Các Chụp cắt lớp huỳnh quang là một kỹ thuật hình ảnh được sử dụng chủ yếu trong chẩn đoán in vivo. Nó dựa trên việc sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang đóng vai trò là dấu ấn sinh học. Ngày nay, thủ thuật này chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu hoặc trong các nghiên cứu trước khi sinh.
Chụp cắt lớp huỳnh quang là gì?
Chụp cắt lớp huỳnh quang ghi lại và định lượng sự phân bố ba chiều của các dấu ấn sinh học huỳnh quang trong các mô sinh học. Cái gọi là florophores, tức là các chất huỳnh quang, ban đầu hấp thụ bức xạ điện từ trong phạm vi hồng ngoại gần. Sau đó, chúng lại phát ra bức xạ ở trạng thái năng lượng thấp hơn một chút. Hành vi này của các phân tử sinh học được gọi là huỳnh quang.
Sự hấp thụ và phát xạ diễn ra trong dải bước sóng từ 700 - 900 nm của quang phổ điện từ. Polymethines chủ yếu được sử dụng làm fluorophores. Đây là những thuốc nhuộm có các cặp electron liên hợp trong phân tử và do đó có khả năng hấp thụ các photon để kích thích các electron. Năng lượng này được giải phóng một lần nữa cùng với sự phát sáng và sinh nhiệt.
Trong khi thuốc nhuộm huỳnh quang phát sáng, có thể hình dung được sự phân bố của nó trong cơ thể. Giống như phương tiện tương phản, fluorophores được sử dụng trong các thủ thuật hình ảnh khác. Chúng có thể được tiêm tĩnh mạch hoặc uống, tùy thuộc vào khu vực áp dụng. Chụp cắt lớp huỳnh quang cũng thích hợp để sử dụng trong hình ảnh phân tử.
Chức năng, tác dụng và mục tiêu
Chụp cắt lớp huỳnh quang thường được sử dụng trong phạm vi cận hồng ngoại vì ánh sáng hồng ngoại sóng ngắn có thể dễ dàng đi qua mô cơ thể. Chỉ có nước và hemoglobin mới có khả năng hấp thụ bức xạ trong dải bước sóng này. Trong một mô điển hình, hemoglobin chịu trách nhiệm cho khoảng 34 đến 64 phần trăm sự hấp thụ. Do đó, nó là yếu tố quyết định thủ tục này.
Có một cửa sổ quang phổ trong phạm vi từ 700 đến 900 nanomet. Bức xạ từ thuốc nhuộm huỳnh quang cũng nằm trong dải bước sóng này. Vì vậy, ánh sáng hồng ngoại sóng ngắn có thể xuyên qua mô sinh học tốt. Sự hấp thụ và tán xạ còn lại của bức xạ là các yếu tố hạn chế của quy trình, do đó ứng dụng của nó vẫn bị giới hạn trong các thể tích mô nhỏ. Thuốc nhuộm huỳnh quang từ nhóm polymethines chủ yếu được sử dụng làm fluorophores ngày nay. Tuy nhiên, vì những thuốc nhuộm này bị phá hủy chậm khi tiếp xúc, nên việc sử dụng chúng bị hạn chế đáng kể. Các chấm lượng tử làm từ vật liệu bán dẫn là một giải pháp thay thế.
Đây là những vật thể nano, nhưng chúng có thể chứa selen, asen và cadmium, vì vậy về nguyên tắc, việc sử dụng chúng ở người phải được loại trừ. Protein, oligonucleotide hoặc peptit đóng vai trò như phối tử để liên hợp với thuốc nhuộm huỳnh quang. Trong những trường hợp đặc biệt, thuốc nhuộm huỳnh quang không liên hợp cũng được sử dụng. Thuốc nhuộm huỳnh quang "xanh indocyanin" đã được sử dụng làm môi trường cản quang trong chụp mạch ở người từ năm 1959. Các dấu ấn sinh học huỳnh quang liên hợp hiện không được chấp thuận cho người. Đối với nghiên cứu ứng dụng cho chụp cắt lớp huỳnh quang, ngày nay chỉ có các thí nghiệm trên động vật được thực hiện.
