Нове покоління оптичних сканерів для мозку

Відео: Нове покоління автомобілів BMW

Новий підхід до сканування головного мозку обіцяє стати більш ефективною альтернативою сучасним технікам нейровізуалізації, таким так ПЕТ (позитронно-емісійна томографія) і МРТ (магнітно-резонансна томографія).

Використання в сканерах мініатюрних світлодіодів (LED) - це технологія майбутнього, яка не пов`язана з радіоактивним випромінюванням ПЕТ і громіздкими магнітами МРТ.

У журналі Nature Photonics вчені зі Школи медицини при Університеті Вашингтона в Сент-Луїсі (WUSTL) пишуть про те, що вони запропонували використовувати метод дифузійної оптичної томографії (diffuse optical tomography, DOT) замість сучасної ПЕТ або функціональної МРТ (фМРТ).

Вчені працювали над удосконаленням дифузійної оптичної томографії (ДОТ) протягом 10 років, але її застосування весь цей час був обмежений сферою наукових досліджень, тому що ДОТ була здатна просканувати тільки невеликі зони мозку за один раз. Але автори впевнені, що їх нове дослідження показало очевидні переваги ДОТ перед фМРТ.

Нова ДОТ-система може охопити 2/3 головного мозку і здатна відстежувати мозкову активність в декількох зонах одночасно, включаючи ті, які відповідають за мову і самосприйняття. Провідний автор дослідження Джозеф Калвер (Joseph Culver), викладач медичної радіології, заявляє: «З поліпшеною якістю зображення нових ДОТ-систем ми суттєво наблизилися до точності фМРТ. Ми досягли такого рівня деталізації, при якому - якщо ми продовжимо роботу - ДОТ скоро зможе застосовуватися в клінічній практиці, причому буде більш корисна, ніж функціональна МРТ мозку ».

Команда каже, що ДОТ - це ідеальний метод для дітей, оскільки пацієнти можуть вільно рухатися під час процедури. Він також ідеально підходить для пацієнтів з водіями ритму, кохлеарними імплантатами і мозковими стимуляторами (використовуваними при хворобі Паркінсона). При МРТ використовуються потужні магнітні поля, які порушують роботу перерахованих пристроїв і роблять їх небезпечними. З ДОТ такий ризик повністю зникає.

Портативний ДОТ-сканер можна принести прямо в палату

Інша істотна перевага полягає в тому, що апарати для дифузійної оптичної томографії можна зробити дуже маленькими, що дає можливість внести ДОТ-сканер прямо в палату пацієнта або в операційний зал.

Повний набір необхідного обладнання займає трохи більше місця, ніж старомодна телефонна будка, всередині якої буде знаходитися пацієнт з одягненою на нього спеціальної шапочкою, з`єднаної з сенсорами і джерелами світла. Але дослідники вже помістили зменшену версію сканера на коліщатка, і продовжують працювати над подальшим зменшенням габаритів апаратури.

ДОТ працює шляхом відстеження рухів оксигенированной (збагаченої киснем) крові, яка живить активно працюють зони головного мозку. Світло, що передається крізь тканини, змінює свої характеристики в залежності від того, яка кількість крові було в тому чи іншому місці мозку. Надчутливі сенсори вловлюють ці зміни і формують дуже докладну динамічну картину.

Інший метод сканування, який сьогодні часто застосовується для картування мозкової активності - це позитронно-емісійна томографія (ПЕТ). При цьому скануванні використовується радіоактивне випромінювання, через що обмежена кількість процедур, які може пройти пацієнт.

При ДОТ не використовується радіація, тому для моніторингу пацієнта цю процедуру можна застосовувати скільки завгодно. Це дуже важливо при травматичному пошкодженні мозку, аутизмі, а також при хворобі Паркінсона і цілій низці інших прогресуючих захворювань мозку.

ДОТ краще фМРТ?

В одному з тестів дослідники взяли сканери ДОТ і фМРТ, вивчивши з їх допомогою область Брока у одних і тих же пацієнтів. Це один з ділянок фронтальної кори. Результати, отримані двома різними методами, перекривалися на 75%.

В іншому тесті вчені використовували ДОТ і фМРТ для ідентифікації мозкових ланцюжків, які працюють під час спокою і мрій. Ці області представляють для дослідників особливий інтерес, тому що вони пов`язані з такими захворюваннями, як шизофренія, аутизм і хвороба Альцгеймера. ДОТ і фМРТ успішно виявили одні і ті ж кластери, які пов`язані з цими видами активності мозку.

Хоча ДОТ не може виявити, що відбувається глибоко всередині мозку, цей метод надійний, коли мова йде про глибину не більше 1 сантиметра. Якраз в цій області лежать одні з найбільш цікавих для неврологів і психіатрів ділянки головного мозку, включаючи зони пам`яті, мови, самосприйняття і ін.

Засоби для проведення дослідження були надані Національним інститутом здоров`я США, Центром нейронаук Макдоннелла і іншими спонсорами. Професор Калвер і Університет Вашингтона вказали на свою участь в компанії, яка отримала ліцензію на нову оптичну технологію.

У лютому 2014 року закордонні видання повідомляли про багатообіцяючі результати тестів нового методу візуалізації раку, який не використовує радіацію. Дослідники написали, що вони незабаром сподіваються вирішити питання сканування при раку без ризику виникнення інших пухлин через радіоактивне опромінення в апараті.