Skader på rygmarven, uanset om det er forårsaget af skade eller sygdom, kan have ødelæggende indvirkning på helbredet, herunder tab af motoriske eller sensoriske funktioner eller kroniske rygsmerter, som påvirker anslået 540 millioner mennesker på ethvert givet tidspunkt. Et amerikansk-baseret forskerhold har nu brugt funktionel ultralydsbilleddannelse (fUSI) til at visualisere rygmarven og kortlægge dens reaktion på elektrisk stimulation i realtid, en tilgang, der kan forbedre behandlinger af kroniske rygsmerter.
På trods af at de spiller en central rolle i sensoriske, motoriske og autonome funktioner, er der kun lidt kendt om den menneskelige rygmarvs funktionelle arkitektur. Traditionelle neuroimaging-teknikker, såsom funktionel MR (fMRI), hæmmes af stærke bevægelsesartefakter genereret af hjertepulsation og vejrtrækning.
I modsætning hertil er fUSI mindre påvirket af bevægelsesartefakter og kan afbilde rygmarven med høj spatiotemporal opløsning (omtrent 100 µm og op til 100 ms) og høj følsomhed over for langsomt strømmende blod under operationen. Det virker ved at udsende ultralydsbølger til et område af interesse og detektere ekkosignalet fra blodceller, der strømmer i det pågældende område (power Doppler-signalet). En anden fordel er, at fUSI-scanneren er mobil, hvilket eliminerer den omfattende infrastruktur, der kræves til fMRI-systemer.
"Rygmarven rummer det neurale kredsløb, der styrer og modulerer nogle af livets vigtigste funktioner, såsom vejrtrækning, synke og vandladning. Det er dog ofte blevet forsømt i studiet af neurale funktioner,” forklarer lederkontakt Vasileios Christopoulos fra University of California Riverside. "Funktionel ultralydsbilleddannelse overvinder begrænsningerne ved traditionelle neuroimaging teknologier og kan overvåge aktiviteten af rygmarven med højere spatiotemporal opløsning og følsomhed end fMRI."
Tidligere forskning har vist, at fUSI kan måle hjerneaktivitet hos dyr og mennesker, herunder en undersøgelse, der viser, at lavfrekvente udsving i Doppler-effektsignalet er stærkt korreleret med neuronal aktivitet. For nylig brugte forskere fUSI til at afbilde rygmarvsreaktioner på elektrisk stimulation hos dyr.
I dette seneste værk, Christopoulos og kolleger – også fra USC Neurorestoration Center ved Keck School of Medicine – brugte fUSI til at karakterisere hæmodynamisk aktivitet (ændringer i blodgennemstrømningen) i rygmarven som reaktion på epidural elektrisk rygmarvsstimulering (ESCS) – et neuromodulationsværktøj, der bruges til at behandle smertetilstande, der ikke reagerer på traditionelle terapier.
I et første in-humant studie overvågede holdet hæmodynamisk aktivitet hos seks patienter, der gennemgik implantation af en terapeutisk ESCS-anordning til behandling af kroniske rygsmerter, og rapporterede resultaterne i Neuron.
Ved at bruge en lignende mekanisme som fMRI, er fUSI afhængig af det neurovaskulære koblingsfænomen, hvor øget neural aktivitet forårsager lokale ændringer i blodgennemstrømningen for at opfylde de metaboliske krav fra aktive neuroner. Holdet brugte en miniaturiseret 15-MHz lineær array-transducer til at udføre fUSI, og indsatte den kirurgisk på rygmarven ved den tiende thoraxhvirvel (T10), med stimuleringselektroderne placeret for at spænde over T8-9-rygmarvssegmenterne. De optagne billeder havde en 100 x 100 µm rumlig opløsning, en skivetykkelse på ca. 400 µm og et 12.8 x 10 mm synsfelt.
Fire patienter modtog 10 ON-OFF-cyklusser med lavstrømsstimulering (3.0 mA), omfattende 30 s med stimulering og derefter 30 s uden. Stimulering forårsagede regionale ændringer i rygmarvens hæmodynamik, hvor nogle regioner udviser signifikante stigninger i blodgennemstrømningen, og andre viser signifikante fald. Når først stimulationen var slået fra, vendte blodgennemstrømningen tilbage til den oprindelige tilstand.
For at vurdere, om fUSI kan detektere hæmodynamiske ændringer forbundet med forskellige stimuleringsprotokoller, modtog de resterende to patienter fem ON-OFF-cyklusser med 3.0 mA-stimulering efterfulgt af fem cykler med 4.5 mA-stimulering med en 3-minutters pause mellem de to. Forskerne fandt ud af, at en forøgelse af strømamplituden fra 3.0 til 4.5 mA ikke ændrede den rumlige fordeling af de aktiverede rygmarvsregioner. Imidlertid inducerede højstrømsstimulering stærkere hæmodynamiske ændringer på rygmarven.
Denne evne hos fUSI til at differentiere hæmodynamiske responser fremkaldt af forskellige ESCS-strømme er et vigtigt skridt i retning af at udvikle et ultralydsbaseret klinisk overvågningssystem for at optimere stimulationsparametre. Christopoulos forklarer, at fordi patienter bliver bedøvet under rygmarvskirurgi, kan de ikke rapportere, om den anvendte elektriske stimulationsprotokol faktisk reducerer smerte. Som sådan kan neurokirurgen ikke nøjagtigt vurdere virkningerne af neuromodulation i realtid.
