گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

پزشکی هسته ای

پزشکی هسته ای

تصویربرداری مولکولی و انکولوژی هسته ای

بیوپسی غدد لنفاوی نگهبان

دستگاه تناسلی

تحولات رادیو داروسازی

ابزار دقیق و تصویربرداری

حفاظت در برابر تشعشع و رادیوبیولوژی

انکولوژی بالینی

تشعشع انکولوژی

انفورماتیک پزشکی

فیزیک پزشکی

غدد درون ریز

قلب و عروق

عصب شناسی

حفاظت در برابر اشعه و دزیمتری

تولید رادیوداروها

رادیوداروها و حفاظت رادیویی

فیزیک / سیکلوترون

رادیوفیزیک

رادیوبیولوژی

حفاظت در برابر اشعه

پزشکی هسته ای و زیست شناسی

طیف سنجی جذبی گاز در محیط پراکنده

طیف سنجی جذبی گاز در محیط پراکنده

طیف‌سنجی جذبی گاز در محیط پراکنده (GASMAS) یک تکنیک طیف‌سنجی گازی است که از طیف‌سنجی لیزری دیود قابل تنظیم برای اندازه‌گیری غلظت گازهای محصور در محیط منتشر به روشی غیرتهاجمی استفاده می‌کند. 6 تشخیص اوتیت، 7 تشخیص زودرس استئونکروز، 8 و نظارت بر اکسیژن (

O

2

) و بخار آب (

اچ

2

O

) در ریه های نوزادان. 9-12 مطالعاتی که ترجمه بالینی GASMAS را به مراقبت های بهداشتی تنفسی پیش می برد، بر روی نوزادان متمرکز شده است زیرا ضخامت اندام های محافظ اطراف ریه های آنها در محدوده عمق نفوذ نور مادون قرمز نزدیک است.

نمودار راه های هوایی تنفسی

نمودار راه های هوایی تنفسی. راه های هوایی رسانا گرم می شوند و هوای استنشاقی را مرطوب می کنند، تبادل گاز در ناحیه تنفسی که آلوئول ها در آن قرار دارند رخ می دهد.

فانتوم بافت ریه با تقلید از خواص نوری ریوی

فانتوم بافت ریه با تقلید از خواص نوری ریوی، رطوبت نسبی و دما: ابزاری برای تجزیه و تحلیل تغییرات در جذب گاز اکسیژن برای حجم های مختلف باد شده

خلاصه

اهمیت: گاز در طیف‌سنجی جذبی رسانه‌های پراکنده (GASMAS) سنجش گاز غیرتهاجمی را در بدن ممکن می‌سازد. این به عنوان ابزاری برای تشخیص و نظارت بر شرایط تنفسی در نوزادان در حال توسعه است. مدل‌های فانتوم با ویژگی‌های مرتبط با ترجمه بالینی فناوری GASMAS برای درک چالش‌های فنی و کاربردهای بالقوه این تکنیک ضروری هستند. فانتوم‌های پیشرفته‌ای که برای این منظور طراحی شده‌اند، روی خواص نوری و هندسه انسانی قفسه سینه متمرکز شده‌اند و به قرارگیری، طراحی و بهینه‌سازی منبع آشکارساز کمک می‌کنند. فانتوم ریه که از آناتومی آلوئولی تقلید می کند به دلیل پیچیدگی ذاتی بافت در مدل های موجود گنجانده نشده است. ما یک مدل ساده ارائه می‌کنیم که آلوئول‌های متورم تعبیه‌شده در فانتوم ریه را بازسازی می‌کند.

هدف: هدف از این مطالعه ساخت یک مدل ریه با ساختارهای پر از هوا با تقلید از آلوئول های متورم احاطه شده توسط فانتوم نوری با خواص نوری دقیق (μa  =  0.50  cm  -   1 و

μ

"

س

=

5.4

سانتی متر

-

1

) و پارامترهای فیزیولوژیکی [37 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 100٪ (RH)]، و برای کنترل حجم هوا در فانتوم برای نشان دادن امکان GASMAS در حس کردن تغییرات در حجم هوای ریوی.

رویکرد: مدل ریه با استفاده از ساختار مویرگی با اندازه مشابه واحدهای آلوئولی ساخته شد. بخشی از مویرگ‌ها با فانتوم نوری ریه مایع پر شدند تا پراکندگی و جذب را دوباره ایجاد کنند، در حالی که مویرگ‌های خالی هوای پر از آلوئول را تقلید کردند. آرایه مویرگی در داخل یک محفظه سفارشی قرار داده شد که دمای ریوی و RH را حفظ می کرد. هندسه محفظه اجازه قرار دادن سر لیزر و آشکارساز یک سیستم رومیزی GASMAS (MicroLab Dual O2  /  H2O)، برای آزمایش تغییرات حجم مدل ریه در هندسه انتقال را می دهد.

