ספקטרות תכונות אופטיות in-vivo בחמישה מיקומים בגוף בעשרה נבדקים באמצעות אופטיקה דיפוזית במרחב זמן

להאיר עמוק בתוך הגוף

חוקרי רפואה משתמשים יותר ויותר באור במקום בקרני X כדי להציץ מתחת לעור ולעקוב אחרי מה שמתרחש בתוך גופנו. אך כדי להפוך את האור לכלי אבחוני מהימן, צריכים המדענים קודם כל לדעת בדיוק כיצד רקמות שונות סופגות ומפזרות אותו. מאמר זה מציג מאגר נתונים עשיר וזמין בפומבי שממפה כיצד האור נע דרך רקמה חיה באתרי גוף שונים, וכך פותח את הדרך לבדיקות וטיפולים אופטיים מדויקים ובטוחים יותר.

מדוע האור הוא כלי רפואי עוצמתי

בין האור האדום לבין התחום התת‑אדום הקרוב ישנו "אזור זהב" שבו האור יכול לחדור עד כמה סנטימטרים לתוך הרקמה دون להיספג לחלוטין. טווח זה כבר משמש במכשירים שמנטרים חמצון מוחי או מנחים טיפולי לייזר. עם זאת, רוב המדידות הקיימות של "תכונות אופטיות" של רקמות מגיעות מחתיכות רקמה שנחקרו מחוץ לגוף, מבעלי חיים או מניסויים קטנים ומפוזרים. זה מקשה על תכנון מכשירים חדשים, השוואת מחקרים או התחשבות בהבדלים טבעיים בין אנשים. המחברים שאפו למלא פער זה בעזרת מאגר סטנדרטי, in‑vivo של בני אדם, שזמין לכל מי שרוצה להשתמש בו.

כיצד נאספו המדידות

הצוות השתמש בטכניקה הנקראת ספקטרוסקופיית אופטיקה דיפוזית במרחב זמן. הם שיגרו פולסי אור קצרים במיוחד אל הגוף דרך קצה ידני קטן ומדדו כמה זמן לוקח לפוטונים מפוזרים לשוב. צורת עקומת "זמני המעוף" הזו חושפת כמה החומר סופג אור וכמה הוא מפזר אותו. עשר מתנדבים בריאים, השונים בגיל, מין, גוון עור ובניין גוף, נמדדו בחמישה אתרים: זרוע עליונה, אמה מעל עצמות הרדיוס‑אולנה, בטן, מצח ועצם העקב (קלקניאוס). עבור כל אתר הוקלט האור ב‑51 אורך גל מנקודה של 610 עד 1110 ננומטר פעמיים (עם מיקום מחדש של החיישן) ושלוש פעמים לכל מיקום, בעוד שנוצרו תמונות אולטרסאונד באותם מקומות כדי להראות את האנטומיה שמתחת.

הפיכת זמני פוטונים למפות של רקמה

כדי לתרגם את זמני הגעת הפוטונים הגולמיים למשהו בעל משמעות ביורפואית, המחברים התאמנו לכל עקומת זמן‑מעוף מודל פיזיקלי מבוסס של דיפוזיית אור במדיום מפזר. הדבר איפשר להם לאמוד שני ערכים מרכזיים בכל אורך גל: כמה אור נאבד לספיגה וכמה הוא מפוזר. העיבוד נעשה בקפידה כדי להימנע מרעש ועיוותים, והמערכת נבדקה מול "פנטומים" נוזליים עם תכונות ידועות ונגד מדדי ביצוע בינלאומיים. מאגר הנתונים הסופי, המתארח ב‑Zenodo, כולל את הקבצים הגולמיים ללא שינוי, מטא‑נתונים המקשרים כל קובץ לנבדק ולאתר בגוף, דוגמאות פלט של ניתוח וכלי Python ו‑MATLAB מוכנים לקריאה ולגרפיקה.

מה הנתונים חושפים על גופים אמיתיים

הספקטרות שהתקבלו מראות כיצד מים, שומן, דם וחלבונים מבניים משאירים כל אחד טביעת אצבע מובחנת בחלקים שונים של הגוף. לדוגמה, מדידות בטן בנבדקים עם מדד מסת גוף גבוה מראות אותות חזקים יותר המאפיינים שומן באורכי גל שבהם ליפידים סופגים בעיקר, בעוד שנבדקים רזים יותר מציגים ספקטרות שנשלטות על‑ידי מים. אזורים עשירים בעצם כמו האמה ולעקב חולקים תכונות עדינות שסביר שהן קשורות לקולגן בעצם, והמצח, שבו מעט מאגרי שומן, נשלט על‑ידי חתימות של מים ודם. בהשוואה בין מדידות חוזרות באותו מקום לבין השונות בין אנשים, המחברים מראים שהשונות הטבעית מאדם לאדם גדולה בהרבה מרעשי המכשיר עצמו, מה שמדגיש כמה חשוב לקחת בחשבון את הגיוון הביולוגי בעיצוב אבחונים אופטיים.

יסוד לרפואת עתיד מבוססת אור

ביטוי יומיומי לפרויקט הזה הוא שהוא דומה לבניית מפת דרכים מפורטת לאופן שבו האור נע בגוף. כל מי שתכנן סורק אופטי חדש, בוחן תיאוריה על תנועת פוטונים ברקמה או מאמן מערכת בינה מלאכותית לפרש אותות אופטיים יכול כעת להתחיל מנתונים אנושיים מדויקים ומשותפים במקום מהשערות. על‑ידי שילוב מדידות מאומתות בקפידה, תמונות אולטרסאונד וכלי ניתוח שקופים, מאגר הנתונים מספק התייחסות משותפת שיכולה להאיץ את פיתוח השיטות הלא‑פולשניות מבוססות‑האור לגילוי מחלות, ניטור בריאות והנחיית טיפולים.

ציטוט: Damagatla, V., Karremans, S., Bossi, A. et al. In-vivo optical properties spectra across five body locations on ten subjects using time-domain diffuse optics. Sci Data 13, 261 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06586-9

מילות מפתח: אופטיקה של רקמות, אור תת‑אדום קרוב, הדמיה לא פולשנית, נתוני ביomed פתוחים, הגירת פוטונים