Poškodba hrbtenjače, bodisi zaradi poškodbe ali bolezni, ima lahko uničujoče posledice za zdravje, vključno z izgubo motoričnih ali senzoričnih funkcij ali kronično bolečino v hrbtu, ki po ocenah prizadene približno 540 milijonov ljudi v danem trenutku. Raziskovalna skupina s sedežem v ZDA je zdaj uporabila funkcijsko ultrazvočno slikanje (fUSI) za vizualizacijo hrbtenjače in preslikavo njenega odziva na električno stimulacijo v realnem času, pristop, ki bi lahko izboljšal zdravljenje kroničnih bolečin v hrbtu.
Čeprav ima osrednjo vlogo pri senzoričnih, motoričnih in avtonomnih funkcijah, je malo znanega o funkcionalni arhitekturi človeške hrbtenjače. Tradicionalne tehnike slikanja nevronov, kot je funkcionalna MRI (fMRI), ovirajo močni artefakti gibanja, ki nastanejo zaradi utripanja srca in dihanja.
Nasprotno pa na fUSI manj vplivajo artefakti gibanja in lahko slika hrbtenjačo z visoko prostorsko-časovno ločljivostjo (približno 100 µm in do 100 ms) in visoko občutljivostjo za upočasnjen pretok krvi med operacijo. Deluje tako, da oddaja ultrazvočne valove v območje zanimanja in zaznava odmevni signal iz krvnih celic, ki tečejo v tem območju (power Dopplerjev signal). Druga prednost je, da je skener fUSI mobilen, kar odpravlja obsežno infrastrukturo, potrebno za sisteme fMRI.
»V hrbtenjači je živčno vezje, ki nadzoruje in modulira nekatere najpomembnejše življenjske funkcije, kot so dihanje, požiranje in uriniranje. Vendar pa je bil pogosto zanemarjen pri preučevanju nevronske funkcije,« pojasnjuje vodilni kontakt Vasileios Christopoulos z Univerze California Riverside. "Funkcionalno ultrazvočno slikanje premaga omejitve tradicionalnih nevroslikarskih tehnologij in lahko spremlja aktivnost hrbtenjače z večjo prostorsko-časovno ločljivostjo in občutljivostjo kot fMRI."
Prejšnje raziskave so pokazale, da lahko fUSI meri možgansko aktivnost pri živalih in človeških bolnikih, vključno z eno študijo, ki je pokazala, da so nizkofrekvenčna nihanja močnostnega Dopplerjevega signala močno povezana z nevronsko aktivnostjo. Nedavno so raziskovalci uporabili fUSI za slikanje odzivov hrbtenjače na električno stimulacijo pri živalih.
V tem zadnjem delu so Christopoulos in sodelavci – tudi iz Center za nevrorestavracijo USC na Keck School of Medicine – uporabil fUSI za karakterizacijo hemodinamične aktivnosti (spremembe v pretoku krvi) v hrbtenjači kot odziv na epiduralno električno stimulacijo hrbtenjače (ESCS) – orodje za nevromodulacijo, ki se uporablja za zdravljenje bolečinskih stanj, ki se ne odzivajo na tradicionalne terapije.
V prvi študiji na ljudeh je ekipa spremljala hemodinamično aktivnost pri šestih bolnikih, ki so jim vsadili terapevtsko napravo ESCS za zdravljenje kronične bolečine v hrbtu, in poročala o ugotovitvah v Nevron.
Z uporabo podobnega mehanizma kot fMRI se fUSI opira na fenomen nevrovaskularnega spajanja, pri katerem povečana živčna aktivnost povzroči lokalizirane spremembe v pretoku krvi, da zadosti presnovnim zahtevam aktivnih nevronov. Ekipa je za izvedbo fUSI uporabila miniaturiziran pretvornik z linearnim nizom 15 MHz in ga kirurško vstavila na hrbtenjačo pri desetem prsnem vretencu (T10), s stimulacijskimi elektrodami, nameščenimi tako, da segajo med segmente hrbtenice T8–9. Posnete slike so imele prostorsko ločljivost 100 x 100 µm, debelino rezine približno 400 µm in vidno polje 12.8 x 10 mm.
Štirje bolniki so prejeli 10 ciklov VKLOP–IZKLOP stimulacije z nizkim tokom (3.0 mA), ki so obsegali 30 s s stimulacijo in nato 30 s brez. Stimulacija je povzročila regionalne spremembe v hemodinamiki hrbtenjače, pri čemer so nekatere regije pokazale znatno povečanje krvnega pretoka, druge pa znatno zmanjšanje. Po izklopu stimulacije se je pretok krvi vrnil v začetno stanje.
Da bi ocenili, ali lahko fUSI zazna hemodinamične spremembe, povezane z različnimi protokoli stimulacije, sta preostala dva bolnika prejela pet ciklov ON–OFF stimulacije s 3.0 mA, ki jim je sledilo pet ciklov stimulacije s 4.5 mA, s 3-minutnim premorom med obema. Raziskovalci so ugotovili, da povečanje amplitude toka s 3.0 na 4.5 mA ni spremenilo prostorske porazdelitve aktiviranih regij hrbtenjače. Vendar pa je stimulacija z visokim tokom povzročila močnejše hemodinamične spremembe na hrbtenjači.
Ta sposobnost fUSI za razlikovanje hemodinamičnih odzivov, ki jih izzovejo različni tokovi ESCS, je pomemben korak k razvoju sistema kliničnega spremljanja, ki temelji na ultrazvoku, za optimizacijo parametrov stimulacije. Christopoulos pojasnjuje, da ker so bolniki med operacijo hrbtenjače anestezirani, ne morejo poročati, ali uporabljeni protokol električne stimulacije dejansko zmanjša bolečino. Kot tak nevrokirurg ne more natančno oceniti učinkov nevromodulacije v realnem času.
Niz mikroelektrod bi lahko omogočil varnejšo operacijo hrbtenjače
»Naša študija zagotavlja prvi dokaz koncepta, da je tehnologijo fUSI mogoče uporabiti za razvoj kliničnih nevromodulacijskih sistemov z zaprto zanko, ki nevrokirurgom omogočajo prilagajanje parametrov stimulacije (širina pulza, oblika pulza, frekvenca, trenutna amplituda, lokacija stimulacije itd.) med operacijo,« pove Svet fizike.
V prihodnosti ekipa upa, da bo vzpostavila fUSI kot platformo za raziskovanje delovanja hrbtenjače in razvoj kliničnih nevromodulacijskih sistemov z zaprto zanko v realnem času. »Pred kratkim smo dali v objavo klinična študija dokazuje, da je fUSI sposoben zaznati mreže v človeški hrbtenjači, kjer je aktivnost močno povezana s pritiskom mehurja,« pravi Christopoulos. "Ta ugotovitev odpira nove poti za razvoj tehnologij vmesnika hrbtenjače za stroj za ponovno vzpostavitev nadzora nad mehurjem pri bolnikih z urinsko inkontinenco, kot so tisti s poškodbo hrbtenjače."
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
- PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
- vir: https://physicsworld.com/a/functional-ultrasound-imaging-provides-real-time-feedback-during-spinal-surgery/
