Die Laser-Speckle-Bildgebung beurteilt Spenderherzen

Eine Bildgebungstechnik, die ursprünglich entwickelt wurde, um zu erkennen, wie Licht an roten Blutkörperchen gestreut wird, wurde von Forschern in Frankreich so verbessert, dass sie nun die koronare Blutzirkulation in Spenderherzen während der Ex-situ-Herzperfusion (ESHP), einem Verfahren zur Herzerhaltung, sicher abbilden kann Screening. Die neue Technik, bekannt als Laser Speckle Orthogonal Contrast Imaging (LSOCI), ermöglicht eine nichtinvasive hochauflösende Bildgebung aller peripheren Blutgefäße des Herzens in Echtzeit und könnte Ärzten wertvolle Informationen über die Qualität eines zu transplantierenden Organs liefern .

„Solche dynamische Speckle-Technologie gibt es schon seit langem“, erklärt Teamleiterin Elise Colin von der Universität Paris Saclay und dem Start-up ITAE Medical Research, „aber normalerweise wird sie auf stationäre Objekte angewendet. Wir hatten keine Ahnung, ob wir das tun würden.“ überhaupt in der Lage, Bilder der Blutaktivität zu erhalten, wenn wir sie auf ein Objekt mit erheblicher Bewegung, wie ein schlagendes Herz, anwenden.“

Ein Transplantatversagen nach einer Herztransplantation kann aufgrund von Anomalien im Spenderorgan, wie beispielsweise einer koronaren Herzkrankheit, auftreten. Das Risiko dieser Anomalien steigt mit zunehmendem Alter oder bei Patienten mit bereits bestehenden Herzerkrankungen. Eine sorgfältige Untersuchung solcher Erkrankungen ist daher von entscheidender Bedeutung, um festzustellen, ob ein Organ für eine Transplantation geeignet ist.

In den letzten Jahren hat ESHP die Beurteilung des Herzens außerhalb des Körpers ermöglicht. Dabei überwachen Ärzte die Leistung eines Spenderherzens, nachdem ihm über seine Blutgefäße sauerstoffreiche Nährstoffe zugeführt wurden. Das Problem besteht darin, dass die Durchführung einer Koronarangiographie während der ESHP (zum Screening auf koronare Herzkrankheit) das Herz schädigen kann. Daher sind alternative bildgebende Verfahren zur Identifizierung abnormaler Durchblutung in Spenderorganen erforderlich.

Die in dieser Studie verwendete LSOCI-Technik analysiert Speckle-Bilder, die aus den vielen konstruktiven und destruktiven Interferenzen resultieren, die auftreten, wenn die Oberfläche oder das Volumen eines Objekts mit kohärentem Licht, beispielsweise dem eines Lasers, beleuchtet wird. In diesen Bildern betrachten Forscher den Speckle-Kontrastparameter, den Colin als eine Art „Unschärfefunktion“ beschreibt. „Das ist umso wichtiger, wenn die Streuer, die das Signal erzeugen, in Bewegung sind, wie im Fall der roten Blutkörperchen, für die diese Technik entwickelt wurde“, erklärt sie.

Colin und Kollegen haben nun LSOCI verbessert, um kleine Blutgefäße im Herzen zu beobachten. Die neue Methode, die sie im Journal of Biomedical Optics detailliert beschreiben, ist in der Lage, den Blutfluss im Organ mithilfe eines speziellen polarimetrischen Filters zu analysieren, der die Wechselwirkungen zwischen Lichtwellen begünstigt, die einer stärkeren Mehrfachstreuung unterzogen wurden. Diese Wechselwirkungen finden im Allgemeinen in der Tiefe der Blutgefäße statt, was bedeutet, dass die Lichtstreuung an der Oberfläche unterdrückt wird. Die erzeugten Speckle-Muster entstehen daher hauptsächlich durch mehrfache Streuung bewegter roter Blutkörperchen innerhalb der Gefäße.

Im Falle eines Organs, das sich periodisch bewegt, wie etwa dem Herzen, müssen Forscher in der Lage sein, die Unschärfefunktion zu berechnen, ohne dass sie durch die Gesamtbewegung des Organs beeinflusst wird. Zu diesem Zweck entwickelten Colin und Kollegen einen Algorithmus, der es ihnen ermöglichte, die Bilder auszuwählen, die über verschiedene Herzschlagperioden hinweg die geringste Bewegung zwischen ihnen aufweisen.

„Es ist wichtig zu verstehen, dass die resultierenden Bilder nicht die gleichen Informationen enthalten wie beispielsweise ein radiometrisches Bild“, sagt sie gegenüber Physics World. „Bei den erzeugten Bildern handelt es sich um bewegte Bilder roter Blutkörperchen, und wenn das Herz zum Stillstand gebracht wird, sind auf dem Bild keine Gefäße sichtbar.“

Die erhaltenen Bilder stellen das Gefäßsystem des Herzens zu verschiedenen Zeitpunkten dar und durch die Analyse einer Sequenz dieser Bilder kann die Technik verwendet werden, um Gefäße mit einer Größe von nur 100 µm in Sekundenschnelle sichtbar zu machen. Damit könnten Anomalien der Myokardperfusion identifiziert werden, die auf zugrunde liegende Herzerkrankungen hinweisen, sagen die Forscher.

Das ultradünne E-Tattoo ermöglicht eine kontinuierliche Herzüberwachung

„Diese Informationen sind für Ärzte wertvoll, damit sie die Qualität eines zu transplantierenden Organs beurteilen können“, sagt Colin. „Solche Informationen sind wichtig, da sie es uns ermöglichen, die Verwendung von Transplantaten mit weniger strengen Altersgrenzen in Betracht zu ziehen, da wir jetzt über eine Methode zur Nachbewertung verfügen, um den Gesundheitszustand dieser Spenderorgane zu beurteilen. Eine indirekte Folge davon ist, dass dadurch die Anzahl erhöht wird.“ Transplantationsmöglichkeiten.

Colin und Kollegen sind derzeit dabei, ein Patent für eine auf ihrer Technik basierende Methode zur zeitlichen Kalibrierung anzumelden, geben jedoch an, dass sie das Konzept noch speziell für ihre Bildverbesserungsmethode validieren müssen. „Sobald dies geschehen ist, können wir sicherstellen, dass Ärzte Zugang zu einem Bild mit einem quantifizierten medizinischen Index haben, was bedeutet, dass die Werte im Zeitverlauf von einem System zum anderen vergleichbar sind“, sagt Colin. „Außerdem möchten wir unsere Forschung zur Polarisationsoptimierung fortsetzen. Dadurch könnten wir den besten Kontrast erzielen und in Richtung dreidimensionaler Information voranschreiten.“