국소 마취가 필요한 침습적 의료 시술에는 신경 손상 위험이 있는 경우가 많습니다. 수술 중 외과 의사는 실수로 신경을 자르거나 늘리거나 압박할 수 있으며, 특히 신경이 다른 조직으로 오인되는 경우 더욱 그렇습니다. 이로 인해 환자는 감각 및 운동 문제를 포함한 장기적인 증상을 경험할 수 있습니다. 마찬가지로, 신경 차단이나 다른 유형의 마취를 받는 환자는 바늘이 표적 말초 신경으로부터 올바른 거리에 있지 않으면 신경 손상을 입을 수 있습니다.

이에 연구자들은 신경 손상 위험을 줄이기 위한 의료 영상 기술 개발에 열심히 노력해 왔습니다. 예를 들어, 초음파와 자기공명영상(MRI)은 외과 의사가 수술 중 신경의 위치를 ​​정확히 찾아내는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 초음파 영상에서 신경을 주변 조직과 구별하는 것은 어렵고 MRI는 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸립니다.

존스 홉킨스 대학교 연구진은 침습적 의료 시술 중 신경 손상을 방지하고 최적의 신경 시각화를 위한 핵심 파장을 식별할 수 있는 다중 스펙트럼 광음향 영상의 잠재력을 강조합니다.

돼지 척골 신경(왼쪽)과 정중 신경(오른쪽)의 광음향 영상이 생체 내에서 처음으로 기록되었습니다. 신경은 1725nm 빛으로 조명되었고 공초점 초음파 이미지에 겹쳐졌습니다. 또한 신경 및 주변 아가로즈 관심 영역(ROI)의 윤곽이 표시됩니다. 출처: M. Graham et al., doi10.1117/1.JBO.28.9.097001

TA GPH14광음향 이미징의 전망

이와 관련하여 유망한 대안은 다음과 같습니다. 다중 스펙트럼 광음향 이미징. 비침습적 기술인 광음향 이미징은 빛과 음파를 결합하여 인체 조직과 구조에 대한 상세한 이미지를 생성합니다. 기본적으로 대상 영역은 먼저 펄스 광으로 조명되어 약간 가열됩니다. 이로 인해 조직이 확장되어 초음파 검출기에 의해 감지되는 초음파가 방출됩니다.

Johns Hopkins University 연구팀은 최근 전체 근적외선(NIR) 스펙트럼 범위에 걸쳐 신경 조직의 흡수 및 광음향 특성을 철저하게 특성화하는 연구를 수행했습니다. 그들의 연구 결과는 9월 4일 Journal of Biomedical Optics에 게재되었으며 John C. Malone의 부교수이자 Johns Hopkins University의 PULSE 연구소 소장인 Muyinatu A. Lediju Bell 박사가 주도했습니다.

연구의 주요 목표 중 하나는 광음향 영상에서 신경 조직을 식별하는 데 이상적인 파장을 결정하는 것입니다. 연구자들은 근적외선 III 광학 창 내에 위치한 1630-1850 나노미터의 파장이 신경 시각화를 위한 최적의 파장 범위가 될 것이라고 가정했습니다. 왜냐하면 신경 미엘린의 지질은 이 범위에서 특징적인 흡수 피크를 갖기 때문입니다.

이 가설을 테스트하기 위해 그들은 말초 신경 샘플에 대한 상세한 광 흡수 측정을 수행했습니다. 그들은 근적외선 II 대역에 속하는 1210나노미터의 파장에서 흡수 피크를 관찰했습니다. 그러나 이 흡수 피크는 다른 유형의 지질에도 존재합니다. 대조적으로, 흡수 스펙트럼에서 물의 기여도를 빼면 신경 조직은 1725nm의 근적외선 III 범위에서 독특한 피크를 나타냅니다.

실제 테스트 및 영향

또한 연구원들은 맞춤형 영상 장치를 사용하여 살아있는 돼지의 말초 신경에 대한 광음향 측정을 수행했습니다. 이러한 실험은 근적외선 III 대역의 피크를 사용하면 지질이 풍부한 신경 조직과 다른 유형의 조직뿐만 아니라 수분 함유 또는 지질이 부족한 물질을 효과적으로 구별할 수 있다는 가설을 더욱 확증했습니다.

Bell은 결과에 만족하며 다음과 같이 말했습니다. "우리 연구는 신선한 돼지 신경 샘플의 광학 흡광도 스펙트럼을 특성화하기 위해 넓은 파장 분광학을 사용한 최초의 작업이며, 건강하고 재생된 돼지 신경의 생체 내 시각화를 보여주기 위해 근적외선 III 창에서 다중 스펙트럼 광음향 이미징을 사용한 최초의 작업입니다."

이러한 발견은 과학자들이 광음향 이미징의 잠재력을 더욱 탐구하도록 영감을 줄 수 있습니다. 또한, 신경 조직 광 흡수 프로파일의 특성화는 다른 광학 이미징 양식을 사용할 때 신경 감지 및 분할 기술을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.

"우리 연구 결과는 수초 신경의 존재를 확인하거나 의료 개입 중 신경 손상을 예방하는 데 사용할 수 있는 수술 중 기술로서 다중 스펙트럼 광음향 영상의 임상적 가능성을 강조하고 다른 광학 기반 기술에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 우리의 기여는 생체의학 광학 커뮤니티를 위한 새로운 과학적 기반을 성공적으로 확립했습니다."