نتایج: مدل بافت ریه با محدوده حجم هوا از 6.89  ×  10  −  7  m3 تا 1.80  ×  10  −        3 m3 ساخته شد. دو مجموعه اندازه گیری، با 10 پیکربندی مختلف مویرگی، برای افزایش یا کاهش تدریجی (در مراحل 3.93  ×  10  −  8   m3) حجم هوا در مدل ریه ترتیب داده شد. اکتساب داده GASMAS مربوطه برای هر دو مجموعه داده انجام شد. حداکثر سیگنال جذب برای پیکربندی هایی با بیشترین تعداد مویرگ های پر از هوا به دست آمد و زمانی که فضاهای هوا با مویرگ های پر شده با فانتوم نوری مایع جایگزین شدند، به تدریج کاهش یافت. مطالعات بیشتر برای تعریف حداقل و حداکثر حجم هوای قابل اندازه‌گیری با دستگاه‌های مبتنی بر GASMAS برای هندسه‌های مختلف منبع – آشکارساز ضروری است.

نتیجه‌گیری: خواص نوری و ساختار بافت از ناحیه تنفسی با استفاده از یک آرایه مویرگی ساده‌شده غوطه‌ور در یک محفظه محیط کنترل‌شده در دمای ریوی و RH مدل‌سازی شده‌اند. امکان اندازه گیری تغییرات حجم با تکنیک GASMAS ثابت شده است و کاربرد احتمالی جدید فناوری GASMAS در درمان و تشخیص تنفسی را بیان می کند.

1. معرفی

ترجمه فناوری های مبتنی بر نور به کلینیک در دهه های گذشته در حال رشد بوده است. ابزارهای بیوفوتونیک نسبت بیشتری از روش های تشخیصی و درمانی نسل بعدی را به خود اختصاص می دهند، با توجه به اینکه آنها اطلاعات عملکرد و ترکیب بافت را با حداقل تهاجم ارائه می دهند. یکی از چالش‌های اصلی در پیشرفت دستگاه‌های پزشکی مبتنی بر بیوفوتونیکی، تبدیل سیگنال‌ها به اطلاعات مفید است که می‌تواند به پزشکان در درمان و تشخیص بیماری‌ها کمک کند.1 در این کار، ما به درک کاربرد بالقوه یک نور موجود کمک می‌کنیم. فناوری مبتنی بر ارزیابی حجم هوای موضعی در بافت ریه

1.1. فیزیولوژی تنفسی و ارتباط بالینی حجم ریوی

سیستم تنفسی از راه های هوایی رسانا و تنفسی تشکیل شده است (شکل 1). راه های هوایی رسانا فاقد آلوئول هستند و در تبادل گاز نقشی ندارند. عملکرد اصلی آنها هدایت، تمیز کردن، گرم کردن و مرطوب کردن هوا تا دمای 37 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 100٪ (RH) در حین رسیدن به کیسه های آلوئولی است. 2 مجاری تنفسی بیشتر ریه را تشکیل می دهند و منطقه ای است که در آن تبادل گاز رخ می دهد و توسط میلیون ها آلوئول تشکیل شده است.

∼

0.3

میلی متر

 در قطر هر کدام).3

پزشکی هسته ای

اندازه‌گیری حجم تنفسی ریه‌ها برای ارزیابی وضعیت بیمار و تشخیص تعدادی از بیماری‌هایی که راه‌های هوایی را مسدود می‌کنند، مهم است. با این حال، رویکردهای فعلی برای اندازه‌گیری حجم ریه، اطلاعاتی در مورد تغییرات حجمی موضعی در ریه ارائه نمی‌دهند و نمی‌توان آن را برای نوزادان تازه متولد شده یا بیماران تحت بیهوشی استفاده کرد.

برای غلبه بر این محدودیت‌ها، دانشمندان در ایرلند یک روش نوری به نام گاز را در طیف‌سنجی جذبی پراکنده رسانه (GASMAS) آزمایش کرده‌اند که نه از یک ریه واقعی، بلکه از یک مدل بافت ریه یا "فانتوم" استفاده می‌کند (J. Biomed. Opt., doi: 10.1117). /1.JBO.27.7.074707). فانتوم مصنوعی به دانشمندان این امکان را داد که تغییرات حجمی را در طول یک فرآیند تنفسی اندازه‌گیری کنند و به گفته نویسندگان مطالعه، پتانسیل GASMAS را در کلینیک نشان دهند.

