تاریخ انتشار : ۱۴۰۰/۱۰/۱۹ ساعت ۱۸:۱۳
کد مطلب : ۳۱۵۳۳۹
کشف روشی برای تصویربرداری از جمجمه بیماران
گروه علمی:محققان به روش جدیدی دست پیدا کرده اند که از طریق آن می‌توان از مغز انسان با استفاده از نور لیزر و امواج صوتی اولتراسونیک تصویربرداری کرد. یک استاد Caltech با همکاری محققان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی برای اولین بار فناوری جدیدی را برای تصویربرداری از مغز انسان با استفاده از نور لیزر و امواج صوتی اولتراسونیک کشف کرد.
به گزارش caltech.edu، این فناوری که به عنوان توموگرافی کامپیوتری فتوآکوستیک یا PACT شناخته می‌شود، توسط لیهونگ وانگ، برن، پروفسور مهندسی پزشکی و مهندسی برق، به عنوان روشی برای تصویربرداری از بافت‌ها و اندام‌ها توسعه یافته است. نسخه‌های قبلی فناوری PACT قادر به تصویربرداری از ساختار‌های داخلی بدن موش بوده است.
تصویربرداری عملکردی چیست؟
در حال حاضر، پیشرفت‌های بیشتری در این فناوری حاصل شده، به طوری که می‌تواند تغییرات جزئی حتی در میزان گردش خون در رگ‌های خونی بسیار ریز و همچنین میزان اکسیژن رسانی خون را تشخیص دهد. از آنجا که جریان خون در نواحی خاصی از مغز در حین انجام کار‌های شناختی به عنوان مثال هنگام تماشای فیلم افزایش می‌یابد، وجود دستگاهی که غلظت خون و تغییرات اکسیژن رسانی را نشان دهد می‌تواند به محققان و متخصصان پزشکی در نظارت بر فعالیت مغز کمک کند که به عنوان تصویربرداری عملکردی شناخته می‌شود.
پیش از این، این نوع تصویربرداری تنها با دستگاه‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربردی (fMRI) انجام می‌شد که از امواج رادیویی و میدان‌های مغناطیسی که ۱۰۰ هزار برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی زمین هستند، برای نظارت بر سطح اکسیژن خون استفاده می‌کردند.
معایب دستگاه‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربردی (fMRI)
این دستگاه‌ها بسیار گران هستند و هرکدام تا چند میلیون دلار قیمت دارند. نکته منفی دیگر این است که میدان‌های مغناطیسی شدید ایجاد شده توسط دستگاه نیاز به اقدامات احتیاطی خاصی دارد، زیرا اجسام حاوی آهن مانند برخی از ابزار‌های پزشکی و همچنین ایمپلنت‌های جراحی با نیروی زیادی توسط دستگاه کشیده می‌شوند. همچنین برای استفاده از دستگاه MRI در هنگام تصویربرداری باید یک لوله باریک در داخل بدن بیمار قرار داده شود که ممکن است برای افراد مبتلا به کلاستروفوبیا ناراحت کننده باشد.
نحوه کار توموگرافی کامپیوتری فتوآکوستیک یا PACT
در مقابل فناوری ارائه شده توسط وانگ بسیار ساده‌تر، ارزان‌تر و فشرده‌تر است و نیازی به قرار دادن بیمار در داخل دستگاه ندارد و با تاباندن پالس نور لیزر به سر بیمار کار می‌کند. نور تابیده شده به سر و جمجمه در مغز پراکنده شده و توسط مولکول‌های هموگلوبین حامل اکسیژن در گلبول‌های قرمز بیمار جذب می‌شود. انرژی که مولکول‌های هموگلوبین از نور دریافت می‌کنند باعث ارتعاش سونوگرافی آنها می‌شود. این ارتعاشات از طریق بافت برگشت می‌کنند و توسط آرایه‌ای از ۱۰۲۴ سنسور کوچک اولتراسونیک که در قسمت بیرونی سر قرار گرفته اند، جمع می‌شوند. سپس داده‌های آن حسگر‌ها توسط یک الگوریتم رایانه‌ای در یک نقشه سه بعدی جریان خون و اکسیژن رسانی در سراسر مغز جمع آوری می‌شوند.
