Gambar fotoakustik dari kelenjar getah bening (kiri atas), gambar vaskular resolusi tinggi (kanan atas), gambar ultrasonografi resolusi tinggi fotoakustik ganda (bawah). Kredit: Sekolah Tinggi Teknik Grainger di Universitas Illinois Urbana-Champaign
Pencitraan diagnostik sangat diperlukan dalam perawatan kesehatan, karena memungkinkan dokter untuk mendeteksi dan mendiagnosis berbagai kondisi medis. Meskipun ada kemajuan yang signifikan dalam teknologi pencitraan, namun, teknik pencitraan tunggal yang ada sering kali gagal mengatasi semua skenario diagnostik, yang mengarah pada peningkatan ketergantungan pada berbagai jenis pencitraan dan biaya perawatan kesehatan yang lebih tinggi.
Menanggapi tantangan ini, para peneliti di University of Illinois Urbana Champaign telah mengembangkan teknik pencitraan modalitas ganda yang tidak hanya memberikan informasi diagnostik yang komprehensif tetapi juga memberikan solusi hemat biaya untuk penyedia layanan kesehatan.
Pencitraan USG (US) adalah alat diagnostik yang lazim dan banyak digunakan dalam perawatan kesehatan. Namun, ini dibatasi oleh kualitas gambar yang rendah dan harus sering dipasangkan dengan metode pencitraan berkualitas lebih tinggi dan lebih mahal, seperti MRI. Untuk meningkatkan pencitraan AS, asisten profesor teknik kelistrikan dan komputer Yun-Sheng Chen dan Yang Zhao, bersama dengan mahasiswa pascasarjana ECE Shensheng Zhao, pencitraan fotoakustik (PA) terintegrasi, pencitraan ultrasonografi beresolusi super, dan metode pengoptimalan terbatas-sparsity untuk membuat dual-modalitas, teknik pencitraan medis super-resolusi. Penelitian baru ini, “Hybrid Photoacoustic and Fast Super-Resolution Ultrasound Imaging,” baru-baru ini diterbitkan di Nature Communications.
Zhao menyoroti bahwa alat pencitraan baru ini menampilkan “lebih banyak aksesibilitas, portabilitas, dan efektivitas biaya. Teknik ini secara signifikan lebih murah daripada teknik pencitraan medis klinis, sambil memberikan fungsi serupa.”
Teknik pencitraan tradisional paling efektif dalam mengidentifikasi penyakit ketika pasien menunjukkan perubahan struktural pada organ mereka. Sayangnya, pada saat perubahan ini terlihat, penyakit ini sering berkembang menjadi stadium lanjut. Untuk mengatasi kekurangan ini, para peneliti bertujuan untuk mengembangkan teknik pencitraan yang lebih komprehensif yang mampu mendeteksi kelainan fisiologis dan biokimia tambahan seperti perubahan aliran darah dan oksigenasi jaringan. Dengan menggabungkan dua pendekatan pencitraan berbasis ultrasonografi yang baru muncul, tim berharap dapat memfasilitasi deteksi penyakit lebih awal, yang berpotensi meningkatkan hasil dan prognosis pasien.
Pencitraan fotoakustik adalah teknik yang memanfaatkan cahaya dari pulsa laser, yang diserap oleh jaringan dalam tubuh, menghasilkan sinyal ultrasound yang menghasilkan gambar. Menariknya, setiap jaringan menunjukkan tanda tangan yang unik setelah berinteraksi dengan cahaya, memungkinkan struktur dan isi jaringan dapat diidentifikasi. Pencitraan PA dapat memvisualisasikan proses fisiologis dan biokimia dalam tubuh, seperti kandungan oksigen darah, komposisi jaringan, peradangan, dan distribusi agen pencitraan (informasi fungsional). Terlepas dari kekuatan pencitraan PA, itu juga memiliki keterbatasan – resolusinya terbatas, membuatnya tidak dapat menyelesaikan struktur halus seperti mikrovaskulatur, yang merupakan target penting dalam berbagai penyakit, termasuk kanker dan penyakit ginjal.
Pencitraan ultrasonografi resolusi tinggi menggunakan gelembung mikro sebagai agen kontras yang mengalir dalam aliran darah dan menghasilkan sinyal ultrasonografi yang sangat kuat. Pemrosesan sinyal tingkat lanjut digunakan untuk menghilangkan sinyal latar belakang jaringan ultrasound, hanya berfokus pada sinyal agen pencitraan individu dalam aliran darah. Teknik ini dapat mencapai resolusi tinggi, menjadikannya ideal untuk pencitraan mikrovaskulatur dan mengukur aliran darah yang sesuai. Karena USG beresolusi tinggi dan pencitraan fotoakustik dapat berbagi sistem pencitraan ultrasound yang sama, keduanya sangat cocok untuk mengembangkan pencitraan modalitas ganda.
