Molti problemi di salute e di conseguenza i relativi trattamenti medici comportano come il sangue scorre attraverso il corpo.
Gli attacchi cardiaci sono causati da un flusso sanguigno limitato al muscolo cardiaco. Molti sintomi del diabete sono il risultato di vasi sanguigni danneggiati. I tumori, nel frattempo, spesso promuovono la crescita di nuovi vasi che trasportano il sangue specificamente a loro. E il flusso sanguigno è un parametro fisiologico cruciale per misurare la funzione cerebrale.
Imaging laser dei vasi sanguigni. Credito immagine: Caltech
Per questo motivo, i professionisti medici vogliono essere in grado di esaminare i vasi sanguigni e valutarne le condizioni, ma con molti di questi vasi sepolti abbastanza profondamente nel corpo, tale esame può essere difficile senza un intervento chirurgico esplorativo.
Nuova ricerca condotta nel laboratorio del Caltech Lihong WangBren Professor di Ingegneria Medica ed Ingegneria Elettrica, sta ora rendendo possibile l’imaging dei vasi sanguigni profondi negli esseri umani, e persino del sangue che scorre attraverso di essi, in modo non invasivo.
In un articolo apparso sulla rivista Ingegneria Biomedica della Natura, Wang e i suoi colleghi descrivono questa tecnologia, che chiamano tomografia vettoriale fotoacustica o PAVT. Questa tecnologia è simile in molti modi alle altre tecnologie di imaging fotoacustico di Wang, che utilizzano la luce laser che è ben assorbita dall’emoglobina, la molecola che trasporta l’ossigeno presente nei globuli rossi.
L’energia che le molecole di emoglobina assorbono dal laser le fa vibrare in modo ultrasonico. Queste vibrazioni viaggiano attraverso i tessuti fino ad arrivare alla superficie della pelle, dove vengono rilevate da sensori collegati ad un computer. Il computer crea quindi un’immagine delle caratteristiche del tessuto, in questo caso i vasi sanguigni.
Questa non è la prima volta che il laboratorio di Wang ha dimostrato la capacità di visualizzare i vasi sanguigni utilizzando la tecnologia fotoacustica, ma il nuovo metodo può visualizzare il flusso sanguigno più in profondità nel corpo umano rispetto a quanto possibile in precedenza e mostra per la prima volta non solo la presenza di vasi sanguigni e il loro stato di ossigenazione ma Come il sangue scorre attraverso i vasi.
“Prima, potevamo mostrare solo le dimensioni dei vasi sanguigni, le concentrazioni di sangue e la saturazione di ossigeno”, afferma Wang, anche lui presidente della leadership di ingegneria medica di Andrew e Peggy Cherng. “Ora possiamo misurare il flusso vettoriale, che indica sia la portata che la direzione.
Nel nostro campo si lavora sulla tecnologia fotoacustica da più di 20 anni, ma nessuno aveva previsto nulla di simile. Ci siamo sorpresi perché il nostro settore non pensava che ciò fosse possibile”.
“Quando ho visto per la prima volta le nostre immagini del flusso sanguigno, sono rimasto assolutamente stupito”, afferma Yang Zhang, l’autore principale e ricercatore associato post-dottorato in ingegneria medica. “La parte più entusiasmante di questo lavoro è che abbiamo messo in sinergia ingegneria e fisiologia per superare un ostacolo precedentemente ritenuto insormontabile dal settore”.
Il team è in grado di vedere la direzione e la portata del flusso perché PAVT ha una risoluzione così fine da poter distinguere i segnali derivanti dalla distribuzione dei globuli rossi nelle profondità del corpo. Un algoritmo integrato nel sistema traccia il movimento di queste distribuzioni e deduce la velocità e la direzione del flusso. È un po’ come il modo in cui Google determina quanto è intenso il traffico su un’autostrada osservando la velocità con cui i telefoni cellulari si muovono in quella zona.
I ricercatori ipotizzano che le loro immagini e i video del flusso sanguigno umano siano facilitati dalla distribuzione eterogenea dei globuli rossi, che deriva, in parte, dal modo in cui i vasi sanguigni sono strutturati in tutto il corpo.
Wang paragona la situazione delle vene a ciò che accade quando due fiumi con diverse qualità dell’acqua, uno limpido e uno fangoso, ad esempio, si uniscono in un flusso più grande. In una tale confluenza non è raro vedere i corsi d’acqua rimanere non mescolati per un lungo tratto anche mentre scorrono attraverso lo stesso canale.
Un fenomeno simile si osserva quando due vene che trasportano sangue con contenuto sanguigno diverso (ossigenato e non ossigenato) si uniscono. Anche se il sangue proveniente da questi due vasi si è unito in un unico flusso, rimarrà non mescolato per un po’. Il sistema PAVT è in grado di distinguere queste patch non mescolate e di tracciarne il movimento.
Alla confluenza del Rio delle Amazzoni e del Rio Negro in Brasile, si possono vedere le acque di ciascun fiume correre parallele e rimanere non mescolate per qualche tempo dopo la confluenza dei fiumi. Fenomeni simili possono essere osservati nei vasi sanguigni. Credito immagine: Portal da Copa/Wikimedia Commons
E poiché i globuli rossi assorbono la luce laser dal sistema PAVT in modo diverso a seconda che siano ossigenati o meno, PAVT può anche determinare la quantità di ossigeno trasportata dal sangue in un particolare vaso.
“Questo ci consente di quantificare il consumo di ossigeno, che è una misura importante del metabolismo”, aggiunge Wang.
Scritto da Emily Velasco
Fonte: Caltech
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
