[Hamid Ahmad Alghamdi]

رابط الموضوع:
http://physicsworld.com/cws/article/...w-measurements

تقنية حرارية تحسن قياسات تدفق الدم

المد والجزر الأحمر: تصوير التدفق البطيء للدم

طور باحثون في الولايات المتحدة طريقة جديدة لتصوير تدفق الدم في الجسم، باستخدامهم الأشعة فوق السمعية لتمييز الدم حرارياً، وفي نفس الوقت استخدام التقنية الصوتضوئية photoacoustics لتصوير التدفق الحراري الناتج؛ لتصبح الطريقة الجديدة أكثر حساسيةً من الطريقة التقليدية المستخدمة حالياً والمعتمدة على تقنية دوبلر فوق السمعية. وعلى الرغم من أن التقنية الجديدة مازالت مقتصرة على بيئات الاختبار الصناعية بعيداً عن الإنسان، إلا أن تطبيقاتها السريرية تبدو واسعة، في التشخيص الطبي على وجه الخصوص.

إن القدرة على نقل صورة واضحة عن تدفق الدم داخل أنسجة عميقة ستمدنا بمعلومات هامة لتشخيص وفهم كثيرٍ من الأمراض؛ وربما أصبح ممكناً عن طريقها التصوير الوظيفي للدماغ، وكذلك الكشف المبكر عن أمراض الأوعية الدموية (مثل تصلب الشرايين- ازدياد سماكة الجدار الشرياني بسبب تراكم الكالسيوم والدهون)، بالإضافة إلى فحص الدم داخل البيئات المجهرية للأورام (والتي عادةً ما يكون لها تركيب معقد مع تقطع في تدفق الدم)؛ الأمر الذي سيساعد في الكشف المبكر عن أمراض السرطان.

في صحبة التدفق البطيء (للدم)
مازالت تقنية دوبلر فوق السمعية (التصوير الصوتي) هي المستخدمة لتصوير تدفق الدم حيث يتسبب هذا التدفق في انزياح دوبلر لموجات الأشعة فوق السمعية المنعكسة؛ وبالتالي يمكن قياس هذا الانزياح ومن ثمَّ استخدامه للتحقق من معدل التدفق. ومع ذلك فلهذه التقنية حدودها؛ فهي ضعيفة الحساسية للدم، ما يجعلها أقل انحرافاً (وبالتالي أصعب رصداً) مقارنةً بتلك المنعكسة عن النسيج. تزداد هذه المشكلة وضوحاً مع الترددات المنخفضة التي تُستخدم عادةً لسبر أنسجة أكثر عمقاً. وعلى مستوى التدفق البطيء، فإن انزياحات دوبلر الصغيرة المنعكسة عن حركة الدم تجعل من العسير تمييزها عن تلك الانزياحات التي تسببها حركة الأنسجة المجاورة، وفي الحقيقة فإنه لا يمكن رصد أي أثر إذا كان تدفق الدم أقل من 10 ملمتر/ثانية تقريباً.

إحدى البدائل المطروحة لتقنية دوبلر فوق السمعية هو التصوير الصوتضوئي، والذي يستخدم نبضات ضوئية ليزرية قصيرة ذات طاقة منخفضة بغرض التسخين الموضعي للهدف تمهيداً لفحصه. ينتج عن هذا التسخين توسع حراري محدثاً موجات فوق سمعية متناسبة والامتصاص الضوئي للنسيج المستهدف. وبتسجيل الموجات فوق السمعية المنبعثة يمكن رسم خريطة لمدى امتصاصية الموضع هدف التحليل. تعمل هذه الطريقة جيداً في المناطق السطحية والتي لا يزيد عمقها عن 1 ملمتر، بينما تعيق الكثافة العالية لخلايا الدم الحمراء استشعار التدفق في الأنسجة الأكثر عمقاً.

