Att mäta feber är vanligtvis ganska enkelt:placera en termometer under patientens tunga och få en exakt temperaturavläsning inom 30 sekunder. Men den enkelheten översätts inte när det gäller att mäta temperaturen på specifika vävnader djupt inne i kroppen.

Biomedicinska ingenjörer vid Duke University har visat hur fotoakustisk avbildning kan ta temperaturen på djup vävnad snabbare och mer exakt än nuvarande tekniker. Denna upptäckt förväntas spela en viktig roll för att främja termiskt baserade terapier för att behandla cancer. Forskningen visas den 12 februari i tidningen Optica .

Spåra temperaturen på inre vävnader är avgörande för många biomedicinska studier och termiska behandlingar av cancer, påverkar ofta behandlingens effektivitet eller biverkningar.

"Om vi ​​använder MR eller ultraljud, vi tittar på relativ temperatur och arbetar under antagandet att patienten har en baslinjetemperatur på 98 grader Fahrenheit, vilket inte alltid är fallet, "sa Junjie Yao, biträdande professor i biomedicinsk teknik vid Duke. "Vi hittade ett sätt att mäta absolut temperatur genom att använda fotoakustisk avbildning för att undersöka vävnadens termiska minne."

Som namnet antyder, Med fotoakustisk avbildning kan forskare kombinera ljusets och ljudets egenskaper. Denna teknik gör det möjligt för forskare att omvandla ljus som strålas genom vävnad till ultraljudsvågor som sedan kan analyseras för att skapa högupplösta bilder.

"Det är i princip att komprimera en sekund av sommartidens solljus över ett nagelområde på en enda nanosekund, "sa Yao, som har arbetat med tekniken i nästan ett decennium. "När lasern träffar en cell, energin gör att den värms upp lite och expanderar omedelbart, skapa en ultraljudsvåg. Det är analogt med att slå en klocka för att få den att ringa. "

Enligt Yao, forskare har velat använda fotoakustisk avbildning för att mäta temperatur under lång tid, men de har konsekvent upplevt tekniska vägspärrar.

"Omvandlingseffektiviteten mellan ljus och ljud är temperaturberoende, så vi vet att det är möjligt att mäta temperaturen genom att lyssna på ljudvågor som genereras av ljus, "Sa Yao." Men vi har inte tidigare kunnat mäta absolut temperatur eftersom själva processen behöver veta hur många fotoner som når vävnaden, vilket är tekniskt utmanande."

För att komma runt denna saknade information, Yao arbetar med Pei Zhong, en professor vid avdelningen för maskinteknik och materialvetenskap som har genererat djup vävnadsuppvärmning med högintensivt fokuserat ultraljud (HIFU). Deras team utarbetade ett nytt tillvägagångssätt som heter termisk-energi-minnesbaserad fotoakustisk termometri, eller TEMPT, som använder fotoakustisk avbildning för att mäta vävnadens "termiska minne".

Med TEMPT, forskare tar en baslinjetemperaturavläsning innan de bombarderar vävnaden med en burst av nanosekundlånga laserpulser. Pulserna ökar temporärt vävnadens temperatur, som sedan mäts med en annan fotoakustisk puls.

Forskargruppen kunde använda dessa mätningar och en matematisk modell för att uppskatta den absoluta temperaturen utan att veta hur många fotoner som levererades.

Förmågan att mer exakt mäta temperaturen på vävnader djupt i kroppen har viktiga konsekvenser för behandling av cancer med termisk ablation, vilket innebär uppvärmning av tumörceller med HIFU eller radiovågor tills de dör. Även om termoterapi är en nykomling i kampen mot cancer, forskare är mycket entusiastiska över denna behandling eftersom den inte orsakar de allvarliga biverkningar som är förknippade med strålbehandling och kemoterapi.

"En av utmaningarna med termoterapi är att vi måste hålla temperaturen inom det mest effektiva intervallet, "Sa Yao." Om temperaturen är för hög, vi kan skada de omgivande vävnaderna, och om det är för lågt, Vi orsakar inte tillräckligt med skada på tumören. TEMPT -tekniken kan införlivas i behandlingarna för att finslipa den perfekta temperaturen. "

Yao sa att forskare är angelägna om att utforska det mest exakta temperaturintervallet för att effektivt döda tumörceller. Utöver den terapeutiska potentialen, Yao och hans medarbetare undersöker också hur deras arbete kan tillämpas på andra grundläggande forskningsfrågor.

"Vi bildar redan nya samarbeten, både med läkare och ingenjörer, att fortsätta utveckla denna nya teknik i laboratoriet och därefter, "Sa Yao." Det här är mycket spännande eftersom det potentiellt kan översättas till kliniska effekter och gynna cancerpatienter. "