Візуалізація і кількісна оцінка судин головного мозку, які залишалися невидимими повною мірою через відсутність необхідних технологій, нададуть нове розуміння зв’язку між кровообігом цього органу і нейрональною активністю. Крім того, у лікарів з’явиться можливість проводити більш ранню діагностику цереброваскулярних захворювань і, отже, розробляти більш ефективні методи їх лікування.
Співробітники Лабораторії фізики для медицини в Парижі (ESPCI Paris-PSL, Inserm, CNRS) домоглися картування судинної мережі головного мозку людини в безпрецедентних масштабах, повідомляється в дослідженні, опублікованому в журналі Nature Biomedical Engineering. Це стало можливо завдяки ультразвуковій локалізаційній мікроскопії надвисокої роздільної здатності, а також надшвидкій сонографії і використання контрастних речовин.
Кровоносні судини мозку – надзвичайно складна мережа, яка постачає нейрони киснем і живильними речовинами. З цього випливає, що судинна і нейрональна активність тісно пов’язані, а порушення в судинах вважаються основною причиною багатьох неврологічних розладів. Діагностика та лікування цих захворювань ускладнюються браком знань про функції дрібних кровоносних судин і обмеженнями в цереброваскулярної візуалізації.
Комп’ютерна томографічна ангіографія і магнітно-резонансна ангіографія – два найпоширеніших на сьогодні методи отримання зображення кровоносних судин. Вони охоплюють великі артерії, що досягають в діаметрі кілька десятих міліметра, але не можуть знайти більш дрібні капіляри. До того ж ангіографії не пропонують динамічної інформації про судинну мережу в різних просторових масштабах.
Рішення, запропоноване авторами нового дослідження, має заповнити цю прогалину, адже воно пропонує динамічні зображення потоків крові всієї судинної мережі – від більших артерій до дрібних капілярів. До того ж ця технологія неінвазивна, неіонізуюча, проста і не зажадає серйозних фінансових вкладень.
Ультразвукова локалізаційна мікроскопія внутрішньовенно введених мікропухирців в судинної мережі головного мозку / © ESPCI Paris-PSL, Inserm, CNRS
Команда Мікаеля Тантера застосувала надшвидку сонографію – неінвазивне дослідження організму за допомогою ультразвукових хвиль, що дозволяє отримувати тисячі зображень в секунду. Потім в хід пішли контрастні речовини: в результаті мікропухирці з біосумісного газу, що вводяться внутрішньовенно, циркулювали по всій судинній мережі мозку. Їх візуалізували за допомогою ультразвукового зонда, який міститься навпроти голови пацієнта, біля скроні. Визначаючи положення мільйонів мікропухирців протягом декількох секунд, вчені змогли відновити анатомію судинної мережі аж до масштабу в 25 мікрометрів, збираючи при цьому інформацію про локальні динамічні компоненти кровотоку.
Метод випробували на дрібних лабораторних тварин ще в 2015 році, але зробити зображення мозку дорослої людини не вдавалося. Проблема була в тому, що, по-перше, ультразвуковий сигнал спотворюється при проходженні через череп, приводячи до погіршення якості зображення. По-друге, потрібно було розробити алгоритми корекції руху, оскільки будь-який найменший рух в мозку перешкоджає можливості локалізації мікропухирців з точністю до мікрона.
«Ця” світова прем’єра “на людях стала можливою завдяки спільній реалізації декількох методів. Перший – надшвидка візуалізація, яка забезпечує величезну кількість даних за дуже короткий проміжок часу і дозволяє розрізняти акустичну сигнатуру кожного окремого мікропухирці. Потім локалізація ультразвуку зняла межі роздільної здатності, коли зображення крихітного об’єкта представляє собою розмиту пляму – більше, ніж реальний об’єкт. Але якщо цей об’єкт ізольований, можна було б припустити, що його точне місце розташування – центр розмитої плями. У нашому випадку мікропухирці, що циркулюють в кровотокові, грають роль ізольованих об’єктів і дозволяють відновити точне розташування кожної кровоносної судини. Нарешті, реєстрація еха мікропухирців надало доступ до хвилі, що виходить від об’єкта мікронних розмірів, і, отже, дозволило відновити те, що сталося під час поширення хвилі крізь череп, щоб виправити виникаючі збурення », – розповів Чарлі Демени, провідний автор дослідження.
Завдяки своїй розробці вчені вже змогли зафіксувати найдрібніші деталі турбулентного кровотоку в області аневризми, розташованої в глибині в середині мозку одного з пацієнтів. Нові можливості візуалізації судин відкривають шлях для кращого розуміння і діагностики цереброваскулярних захворювань, таких як інсульт, а також нейродегенеративних хвороб.
Додатково до всього вищесказаного варто відзначити, що ультразвукова локалізаційна мікроскопія більш проста у використанні клініцистами в порівнянні з існуючими методами, більш рентабельна і менш громіздка – процедуру можна проводити прямо біля ліжка пацієнта.
Натхнення: naked-science.ru