التمييز الحراري
ومهما يكن، فالتصوير الصوتضوئي حساس جداً لاختلاف درجات الحرارة؛ الأمر الذي أوحى لليداي وانج وزملائه في جامعة واشنطن بتطوير طريقة بديلة لدراسة جريان الدم، وذلك بدمج التصوير الصوتضوئي مع التمييز الحراري فوق السمعي وهي الطريقة التي سموها التصوير السيالي الصوتضوئي Photoacoustic flowgraphy. استخدم الباحثون موجات فوق سمعية مركزة للتسخين الموضعي لجزء ثابت من وعاء دموي، ومن ثمَّ دراسة التوزيعات الحرارية الناتجة على طول الوعاء الدموي أثناء انتقال الدم فيه.

بينما تمدد النبضات الليزرية المادة، فإنها تولد موجات صوتية ذات سعة معينة، وهذه الموجات تختلف باختلاف درجات الحرارة. في تصميم لإحدى التجارب،كان بإمكان الفريق رؤوية كيف تتحرك العينة المسخنة، وذلك بتمييز العينة باستخدام الليزر عشر مرات في الثانية. وبمقارنة الصور المتتالية للموجات الصوتية ( التي يلتقطها صف من المكشافات)، فإن الباحثين تمكنوا من تعقب التدفق في قناة دموية قطرها واحد ونصف ملمتر في بقرة، بما في ذلك متابعة السرعة في مركز القناة والتي هي أسرع مقارنة بحركة التدفق بالقرب من محيط القناة.

يشرح وانج هذا بقوله إن "التردد المكاني (أو الفترة المكانية) للتوزيع الحراري تتغير تبعاً لتغير سرعة تدفق الدم"؛ بمعنى: كلما كان الدم سريعاً في تدفقه زادت الفترات المكانية طولاً بعكس الترددات المكانية التي تقل وهذا ما يجعل حساب سرعة التدفق ممكناً بالاعتماد على الترددات المكانية للصور الصوتضوئية المسجلة. لقد بدت تقنية التصوير السيالي الصوتضوئي Photoacoustic flowgraphy أكثر حساسية مقارنةً بتقنية دوبلر فوق الصوتية؛ إذ تمكن الفريق من قياس تدفق الدم في أنابيب شعرية بسرعات منخفضة تصل حتى 0.24 ملمتر/ثانية، و"]هذا[ أبطأ بأربعة أضعاف من تقنية دوبلر فوق الصوتية". ليس هذا فحسب، بل إن استخدام التصوير الطيفي الصوتضوئي مع هذه التقنية قد يزودنا بمعلومات وظيفية أخرى، منها مقدار تشبع الدم بالأكسجين وحتى معدلات الأكسجين المستخدم في عمليات الأيض.

أدوات التقييم
يقول معلقاً إِرِك استرُم، والذي يعمل في الفيزياء الحيوية في جامعة ريرسون في كندا ولم يكن ضمن فريق الدراسة: "ما وجدته مثيراً حقاً هي طريقة الدمج مع تقنية التصوير الصوتضوئي التشريحي والوظيفي لتحديد عدد من خصائص الأورام مرة واحدة وباستخدام أداة واحدة. وعلى الرغم من أن هذه التقنية ما تزال في مراحلها الأولى، إلا أن التشخيص المبكر للأورام وتقييمها من ضمن التطبيقات الطبية المحتملة التي تنتظرها".

ويتطلع فريق الدراسة حالياً إلى تحسين هذه التقنية بتطوير نظام انعكاس يجعل التسخين فوق الصوتي ومحول الموجات الصوتضوئية متموضعين على نفس الجانب من النسيج محل الدراسة. وأخيراً سيكون هذا التصميم متاحاً لمجموعة واسعة من المراكز التشريحية للتطبيقات السريرية؛ تمهيداً لاختباره داخل الأنسجة الحية.


نُشر البحث في: Physical review letters
الكاتب: آين راندل، كاتب علوم مقيم في نيوزيلاند
ترجمة: حامد أحمد الغامدي