از تابش نور تا غلظت گاز

سیستم تنفسی انسان که ساختار پیچیده ای از ماهیچه ها و سایر بافت هاست، نقش های اساسی بسیاری از جمله استنشاق هوای حاوی اکسیژن و بازدم دی اکسید کربن و رساندن اکسیژن به سلول ها ایفا می کند. تشخیص به موقع هرگونه نقص سیستم مهم است.

با این حال، تشخیص همیشه آسان نیست. روش‌های توسعه‌یافته قبلی، مانند اسپیرومتری و پلتیسموگرافی، مستلزم آن است که بیماران به طور فعال در طول آزمایش تنفس و تنفس کنند. این باعث می شود که آزمایش ها برای نوزادان تازه متولد شده یا برای بیمارانی (مانند کسانی که تحت بیهوشی عمومی هستند) که بیهوش هستند نامناسب باشد.

آندریا پاچکو از مؤسسه ملی تیندال و دانشگاه کالج کورک، ایرلند و همکارانش می‌خواستند با اندازه‌گیری تغییرات حجم گاز در ریه‌ها به طور غیرمستقیم بر اساس ویژگی‌های پراکندگی نوری و جذب، ببینند که آیا تکنیک GASMAS می‌تواند این مشکلات را پشت سر بگذارد. GASMAS نه تنها غیر تهاجمی است، بلکه می تواند سیگنال های جذب گازها را در پس زمینه سیگنال های ارگان های اطراف ریه ها تشخیص دهد.

این تیم از دو منبع نوری مختلف برای آزمایش استفاده کردند: 760 نانومتر برای باند جذب O2 و 820 یا 935 نانومتر برای H2O. از آنجایی که غلظت H2O شناخته شده است (به عنوان رطوبت نسبی در داخل سیستم تنفسی انسان در 100٪ نگه داشته می شود)، با اندازه گیری شدت نور پراکنده، تیم می تواند طول مسیر نور را با استفاده از معادله Beer-Lambert محاسبه کند. و با متصل کردن طول مسیر محاسبه شده به معادله شدت سیگنال های نور برای O2، تیم می تواند غلظت O2 را نیز دریابد.

یک فانتوم بهتر

اما قبل از اینکه GASMAS بر روی بیماران واقعی استفاده شود، این روش باید روی افراد غیر انسانی آزمایش می شد. این همان جایی است که فانتوم بافت وارد می شود. پاچکو و همکارانش قبلاً یک ناحیه کامل قفسه سینه یک نوزاد تازه متولد شده را با استفاده از فانتوم های نوری مختلف ساخته بودند تا امکان سنجی GASMAS را بر روی بدن انسان آزمایش کنند. اما این مدل آناتومی ریه را در مقیاس آلوئول ها - کیسه های هوایی کوچکی که در آنها تبادل اکسیژن و دی اکسید کربن در خون انجام می شود - در نظر نمی گرفت - و بنابراین، نمی توانست میزان دقیق GASMAS را مشخص کند. قادر به تشخیص تغییرات حجم تنفس در ریه ها باشد.

برای مطالعه جدید، تیم یک فانتوم با ساختار مویرگی ساخته شد که با اندازه آلوئول های ریه انسان مطابقت دارد. آنها همچنین از یک فانتوم نوری به اصطلاح مایع - مخلوطی از مایع چرب، جوهر و آب - استفاده کردند که با خاصیت جذب و پراکندگی بافت ریه مطابقت دارد.

تست کردن سیستم

برای تقلید بازدم، دانشمندان 20 مویرگ از 229 مویرگ را در هر مرحله با فانتوم مایع پر کردند و سیگنال نور پراکنده را در هر مرحله اندازه گرفتند. مویرگ های خالی بدون مایع پاسخ آلوئول های پر از هوا را تقلید کردند. پس از یازده اندازه‌گیری، از جمله اندازه‌گیری سیستم مویرگی کاملاً خالی، دانشمندان روند را معکوس کردند و در حین انجام همان اندازه‌گیری‌ها، از استنشاق کپی کردند. در طول آزمایش، کل ساختار در محفظه ای قرار داشت که دما و رطوبت فیزیولوژیکی مربوطه را حفظ می کرد.

