Os pesquisadores da Caltech desenvolveram uma tecnologia revolucionária de imagens médicas, a tomografia vetorial fotoacústica (PAVT), que cria imagens de vasos sanguíneos profundos de forma não invasiva e analisa o fluxo sanguíneo. Este método inovador supera as técnicas tradicionais de imagem, fornecendo informações detalhadas sobre a presença e a dinâmica dos vasos sanguíneos. (Conceito do artista.) Crédito: SciTechDaily.com
A nova tecnologia de tomografia vetorial fotoacústica (PAVT) da Caltech permite imagens não invasivas inovadoras de vasos sanguíneos profundos e análise detalhada da dinâmica do fluxo sanguíneo.
Um grande número de problemas de saúde e, consequentemente, os tratamentos médicos para eles, envolvem a forma como o sangue flui pelo corpo. Os ataques cardíacos são causados pela restrição do fluxo sanguíneo para o músculo cardíaco. Muitos sintomas do diabetes são o resultado de vasos sanguíneos danificados. Enquanto isso, os tumores geralmente promovem o crescimento de novos vasos que fornecem sangue especificamente a eles. E o fluxo sanguíneo é um parâmetro fisiológico crucial para medir a função cerebral.
Por causa disso, os profissionais médicos desejam poder examinar os vasos sanguíneos e avaliar sua condição, mas como muitos desses vasos estão enterrados profundamente no corpo, tal exame pode ser difícil sem cirurgia exploratória.
Uma nova pesquisa conduzida no laboratório de Lihong Wang da Caltech, Bren Professor de Engenharia Médica e Engenharia Elétrica, está agora tornando possível obter imagens de vasos sanguíneos profundos em humanos, e até mesmo do sangue que flui através deles, de forma não invasiva.
Tecnologia de imagem inovadora: PAVT
Em artigo publicado na revista Engenharia Biomédica da Natureza, Wang e seus colegas descrevem essa tecnologia, que chamam de tomografia vetorial fotoacústica, ou PAVT. Esta tecnologia é semelhante em muitos aspectos a outras tecnologias de imagem fotoacústica de Wang, que utilizam luz laser que é bem absorvida pela hemoglobina, a molécula transportadora de oxigênio encontrada nos glóbulos vermelhos.
A energia que as moléculas de hemoglobina absorvem do laser faz com que vibrem ultrassonicamente. Essas vibrações percorrem o tecido até chegar à superfície da pele, onde são detectadas por sensores conectados a um computador. O computador cria então uma imagem das características do tecido, neste caso, os vasos sanguíneos.
Esta não é a primeira vez que o laboratório de Wang demonstra a capacidade de obter imagens de vasos sanguíneos usando tecnologia fotoacústica, mas o novo método pode obter imagens do fluxo sanguíneo mais profundo no corpo humano do que era possível anteriormente e mostra pela primeira vez não apenas a presença de vasos sanguíneos e seu estado de oxigenação, mas como o sangue está fluindo através dos vasos.
Avanço em imagens de fluxo sanguíneo
“Antes, só podíamos mostrar os tamanhos dos vasos sanguíneos, as concentrações de sangue e as saturações de oxigênio”, diz Wang, também presidente da liderança em engenharia médica Andrew e Peggy Cherng. “Agora podemos medir o fluxo vetorial, que indica tanto a vazão quanto a direção.
Nossa área trabalha com tecnologia fotoacústica há mais de 20 anos, mas ninguém previu algo assim. Nós nos surpreendemos porque nossa área não achava que isso fosse possível.”
“Quando vi pela primeira vez nossas imagens do fluxo sanguíneo, fiquei absolutamente surpreso”, disse Yang Zhang, o autor principal e pesquisador associado de pós-doutorado em engenharia médica. “A parte mais emocionante deste trabalho é que sinergizamos engenharia e fisiologia para superar um obstáculo anteriormente considerado intransponível pela área.”
A equipe é capaz de ver a direção e a taxa de fluxo porque o PAVT tem uma resolução tão fina que pode detectar sinais decorrentes da distribuição de glóbulos vermelhos nas profundezas do corpo. Um algoritmo integrado ao sistema rastreia o movimento dessas distribuições e deduz a velocidade e a direção do fluxo. É como o Google determina o quão intenso está o tráfego em uma rodovia, observando a velocidade com que os telefones celulares se movem naquela área.
Os investigadores levantam a hipótese de que as suas imagens e vídeos do fluxo sanguíneo humano são facilitados pela distribuição heterogénea dos glóbulos vermelhos, que surge, em parte, da forma como os vasos sanguíneos são estruturados por todo o corpo.
Na confluência do Rio Amazonas e do Rio Negro, no Brasil, as águas de cada rio podem ser vistas correndo paralelamente e permanecendo sem mistura por algum tempo após a confluência dos rios. Fenômenos semelhantes podem ser observados nos vasos sanguíneos. Crédito: Portal da Copa/Wikimedia Commons
Wang compara a situação nos veios ao que acontece quando dois rios com diferentes qualidades de água, um claro e outro lamacento, por exemplo, se juntam em um riacho maior. Em tal confluência, não é incomum ver os riachos permanecerem sem mistura por uma longa distância, mesmo enquanto fluem pelo mesmo canal.
Um fenômeno semelhante é observado quando duas veias que transportam sangue com diferentes conteúdos sanguíneos (oxigenado e não oxigenado) se unem. Mesmo que o sangue desses dois vasos tenha se unido como um único fluxo, ele permanecerá sem mistura por algum tempo. O sistema PAVT pode distinguir essas manchas não misturadas e rastrear seu movimento.
E como os glóbulos vermelhos absorvem a luz laser do sistema PAVT de forma diferente, dependendo se estão oxigenados ou não, o PAVT também pode determinar quanto oxigênio o sangue em um determinado vaso está transportando. “Isso nos permite quantificar o consumo de oxigênio, que é uma medida importante do metabolismo”, acrescenta Wang.
Referência: “Tomografia vetorial fotoacústica para imagens hemodinâmicas profundas” por Yang Zhang, Joshua Olick-Gibson, Anjul Khadria e Lihong V. Wang, 30 de novembro de 2023, Engenharia Biomédica da Natureza.
DOI: 10.1038/s41551-023-01148-5
Além de Wang e Zhang, outros co-autores são Joshua Olick-Gibson, estudante de graduação em engenharia médica, e Anjul Khadria, ex-bolsista de pós-doutorado da Caltech.
O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Instituto Nacional de Saúde.
