שילוב מתוחכם של שתי שיטות דימות מאפשר לקבל תמונה עשירה של מבנה הרקמות ושל תפקוד כלי הדם בהן בסריקה מהירה ופשוטה.
חוקרים מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה ומאוניברסיטת דרום קליפורניה שילבו סריקות אולטרסאונד עם צילום אקוסטי כדי ליצור במהירות תמונות תלת-ממד שמראות גם את מבנה הרקמות וגם את רשת כלי הדם, שממנה ניתן להפיק מידע על תפקודם. הם המחישו את השיטה בסריקות של כמה אזורים בגוף האדם.
אולטרסאונד הוא אחד מכלי הדימות הנפוצים ברפואה, שכן הוא זול למדי, זמין, מהיר ובטוח. במהלך הבדיקה המכשיר משדר גלי קול בתדר גבוה אל האיבר הנבדק וקולט את ההחזרים שלהם מהרקמות השונות. מחשב מזהה את זמני החזרה ועוצמת ההד של הגלים ומתרגם אותם לתמונה. השיטה מצוינת לזיהוי גבולות של איברים, שכבות של רקמה, גושים ומבנים אנטומיים. אבל היא סובלת ממגבלה מהותית: היא מספקת תמונה דו-ממדית והטווח שלה מוגבל, כך שלעיתים קשה להבין מה קורה בנפח האיבר כולו.
שיטה דימות אחרת היא הצילום האקוסטי, או PAT – ראשי תיבות של Photoacoustic tomography. בשיטה הזאת, שמוסיפה לתהליך גם ממד של צבע, שולחים לרקמה פעימות של אור ממוקד. בעקבות זאת מולקולות שסופגות אור, כגון ההמוגלובין בדם, מתחממות ומתרחבות לרגע ויוצרות כך גלי קול זעירים. את הגלים האלה אפשר לקלוט ולתרגם לתמונה של כלי הדם, שמוסיפה מידע על מצב כלי הדם ברקמה מעבר למבנה שלה. החיסרון הוא שהשיטה הזאת לא מצטיינת בהצגת מבנה הרקמות.
ליהנות משני העולמות
במאמר חדש, שפורסם בכתב העת Nature Biomedical Engineering, ניסו החוקרים לשלב יחד את היתרונות של שתי השיטות: מערכת שמצלמת כמעט בו-זמנית גם את המפה האנטומית של הרקמה באולטרסאונד, וגם את רשת כלי הדם בצילום אקוסטי, והיא עושה את זה בתמונה רחבה ובמהירות גבוהה. שם השיטה, RUS-PAT, מורכב מצירוף ראשי התיבות של טומוגרפיית אולטרסאונד סיבובית וטומוגרפיית צילום אקוסטי.
כדי לקבל תמונה תלת-ממדית רחבה בעלות מתקבלת על הדעת היו החוקרים צריכים להנדס פתרון יצירתי. בדרך כלל דימות תלת-ממדי דורש גלאים מרובים שמקיפים את האיבר מכל הכיוונים, במערך דמוי כיפה. אך מערכת כזאת היא עניין יקר ומסובך. תחת זאת, החוקרים השתמשו בגלאים בודדים שסודרו במבנה של קשת, וסובבו אותם סביב איבר המטרה. בכל סיבוב הגלאים מדדו את הרקמות מזווית אחרת, והמחשב צירף את כל המדידות לתמונה תלת-ממדית באיכות גבוהה, בפשטות ובזול.
אותו רעיון מתאים לשתי השיטות יחד. באולטרסאונד משדרים גל קול לתוך הגוף וקולטים את ההחזרים. בצילום אקוסטי שולחים פעימות לייזר שגורמות לכלי הדם להפיק גלי קול זעירים, וגם אותם קולטים באותם גלאים. כך, כמעט בלי להזיז את הנבדק, מתקבלות שתי תמונות תלת-ממדיות של אותו נפח: אחת של מבנה הרקמות והשנייה של כלי הדם.
