Tổn thương tủy sống, dù do chấn thương hay bệnh tật, đều có thể gây ra những tác động tàn phá đến sức khỏe, bao gồm mất chức năng vận động hoặc cảm giác hoặc đau lưng mãn tính, ảnh hưởng đến khoảng 540 triệu người vào bất kỳ thời điểm nào. Một nhóm nghiên cứu có trụ sở tại Hoa Kỳ hiện đã sử dụng hình ảnh siêu âm chức năng (fUSI) để hình dung tủy sống và lập bản đồ phản ứng của nó với kích thích điện trong thời gian thực, một phương pháp có thể cải thiện phương pháp điều trị chứng đau lưng mãn tính.
Mặc dù đóng vai trò trung tâm trong các chức năng cảm giác, vận động và tự trị, nhưng người ta biết rất ít về cấu trúc chức năng của tủy sống con người. Các kỹ thuật chụp ảnh thần kinh truyền thống, chẳng hạn như MRI chức năng (fMRI), bị cản trở bởi các tạo tác chuyển động mạnh được tạo ra bởi nhịp đập và nhịp thở của tim.
Ngược lại, fUSI ít bị ảnh hưởng bởi các tạo tác chuyển động và có thể chụp ảnh tủy sống với độ phân giải không gian theo thời gian cao (khoảng 100 µm và lên đến 100 ms) và độ nhạy cao đối với dòng máu chảy chậm trong quá trình phẫu thuật. Nó hoạt động bằng cách phát sóng siêu âm vào vùng quan tâm và phát hiện tín hiệu dội lại từ các tế bào máu chảy trong vùng đó (tín hiệu Doppler năng lượng). Một ưu điểm khác là máy quét fUSI có tính di động, loại bỏ cơ sở hạ tầng rộng lớn cần thiết cho hệ thống fMRI.
“Tủy sống chứa mạch thần kinh kiểm soát và điều chỉnh một số chức năng quan trọng nhất của cuộc sống, chẳng hạn như thở, nuốt và tiểu tiện. Tuy nhiên, nó thường bị bỏ qua trong nghiên cứu về chức năng thần kinh”, tiếp xúc với chì giải thích. Vasileios Christopoulos từ Đại học California Riverside. “Hình ảnh siêu âm chức năng khắc phục những hạn chế của công nghệ hình ảnh thần kinh truyền thống và có thể theo dõi hoạt động của tủy sống với độ phân giải và độ nhạy không gian thời gian cao hơn fMRI.”
Nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng fUSI có thể đo hoạt động não ở động vật và bệnh nhân người, trong đó có một nghiên cứu cho thấy sự dao động tần số thấp trong tín hiệu Doppler công suất có mối tương quan chặt chẽ với hoạt động thần kinh. Gần đây hơn, các nhà nghiên cứu đã sử dụng fUSI để ghi lại phản ứng của tủy sống đối với kích thích điện ở động vật.
Trong công trình mới nhất này, Christopoulos và các đồng nghiệp – cũng đến từ Trung tâm phục hồi thần kinh USC tại Trường Y khoa Keck – đã sử dụng fUSI để mô tả hoạt động huyết động (thay đổi lưu lượng máu) trong tủy sống để đáp ứng với kích thích tủy sống bằng điện ngoài màng cứng (ESCS) – một công cụ điều hòa thần kinh được sử dụng để điều trị các tình trạng đau không đáp ứng với truyền thống liệu pháp.
Trong nghiên cứu đầu tiên trên người, nhóm nghiên cứu đã theo dõi hoạt động huyết động ở sáu bệnh nhân được cấy thiết bị ESCS trị liệu để điều trị chứng đau lưng mãn tính, báo cáo kết quả trong Thần kinh tế bào.