برای آزمایش این فناوری در انسان ها، دنی جی وانگ، پروفسور موسسه تصویرسازی عصبی و انفورماتیک USC با جاناتان راسین، استادیار جراحی بالینی عصبی مدیر دانشکده USC Neurorestoration و چارلز لیو، استاد جراحی مغز و اعصاب بالینی در مدرسه Keck و مدیر مرکز احیاء عصبی USC همکاری کرد. پس از آسیب دیدگی شدید مغزی، برخی از بیماران تحت عمل جراحی همی کرانکتومی دکرسیوم قرار می‌گیرند، یک روش نجات دهنده زندگی که به موجب آن قسمت زیادی از جمجمه برای کنترل فشار به دلیل تورم مغز برداشته می‌شود.
لیو و راسین با بسیاری از این بیماران در مرکز توانبخشی ملی Rancho Los Amigos در داونی، کالیفرنیا کار می‌کنند، جایی که لیو به عنوان رئیس نوآوری و تحقیقات خدمت می‌کند. پس از بهبودی از آسیب حاد و قبل از عمل جراحی بازسازی جمجمه، بیمارانی برای تعیین نحوه عملکرد فناوری تصویربرداری در یک آزمایش شرکت کردند. راسین می‌گوید: "تصویربرداری عصبی در توسعه پارادایم‌های درمانی جدید موثر است و این گامی بسیار مهم در جهت توسعه یک ابزار جدید مفید برای تکمیل رویکرد‌های فعلی مانند تکنیک‌های مبتنی بر MRI است."
نحوه اجرای فناوری جدید روی بیماران منتخب
در این تحقیق سر بیماران برای اینکه نور لیزر بتواند پوست سر آنها را روشن کند، تراشیده می‌شود. سپس بیمار روی میز دراز می‌کشد و سرش تا حدی در کاسه‌ای قرار دارد که حاوی منبع لیزر، سنسور‌های اولتراسونیک و آب است. آب به عنوان واسطه عمل می‌کند و حسگر‌ها را به سطح پوست سر متصل می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد تا سیگنال‌ها را به طور موثر دریافت کنند. این ژل مشابه ژلی است که هنگام سونوگرافی بیمار روی پوست قرار می‌گیرد.البته به گفته وانگ اگر از فیبر‌های نوری برای انتقال پالس‌های نور لیزر بین فولیکول‌های مو در پوست سر استفاده شود، می‌توان از تراشیدن سر بیمار جلوگیری کرد. او همچنین امیدوار است در نهایت بتوان از این فناوری در بیمارانی که جمجمه سالم دارند استفاده کرد.
به گزارش caltech.edu، این فناوری که به عنوان توموگرافی کامپیوتری فتوآکوستیک یا PACT شناخته می‌شود، توسط لیهونگ وانگ، برن، پروفسور مهندسی پزشکی و مهندسی برق، به عنوان روشی برای تصویربرداری از بافت‌ها و اندام‌ها توسعه یافته است. نسخه‌های قبلی فناوری PACT قادر به تصویربرداری از ساختار‌های داخلی بدن موش بوده است.
تصویربرداری عملکردی چیست؟
در حال حاضر، پیشرفت‌های بیشتری در این فناوری حاصل شده، به طوری که می‌تواند تغییرات جزئی حتی در میزان گردش خون در رگ‌های خونی بسیار ریز و همچنین میزان اکسیژن رسانی خون را تشخیص دهد. از آنجا که جریان خون در نواحی خاصی از مغز در حین انجام کار‌های شناختی به عنوان مثال هنگام تماشای فیلم افزایش می‌یابد، وجود دستگاهی که غلظت خون و تغییرات اکسیژن رسانی را نشان دهد می‌تواند به محققان و متخصصان پزشکی در نظارت بر فعالیت مغز کمک کند که به عنوان تصویربرداری عملکردی شناخته می‌شود.
پیش از این، این نوع تصویربرداری تنها با دستگاه‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربردی (fMRI) انجام می‌شد که از امواج رادیویی و میدان‌های مغناطیسی که ۱۰۰ هزار برابر قوی‌تر از میدان مغناطیسی زمین هستند، برای نظارت بر سطح اکسیژن خون استفاده می‌کردند.
