Hører banen:Forskerteamet opfinder en ny metode til fotoakustisk billeddannelse

Vidste du, at musik og diagnostisk billeddannelse har noget tilfælles? Lyde har en lavere eller højere tonehøjde afhængigt af størrelsen på objektet, der skaber dem. Tubas og kontrabasser er store og producerer dybe lavtliggende lyde, mens fløjter og violiner er små og producerer høje lyde. Det interessante er, at den samme effekt opstår, når biologiske strukturer som celler eller væv udsender lyd - tonehøjden varierer med størrelsen.

Men hvilken slags lyde laver biologiske strukturer? I øvrigt, hvordan kan vi lytte til dem?

Udnyttelse af sammenhængen mellem størrelse og tonehøjde, et Ryerson-ledet forskerhold, der arbejder fra Institute for Biomedical Engineering, Science &Technology (iBEST) på St. Kommunikationsfysik .

En påskønnelse af dette gennembrud begynder med det grundlæggende i Photoacoustic (PA) billeddannelse, en modalitet, der hurtigt vinder indpas i biomedicinsk forskning. Ligesom sin fætter Ultrasound (US) billeddannelse, PA -billeddannelse skaber et visuelt billede af biologiske strukturer ved at indsamle lydbølger.

Mens amerikansk billedteknologi indebærer at sende lydbølger ind i en biologisk struktur og lytte til ekkoerne, når de hopper rundt, PA -billedteknologi gør noget helt andet.

"Med fotoakustisk billeddannelse, vi projekterer lys ind i strukturer, der vil absorbere det, såsom blodkar, "siger Dr. Michael Kolios, PA -billedpioneren, der overvågede undersøgelsen. "Lysbølger får biologiske strukturer til at varme op med en lille brøkdel, som udløser en næsten umærkelig volumenudvidelse. Når det sker, der genereres lyd, som torden efter et lyn. "

De fleste eksisterende PA -billeddannelsesteknikker måler amplitude (lydstyrke), viser områder, der udsender højere lyde med lysere pixels. Hvad Ryerson-ledede team satte sig for at udvikle var en teknik, der ville måle frekvensen (tonehøjde) af lyde, der udsendes fra biologiske strukturer.

"Afhængig af størrelsen af ​​en biologisk struktur, tonehøjden for de lydbølger, den udsender, vil være højere eller lavere, "siger Dr. Michael Moore, en medicinsk fysik bosiddende på Grand River Hospital i Kitchener, der ledede forskerholdet som doktorand under vejledning af Kolios. "Hvis vi kunne filtrere indgående lyde efter frekvens, vi kunne skabe billeder, der fokuserer på strukturer af en bestemt størrelse, hvilket ville hjælpe med at afsløre funktioner, der ellers kunne være skjulte eller mindre fremtrædende. "

Teamet udviklede en teknik, de kalder F-Mode (for frekvens), hvilket gjorde dem i stand til at opdele PA -signaler i forskellige frekvensbånd. De demonstrerede derefter med succes selektiv forbedring af funktioner i forskellige størrelser i prøver lige fra biologiske celler til levende zebrafisklarver-alt sammen uden brug af kontrastfarvestoffer, der typisk ville være påkrævet ved andre topmoderne billeddannelsesteknikker.

Moore og Kolios påpeger hurtigt, at en nøgle til deres succes var muligheden for at arbejde på iBEST og sammen med Dr. Xiao-Yan Wen og hans team på Zebrafish Center for Advanced Drug Discovery. "Uden teamets viden og ekspertise ved Wen Lab, det ville ikke have været muligt at påvise, at vores teknik virker, "siger Moore.

Forskergruppen, som inkluderer Ryerson Biomedical Physics -doktorander Eno Hysi og Muhannad Fadhel, tager nu skridt i retning af at omsætte F-Mode til kliniske applikationer, hvor det vil have stor udbredelse. For eksempel, evnen til at segmentere og forbedre funktioner i forskellige skalaer har et betydeligt potentiale inden for områder som oftalmologi, neurokirurgi og påvisning af forskellige tilstande såsom hypertension.