החוקרים הדגימו את יעילותה של השיטה בכמה איברים בגוף האדם – הראש, השד, היד וכף הרגל. בכל אחד מהם הם הפיקו תמונות תלת-ממדיות ששילבו יחד מידע מבני ומידע תפקודי ופיזיולוגי על כלי הדם. כל סריקה כללה שטח שקוטרו כעשרה סנטימטרים – שדה רחב יחסית למה שאפשר לסרוק בדימות אולטרסאונד תלת-ממדי, שעל פי רוב מוגבל יותר בשטחו או מחייב להשתמש במערכי גלאים גדולים ומורכבים. רמת ההפרדה של התמונה (הרזולוציה שלה) נשארה גבוהה, ברמה שמאפשרת להבחין בפרטים קטנים בתוך הרקמה ובכלי הדם.
את התמונה התלת-ממדית הם הצליחו לעבד בתוך כעשר שניות בכל אחת משתי השיטות – פעם באולטרסאונד ופעם בצילום אקוסטי – כמעט בלי להזיז את הנבדק בין מדידה למדידה. זהו זמן קצר מאוד לדימות תלת-ממדי, שמקל על הבדיקה ומפחית את הסכנה לפגיעה באיכות התמונה עקב תזוזות של הנבדק.
פוטנציאל רב
החוקרים מציינים כמה שימושים אפשריים לטכנולוגיה שפיתחו. אחד מהם הוא דימות גידולים בשד: מדובר בכלי שמאפשר בעת ובעונה אחת לראות לפרטי פרטים את הגוש הממאיר ואת סביבתו, וגם ללמוד את דפוס כלי הדם באזור. שימוש נוסף הוא ניטור מצבים של פגיעה עצבית-וסקולרית – מצב נפוץ אצל חולי סוכרת, שכולל נזק עצבי לרקמה לצד בעיות באספקת הדם אליה. בניגוד לשיטות דימות אחרות, הפיתוח הנוכחי לא דורש להשתמש בקרינה מייננת מזיקה, כמו מה שנעשה למשל בצילומי רנטגן או סי-טי, ובלי להשתמש בחומרי ניגוד ולכן היא מתאימה למעקב שוטף אחרי מצב החולה.
אפשרות מסקרנת נוספת היא דימות של כלי דם בראש, אך כרגע יש מחסום מעשי משמעותי לשימוש כזה, שכן האור וגלי האולטרסאונד כמעט שאינם חודרים אל מעבר לעצמות הגולגולת הקשות. לכן סריקת הראש במחקר נעשתה למטופל שעבר ניתוח שבו הוסר חלק מהגולגולת שלו. כך נוצר מעין חלון מתאים לדימות. מאחר שהסרת עצם מהגולגולת היא הליך נדיר ופולשני, הבדיקה נועדה בעיקר להראות שהמערכת מסוגלת לפעול גם בסריקות ראש.
המעבר ממדע ניסיוני לטכנולוגיה רפואית שגורה הוא ארוך ומורכב, והמחקר הנוכחי בעיקר מראה שהאפשרות קיימת. המערכת הנוכחית גדולה למדי, ובוודאי אם משווים אותה לזמינות ולנוחות של מכשירי אולטרסאונד ניידים שאפשר להשתמש בהם בכל מרפאה. בנוסף, היעילות של צילום אקוסטי מוגבלת לעומקים שאליהם אפשר להחדיר אור. ברקמות ביולוגיות קרני אור נבלעות ומתפזרות במהירות, ולכן עוצמתן דועכת ככל שמתרחקים מפני השטח של עורנו. לכן צילום כזה מתאים כרגע בעיקר לרקמות שנמצאות בעומק של כמה סנטימטרים לכל היותר.
ובכל זאת, הפוטנציאל ברור: אם יצליחו להקטין את המערכת ולהרחיב את השימושים הקליניים שלה, בדיקות אולטרסאונד יוכלו לספק בעתיד לא רק תמונת מבנה בשחור-לבן, אלא גם שכבת מידע תפקודית שמראה מה קורה בכלי הדם – כלומר הם גם יחשפו איך הרקמה נראית, וגם איך היא מתפקדת.
מאת: ד”ר אנה קוזל
באדיבות מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
https://davidson.weizmann.ac.il/