Menggabungkan pencitraan AS beresolusi super dengan pencitraan PA mungkin terdengar mudah, tetapi setiap teknik memiliki persyaratan perangkat keras dan kecepatan akuisisi sendiri. Kecepatan perolehan yang berbeda sangat penting, karena gerakan alami pasien, seperti pernapasan dan detak jantungnya, dapat menyebabkan informasi yang dicitrakan bergeser seiring waktu.
Penerapan pengoptimalan yang dibatasi sparsity pada pemrosesan sinyal menyelaraskan kecepatan kedua teknik pencitraan, memungkinkan pemindaian area pencitraan yang lancar. Pendekatan ini memungkinkan mereka untuk mempercepat laju bingkai pencitraan ultrasonografi beresolusi tinggi hingga 37 kali dengan data sintetik dan 28 kali dengan data in vivo. Kecepatan pencitraan yang cocok memungkinkan perekaman yang disisipkan dari dua jenis pencitraan, memungkinkan pendaftaran bersama komposisi kimia, aliran darah, dan struktur yang berhasil.
Tim peneliti mendemonstrasikan teknik terobosan mereka dalam dua skenario kritis in vivo—kelenjar getah bening dan ginjal. Kelenjar getah bening adalah salah satu tempat pertama kanker akan bermetastasis, dan dokter akan memeriksa kelenjar getah bening pasien untuk menentukan apakah limfadenektomi diperlukan. Untuk proses ini, penting untuk mengetahui letak kelenjar getah bening dan memvisualisasikan pembuluh darah kompleks yang mengelilingi sel kanker. Dengan teknik saat ini, pembuluh darah dapat dilihat, atau kelenjar getah bening dapat ditemukan, tetapi tidak keduanya. Teknik baru ini telah menunjukkan bahwa ia dapat memberikan informasi tentang lokasi kelenjar getah bening dan pembuluh darah.
Ginjal adalah bidang perhatian penting lainnya, karena sekitar 15% orang Amerika akan mengembangkan penyakit ginjal dan 40% dari mereka yang menderita penyakit ginjal kronis tidak menyadari kondisinya sampai pencitraan diagnostik dilakukan. Pembuluh darah dan oksigenasi ginjal memainkan peran penting dalam perkembangan penyakit ginjal kronis. Namun, seperti dalam kasus kelenjar getah bening, modalitas pencitraan saat ini tidak dapat menangkap informasi struktural dan fungsional secara memadai. Modalitas pencitraan ganda memungkinkan identifikasi tidak hanya pembuluh darah ginjal yang berbeda tetapi juga fungsi jaringan ginjal.
Chen menyoroti bahwa “manfaat utama dari pencitraan ini adalah dapat memberikan informasi multi-dimensi. Kita dapat menambahkan lapisan pencitraan yang berbeda. Satu lapisan dapat bersifat struktural, dan lapisan lainnya dapat berfungsi.” Di masa depan, mereka bertujuan untuk menggabungkan lapisan lain—informasi molekuler—untuk mengamati perubahan pada tingkat molekuler atau bahkan genetik, di mana sebagian besar penyakit muncul.
Tim, bersama kolaborator lain di kampus, sangat antusias dengan aplikasi potensial dari metode pencitraan baru ini. Mereka tertarik menggunakan metode tersebut untuk menyelidiki penyakit otak neurodegeneratif. Mempertimbangkan peran penting pasokan oksigen dalam fungsi otak, teknik pencitraan ini dapat menawarkan alat yang ampuh untuk pencitraan pembuluh darah yang mengantarkan oksigen ke otak.
Informasi lebih lanjut: Shensheng Zhao et al, Fotoakustik hibrida dan pencitraan ultrasonografi beresolusi super cepat, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37680-w
Disediakan oleh Fakultas Teknik Universitas Illinois Grainger
Kutipan: Para peneliti mengembangkan teknik pencitraan modalitas ganda berbiaya lebih rendah untuk memfasilitasi deteksi penyakit lebih awal (2023, 19 April) diambil 19 April 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-04-dual-modality-imaging-technique -penyakit-sebelumnya.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.