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Una visualizzazione sismica del cervello

Un nuovo studio ha pubblicato nei rapporti della medicina di Digital del giornale nel marzo 2020 un prototipo o uno studio pilota che potrebbero renderlo più facile sviluppare la tecnologia dell'immagine molto più accurata per il cervello umano, molto più superiore a tutta la tecnologia attuale quale lo scansione di CT, di MRI e dell'ANIMALE DOMESTICO.

L'applicazione più ovvia di questa nuova tecnica è in pazienti che possono subire un colpo o l'altro trauma cranico. Il colpo è la causa della morte di numero 2 e la più grande ragione per il deficit neurologico in adulti. Se un colpo accade, è rapido essenziale per potere all'immagine la parte e con l'alta fedeltà in tutto il paziente. Poiché il risultato peggiora con ogni minuto della mora, l'abilità all'immagine il trattamento dell'iniziato e del cervello al primo punto di contatto con il paziente pregiudicherebbe molto significativamente sia la sopravvivenza che l'ultima prognosi per la sopravvivenza funzionale. Lo stesso si applica a quasi tutto il modulo del trauma cranico.

Tecniche più iniziali

L'imaging a risonanza magnetica (MRI) è la tecnica di scelta per ottenere le immagini ad alta definizione del cervello. Può contribuire ad esaminare una miriade di disordini del cervello, compreso il colpo, il tumore al cervello ed il trauma cranico traumatico.

Il problema con MRI, accurato poichè è generalmente, è che non può essere usato se il paziente ha un innesto metallico o un corpo estraneo. È egualmente impossibile con i pazienti che sono severamente claustrofobici, molto obeso, o non cooperativo per tutta la ragione. La tomografia computerizzata dei raggi x (CT) è la migliore opzione seguente ma esposti il paziente a radiazione ionizzante. Entrambe queste modalità richiedono la grande strumentazione, che è costosa, non può essere portata al lato del letto di un paziente malato ed è quindi difficile da utilizzare in pazienti che presentano con gli stati di emergenza che comprendono la coscienza alterata, quale il colpo sospettato.

il Co-ricercatore Parashkev che Nachev dice, “le praticità di MRI limiterà sempre la sua applicabilità, particolarmente nella regolazione acuta, in cui l'intervento tempestivo ha il più grande impatto. La neurologia sta aspettando una nuova, modalità universalmente applicabile della rappresentazione per le decadi: l'inversione di interamente forma d'onda ha potuto bene essere la risposta.„

Se l'unità corrente può rivelarsi per produrre le immagini accurate nei test clinici, la rappresentazione di emergenza e la diagnosi di tali pazienti diventeranno molto più dirette. Inoltre, il nuovo strumento della rappresentazione può contribuire a riflettere continuamente i pazienti molto malati.

Come il casco del prototipo potrebbe immagine il cervello. Credito di immagine: Istituto universitario imperiale Londra
Come il casco del prototipo potrebbe immagine il cervello. Credito di immagine: Istituto universitario imperiale Londra

Rappresentazione sismica nei disordini del cervello

Dati sismici di uso degli scienziati della terra come pure tecniche complete di inversione di forma d'onda (FWI), che forniscono una maschera dell'interno della terra. Ciò è assicurando i dati sismici dai rivelatori o dai sismometri di terremoto agli algoritmi di FWI che, a loro volta, rappresentano le immagini 3D della crosta terrestre, che può essere usata per predire i terremoti e per individuare il petrolio o i serbatoi in profondità all'interno della crosta.

Il nuovo studio sfrutta questa capacità per effettuare l'imaging biomedico usando le onde sonore per generare un'immagine ad alta definizione del cervello. Lo strumento dipende dalle onde sonore, la tecnologia già utilizzata nello scansione di ultrasuono. Tuttavia, l'ultrasuono non può penetrare l'osso come pure le aberrazioni rifrangenti causate dal contrasto fra il cranio ed il cervello. La nuova unità di rappresentazione può superare questa barriera.

