مقالات

باحثون: تطوير تقنية جديدة تستخدم الليزر والموجات الصوتية لأخذ صور مقطعية للجسم

تمكن علماء من إبتكار طريقة تصوير جديدة بواسطة تقنية الليزر والموجات فوق الصوتية كإنجاز علمي تم اختباره بنجاح على الحيوانات 

الملخص

  • هذه التقنية تقوم بتوجيه موجات الليزر نحو الخلايا مما يجعلها ترد بموجات فوق صوتية يمكن إلتقاطها.
  • توفر هذه التقنية التصوير الحي والمباشر للأعضاء الداخلية. يمكن تصوير أجسام الحيوانات الصغيرة كالفئران بشكل كامل في أقل من دقيقة.
  • توفر وضوح للصورة كافي لرؤية الأعضاء الداخلية، تدفق الدم، خلايا الدم السرطانية وهي تتنقل، والسيالات (الإشارات) العصبية في الدماغ.
  • التقنية الجديدة تُمكن الباحثون من مشاهدة كيف يتحرك الدواء في جسم الحيوان وكيف تستجيب له الأعضاء الداخلية.
  • عندما يصل ضوء الليزر إلى الخلية، يجعلها تسخن وتتوسع، هذا يخلق موجات فوق صوتية.

 

تقنية الليزر الجديدة تمكننا من الرؤية بشكل مباشر وحقيقي داخل أجسام الحيوانات الصغيرة. هذه التقنية التي تستخدم الضوء والموجات فوق الصوتية تعطينا وضوح كاف لرؤية الأعضاء الداخلية، تدفق الدم، خلايا الدم السرطانية وهي تنتقل من مكان لآخر، والسيالات (الإشارات) العصبية في الدماغ. أيضاً تُمكن الباحثون من رؤية كيف تستجيب الأعضاء الداخلية للأدوية.

استخدام الليزر للتصوير

صور لأعضاء داخلية لفأر تجارب استخدم فيها التصوير الضوئي الصوتي*

استخدم الباحثون، ومقرهم في جامعة دوك ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، تقنية تسمى* “التصوير المقطعي المحوسب للنبضة الأحادية”  لإنتاج الصور. يتم إستغلال الضوء والموجات فوق الصوتية للرؤية داخل الحيوانات الحية. تُوفر هذه التقنية صور مقطعية للأعضاء الداخلية.

المصطلحات السابق ذكرها بالإنجليزية:

* التصوير الضوئي الصوتي: Photoacoustic Imaging

* التصوير المقطعي المحوسب للنبضة الأحادية: Single-Impulse Photoacoustic Computed Tomography SIP-PACT

يقول الدكتور جونجي ياو وهو مشارك في هذه الدراسة وأستاذ مساعد في الهندسة الطبية الحيوية في جامعة دوك: “التصوير الضوئي الصوتي كان يُتوقع أنه قادر على الحصول على صور حية للأعضاء الداخلية كاشفة عن العديد من المعلومات الوظيفية”. ويضيف: “مع التقدم في هذه التقنية يمكن للباحثين مراقبة تحرك الأدوية في جميع أنحاء الحيوان وقياس استجابة الأعضاء لها بسهولة”.

” التصوير الضوئي الصوتي يجمع العديد من طرق التصوير المختلفة في طريقة واحدة”

يوفر المجهر التقليدي القائم على الضوء light-based microscopy صور عالية الدقة والوضوح لوظائف الأنسجة الداخلية بناءاً على الطول الموجي (لون) الضوء الذي تمتصه هذه الأنسجة، أو تعكسه، أو تصدره. على سبيل المثال، يمتص الميلانين ضوء الأشعة تحت الحمراء، في حين أن رد فعل الدم للضوء تختلف تبعاً لكمية الأوكسجين. لكن كمية الضوء المبعثرة الكبيرة عند دخولها في الأنسجة يقلل من عمق هذا النوع من التصوير إلى بضعة مليمترات فقط.