معایب دستگاه‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربردی (fMRI)
این دستگاه‌ها بسیار گران هستند و هرکدام تا چند میلیون دلار قیمت دارند. نکته منفی دیگر این است که میدان‌های مغناطیسی شدید ایجاد شده توسط دستگاه نیاز به اقدامات احتیاطی خاصی دارد، زیرا اجسام حاوی آهن مانند برخی از ابزار‌های پزشکی و همچنین ایمپلنت‌های جراحی با نیروی زیادی توسط دستگاه کشیده می‌شوند. همچنین برای استفاده از دستگاه MRI در هنگام تصویربرداری باید یک لوله باریک در داخل بدن بیمار قرار داده شود که ممکن است برای افراد مبتلا به کلاستروفوبیا ناراحت کننده باشد.
نحوه کار توموگرافی کامپیوتری فتوآکوستیک یا PACT
در مقابل فناوری ارائه شده توسط وانگ بسیار ساده‌تر، ارزان‌تر و فشرده‌تر است و نیازی به قرار دادن بیمار در داخل دستگاه ندارد و با تاباندن پالس نور لیزر به سر بیمار کار می‌کند. نور تابیده شده به سر و جمجمه در مغز پراکنده شده و توسط مولکول‌های هموگلوبین حامل اکسیژن در گلبول‌های قرمز بیمار جذب می‌شود. انرژی که مولکول‌های هموگلوبین از نور دریافت می‌کنند باعث ارتعاش سونوگرافی آنها می‌شود. این ارتعاشات از طریق بافت برگشت می‌کنند و توسط آرایه‌ای از ۱۰۲۴ سنسور کوچک اولتراسونیک که در قسمت بیرونی سر قرار گرفته اند، جمع می‌شوند. سپس داده‌های آن حسگر‌ها توسط یک الگوریتم رایانه‌ای در یک نقشه سه بعدی جریان خون و اکسیژن رسانی در سراسر مغز جمع آوری می‌شوند.
برای آزمایش این فناوری در انسان ها، دنی جی وانگ، پروفسور موسسه تصویرسازی عصبی و انفورماتیک USC با جاناتان راسین، استادیار جراحی بالینی عصبی مدیر دانشکده USC Neurorestoration و چارلز لیو، استاد جراحی مغز و اعصاب بالینی در مدرسه Keck و مدیر مرکز احیاء عصبی USC همکاری کرد. پس از آسیب دیدگی شدید مغزی، برخی از بیماران تحت عمل جراحی همی کرانکتومی دکرسیوم قرار می‌گیرند، یک روش نجات دهنده زندگی که به موجب آن قسمت زیادی از جمجمه برای کنترل فشار به دلیل تورم مغز برداشته می‌شود.
لیو و راسین با بسیاری از این بیماران در مرکز توانبخشی ملی Rancho Los Amigos در داونی، کالیفرنیا کار می‌کنند، جایی که لیو به عنوان رئیس نوآوری و تحقیقات خدمت می‌کند. پس از بهبودی از آسیب حاد و قبل از عمل جراحی بازسازی جمجمه، بیمارانی برای تعیین نحوه عملکرد فناوری تصویربرداری در یک آزمایش شرکت کردند. راسین می‌گوید: "تصویربرداری عصبی در توسعه پارادایم‌های درمانی جدید موثر است و این گامی بسیار مهم در جهت توسعه یک ابزار جدید مفید برای تکمیل رویکرد‌های فعلی مانند تکنیک‌های مبتنی بر MRI است."
نحوه اجرای فناوری جدید روی بیماران منتخب
در این تحقیق سر بیماران برای اینکه نور لیزر بتواند پوست سر آنها را روشن کند، تراشیده می‌شود. سپس بیمار روی میز دراز می‌کشد و سرش تا حدی در کاسه‌ای قرار دارد که حاوی منبع لیزر، سنسور‌های اولتراسونیک و آب است. آب به عنوان واسطه عمل می‌کند و حسگر‌ها را به سطح پوست سر متصل می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد تا سیگنال‌ها را به طور موثر دریافت کنند. این ژل مشابه ژلی است که هنگام سونوگرافی بیمار روی پوست قرار می‌گیرد.البته به گفته وانگ اگر از فیبر‌های نوری برای انتقال پالس‌های نور لیزر بین فولیکول‌های مو در پوست سر استفاده شود، می‌توان از تراشیدن سر بیمار جلوگیری کرد. او همچنین امیدوار است در نهایت بتوان از این فناوری در بیمارانی که جمجمه سالم دارند استفاده کرد.
پربينندهترين مطالب و خبرها
