Новое поколение оптических сканеров для мозга

Видео: Новое поколение автомобилей BMW

Новый подход к сканированию головного мозга обещает стать более эффективной альтернативой современным техникам нейровизуализации, таким так ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография) и МРТ (магнитно-резонансная томография).

Использование в сканерах миниатюрных светоизлучающих диодов (LED) – это технология будущего, которая не связана с радиоактивным излучением ПЭТ и громоздкими магнитами МРТ.

В журнале Nature Photonics ученые из Школы медицины при Университете Вашингтона в Сент-Луисе (WUSTL) пишут о том, что они предложили использовать метод диффузной оптической томографии (diffuse optical tomography, DOT) вместо современной ПЭТ или функциональной МРТ (фМРТ).

Ученые работали над усовершенствованием диффузной оптической томографии (ДОТ) на протяжении 10 лет, но ее применение все это время было ограничено сферой научных исследований, потому что ДОТ была способна просканировать только небольшие зоны мозга за один раз. Но авторы уверены, что их новое исследование показало очевидные преимущества ДОТ перед фМРТ.

Новая ДОТ-система может охватить 2/3 головного мозга и способна отслеживать мозговую активность в нескольких зонах одновременно, включая те, которые отвечают за речь и самовосприятие. Ведущий автор исследования Джозеф Калвер (Joseph Culver), преподаватель медицинской радиологии, заявляет: «С улучшенным качеством изображения новых ДОТ-систем мы существенно приблизились к точности фМРТ. Мы достигли такого уровня детализации, при котором - если мы продолжим работу – ДОТ скоро сможет применяться в клинической практике, причем будет более полезна, чем функциональная МРТ мозга».



Команда говорит, что ДОТ – это идеальный метод для детей, поскольку пациенты могут свободно двигаться во время процедуры. Он также идеально подходит для пациентов с водителями ритма, кохлеарными имплантатами и мозговыми стимуляторами (используемыми при болезни Паркинсона). При МРТ используются мощные магнитные поля, которые нарушают работу перечисленных устройств и делают их небезопасными. С ДОТ такой риск полностью исчезает.

Портативный ДОТ-сканер можно принести прямо в палату

Другое существенное преимущество состоит в том, что аппараты для диффузной оптической томографии можно сделать очень маленькими, что дает возможность внести ДОТ-сканер прямо в палату пациента или в операционный зал.

Полный набор необходимого оборудования занимает чуть больше места, чем старомодная телефонная будка, внутри которой будет находиться пациент с надетой на него специальной шапочкой, соединенной с сенсорами и источниками света. Но исследователи уже поместили уменьшенную версию сканера на колесики, и продолжают работать над дальнейшим уменьшением габаритов аппаратуры.



ДОТ работает путем отслеживания движений оксигенированной (обогащенной кислородом) крови, которая питает активно работающие зоны головного мозга. Свет, передаваемый сквозь ткани, меняет свои характеристики в зависимости от того, какое количество крови было в том или ином месте мозга. Сверхчувствительные сенсоры улавливают эти изменения и формируют очень подробную динамическую картину.

Другой метод сканирования, который сегодня часто применяется для картирования мозговой активности – это позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). При этом сканировании используется радиоактивное излучение, из-за чего ограничено количество процедур, которые может пройти пациент.

При ДОТ не используется радиация, поэтому для мониторинга пациента эту процедуру можно применять сколько угодно. Это очень важно при травматическом повреждении мозга, аутизме, а также при болезни Паркинсона и целом ряде других прогрессирующих заболеваний мозга.

ДОТ лучше фМРТ?

В одном из тестов исследователи взяли сканеры ДОТ и фМРТ, изучив с их помощью область Брока у одних и тех же пациентов. Это один из участков фронтальной коры. Результаты, полученные двумя разными методами, перекрывались на 75%.

В другом тесте ученые использовали ДОТ и фМРТ для идентификации мозговых цепочек, которые работают во время покоя и мечтаний. Эти области представляют для исследователей особый интерес, потому что они связаны с такими заболеваниями, как шизофрения, аутизм и болезнь Альцгеймера. ДОТ и фМРТ успешно обнаружили одни и те же кластеры, которые связаны с данными видами активности мозга.

Хотя ДОТ не может выявить, что происходит глубоко внутри мозга, этот метод надежен, когда речь идет о глубине не более 1 сантиметра. Как раз в этой области лежат одни из наиболее интересных для неврологов и психиатров участки головного мозга, включая зоны памяти, языка, самовосприятия и др.

Средства для проведения исследования были предоставлены Национальным институтом здоровья США, Центром нейронаук Макдоннелла и другими спонсорами. Профессор Калвер и Университет Вашингтона указали на свое участие в компании, которая получила лицензию на новую оптическую технологию.

В феврале 2014 года зарубежные издания сообщали о многообещающих результатах тестов нового метода визуализации рака, который не использует радиацию. Исследователи написали, что они в скором времени надеются решить вопрос сканирования при раке без риска возникновения других опухолей из-за радиоактивного облучения в аппарате.