Ciò ora è disponibile, grazie alla nuova tecnologia. Secondo lo studio Lluis Guasch autore, “una tecnica di rappresentazione che già ha rivoluzionato un campo - rappresentazione sismica - ora ha il potenziale di rivoluzionare un altro - rappresentazione di cervello.„

Altri esperti scheggiano in, come Bryan Williams, che dirige il centro di ricerca biomedico degli ospedali di NIHR UCL, “questo è uno sviluppo straordinario che ha potenziale enorme di fornire la rappresentazione di cervello accessibile per valutare il cervello nel trauma capo, nel colpo ed in varie malattie di cervello. È egualmente un'illustrazione favolosa di come la collaborazione fra gli ingegneri ed i clinici, facendo uso dei metodi da un'altra sfera di scienza, può portare la terra-rottura dell'innovazione nell'assistenza medica.„

Il casco acustico di rappresentazione

L'unità è un casco allineato con le righe dei trasduttori sani che generano l'energia ultrasonica che è trasmessa tramite la testa del paziente. L'energia propagata è registrata ed inserita in un computer attraverso il casco. I dati poi sono elaborati facendo uso degli algoritmi di FWI per creare un'immagine tridimensionale dell'interno del cranio.

Il casco del prototipo. Credito di immagine: Istituto universitario imperiale Londra
Il casco del prototipo. Credito di immagine: Istituto universitario imperiale Londra

Il prototipo è stato provato su un essere umano senza alcuna patologia conosciuta del cervello. I risultati hanno indicato che ha prodotto un segnale registrato di alta qualità che potrebbe essere usato per video un'immagine completa della parte esaminata. I ricercatori dicono che ritengono sicuri che l'energia sparsa proveniente dal cervello possa essere interpretata in un modo clinicamente utile.

Inoltre, l'uso di modellistica del computer li aiuta per raggiungere la rappresentazione di alta qualità alle frequenze sane basse che saranno sicure al cervello eppure capaci di penetrare il cranio. Con l'aiuto di tali tecniche modellanti, hanno generato le simulazioni su elaboratore che mostrano i dettagli di vari tessuti cerebrali, per provare che le onde sonore possono creare un'immagine ad alta definizione del cervello.

L'unità è più piccola, più veloce, più economica e più facile di quelle utilizzate nella maggior parte delle altre tecniche di rappresentazione, che i mezzi possono essere utilizzati per la rappresentazione portatile come in ambulanze. L'uso di FWI può impedire la deformazione dovuta diffondere mentre permette l'uso delle basse frequenze.

Implicazioni

Commentando l'unità, Guasch dice, “questo è la prima volta FWI si è applicato al compito della rappresentazione dentro un cranio umano. FWI è utilizzato normalmente nella geofisica per mappare la struttura della terra, ma il nostri gruppo degli scienziati della terra, bioengineers e neurologi di collaborazione e pluridisciplinari stanno usandola per creare un sicuro, a buon mercato ed il metodo portatile di generazione delle immagini di ultrasuono 3D del cervello umano.„

Nachev continua a spiegare, “questo è un'illustrazione viva della potenza notevole del calcolo avanzato nella medicina. Combinando l'innovazione algoritmica con il supercomputing ha potuto permetterci di recuperare le immagini ad alta definizione del cervello da fisica sicura, relativamente semplice, affermata: la trasmissione dei soundwaves attraverso il tessuto umano.„ Per stabilire la loro tesi, gli scienziati devono ora sviluppare un prototipo che fornirà le immagini in tensione dal cervello umano normale. Ciò sarà la prima fase nel viaggio ad un'unità saggiabile completa da usare sui pazienti reali.

Lo studio conclude: “Il valore potenziale della rappresentazione di FWI è triplo. Potrebbe migliorare i risultati nei disordini neurologici acuti permettendo all'intervento più iniziale. In secondo luogo, il basso costo, l'alta sicurezza, la trasferibilità e la potenza di alta risoluzione della tecnologia fornisce la capacità di riflettere continuamente i cervelli dei pazienti al lato del letto. E terzo, la tecnologia può essere spiegata prontamente e sicuro in una vasta gamma di situazioni dove neuroimaging sarebbe desiderabile ma è corrente non disponibile-per l'esempio, all'interno dei paesi in via di sviluppo con i bilanci di salubrità limitati, nelle posizioni remote, ordinariamente agli eventi di contatto-sport, all'interno delle distribuzioni militari, o come componente di aiuto in caso di catastrofe quando l'infrastruttura locale è compromessa.„

Journal reference:

Guasch, L., Calderón Agudo, O., Tang, M. et al. Full-waveform inversion imaging of the human brain. npj Digit. Med. 3, 28 (2020). https://doi.org/10.1038/s41746-020-0240-8

Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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