تیم سپس سیگنال جذب GASMAS را با نسبت مویرگ‌های پر از هوا در مقابل مویرگ‌های پر از فانتوم مقایسه کرد و دریافت که با کاهش نسبت مویرگ‌های پر از هوا، سیگنال به طور پیوسته کاهش می‌یابد. وقتی پاچکو و همکارانش داده‌ها را تجزیه و تحلیل کردند، متوجه شدند که با موفقیت نشان داده‌اند که GASMAS واقعاً می‌تواند برای اندازه‌گیری تغییر حجم سیستم فانتوم و بنابراین، ریه‌های انسان استفاده شود.

پاچکو می گوید که مقالات قبلی در مورد GASMAS "بیشتر بر روی اندازه گیری غلظت گاز متمرکز شده اند." ما نشان می دهیم که GASMAS می تواند برای حس کردن تغییرات کوچک حجم در فانتوم استفاده شود. ... از آنجا، [ما می توانیم] سعی کنیم ... آزمایش هایی را طراحی کنیم تا ببینیم آیا می توانیم به نحوی از این نتایج استفاده کنیم و مجموعه جدیدی از اندازه گیری ها را در بیماران واقعی برنامه ریزی کنیم.

فانتوم برای انسان

استفاده از GASMAS روی بیماران انسانی فقط یک رویا نیست. پاچکو با همکاری مرکز تحقیقات INFANT در کورک، ایرلند، و GPX Medical، یک شرکت تجهیزات پزشکی مستقر در سوئد، می گوید که او و همکارانش با استفاده از یک سیستم در 1 نوامبر با موفقیت استفاده از آن را بر روی اولین بیمار انسانی خود - یک نوزاد - نشان دادند. توسعه یافته توسط GPX. و آنها به انجام آزمایشات بالینی مشاهده ای ادامه می دهند.

پاچکو می گوید: «تکنیک بسیار تکامل یافته است. او می افزاید که هنوز راه های بیشتری وجود دارد که GASMAS می تواند مورد استفاده قرار گیرد، مانند در بیماران بزرگسال و با آندوسکوپ ریوی. همچنین ممکن است برای تشخیص عفونت سینوس و گوش استفاده شود. او می‌گوید: «من پتانسیل‌های زیادی از فناوری می‌بینم، اما هنوز راه زیادی در پیش است. "اما دیدن این که می توان ... تغییرات در حجم [گاز] را اندازه گیری کرد، بسیار هیجان انگیز است."

بیوفوتونیک و تصویربرداری

بیوفوتونیک

اپتیک زیست پزشکی

نور و ماده

فعل و انفعالات نور-ماده

لیزرها، تکنولوژی لیزر فعلی و اپتیک غیرخطی

فوتوبیولوژی

تصویربرداری زیستی: اصول، تکنیک ها و کاربردها

حسگرهای زیستی نوری

فناوری ریزآرایه برای ژنومیک و پروتئومیکس

فلوسیتومتری

درمان با نور فعال: درمان فتودینامیک

مهندسی بافت با نور

موچین لیزری و قیچی لیزری

نانوتکنولوژی برای بیوفوتونیک: بیونانوفوتونیک

بیومواد برای فوتونیک

اخبار اپتیک و فوتونیک

شماره ویژه دسامبر سالانه اخبار اپتیک و فوتونیک که 30 نتیجه جالب و هیجان انگیز تحقیقات اپتیک بررسی شده را که در 12 ماه گذشته ظاهر شده اند را برجسته می کند. در 20 نوامبر در سایت جستجو کنید

تصویربرداری الکترونیکی

تصویربرداری سه بعدی، تعامل و اندازه‌شناسی

تجسم، ادراک و رنگ

پردازش تصویر

عکس گرفتن

کامپیوتر ویژن

پردازش رسانه و ارتباطات

تصویربرداری موبایل

پیشرفت در تصویربرداری در غدد درون ریز و نورواندوکرینولوژی

روان اعصاب غدد درون ریز اختلالات عملکردی جسمی

پیشرفت در نورواندوکرینولوژی

مطالعه غدد درون ریز افسردگی

عملکرد هورمون مولکولی

استروئیدها و سیستم عصبی

استروژن، استرس و افسردگی: یک مدل عصبی شناختی

افسردگی پیش از یائسگی

داروهای ضد افسردگی با هیپوناترمی و نقش متخصص غدد مرتبط هستند

غدد درون ریز و اختلال افسردگی مکرر

بیماری متابولیک استخوان

اختلالات چربی

غدد درون ریز و متابولیسم ترجمه

پاراگانگلیوما

تصویربرداری در غدد درون ریز

نقش استروژن در عملکرد چشم

نقش اپی ژنتیک در بیماری های پانکراس