Более 40 миллиардов капилляров – крошечных, похожих на волосы кровеносных сосудов – призваны нести кислород и питательные вещества в самые отдаленные уголки человеческого тела. Но, несмотря на их огромное количество и огромную важность для основных функций и обмена веществ, об их внутренней работе известно немного.
Теперь команда Северо-Западного университета разработала новый инструмент, который отображает кровоток в этих крошечных сосудах, давая представление об этой центральной части кровеносной системы человека. Техника трехмерной визуализации, называемая спектрально-контрастной оптической когерентной томографией (SC-OCTA), может обнаруживать тонкие изменения в организации капилляров для ранней диагностики заболеваний.
"Наблюдается прогрессивный толчок к визуализации все меньших и меньших кровеносных сосудов и предоставлению более полной функциональной информации," сказал Вадим Бакман, руководивший исследованием. "Теперь мы можем видеть даже самые маленькие капилляры и измерять кровоток, оксигенацию и скорость метаболизма."
Статья была опубликована на прошлой неделе в журнале Light: Science and Applications. Бакман – профессор биомедицинской инженерии Уолтера Дилла Скотта в инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета. Он является со-руководителем программы исследований рака и физических наук в больнице Роберта Х. Комплексный онкологический центр Лурье Северо-Западного университета.
Исследователи и врачи уже давно могут заглядывать внутрь крупных вен и артерий с помощью ультразвуковой допплерографии, который использует высокочастотные звуковые волны для измерения кровотока. Но это понимание не дает полного представления о системе кровообращения. В отличие от вен и артерий, капилляры отвечают за кислородный обмен или доставляют кислород к органам и тканям по всему телу, выводя углекислый газ. Низкий уровень кислорода в крови может вызвать легкие проблемы, такие как головные боли, до серьезных проблем, таких как сердечная недостаточность.
"У вас может быть отличный кровоток по артериям, но при этом кровь не будет отправлять кислород тканям, если у вас нет правильного микрососудов," Бакман сказал. "Кислородный обмен важен для всего организма. Но многие вопросы о том, что происходит в микроциркуляторном русле, остались без ответа, потому что не было инструмента для их изучения. Теперь мы можем решить эту проблему."
"SC-OCTA – ценный диагностический инструмент," добавил Джеймс Винкельманн, аспирант лаборатории Бакмана и первый автор исследования. "Теперь мы можем обнаруживать изменения в организации капилляров, которые проявляются в различных состояниях, от рака до сердечно-сосудистых заболеваний. Раннее обнаружение этих заболеваний может спасти жизни."
Исследователям было трудно заглянуть внутрь капилляров из-за микроскопических размеров сосудов. Диаметр одного капилляра составляет всего 5-10 микрон – он настолько мал, что красные кровяные тельца должны проходить через него одним целым.
SC-OCTA работает, комбинируя спектроскопию, которая рассматривает различные длины волн видимого света или цветовые спектры, с обычной оптической когерентной томографией (ОКТ), которая похожа на ультразвук, за исключением того, что использует световые волны вместо звуковых волн. Подобно радару, ОКТ выявляет интересующую ткань, а затем ее характеризует спектроскопия.
SC-OCTA имеет много преимуществ по сравнению с традиционной визуализацией: он не полагается на вводимые красители для контраста или вредного излучения. Многие типы визуализации также работают только в том случае, если интересующая область движется (например, ультразвук может отображать кровь только тогда, когда она течет) или полностью неподвижна. SC-OCTA может получить четкое изображение как. Это позволяет ему отображать застойную кровь или движущиеся органы, такие как бьющееся сердце.
"Он может измерять кровоток независимо от того, насколько быстро он идет, поэтому движение не проблема," Бакман сказал.
"Уникальная способность SC-OCTA отображать нетекущую кровь также может стать ценным инструментом для быстро развивающейся области органоидов, изучающей, как органы развиваются и реагируют на болезни," Винкельманн сказал. "Я рад начать изучать все приложения."
Единственным ограничением новой технологии является то, что она не может отображать глубже 1 миллиметра. Это может показаться мелким по сравнению с ультразвуком, который может видеть на несколько сантиметров ниже поверхности. Бакман сказал, что это можно исправить, надев инструмент на конец эндоскопического зонда. Вставляя его в тело, инструмент может отображать органы крупным планом. Это то, над чем сейчас работает его лаборатория.
Название статьи "Спектрально-контрастная оптическая когерентная томографическая ангиография позволяет получать изображения сосудов за одно сканирование.: