Scanner per tomografia fotoacustica migliorato trasforma la diagnosi di cancro ed artrite / Improved Photoacoustic Tomography Imaging Scanner Transforms Cancer, Arthritis Diagnosis

 Scanner per tomografia fotoacustica migliorato trasforma la diagnosi di cancro ed artrite. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipo di applicazione. / Improved Photoacoustic Tomography Imaging Scanner Transforms Cancer, Arthritis Diagnosis. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori dell'University College London (UCL) hanno sviluppato un nuovo scanner portatile che genera immagini fotoacustiche 3D altamente dettagliate in pochi secondi, un progresso che potrebbe consentire una diagnosi precoce di cancro, malattie cardiovascolari ed artrite. Lo studio, pubblicato oggi su Nature Biomedical Engineering, descrive in dettaglio la tecnologia al centro dello scanner chiamata tomografia fotoacustica (PAT). Dimostrano che il loro nuovo scanner PAT può fornire ai medici immagini in tempo reale, accurate e complesse dei vasi sanguigni per aiutare nella diagnosi di una serie di malattie.

L'imaging PAT viene eseguito tramite onde ultrasoniche generate da laser che possono visualizzare sottili cambiamenti in vene di meno di un millimetro ed arterie fino a 15 millimetri di profondità nel tessuto umano. Le precedenti tecnologie PAT, tuttavia, richiedevano più di cinque minuti per produrre un'immagine utilizzabile, ma solo se una persona rimaneva perfettamente immobile durante il processo di imaging. Il movimento del paziente durante la scansione avrebbe reso le immagini sfocate che non erano utili.

Il nuovo scanner supera le sfide del passato. La vecchia tecnologia PAT misurava le onde ultrasoniche in più di 10.000 punti discreti sul tessuto uno alla volta. Il nuovo scanner riduce significativamente questo tempo a pochi secondi, eseguendo la scansione di più punti contemporaneamente, riducendo il tempo di acquisizione delle immagini a pochi secondi, consentendo immagini più nitide.

"Abbiamo fatto molta strada con l'imaging fotoacustico negli ultimi anni, ma c'erano ancora barriere al suo utilizzo in clinica", ha affermato il coautore senior Paul Beard, PhD, professore di fisica medica e ingegneria biomedica presso l'UCL. "La svolta in questo studio è l'accelerazione del tempo necessario per acquisire le immagini, che è tra 100 e 1.000 volte più veloce rispetto agli scanner precedenti".

"Questa velocità evita la sfocatura indotta dal movimento, fornendo immagini altamente dettagliate di una qualità che nessun altro scanner può fornire", ha continuato Beard. "Significa anche che anziché impiegare cinque minuti o più, le immagini possono essere acquisite in tempo reale, rendendo possibile la visualizzazione di eventi fisiologici dinamici.

Il risultato, hanno osservato i ricercatori, è che i progressi tecnici compiuti nell'imaging PAT lo rendono ora idoneo all'uso clinico per applicazioni non possibili con altre tecnologie di imaging.

Una potenziale applicazione dello scanner potrebbe essere quella di migliorare significativamente la valutazione di condizioni come l'artrite infiammatoria, in cui è necessario scansionare tutte le 20 articolazioni delle dita. "Con il nuovo scanner, questo può essere fatto in pochi minuti", ha osservato Beard. "I vecchi scanner PAT impiegano quasi un'ora, il che è troppo lungo per i pazienti anziani e fragili".

Il gruppo dell'UCL ha testato lo scanner su 10 pazienti con patologie tra cui diabete di tipo 2, artrite reumatoide e cancro al seno, insieme a sette volontari sani. Nei pazienti con diabete di tipo 2, lo scanner ha prodotto immagini 3D che hanno identificato deformità nella struttura microvascolare dei piedi dei pazienti e hanno anche visualizzato l'infiammazione cutanea collegata al cancro al seno.

Andrew Plumb, PhD, professore associato di diagnostica per immagini presso l'UCL e coautore senior dello studio, ha commentato le implicazioni di queste scoperte: "Una delle complicazioni spesso sofferte dalle persone con diabete è il basso flusso sanguigno nelle estremità, come i piedi e la parte inferiore delle gambe, dovuto a danni nei piccoli vasi sanguigni in quella zona".

Plumb ha osservato che fino ad ora i ricercatori non sono stati in grado di vedere cosa sta effettivamente causando il danno e di caratterizzare come si sviluppa. Nel loro test del nuovo scanner, tuttavia, il gruppo è stato in grado di identificare in uno dei pazienti, vasi sanguigni lisci ed uniformi in un piede e vasi deformati ed ondulati nell'altro, caratteristiche che potrebbero portare a futuri danni ai tessuti.

"L'imaging fotoacustico potrebbe fornirci informazioni molto più dettagliate per facilitare una diagnosi precoce e comprendere meglio la progressione della malattia in generale", ha concluso Plumb.

