הדמיה אופטואקוסטית (OAI), המכונה גם הדמיה פוטואקוסטית או טומוגרפיה אופטואקוסטית רב-ספקטרלית, היא שיטה יחסית חדשה שמחברת עירור אופטי עם גילוי אולטרסאונד (US) כדי לאפשר הדמיית רקמות עמוקות 1,2. ב-OAI, פולסי לייזר ננו-שניות קצרים מעוררים כרומופורים אנדוגניים כמו אוקסי-המוגלובין ודאוקסי-המוגלובין, ומייצרים התרחבות תרמואלסטית מקומית וגלים אקוסטיים רחבי פס המזוהים על ידי טרנסדיוסרים אמריקאיים. אותות אלו מאפשרים ל-OAI להפיק תמונות עם ניגודיות אופטית ברזולוציה מרחבית דמוית אולטרסאונד, תוך השגת עומק ראייה בקנה מידה סנטימטר ב-vivo. כאשר נתונים נאספים באורכי גל שונים ומנותחים באמצעות פירוק ספקטרלי, OAI רגיש לחמצן (OS) יכול להעריך ריכוזים יחסיים של אוקסי-המוגלובין ודאוקסהמוגלובין ובכך להסיק רוויית חמצן ברקמה (%sO₂)2. רוויית חמצן בדם מספקת הערכה פונקציונלית של הפיזיולוגיה המיקרווסקולרית שקשה לגשת אליה באופן לא פולשני בשיטות אחרות.
פרפוזיה וסקולרית שימושית גם להערכות פיזיולוגיה מיקרווסקולרית. פרפוזיה כלי דם מייצגת שילוב של זרימת כלי דם, חדירות ושטח פנים כלי דם3. כדי לכמת את הפרפוזיה, ניתן להשתמש ב-OAI עם חומר ניגוד חיצוני לביצוע DCE OAI (DCE OAI). בגישה זו, הדמיה טמפורלית לפני, במהלך ואחרי הזרקת חומר הניגוד עוקבת אחרי הפרמקוקינטיקה (PK) של החומר. ניתן למודל תוצאות אלו כדי למדוד את קצב השטיפה (NK trans) ממחלקת הפלזמה בדם אל המחלקה החוץ-תאית של הגידול, ואת קצב השטיפה (kep) מהמחיצה החוץ-תאית של הגידול לתא הפלזמה. פיתחנו שיטת מידול PK שמונעת את הבעיה הידועה לשמצה של שטף האור (כלומר, פיזור וספיגה ברקמות הגורמות לאנרגיית קרינה משתנה דרך הרקמה)4. השיטה שלנו מנרמלת את השינוי באות OAI הדינמי מ-0% (לפני הזרקה מוקדמת) ל-100% (הגברה מקסימלית) ואז משתמשת במשוואות דיפרנציאליות להערכת קצבהשטיפה של הטרנס NK ואתה-k ep. מחקרים אחרים של DCE OAI השתמשו בשיטות מידול PK סטנדרטיות הסובלות מההנחה העיקרית ששטף האור אחיד בכל הרקמה 5,6.
תוצאות DCE OAI יכולות לשמש גם להערכת שיעורי השטיפה על ידי ביצוע מדידות אמפיריות של שיפור האות המקסימלי (MSE), זמן לשיא (TTP) להגיע ל-MSE, שיפוע (בדרך כלל להזרקה ל-TTP), ושטח התחלתי מתחת לעקומה (IAUC; שוב בדרך כלל להזרקה ל-TTP לאחר ההזרקה)7. יש לציין שאם ה-TTP מתרחש מאוחר יותר בעקומת ה-PK, ניתן לקחת את השיפוע או IAUC במהלך החלק הליניארי של העקומה או מזמן ההזרקה ועד דקה לאחר ההזרקה. הראינו שמדידות אמפיריות יכולות להיות שימושיות גם בעת הערכת טיפולים הניתנים למודלים של גידולים או בעת הערכת ריפוי פצעים 8,9. מחקרים נוספים הראו גם ערך בשימוש במדידות אמפיריות להערכת חדירות כלי הדם של הגידול ופיברוזיס בכבד10,11. צורת עקומת PK יכולה לשמש גם לסיווג איכותי של פרפוזיה וסקולרית בגידול כגבוה או נמוך 12,13,14.
בנוסף, אות ה-OAI בנקודת זמן אחת לאחר ההזרקה יכול לשמש כהערכה אמפירית של פרפוזיה, הידועה כ-OAI ENHANCED CONTRAST NON-DYNAMIC (CE OAI)15. תמונת CE OA שמציגה גידול או פצע בהיר היא פשוטה ומאוד ויזואלית, ובכל זאת משמשת לעיתים קרובות רק להערכה איכותית של פרפוזיה גבוהה לעומת נמוכה. באופן כללי, השינוי הדינמי באותות OAI לאחר TTP אינו מנותח כדי להעריך אמפירית את הפרפוזיה הוסקולרית בגידולים. עם זאת, כפי שמוצג למטה, שיעורי השטיפה בפצעים הם מהירים מאוד, ולכן NKtrans, TTP, שיפוע ו-IAUC קשים למדידה. לכן, השתמשנו בשיפוע הליניארי או האקספוננציאלי של שלב השטיפה כמדד אמפירי לפרפוזיה וסקולרית בפצעים9.
רוב סוכני OAI סופגים בטווח אורכי הגל של אינפרא-אדום קרוב (NIR), שיכול לחדור עמוק יותר לרקמות16,17. עם זאת, ספיגת מים באורכי גל הגבוהים מ-900 ננומטר מגבילה את טווח אורכי הגל השימושי של OAI בחיים ל-700–900 ננומטר ברוב היישומים2. אינדוציאנין גרין (ICG) הוא סוכן OAI פרוטוטיפי של DCE משום שהוא מציע ספיגת NIR חזקה ב-780–800 ננומטר, מייצר אות OAI חזק יחסית, ויש לו תאימות ביולוגית טובה עם אישור FDA לשימוש קליני. תכונות אלו מאפשרות ניגודיות תוך-כלי וקימורי PK ניתנים לפרשנות.
פיתחנו פרוטוקול משולב OS-DCE OAI להערכת חמצון ופרפוזיה וסקולרית במודלים פרה-קליניים של גידולים מוצקים ופצעים 8,9. החלק של מערכת ההפעלה בפרוטוקול זה יכול להעריך חמצון בפרוסות הדמיה מרובות שיכולות לכסות נפחי גידול ופצע שלמים במודלים של עכברים. החלק של DCE בפרוטוקול שלנו כולל אפשרות לצלם פרוסה אחת של הגידול או הפצע באמצעות מספר אורכי גל לייזר (משפרים את דיוק זיהוי חומר הניגוד), או לצלם עד 5 פרוסות באורך גל לייזר אחד (לשיפור הכיסוי המרחבי). השתמשנו ב-OS-DCE OAI כדי לעקוב אחר השינוי בחמצון ובפרפוזיה וסקולרית לאחר טיפול במודל גידול באמצעות רדיותרפיה או עם קומברטסטטין A4 פוספט, חומר מפריע לכלי דם 4,8. השתמשנו גם ב-OS-DCE OAI כדי לעקוב אחרי ריפוי פצעים9. DCE OAI מעניק ל-OAI את היכולת לעקוב אחר התקדמות באמצעות פרפוזיה וסקולרית שניתן ליישם על מגוון מחלות.