Você sabia que música e diagnóstico por imagem têm algo em comum? Os sons têm um tom mais baixo ou mais alto, dependendo do tamanho do objeto que os cria. Tubas e contrabaixos são grandes e produzem sons graves e profundos, enquanto flautas e violinos são pequenos e produzem sons agudos. O que é interessante é que o mesmo efeito ocorre quando estruturas biológicas como células ou tecidos emitem som - o tom varia com o tamanho.

Mas que tipo de som as estruturas biológicas fazem? Além disso, como podemos ouvi-los?

Tirando proveito da correlação entre o tamanho e o tom, uma equipe de pesquisa liderada por Ryerson trabalhando no Institute for Biomedical Engineering, Science &Technology (iBEST) do St. Michael's Hospital desenvolveu recentemente um modo de imagem tão novo que os resultados do estudo foram publicados na revista Nature, Física da Comunicação .

Uma apreciação deste avanço começa com os fundamentos da imagem fotoacústica (PA), uma modalidade que está ganhando força rapidamente na pesquisa biomédica. Como seu primo de imagem de ultrassom (US), A imagem PA cria uma imagem visual de estruturas biológicas ao coletar ondas sonoras.

Embora a tecnologia de imagem dos EUA envolva o envio de ondas sonoras para uma estrutura biológica e a escuta dos ecos conforme eles saltam, A tecnologia de imagem PA faz algo totalmente diferente.

"Com imagens fotoacústicas, projetamos luz em estruturas que irão absorvê-la, como vasos sanguíneos, "diz o Dr. Michael Kolios, o pioneiro em imagens de PA que supervisionou o estudo. "As ondas de luz fazem com que as estruturas biológicas se aqueçam em uma pequena fração, o que desencadeia uma expansão quase imperceptível de volume. Quando isso acontecer, o som é gerado, como um trovão depois de um raio. "

A maioria das técnicas de imagem de PA existentes medem a amplitude (volume), exibindo áreas que emitem sons mais altos com pixels mais brilhantes. O que a equipe liderada por Ryerson se propôs a desenvolver uma técnica que medisse a frequência (tom) dos sons emitidos por estruturas biológicas.

"Dependendo do tamanho de uma estrutura biológica, o tom das ondas sonoras que ele emite será mais alto ou mais baixo, "diz o Dr. Michael Moore, um Residente de Física Médica no Grand River Hospital em Kitchener que liderou a equipe de pesquisa como um estudante de doutorado sob a supervisão de Kolios. "Se pudéssemos filtrar os sons de entrada por frequência, poderíamos criar imagens que se concentram em estruturas de um determinado tamanho, o que ajudaria a revelar características que poderiam estar ocultas ou menos proeminentes. "

A equipe desenvolveu uma técnica que eles chamam de F-Mode (para frequência), o que lhes permitiu subdividir os sinais de PA em diferentes bandas de frequência. Eles então demonstraram com sucesso o aprimoramento seletivo de características de tamanhos diferentes em amostras que variam de células biológicas a larvas vivas do peixe-zebra - tudo sem o uso de corantes de contraste que normalmente seriam exigidos por outras técnicas de imagem de última geração.

Moore e Kolios são rápidos em apontar que a chave para seu sucesso foi a oportunidade de trabalhar no iBEST e com o Dr. Xiao-Yan Wen e sua equipe no Zebrafish Center for Advanced Drug Discovery. "Sem o conhecimento e experiência da equipe do Wen Lab, não teria sido possível demonstrar que nossa técnica funciona, "diz Moore.

A equipe de pesquisa, que inclui os candidatos ao doutorado em Física Biomédica de Ryerson, Eno Hysi e Muhannad Fadhel, agora está tomando medidas para traduzir o F-Mode em aplicações clínicas, onde será de amplo benefício. Por exemplo, a capacidade de segmentar e aprimorar características de escalas diferentes tem um potencial significativo em áreas como oftalmologia, neurocirurgia e detecção de várias condições, como hipertensão.