Los investigadores del Imperial College London y UCL dicen que su estudio de prueba de concepto, publicado hoy en medicina digital npj , allana el camino para el desarrollo de imágenes clínicas de alta fidelidad del cerebro humano que podrían ser superiores a la tecnología existente.
A diferencia de los métodos de imágenes cerebrales existentes, como la resonancia magnética, la tomografía computarizada y la exploración por TEP, la tecnología podría aplicarse para obtener imágenes de cualquier paciente, y podría ser adecuada para la monitorización continua de pacientes de alta dependencia. Podría administrarse mediante un dispositivo relativamente pequeño, queTambién podría hacerlo portátil en ambulancia y permitir una investigación rápida antes de la llegada al hospital.
Los investigadores confían en que la tecnología será segura ya que las ondas de sonido ya se utilizan para la exploración por ultrasonido y esta tecnología utiliza intensidades de sonido similares. El ultrasonido no puede penetrar fácilmente a través del hueso, mientras que el nuevo dispositivo, diseñado para usarse como un casco,es capaz de superar esta barrera.
El nuevo enfoque tiene un valor especial en pacientes investigados por accidente cerebrovascular, la segunda causa más común de muerte y la causa más común de discapacidad neurológica del adulto, donde la obtención de imágenes de alta fidelidad rápida, universalmente aplicable es esencial.
El autor principal, el Dr. Lluís Guasch, del Departamento de Ciencias e Ingeniería de la Tierra de Imperial, dijo: "Una técnica de imagen que ya ha revolucionado un campo, la imagen sísmica, ahora tiene el potencial de revolucionar otro: la imagen del cerebro".
El profesor Bryan Williams, Director del Centro de Investigación Biomédica de los Hospitales UCL de NIHR, que financió en parte la investigación, dijo: "Este es un desarrollo extraordinario y novedoso en imágenes cerebrales que tiene un enorme potencial para proporcionar imágenes cerebrales accesibles en la práctica clínica habitual para evaluar el cerebro entrauma en la cabeza, derrame cerebral y una variedad de enfermedades cerebrales.
"Si esto cumple su promesa, será un gran avance. También es una ilustración fabulosa de cómo la colaboración entre ingenieros y médicos, utilizando métodos de otra esfera de la ciencia, puede aportar innovación innovadora a la atención médica."
Trascendiendo disciplinas
Los científicos de la Tierra usan datos sísmicos y una técnica computacional llamada inversión de forma de onda completa FWI para mapear el interior de la tierra. Los datos sísmicos de los detectores de terremotos sismómetros se conectan a algoritmos FWI que extraen imágenes en 3D de la corteza terrestre que pueden serse usa para predecir terremotos y buscar depósitos de petróleo y gas.
Ahora los investigadores de Imperial han adaptado este enfoque a las imágenes médicas, desarrollando un método que utiliza ondas sonoras con el objetivo final de producir imágenes del cerebro de alta resolución.
Construyeron un casco forrado con una serie de transductores acústicos que cada uno envía ondas de sonido a través del cráneo. La energía de ultrasonido que se propaga a través de la cabeza se registra y se alimenta a través del casco a una computadora. FWI luego se utiliza para analizar las reverberaciones deel sonido en todo el cráneo, construyendo una imagen 3D del interior.
Los investigadores probaron su casco en un voluntario sano y descubrieron que la calidad de las señales grabadas era suficiente para que el algoritmo generara una imagen detallada, y confían en que la energía dispersada del cerebro será interpretable.
Al usar el modelado por computadora, también descubrieron que podían obtener imágenes de alta resolución con frecuencias de sonido lo suficientemente bajas como para penetrar el cráneo a intensidades seguras.
Crearon simulaciones informáticas detalladas basadas en las propiedades de diferentes tipos de tejido cerebral humano para establecer que las ondas de sonido serían eficaces para componer imágenes del cerebro de alta resolución.
El Dr. Guasch dijo: "Esta es la primera vez que FWI se aplica a la tarea de obtener imágenes dentro de un cráneo humano. FWI se usa normalmente en geofísica para mapear la estructura de la Tierra, pero nuestro equipo colaborativo y multidisciplinario de científicos de la Tierra,los bioingenieros y neurólogos lo están utilizando para crear un método seguro, barato y portátil para generar imágenes de ultrasonido en 3D del cerebro humano ".
Uso clínico potencial
La resonancia magnética MRI es generalmente el mejor método para obtener imágenes del cerebro de alta resolución, y su uso es actualmente esencial para la investigación de muchos trastornos neurológicos, incluidos derrames cerebrales, cáncer cerebral y lesiones cerebrales.
No obstante, la resonancia magnética requiere máquinas grandes, complejas, costosas y no portátiles enfriadas a tres grados por encima del cero absoluto, y no se puede usar en pacientes para quienes no se puede descartar escrupulosamente la presencia de implantes metálicos o cuerpos extraños. Esto hace que sea una emergenciauso en pacientes con conciencia potencialmente alterada, como aquellos sospechosos de accidente cerebrovascular, difícil o imposible.
Los investigadores dicen que si tiene éxito en ensayos en humanos, su dispositivo superará estos obstáculos.
El coautor del estudio, el profesor Parashkev Nachev, de UCL, dijo: "Esta es una ilustración vívida del notable poder de la computación avanzada en medicina. Combinar la innovación algorítmica con la supercomputación podría permitirnos recuperar imágenes de alta resolución del cerebro de forma segura, física relativamente simple y bien establecida: la transmisión de ondas de sonido a través del tejido humano.
"Los aspectos prácticos de la resonancia magnética siempre limitarán su aplicabilidad, especialmente en el contexto agudo, donde la intervención oportuna tiene el mayor impacto. La neurología ha estado esperando una nueva modalidad de imagen universalmente aplicable durante décadas: la inversión de forma de onda completa bien podría ser laresponder."
A continuación, los investigadores construirán un nuevo prototipo para imágenes en vivo de cerebros humanos normales como el primer paso para un dispositivo que pueda evaluarse en contextos clínicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Imperial College de Londres . Original escrito por Caroline Brogan. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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