Optoakustik görüntüleme (OAI), fotoakustik görüntüleme veya multispektral optoakustik tomografi olarak da adlandırılır, optik uyarılmayı ultrason (US) algılamayla birleştirerek derin doku görüntülemesini mümkün kılan nispeten yeni birmodalitedir 1,2. OAI'de, kısa nanosaniyelik lazer darbeleri, oksi ve deoksihemoglobin gibi endogen kromoforları uyarır; bu da ABD dönüştürücüleri tarafından tespit edilen lokal termoelastik genleşme ve geniş bant akustik dalgalar üretir. Bu sinyaller, OAI'nin ultrason benzeri uzamsal çözünürlükte optik kontrastlı görüntüler üretmesini sağlarken, in vivo santim ölçeğinde görüş derinliği elde eder. Veriler birden fazla dalga boyunda toplanıp spektral karıştırma ile analiz edildiğinde, Oksijen Duyarlı (OS) OAI oksi ve deoksihemoglobin konsantrasyonlarını tahmin edebilir ve böylece doku oksijen doygunluğunu (%sO₂)2 çıkarabilir. Kan oksijen doygunluğu, diğer yöntemlerle invaziv olmayan şekilde erişilmesi zor olan mikrovasküler fizyolojinin fonksiyonel bir değerlendirmesini sağlar.
Damar perfüzyonu ayrıca mikrovasküler fizyolojinin değerlendirilmesinde de faydalıdır. Damar perfüzyon, damar akışı, geçirgenlik ve damar yüzeyalanının bir kombinasyonunu temsil eder 3. Perfüzyonu niceliklendirmek için, OAI dışsal kontrast maddesiyle birlikte Dinamik Kontrast Artırılmış OAI (DCE OAI) uygulanabilir. Bu yaklaşımda, kontrast madde enjeksiyonundan önce, sırasında ve sonrası zamansal görüntüleme, ajanın farmakokinetik (PK) özelliklerini izler. Bu sonuçlar, kan plazma bölmesinden tümör ekstravasküler bölmesine wash-in oranını (NKtrans) ve tümör ekstraselüler ekstravasküler bölmesinden plazma bölmesine yıkama oranını (kep) ölçmek için modellenebilir. Işık akıcılığı (yani, dokuda değişken radyant enerjiye neden olan dokularda saçma ve emilim) kötü şöhretli sorunundan kaçınan bir PK modelleme yöntemi geliştirdik.4. Yöntemimiz, dinamik OAI sinyalindeki değişimi %0'dan (enjeksiyon öncesi) %100'e (maksimum artırma) normalleştirir ve ardından diferansiyel denklemler kullanarak NKtrans yıkama oranını ve kep'i tahmin eder. Diğer DCE OAI çalışmaları, ışık akıcılığının doku genelinde uniform olduğu varsayımından etkilenen standart PK modellemeyöntemleri kullanmıştır 5,6.
DCE OAI sonuçları, Maksimum Sinyal Artışı (MSE), MSE'ye ulaşmak için Zirve Zamanı (TTP), eğim (genellikle TTP'ye enjeksiyon için) ve Eğri Altındaki Başlangıç Alanı (IAUC; yine genellikle enjeksiyon sonrası TTP'ye enjeksiyon için) ampirik ölçümleri yapılarak yıkama oranlarını değerlendirmek için kullanılabilir. TTP PK eğrisinin ilerleyen dönemlerinde gerçekleşirse, eğim veya IAUC eğrinin lineer kısmında veya enjeksiyon zamanından enjeksiyondan 1 dakika sonrasına kadar alınabilir. Ampirik ölçümlerin, tümör modellerine uygulanan tedavileri değerlendirirken veya yara iyileşmesinideğerlendirirken de faydalı olabileceğini gösterdik 8,9. Diğer çalışmalar da tümör damar geçirgenliği ve karaciğer fibrozisini değerlendirmek için ampirik ölçümlerin kullanılmasınındeğerini göstermiştir 10,11. PK eğrisinin şekli, tümör vasküler perfüzyonu yüksek veya düşük 12,13,14 olarak niteliksel olarak kategorize etmek için de kullanılabilir.
Ayrıca, enjeksiyon sonrası tek bir zaman noktasında OAI sinyali, perfüzyonun ampirik bir değerlendirmesi olarak kullanılabilir; bu da dinamik olmayan Kontrastlı OAI (CE OAI) olarak bilinir.15. Parlak bir tümör veya yarayı gösteren CE OA görüntüsü basit ve oldukça görseldir, ancak genellikle sadece yüksek ve düşük perfüzyonun niteliksel değerlendirmesi için kullanılır. Genel olarak, TTP sonrası OAI sinyallerindeki dinamik değişim, tümörlerde vasküler perfüzyonun ampirik olarak değerlendirilmesi için analiz edilmez. Ancak aşağıda gösterildiği gibi, yaralarda yıkama oranları son derece hızlıdır, bu yüzden NKtrans, TTP, eğim ve IAUC ölçülmesi zordur. Bu nedenle, yıkama fazının doğrusal veya üstel eğimi, yaralarda vasküler perfüzyonun ampirik ölçüsüolarak kullandık 9.
Çoğu OAI ajanı, dokulara daha derin nüfuz edebilen yakın kızılötesi (NIR) dalga boyluğuaralığında emilir; bu da dokulara daha derinlemesine nüfuz edebilir. Ancak, 900 nm'den büyük dalga boylarında su emilimi çoğu uygulama için kullanılabilir in vivo OAI dalga boyu aralığını 700–900 nm ilesınırlar. 2. Indocyanine green (ICG), 780–800 nm aralığında güçlü NIR emilimi sunması, orta derecede güçlü bir OAI sinyali üretmesi ve klinik kullanım için FDA onayıyla avantajlı biyouyumluluk sağlaması nedeniyle prototipik bir DCE OAI ajanıdır. Bu özellikler, intravasküler kontrast ve yorumlanabilir PK eğrilerini mümkün kılar.
Katı tümör ve yaraların pre-klinik modellerinde oksijenasyon ve vasküler perfüzyonu değerlendirmek için birleşik bir OS-DCE OAIprotokolü geliştirdik 8,9. Bu protokolün işletim sistemi kısmı, fare modellerinde tüm tümör ve yara hacimlerini kapsayabilen birden fazla görüntüleme diliminde oksijenasyonu değerlendirebilir. Protokolümüzün DCE kısmı, birden fazla lazer dalga boyu kullanarak tümör veya yaranın tek bir dilimini görüntüleme (kontrast maddesi algılama doğruluğunu artırmak) veya tek bir lazer dalga boyuyla 5 dilimi görüntülemek (mekânsal kapsamayı artırma) seçeneğine sahiptir. Tümör modelini radyoterapi veya damar bozucumadde olan combretastatin A4 fosfat ile tedavi edildikten sonra oksijenasyon ve damar perfüzyonundaki değişimi izlemek için OS-DCE OAI kullandık. Ayrıca yara iyileşmesini izlemek için OS-DCEOAI kullandık 9. DCE OAI, OAI'ye çeşitli hastalıklara uygulanabilecek damar perfüzyonu yoluyla ilerlemeyi izleme yeteneği verir.