Lo scanner è stato sviluppato dai colleghi dell'UCL Nam Huynh, PhD, ed Edward Zhang, PhD, entrambi del dipartimento di fisica medica e ingegneria biomedica. Commentando le sue potenziali applicazioni nella cura del cancro, Huynh ha affermato: "L'imaging fotoacustico potrebbe essere utilizzato per rilevare il tumore e monitorarlo in modo relativamente semplice. Potrebbe anche aiutare i chirurghi oncologi a distinguere meglio il tessuto tumorale dal tessuto normale, assicurando che tutto il tumore venga rimosso e riducendo al minimo il rischio di recidiva".

Guardando al futuro, il gruppo di ricerca prevede di condurre ulteriori studi con coorti di pazienti più ampie per convalidare i risultati ed esplorare tutte le implicazioni cliniche della tecnologia. Mentre lo scanner rappresenta un notevole passo avanti nell'imaging medico, sono necessari ulteriori test per valutarne l'utilità pratica in diversi scenari clinici.

ENGLISH

Researchers at the University College London (UCL) have developed a new handheld scanner that generates highly detailed 3D photoacoustic images in just seconds, an advancement that could provide for earlier diagnosis of cancer, cardiovascular disease, and arthritis. The study, published today in Nature Biomedical Engineering, details the technology at the heart of the scanner called photoacoustic tomography (PAT). They show that their new PAT scanner can deliver to clinicians real-time, accurate, and intricate images of blood vessels to aid in the diagnosis in a range of diseases.

PAT imaging is accomplished via laser-generated ultrasound waves that can visualize subtle changes in veins of less than a millimeter and arteries up to 15 millimeters deep in human tissue. Past PAT technologies, however, needed more than five minutes to produce a usable image, but only if a person remained perfectly still during the imaging process. Patient movement during the scan would render blurred images that were not useful.

The new scanner overcomes the past challenges. Older PAT technology measured the ultrasound waves at more than 10,000 discrete points over the tissue one at a time. The new scanner significantly reduces this time to mere seconds, by scanning multiple points simultaneously reducing the image acquisition time to seconds, allowing for clearer imaging.

“We’ve come a long way with photoacoustic imaging in recent years, but there were still barriers to using it in the clinic,” said co-senior author Paul Beard, PhD, a professor in medical physics and biomedical engineering at UCL. “The breakthrough in this study is the acceleration in the time it takes to acquire images, which is between 100 and 1,000 times faster than previous scanners.”

“This speed avoids motion-induced blurring, providing highly-detailed images of a quality that no other scanner can provide,” Beard continued. “It also means that rather than taking five minutes or longer, images can be acquired in real time, making it possible to visualize dynamic physiological events.

The result, the researchers noted, is that the technical advances made in PAT imaging have now poised it to be used for clinical use for applications not possible with other imaging technologies.

One potential application of the scanner could be to significantly improve the assessment of conditions like inflammatory arthritis, where all 20 finger joints need to be scanned. “With the new scanner, this can be done in a few minutes,” Beard noted. “Older PAT scanners take nearly an hour, which is too long for elderly, frail patients.”

The UCL team tested the scanner on 10 patients with conditions including type-2 diabetes, rheumatoid arthritis, and breast cancer, along with seven healthy volunteers. In patients with type 2 diabetes, the scanner produced 3D images that identified deformities in the microvascular structure of patients’ feet and also visualized skin inflammation linked to breast cancer.

Andrew Plumb, PhD, an associate professor of medical imaging at UCL and co-senior author of the study, remarked on the implications of these findings: “One of the complications often suffered by people with diabetes is low blood flow in the extremities, such as the feet and lowers legs due to damage in the tiny blood vessels in that area.”

Plumb noted that until now researchers have not been able to see what is actually causing the damage and to characterize how it develops. In their test of the new scanner, however, the team was able to identify in one of the patients, smooth uniform blood vessels in one foot and deformed, squiggly vessels in the other, characteristics that could lead to future tissue damage.

“Photoacoustic imaging could give us much more detailed information to facilitate early diagnosis, as well as better understand disease progression more generally,” Plumb concluded.

The scanner was developed by UCL colleagues Nam Huynh, PhD, and Edward Zhang, PhD, both of the department of medical physics and biomedical engineering. Commenting on its potential applications in cancer care, Huynh said: “Photoacoustic imaging could be used to detect the tumor and monitor it relatively easily. It could also help cancer surgeons better distinguish tumor tissue from normal tissue, ensuring all of the tumor is removed and minimizing the risk of recurrence.”

Looking ahead, the research team plans to conduct additional studies with larger patient cohorts to validate their findings and explore the full clinical implications of the technology. While the scanner represents a notable step forward in medical imaging, more testing is needed to assess its practical utility in diverse clinical scenarios.

Da:

https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/translational-research/improved-photoacoustic-tomography-imaging-scanner-transforms-cancer-arthritis-diagnosis/