы в журнале Nature, Communication Physics.
Оценка этого прорыва начинается с основ фотоакустической (PA) визуализации, метода, который быстро набирает обороты в биомедицинских исследованиях. Как и его двоюродный брат Ультразвук (США), визуализация PA создает визуальное изображение биологических структур путем сбора звуковых волн.
В то время как американская технология визуализации включает в себя отправку звуковых волн в биологическую структуру и прослушивание эхо, когда они отражаются вокруг, технология визуализации PA делает нечто совершенно иное.
«С помощью фотоакустической визуализации мы проецируем свет на структуры, которые будут его поглощать, такие как кровеносные сосуды», – говорит д-р. Майкл Колиос, пионер в области визуализации, который руководил исследованием. "Световые волны заставляют биологические структуры нагреваться на крошечную долю, что вызывает почти незаметное увеличение объема. Когда это происходит, раздается звук, похожий на гром после удара молнии."
Большинство существующих методов визуализации PA измеряют амплитуду (громкость), отображая области, излучающие более громкие звуки, с более яркими пикселями. Команда под руководством Райерсона намеревалась разработать методику измерения частоты (высоты тона) звуков, излучаемых биологическими структурами.
«В зависимости от размера биологической структуры высота излучаемых ею звуковых волн может быть выше или ниже», – говорит д-р. Майкл Мур, ординатор по медицинской физике в больнице Гранд-Ривер в Китченере, который руководил исследовательской группой в качестве докторанта под руководством 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 назвали F-Mode (для частоты), которая позволила им разделить сигналы PA на разные полосы частот. Затем они успешно продемонстрировали селективное усиление признаков разного размера в образцах, от биологических клеток до живых личинок рыбок данио – и все это без использования контрастных красителей, которые обычно требуются другими современными методами визуализации.
Мур и Колиос сразу же отмечают, что ключом к их успеху была возможность работать в iBEST и с Dr. Сяо-Ян Вэнь и его команда в Центре передовых открытий лекарств для рыбок данио. «Без знаний и опыта команды Wen Lab было бы невозможно продемонстрировать, что наша техника работает», – говорит Мур.
Исследовательская группа, в которую входят докторанты Ryerson Biomedical Physics Эно Хизи и Муханнад Фадхель, в настоящее время предпринимает шаги по внедрению F-режима в клинические приложения, где он принесет широкую пользу. Например, способность сегментировать и улучшать характеристики различных шкал имеет значительный потенциал в таких областях, как офтальмология, нейрохирургия и обнаружение различных состояний, таких как гипертония.