L'ago interno appuntito (schema e foto dell'inserto) utilizzato per perforare il setto cardiaco per accedere all'atrio sinistro può essere incassato in modo sicuro all'interno di una cannula con ago esterno smussato. Dopo aver forato, la guaina del dilatatore viene fatta avanzare sopra l'ago nell'atrio sinistro. La sonda comprende due fibre ottiche posizionate all'interno dell'ago interno per l'imaging ecografico pulse-echo:una per la trasmissione (Tx) con l'erogazione di luce di eccitazione pulsata a un rivestimento otticamente assorbente e una per la ricezione (Rx) con l'erogazione di onda continua ( CW) luce a una Fabry-Pérotcavity. L'isolamento acustico tra le fibre Tx e Rx è fornito da un sottile setto metallico. Barra della scala, 500 micron. Credito:Finlay et al.
Il tessuto cardiaco può essere ripreso in tempo reale durante le procedure del buco della serratura utilizzando un nuovo ago ottico per ultrasuoni sviluppato dai ricercatori dell'UCL e della Queen Mary University di Londra (QMUL).
La tecnologia rivoluzionaria è stata utilizzata con successo per la chirurgia cardiaca minimamente invasiva nei suini, regalando un inedito, visione ad alta risoluzione dei tessuti molli fino a 2,5 cm davanti allo strumento, dentro il corpo.
I medici attualmente si affidano a sonde a ultrasuoni esterne combinate con scansioni di imaging preoperatorie per visualizzare i tessuti molli e gli organi durante le procedure del buco della serratura poiché gli strumenti chirurgici in miniatura utilizzati non supportano l'imaging a ultrasuoni interni.
Per lo studio, pubblicato oggi in Luce:scienza e applicazioni , il team di chirurghi, ingegneri, fisici e chimici dei materiali hanno progettato e costruito la tecnologia degli ultrasuoni ottici per adattarsi ai dispositivi medici monouso esistenti, come un ago.
"L'ago ottico per ultrasuoni è perfetto per le procedure in cui è presente un piccolo bersaglio tissutale difficile da vedere durante l'intervento chirurgico al buco della serratura con i metodi attuali e la sua mancanza potrebbe avere conseguenze disastrose, "ha detto il dottor Malcolm Finlay, studio co-leader e consulente cardiologo presso QMUL e Barts Heart Centre.
"Ora disponiamo di immagini in tempo reale che ci consentono di differenziare i tessuti a una profondità notevole, aiutando a guidare i momenti di maggior rischio di queste procedure. Ciò ridurrà le possibilità di complicanze che si verificano durante procedure di routine ma qualificate come le procedure di ablazione nel cuore. La tecnologia è stata progettata per essere completamente compatibile con la risonanza magnetica e altri metodi attuali, quindi potrebbe essere utilizzato anche durante la chirurgia cerebrale o fetale, o con aghi guida per l'epidurale."
Ecografia bidimensionale completamente ottica (B-Mode) acquisita durante la traslazione manuale della punta dell'ago su una distanza di 4 cm. Man mano che la punta dell'ago avanzava dall'atrio destro superiore alla vena cava inferiore, il sottile forame ovale si manifestava come regione ipoecogena tra il thicklimbus fossae ovalis e il tendine di Todaro (con artefatto diagonale dal catetere e dalla guaina ICE). L'imaging fluoroscopico a raggi X è stato acquisito contemporaneamente (riquadro). Credito:Finlay et al.
Il team ha sviluppato la tecnologia di imaging ad ultrasuoni completamente ottica per l'uso in un ambiente clinico nell'arco di quattro anni. Si sono assicurati che fosse sufficientemente sensibile da visualizzare le profondità dei tessuti su scala centimetrica durante il movimento; si adattava al flusso di lavoro clinico esistente e funzionava all'interno del corpo.
"Questa è la prima dimostrazione di imaging ad ultrasuoni completamente ottico in un ambiente clinicamente realistico. Utilizzando fibre ottiche poco costose, siamo stati in grado di ottenere immagini ad alta risoluzione utilizzando punte degli aghi inferiori a 1 mm. Ora speriamo di replicare questo successo in una serie di altre applicazioni cliniche in cui vengono utilizzate tecniche chirurgiche minimamente invasive, " ha spiegato il co-responsabile dello studio, Dr Adrien Desjardins (Wellcome EPSRC Center for Interventional and Surgical Sciences at UCL).
La tecnologia utilizza una fibra ottica in miniatura racchiusa all'interno di un ago clinico personalizzato per fornire un breve impulso di luce che genera impulsi ultrasonici. Le riflessioni di questi impulsi ultrasonici dai tessuti vengono rilevate da un sensore su una seconda fibra ottica, fornendo immagini ecografiche in tempo reale per guidare la chirurgia.
Una delle innovazioni chiave è stata lo sviluppo di un materiale flessibile nero che includeva una rete di nanotubi di carbonio racchiusi all'interno di silicone di grado clinico applicato con precisione a una fibra ottica. I nanotubi di carbonio assorbono la luce laser pulsata, e questo assorbimento porta ad un'onda ultrasonica tramite l'effetto fotoacustico.
Una seconda innovazione è stata lo sviluppo di sensori in fibra ottica altamente sensibili basati su microrisonatori ottici polimerici per il rilevamento delle onde ultrasoniche. Questo lavoro è stato intrapreso in uno studio correlato all'UCL condotto dal dott. James Guggenheim (UCL Medical Physics &Biomedical Engineering) e recentemente pubblicato su Fotonica della natura .
"L'intero processo avviene in modo estremamente rapido, offrendo una visione in tempo reale senza precedenti dei tessuti molli. Fornisce ai medici un'immagine live con una risoluzione di 64 micron, che è l'equivalente di soli nove globuli rossi, e la sua fantastica sensibilità ci permette di differenziare prontamente i tessuti molli, " ha detto il coautore dello studio, Dr Richard Colchester (Fisica medica e ingegneria biomedica dell'UCL).
