חומר פנטום יציב להדמיה אופטית ואקוסטית
16 ביוני 2023
פרוטוקול זה מתאר ייצור של חומר פנטום יציב ורלוונטי ביולוגית עבור יישומי הדמיה ביו-רפואיים אופטיים ואקוסטיים, בעל תכונות אקוסטיות ואופטיות עצמאיות.
המחקר שלנו מתמקד בפיתוח שיטות הדמיה חדשות לגילוי מוקדם של סרטן. במחקר זה התמקדנו במיוחד בפיתוח אובייקט בדיקה יציב, או המכונה גם פנטום, כדי לאמת שיטות הדמיה המבוססות על אור ו / או קול. משאבים שונים הוצעו לפיתוח חומרים המחקים רקמות במשטר האופטי האקוסטי.
לדוגמה, PVA, הידרוג'לים, פוליאוריתן או PVCP. מחקר זה מתמקד בסוג חומר חדש ומבטיח המבוסס על הרכב שמן פולימן הליבה, המתגבר על רבים מאתגרי הכוונון והיציבות. תחום האופטיקה הביו-רפואית מכסה מגוון רחב של שיטות הדמיה שניתן ליישם בכמה מהאתגרים המרכזיים העומדים בפני הרפואה כיום.
רבים מכל שיטות ההדמיה האופטית מוגבלים יחסית בעומק, אך אנו יכולים גם לשלב אור עם קול באמצעות האפקט הפוטואקוסטי כדי לנצל חלק מיתרונות חדירת העומק של אולטרסאונד. הדמיה פוטואקוסטית הראתה הבטחה במגוון רחב של ניסויים קליניים, החל מהדמיית דלקת ועד אבחון סרטן. עם זאת, הערכת ביצועים כמותית נותרה מאתגרת בשל מחסור בחומרי פנטום זמינים שיכולים לחקות במדויק את התכונות האופטיות והאקוסטיות של הרקמה ולהישאר יציבים לאורך זמן.
מערכות הדמיה אופטיות ופוטואקוסטיות חדשות רבות מפותחות, אך חסר לנו פאנטום ייחוס סטנדרטי כדי לאמת מערכות אלה ולהשוות את הביצועים שלהן. החומר שלנו הוא מועמד מבטיח למלא את הפער הזה ולתמוך בהמשך הפיתוח והתרגום של טכניקות חדשות ומלהיבות אלה לקליניקה. בעתיד, ברצוננו להתמקד ביצירת עיצובי פנטום וארכיטקטורות מציאותיים יותר מבחינה אנטומית המתאימים להערכת הביצועים של תצורות מערכת שונות.
לדוגמה, מערכות מיקרוסקופיות, מזוסקופיות ומקרוסקופיות, בעלות גיאומטריות שונות ורזולוציות מרחביות שונות.
סקירה כללית
מחקר זה מציג פרוטוקול ליצירת חומר פנטום יציב המיועד לדימות ביו-רפואי אופטי ואקוסטי. חומר הפנטום כולל תכונות אקוסטיות ואופטיות ניתנות לכוונון, ובכך נותן מענה לאתגרים בתיקוף של שיטות דימות שונות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- דימות ביו-רפואי
- דימות אופטי
- דימות אקוסטי
רקע
- פיתוח של חומרים המדמים רקמות הוא חיוני לתיקוף של טכניקות דימות.
- לחומרים קיימים חסרות לעיתים קרובות יציבות ואפשרות כוונון.
- דימות פוטו-אקוסטי משלב אור וקול כדי להשיג חדירה עמוקה יותר לרקמות.
- פנטומים של ייחוס סטנדרטיים נחוצים לצורך הערכת ביצועים של מערכות דימות.
מטרת המחקר
- להכין חומר פנטום יציב עבור דימות אופטי ואקוסטי.
- לספק פתרון למחסור בחומרי פנטום אמינים באופטיקה ביו-רפואית.
- לתמוך בפיתוח ובהטמעה של טכניקות דימות חדשות במסגרות קליניות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- סוניקציה של טיטניום דיאוקסיד וצבע בשמן מינרלי.
- חימום וערבוב של פולימרים (SEBS ו-LDPE) בתוך התמיסה שעברה סוניקציה.
- סיריית בועות אוויר מהתערובת באמצעות ואקום.
- מזיגת התמיסה לתבניות והמתנה להתset בטמפרטורת החדר.