Microelectrode array kunne muliggøre sikrere rygmarvskirurgi
"Vores undersøgelse giver et første proof-of-concept, at fUSI-teknologi kan bruges til at udvikle kliniske neuromodulationssystemer med lukket sløjfe, hvilket gør det muligt for neurokirurger at justere stimuleringsparametre (pulsbredde, pulsform, frekvens, strømamplitude, placering af stimulation osv.) under operationen,” fortæller han Fysik verden.
I fremtiden håber holdet at etablere fUSI som en platform til undersøgelse af rygmarvsfunktion og udvikling af kliniske neuromodulationssystemer i realtid med lukket sløjfe. "Vi har for nylig sendt til offentliggørelse et klinisk studie demonstrerer, at fUSI er i stand til at detektere netværk i den menneskelige rygmarv, hvor aktivitet er stærkt korreleret med blæretryk,” siger Christopoulos. "Denne opdagelse åbner nye veje for udviklingen af rygmarvsmaskine-grænsefladeteknologier til at genoprette blærekontrol hos patienter med urininkontinens, såsom dem med rygmarvsskade."
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://physicsworld.com/a/functional-ultrasound-imaging-provides-real-time-feedback-during-spinal-surgery/
- :har
- :er
- :ikke
- :hvor
- $OP
- 10
- 100
- 12
- 16
- 24
- 30
- 369
- 400
- 8
- a
- evne
- Om
- præcist
- aktiv
- aktivitet
- faktisk
- justere
- Fordel
- tillade
- også
- an
- ,
- dyr
- En anden
- enhver
- anvendt
- tilgang
- arkitektur
- ER
- Array
- AS
- vurdere
- Assistant
- forbundet
- At
- veje
- tilbage
- BE
- fordi
- været
- mellem
- blod
- Brain
- Hjerneaktivitet
- vejrtrækning
- by
- california
- CAN
- kan ikke
- stand
- forårsagede
- årsager
- celle
- Celler
- central
- lave om
- Ændringer
- karakterisere
- Klinisk
- klinikere
- kolleger
- omfattende
- betingelse
- betingelser
- kontakt
- kontrast
- kontrol
- kontrol
- snor
- kunne
- Nuværende
- cykler
- falder
- krav
- demonstreret
- demonstrerer
- opdage
- ødelæggende
- udvikle
- udvikling
- Udvikling
- enhed
- DID
- forskellige
- differentiere
- Sygdom
- fordeling
- Dont
- i løbet af
- gentaget
- effektivitet
- effekter
- eliminere
- selvstændige
- muliggøre
- etablere
- anslået
- etc.
- Udviser
- Forklarer
- omfattende
- tilbagemeldinger
- finde
- fund
- Fornavn
- fem
- flow
- Flowing
- udsving
- efterfulgt
- Til
- fundet
- Frekvens
- hyppigt
- fra
- funktion
- funktionel
- funktioner
- fremtiden
- genereret
- given
- havde
- Have
- he
- Helse
- Hjerte
- hjulpet
- Høj
- højere
- håber
- huse
- Men
- HTTPS
- menneskelig
- billede
- billeder
- Imaging
- påvirket
- Påvirkninger
- vigtigt
- Forbedre
- in
- Herunder
- øget
- Stigninger
- stigende
- oplysninger
- Infrastruktur
- initial
- skade
- grænseflade
- ind
- undersøge
- spørgsmål
- IT
- ITS
- jpg
- kendt
- seneste
- føre
- mindre
- Livet
- begrænsninger
- lineær
- lidt
- placering
- off
- maskine
- kort
- max-bredde
- måle
- mekanisme
- medicin
- Mød
- million
- Mobil
- Overvåg
- overvåges
- overvågning
- mere
- mest
- bevægelse
- Motor
- MRI
- MS
- net
- neurale
- Neuroner
- Ny
- nu
- of
- off
- on
- engang
- ONE
- på
- åbner
- Optimer
- or
- Andre
- Smerte
- parametre
- patienter
- pause
- Mennesker
- Udfør
- udfører
- fænomen
- Fysik
- Fysik verden
- perron
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- spiller
- magt
- tryk
- Professor
- protokol
- protokoller
- giver
- Offentliggørelse
- puls
- ægte
- realtid
- modtaget
- for nylig
- registreres
- reducerer
- region
- regional
- regioner
- afhængig
- resterende
- indberette
- Rapportering
- påkrævet
- forskning
- forskere
- Løsning
- Svar
- svar
- reaktioner
- genoprette
- Riverside
- roller
- groft
- s
- sikrere
- siger
- Skole
- se
- segmenter
- Følsomhed
- Shape
- viser
- Signal
- signifikant
- lignende
- SIX
- Slice
- langsom
- nogle
- span
- rumlige
- Trin
- stærk
- stærkere
- kraftigt
- Studere
- indsendt
- sådan
- Kirurgi
- synke
- skiftede
- systemet
- Systemer
- hold
- teknik
- teknikker
- Teknologier
- Teknologier
- fortæller
- end
- at
- derefter
- behandlingsformer
- de
- denne
- dem
- thumbnail
- tid
- til
- værktøj
- mod
- traditionelle
- behandle
- behandling
- behandlinger
- sand
- to
- UCR
- undergår
- universitet
- University of California
- anvendte
- Visualiser
- var
- bølger
- hvorvidt
- som
- bredde
- vilje
- med
- uden
- Arbejde
- virker
- world
- X
- zephyrnet