Dấu ấn sinh học huỳnh quang được đưa vào tĩnh mạch và sự phân bố thuốc nhuộm và sự tích tụ của nó trong mô cần kiểm tra sau đó được kiểm tra theo cách giải quyết theo thời gian. Bề mặt cơ thể con vật được quét bằng tia laser NIR. Một máy ảnh ghi lại bức xạ phát ra từ dấu ấn sinh học huỳnh quang và kết hợp các hình ảnh thành phim 3D. Bằng cách này, đường đi của các dấu ấn sinh học có thể được theo dõi. Đồng thời, thể tích của mô được đánh dấu cũng có thể được ghi lại để có thể ước tính xem đó có thể là mô khối u hay không. Ngày nay chụp cắt lớp huỳnh quang được sử dụng theo nhiều cách trong các nghiên cứu tiền lâm sàng. Công việc chuyên sâu cũng đang được thực hiện trên các ứng dụng có thể có trong chẩn đoán con người.
Nghiên cứu đóng một vai trò nổi bật ở đây vì ứng dụng của nó trong chẩn đoán ung thư, đặc biệt là ung thư vú. Người ta cho rằng chụp nhũ ảnh huỳnh quang có tiềm năng là một phương pháp tầm soát ung thư vú rẻ tiền và nhanh chóng. Ngay từ năm 2000, Schering AG đã trình bày màu xanh lục indocyanin đã được biến đổi làm môi trường tương phản cho quá trình này. Tuy nhiên, nó vẫn chưa được thông qua. Một ứng dụng để kiểm soát dòng chảy của bạch huyết cũng được thảo luận. Một lĩnh vực ứng dụng tiềm năng khác là sử dụng phương pháp này để đánh giá rủi ro ở bệnh nhân ung thư. Chụp cắt lớp huỳnh quang cũng có tiềm năng lớn trong việc phát hiện sớm bệnh viêm khớp dạng thấp.
Rủi ro, tác dụng phụ và nguy hiểm
Chụp cắt lớp huỳnh quang có một số ưu điểm so với một số kỹ thuật hình ảnh khác. Đây là một thủ tục có độ nhạy cao, trong đó ngay cả những lượng nhỏ nhất của fluorophore cũng đủ để tạo ảnh. Độ nhạy của chúng có thể được so sánh với các quy trình y học hạt nhân PET (chụp cắt lớp phát xạ positron) và SPECT (chụp cắt lớp vi tính phát xạ photon đơn).
Về mặt này, nó thậm chí còn vượt trội hơn so với MRI (chụp cộng hưởng từ). Hơn nữa, chụp cắt lớp huỳnh quang là một phương pháp rất rẻ tiền. Điều này áp dụng cho việc đầu tư thiết bị và vận hành cũng như thực hiện cuộc điều tra. Ngoài ra, không có tiếp xúc với bức xạ. Tuy nhiên, nhược điểm là tổn thất tán xạ cao làm giảm mạnh độ phân giải không gian khi chiều sâu vật thể ngày càng tăng. Do đó chỉ có thể kiểm tra các bề mặt mô nhỏ. Ở người, các cơ quan nội tạng không thể được thể hiện tốt vào lúc này. Tuy nhiên, có những nỗ lực để hạn chế tác động tán xạ bằng cách phát triển các phương pháp chọn lọc thời gian.
Các photon bị phân tán nặng nề được tách ra khỏi các photon chỉ phân tán nhẹ. Quá trình này vẫn chưa được phát triển đầy đủ. Cũng cần nghiên cứu thêm để phát triển một dấu ấn sinh học huỳnh quang thích hợp. Các dấu ấn sinh học huỳnh quang trước đây không được chấp thuận cho người. Thuốc nhuộm hiện đang được sử dụng bị phân hủy bởi tác động của ánh sáng, điều này có nghĩa là một bất lợi đáng kể cho việc sử dụng chúng. Các lựa chọn thay thế có thể được gọi là chấm lượng tử làm bằng vật liệu bán dẫn. Tuy nhiên, do hàm lượng các chất độc hại như cadmium hoặc asen, chúng không thích hợp để sử dụng trong chẩn đoán in vivo ở người.
.jpg)
.jpg)