תוצאות עיקריות
- הכנה מוצלחת של חומר פנטום חלק והומוגני.
- נוצלו שלושה עיצובי פנטום שונים עבור מערכות דימות שונות.
- החומר הפגין יציבות ואפשרות לכיוונון של תכונות אופטיות ואקוסטיות.
- מענה לאתגרים בחומרי פנטום קיימים עבור דימות פוטו-אקוסטי.
מסקנות
- חומר הפנטום שפותח מהווה מועמד מבטיח לתיקוף שיטות דימות.
- עבודה עתידית תתמקד ביצירת תכנונים בעלי דיוק אנטומי.
- מחקר זה תומך בקידום טכניקות דימות ביישומים קליניים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
חומרים סטנדרטיים ויציבים עבור פנטומים הם קריטיים להשוואה ותיקוף של פלטפורמות דימות אופטיות ואקוסטיות במחקר ופיתוח בביופארמה. פנטום זה, המבוסס על קו-פולימר בשמן, מאפשר השוואה כמותית וניתנת לשחזור בין מכשירים ותומך בפיתוח של סטנדרטים של דימות בין-מוסדיים. תכונותיו הניתנות לכיוונון והמדמות רקמה משפיעות ישירות על זרימות עבודה של דימות תרגומי ועל אימוץ טכנולוגיות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בדיקה קפדנית של השערות עבור מערכות לזיהוי סמנים ביולוגיים מבוססות דימות.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי אספקת תנאי בדיקה בעלי רלוונטיות ביולוגית הניתנים לשחזור.
- מסייע בתיקוף תפקודי של יעדי דימות באמצעות חומרי ייחוס סטנדרטיים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק תסבס (substrate) מתוקף לכיול של בדיקות כמותיות ולסטנדרטיזציה של מכשירים.
- מבטיח הדירות ויכולת השוואה של תוצרי דימוי בין פלטפורמות ואתרים שונים.
- מאפשר הכנה ניתנת לשכפול ולהרחבה עבור סביבות של סריקה בשנייה גבוהה (high-throughput screening).
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה את ביצועי מערכת ההדמיה למאפייני רקמה הרלוונטיים למחלה לצורך רציפות תרגומית.
- תומכת בתיקוף מודלים פרה-קליניים על ידי חיקוי מאפיינים אקוסטיים ואופטיים של רקמה אנושית.
- מפחיתה את הסיכון בקידום סמנים ביולוגיים של הדמיה לעבר יישום קליני.
שילוב זרימת עבודה וצינור עיבוד
חומר פנטום זה משתלב ברצף תיקוף הדימיות, החל משלב הגילוי המוקדם ועד לפיתוח פרה-קליני, ותומך בכיול מכשירים, פיתוח בדיקות ומחקר תרגומי.
- ביולוגיה של גילוי: מספקת סביבה מבוקרת למחקרי דימוג מונחי-השערה ולבדיקת מסלולים ביולוגיים.
- סריקה: מספקת קריאות כמותיות הניתנות לשחזור לצורך ביצוע Benchmarking של מכשירים ומבחנים.
- אנליטיקה: מאפשרת מדידה מדויקת של פרמטרים אקוסטיים ואופטיים להשוואה בין מערכות שונות.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין תיקוף דימוג פרה-קליני לתרגום קליני על ידי חיקוי תכונות רקמה רלוונטיות.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה סטנדרט עמיד וניתן להרחבה להערכה שוטפת של פלטפורמות דימוג ולפיתוח שיטות.
השפעה תפעולית ועסקית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות בתיקוף מטרות מבוסס דימות.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של זרימות עבודה בדימות ושיפור השחזוריות בין צוותי מו"פ.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת החלטות ה-go/no-go להשקעות בטכנולוגיית דימות וקידום הפורטפוליו.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכון של שיטות דימות ואסטרטגיות של ביומרקרים תרגומיים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בהכנת חומרים ובכיול מערכות דימוי.
- נחוש גישה לציוד סוניקציה, חימום ווואקום לצורך ייצור הדיר.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי הכנת הפנטום והדימוי.
- ניתן להתאמה לגאומטריות דימוי ותצורות מערכת שונות, כפי שהודגם בפרוטוקול.
- הומוגניות והסרת בועות אוויר הן קריטיות לקבלת תוצרי דימוי אמינים.