صور حية لأعضاء الفار الداخلية بالتصوير الضوئي الصوتي

صور لأعضاء الفأر الداخلية. التقدم في التقنية سمحت بتصوير عدة مقاطع من فأر حي بشكل مباشر لجميع الجسم بواسطة الضوء والموجات فوق الصوتية

على النقيض من ذلك، فإن الموجات فوق الصوتية تنتقل بسهولة خلال الأنسجة. هذا مايجعلها تصل حتى الأعضاء الداخلية. لكنها مع ذلك لا تستطيع قراءة المكونات الكيميائية للأنسجة كما يفعل الضوء.


الرنين المغناطيسي أيضاً يستطيع الوصول إلى الأنسجة الداخلية. لكنه يتطلب مجال مغناطيسي قوي بالإضافة إلى الحاجة إلى زمن أطول لأخذ الصور يصل إلى دقائق.

الأشعة السينية والتصوير بالانبعاث البوزيتروني PET تعطي كميات عالية من الإشعاع يجعلها غير عملية في الفحوصات الطويلة.

لكن التصوير الضوئي يستخدم نبضات ليزر قوية قصيرة تجعل الخلايا ينبعث منها موجات فوق صوتية لا تواجه هي بدورها عوائق في التنقل بين الأنسجة. في هذه التقنية، تمت إضافة مزايا الموجات فوق الصوتية (السرعة – العمق في النسيج) إلى مزايا التصوير الضوئي (الوظيفة).

لقد قام الفريق ببناء جهاز دائري للكشف عن الموجات فوق الصوتية ونظام معالجة بيانات سريع قادر على تحديد موضع الموجات الصوتية القادمة داخل الحيوان. النتيجة هي طريقة تصوير قادرة على الكشف إلى 5 سم داخل الأنسجة الحية مع الحفاظ على المعلومات الوظيفية الهائلة التي يقدمها المجهر الإلكتروني.

المكونات الداخلية لأمعاء فأر

مشاهد مباشرة للمكونات الداخلية لأمعاء الفأر بواسطة التصوير الضوئي الصوتي. موجات ضوء تجعل الخلايا تنتج موجات فوق صوتية

قال الدكتور ياو، الذي يعمل على تطوير هذه التكنولوجيا منذ ما يقرب من عقد من الزمان: “هذا يشبه جمع أشعة الشمس الحارقة في فترة الصيف لمدة ثانية، ومن ثم تكثيفها وتوجيهها نحو مساحة صغيرة كأظافر اليد في مدة نانو ثانية واحدة”.

ويضيف: “عندما يصل ضوء الليزر إلى الخلية، يجعلها تسخن وتتوسع بشكل مباشر، هذا يخلق موجات فوق صوتية. هذا يشبه الفرق بين دفع شئ لتحريكه ببطء أو دفعه لإحداث إهتزاز. توفر هذه الطريقة معلومات من جميع الزوايا، لذلك أنت لا تريد خسارة أي معلومة. يمكنك مشاهدة كيف يقوم الجسم بوظائفه بشكل حي ومباشر. مثلاً ضخ الدم بواسطة القلب، توسع الشرايين، وظائف الأنسجة المختلفة”.

من التطبيقات التي يمكن من خلالها استغلال هذه التقنية هو تعقب تحركات الخلايا السرطانية. على سبيل المثال شرحوا كيف أنه من الممكن تعقب خلايا الجلد melanoma cells وهي تتحرك في الأوعية الدموية في الفئران. أيضاً نشروا صور للسيالات (الإشارات) العصبية في كامل الدماغ بشكل مباشر.

صور الدماغ وظيفية

صور حية داخل دماغ الفأر تتعقب السيالات (الإشارات) العصبية بطريقة مشابهة للرنين المغناطيسي الوظيفي

يختتم الدكتور ياو حديثه: “هذه الطريقة قوية لأنها لا تعتمد على حقن أي نوع من أنواع الصبغة. هذا يجعلنا نتأكد  أن التغيرات في الصور  ليست نتيجة لعوامل خارجية. نحن نتوقع أن هذه التقنية لديها إمكانيات كبيرة في المستقبل لتطبيقها في الفحوصات الإكلينيكية”.

 

رابط مصدر الخبر : 

Drug testing breakthrough as researchers reveals incredible laser system that lets them see inside animals organs in real time.

الإعلانات

التعليقات