Bằng cách sử dụng cơ chế tương tự như fMRI, fUSI dựa vào hiện tượng ghép nối thần kinh mạch máu, trong đó hoạt động thần kinh tăng lên gây ra những thay đổi cục bộ trong lưu lượng máu để đáp ứng nhu cầu trao đổi chất của các tế bào thần kinh hoạt động. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một đầu dò mảng tuyến tính thu nhỏ 15 MHz để thực hiện fUSI, phẫu thuật đưa nó vào tủy sống ở đốt sống ngực thứ mười (T10), với các điện cực kích thích được đặt để nối qua các đoạn cột sống T8-9. Hình ảnh được ghi lại có độ phân giải không gian 100 x 100 µm, độ dày lát cắt khoảng 400 µm và trường nhìn 12.8 x 10 mm.
Bốn bệnh nhân nhận được 10 chu kỳ BẬT TẮT của kích thích dòng điện thấp (3.0 mA), bao gồm 30 giây có kích thích sau đó 30 giây không có. Sự kích thích gây ra những thay đổi cục bộ trong huyết động học tủy sống, với một số vùng biểu hiện sự gia tăng đáng kể về lưu lượng máu và những vùng khác cho thấy sự giảm đáng kể. Sau khi tắt kích thích, lưu lượng máu sẽ trở lại trạng thái ban đầu.
Để đánh giá liệu fUSI có thể phát hiện những thay đổi về huyết động liên quan đến các giao thức kích thích khác nhau hay không, hai bệnh nhân còn lại nhận được năm chu kỳ BẬT-TẮT kích thích 3.0 mA, sau đó là năm chu kỳ kích thích 4.5 mA, với thời gian tạm dừng 3 phút giữa hai chu kỳ. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc tăng biên độ dòng điện từ 3.0 lên 4.5 mA không làm thay đổi sự phân bố không gian của các vùng tủy sống được kích hoạt. Tuy nhiên, kích thích dòng điện cao gây ra những thay đổi huyết động mạnh hơn ở tủy sống.
Khả năng fUSI phân biệt các phản ứng huyết động được gợi lên bởi các dòng ESCS khác nhau là một bước quan trọng để phát triển hệ thống theo dõi lâm sàng dựa trên siêu âm để tối ưu hóa các thông số kích thích. Christopoulos giải thích rằng vì bệnh nhân được gây mê trong quá trình phẫu thuật tủy sống nên họ không thể báo cáo liệu quy trình kích thích điện được áp dụng có thực sự làm giảm đau hay không. Như vậy, bác sĩ phẫu thuật thần kinh không thể đánh giá chính xác tác động của điều chế thần kinh trong thời gian thực.
Mảng vi điện cực có thể cho phép phẫu thuật tủy sống an toàn hơn
“Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp bằng chứng khái niệm đầu tiên rằng công nghệ fUSI có thể được sử dụng để phát triển các hệ thống điều hòa thần kinh lâm sàng vòng kín, cho phép các bác sĩ phẫu thuật thần kinh điều chỉnh các thông số kích thích (độ rộng xung, hình dạng xung, tần số, biên độ dòng điện, vị trí kích thích, v.v.) trong khi phẫu thuật,” anh ấy nói Thế giới vật lý.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ thiết lập fUSI như một nền tảng để nghiên cứu chức năng tủy sống và phát triển các hệ thống điều hòa thần kinh lâm sàng vòng kín thời gian thực. “Gần đây chúng tôi đã gửi để xuất bản một nghiên cứu lâm sàng chứng minh rằng fUSI có khả năng phát hiện các mạng lưới trong tủy sống của con người, nơi hoạt động có mối tương quan chặt chẽ với áp lực bàng quang,” Christopoulos nói. “Phát hiện này mở ra những con đường mới cho sự phát triển của công nghệ giao diện máy tủy sống nhằm khôi phục khả năng kiểm soát bàng quang ở những bệnh nhân tiểu không tự chủ, chẳng hạn như những người bị chấn thương tủy sống.”
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://physicsworld.com/a/functional-ultrasound-imaging-provides-real-time-feedback-during-spinal-surgery/
