Metode baru untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah di kapiler otak

Otak mungkin merupakan organ yang paling sensitif terhadap perubahan aliran darah dan suplai oksigen. Bahkan gangguan singkat pada aliran kapiler (dilansir dari cipbessel) dapat mengindikasikan masalah neurologis akut; Bukti menunjukkan bahwa kondisi kronis seperti penyakit Alzheimer dan Parkinson berkaitan erat dengan kejadian terhenti. Oleh karena itu, menyelidiki dampak dari terhentinya aktivitas dapat mengarah pada pengembangan terapi untuk gangguan tersebut.

Namun, meskipun ada kemajuan luar biasa dalam pencitraan medis selama beberapa dekade terakhir, identifikasi gangguan pada kapiler masih merupakan tantangan yang berat. Tomografi koherensi optik (OCT) saat ini merupakan metode terbaik yang tersedia untuk memantau kapiler dalam volume kecil. Namun pendekatan ini memiliki resolusi temporal yang buruk, artinya pendekatan ini hanya dapat menangkap peristiwa-peristiwa yang terhenti dalam jangka waktu lama. Selain itu, menganalisis data yang dikumpulkan melalui OCT untuk menentukan kejadian terhenti memerlukan pekerjaan manual yang ekstensif.

Dalam penelitian terbaru yang diterbitkan di Neurophotonics

Dalam penelitian terbaru yang diterbitkan di Neurophotonics , tim peneliti yang dipimpin oleh Dr. John Giblin dari Universitas Boston berupaya mengatasi masalah ini. Dengan menggunakan pengaturan khusus, para peneliti memamerkan potensi teknik yang disebut mikroskop dua foton berkas Bessel untuk mendapatkan gambar volumetrik kapiler otak. Selain itu, tim mengusulkan pendekatan analisis inovatif untuk mengotomatiskan identifikasi peristiwa yang terhenti.

Tapi apa itu mikroskop dua foton berkas Bessel? Mikroskop dua foton, modalitas pencitraan yang banyak digunakan, menggunakan sinar laser untuk merangsang molekul fluoresen dalam sampel. Tabrakan dua foton secara bersamaan dengan molekul fluoresen harus terjadi untuk menghasilkan emisi cahaya, yang dapat sangat mengurangi kebisingan latar belakang. Lebih lanjut, penggunaan sinar Bessel, sejenis sinar laser dengan distribusi intensitas unik yang memungkinkannya tetap fokus di ruang sempit dalam jarak yang relatif jauh, menjadikan teknik ini lebih menjanjikan.

Berkat pendekatan ini, para peneliti dapat memperoleh gambar yang jelas dari semua kapiler dalam volume 713 × 713 × 120 μm ³ kira-kira setiap dua detik. Pada gambar tersebut, kemacetan dapat dideteksi secara langsung dengan memfokuskan pada pergerakan sel darah merah yang tampak sebagai bayangan. Jika sel tetap berada di lokasi yang sama di dalam kapiler selama dua atau lebih periode berturut-turut, berarti aliran darah di dalam kapiler terhenti.

Dibandingkan dengan OCT, pendekatan yang diusulkan menggunakan mikroskop dua foton berkas Bessel dapat menghasilkan gambar lebih cepat, memberikan resolusi temporal yang lebih baik. Namun, jumlah data yang lebih besar yang dihasilkan oleh pengaturan ini hanya memperburuk masalah analisis data. Oleh karena itu, tim menemukan metode untuk mempermudah identifikasi kejadian kemacetan.

Prosedur analisis yang diusulkan bergantung pada fakta bahwa intensitas sepanjang kapiler yang terhenti dalam gambar dua foton akan relatif tidak berubah. Para peneliti menerapkan algoritma untuk menghitung korelasi intensitas antar bingkai untuk masing-masing kapiler; korelasi yang tinggi menyiratkan bahwa kapiler telah terhenti. Dengan memvisualisasikan korelasi yang dihitung dan bukan gambar intensitas mentah, para peneliti merasa lebih mudah dan cepat untuk mengidentifikasi peristiwa-peristiwa yang terhenti.

Tim menguji teknik analisis data semi-otomatis melalui eksperimen in vivo pada tikus untuk mengeksplorasi perubahan terhenti sebelum dan sesudah stroke. Strategi yang diusulkan ini memangkas separuh waktu yang diperlukan untuk analisis. Selain itu, memvisualisasikan korelasi intensitas terbukti lebih dapat diandalkan untuk mendeteksi kemacetan dibandingkan observasi “buta” terhadap gambar mentah. Berbeda dengan OCT, strategi pencitraan ini juga mampu mendeteksi kejadian short stalling.

Selain itu, mikroskop dua foton berkas Bessel memungkinkan estimasi diameter pembuluh darah berdasarkan intensitas fluoresen. Untuk menunjukkan fitur ini, para peneliti menyelidiki hubungan antara kejadian kemacetan dan pelebaran arteri, mengungkapkan bahwa pembuluh darah yang membesar dapat mengurangi kemacetan secara sementara.

Neurophotonics Associate Editor Ji Yi, seorang profesor oftalmologi dan teknik biomedis di Universitas Johns Hopkins, menyatakan, “Secara keseluruhan, temuan penelitian ini menunjukkan kekuatan mikroskop dua foton berkas Bessel untuk mengeksplorasi cara kerja rumit sistem peredaran darah otak. dan implikasinya terhadap kesehatan neurologis.” Dalam waktu dekat, metode yang sepenuhnya otomatis untuk mendeteksi gangguan otak diharapkan dapat membantu para ilmuwan menyelidiki, mendiagnosis, dan menilai pengobatan penyakit otak.