בית הספר לרפואה של UNM מעבדת מחקר הדמיה אנושית MR, בשיתוף עם מדענים ברחבי העולם, פורץ דרך בפיתוח טכניקות MRI כדי לעזור להבין כיצד פועל המוח ולקדם הדמיה אבחנתית בחולי סרטן.
הצוותים שלנו פיתחו טכנולוגיות הדמיה מתקדמות - כמו MRI פונקציונלי בזמן אמת - שיאפשרו לנוירוכירורגים לקבל החלטות חשובות בחדר הניתוח. חידושים אלה דוחפים את הגבולות של טכנולוגיות MRI קיימות כדי לחקור מה זרימת הדם יכולה לספר לנו על פעילות המוח.
העבודה האחרונה של הצוות מבוססת על היסודות של MRI מבני ותפקודי:
- MRI מבני היא טכנולוגיית הדמיה לא פולשנית למיפוי מורפולוגיה של המוח ופעילות מחזור הדם באמצעות שדות מגנטיים חזקים ליישור ספינים גרעיניים, גלי רדיו כדי לשנות את הכיוון שלהם ולקבלת אותות מספינים גרעיניים. זה יכול לייצר תמונות ברזולוציה גבוהה כדי להראות הבדלים בין רקמות המוח.
- MRI פונקציונלי (fMRI) מאפשר לרופאים למדוד ולמפות את פעילות המוח במצבים נורמליים וחוליים על ידי מדידת שינויים בעוצמת התמונה הקשורים לשינויים בזרימת הדם. זה יכול לייצר תמונות ברזולוציה גבוהה כדי להראות עלייה בזרימת הדם לאזורים פעילים במוח, מה שמייצר אות חזק יותר ב-fMRI.
כדי לפתח וליישם טכנולוגיות MR חדשות, החוקרים שלנו עובדים עם משתפי פעולה בארץ ובעולם, כולל אוניברסיטת מינסוטה המרכז לחקר תהודה מגנטית ואוניברסיטת קופנהגן בדנמרק, כמו גם רשת מחקר המוח בניו מקסיקו.
אנו גם מאמנים כמה מהמוחות המדעיים המבריקים ביותר בפיזיקה ובהנדסה באוניברסיטת ניו מקסיקו ומדענים קליניים ב- המרכז למדעי הבריאות של UNM. מתאמנים ממגוון דיסציפלינות מביאים נקודות מבט חדשות לפרויקטים מתמשכים המרחיבים את טכנולוגיית ההדמיה במטרה לעזור למטופלים רבים יותר להתגבר על אתגרים נוירולוגיים.
TurboFIRE: fMRI במצב מנוחה לנתונים תוך ניתוחיים בזמן אמת
אנו מפתחים TurboFIRE (הדמיה פונקציונלית טורבו בזמן אמת) כדי למפות את פעילות המוח במהלך סריקת fMRI מתמשכת כדי לאפשר לרופאים למפות את המיקום המדויק של קליפת המוח הרהוטה (כלומר אזורי מוח בעלי תפקודים ספציפיים) כדי להנחות ניתוח סרטן מוח.
בעוד ששיטות fMRI מסורתיות ממפות את פעילות המוח כאשר מטופלים משתתפים במשימה, fMRI במצב מנוחה ממפה מערכות מוחיות תפקודיות על ידי ניתוח תנודות בזרימת הדם כאשר המטופלים במנוחה. על ידי יישום הדמיה של מצב המנוחה של המוח בזמן אמת באמצעות טכנולוגיית TurboFIRE, אנו מסוגלים להרחיב את היתרונות של MRI למטופלים פצועים, מוגבלים או צעירים שאינם יכולים לבצע את ההוראות לעבור fMRI מסורתי.
יתרה מזאת, TurboFIRE תואם לשיטות רכישת נתוני fMRI במהירות האולטרה-גבוהות המספקות רזולוציה זמנית של מאות אלפיות שניות ומשפרות במידה ניכרת את הרגישות בהשוואה לשיטות רכישת נתונים מסורתיות של fMRI.
אנו מתרגמים כעת טכנולוגיה זו למסגרת התוך ניתוחית כדי לאפשר לנוירוכירורגים למפות קליפת מוח רהוטה לפני, במהלך ואחרי הניתוח באמצעות סורק MRI תוך ניתוחי. הקולגות שלנו במרכז הרפואי של אוניברסיטת מינסוטה משתמשים בסורק IMRIS שמועבר לחדר הניתוח כדי לקחת נתוני fMRI כדי לעקוב אחר הצלחת הניתוח.
באמצעות TurboFIRE, המומחים שלנו יכולים למפות פונקציות ספציפיות כמו שפה, תנועה או ראייה לאזור הפעילות המוחית המקביל שלהם בתוך מילימטרים בזמן שהמוח במצב מנוחה. מטרת העבודה הנוכחית שלנו היא לקבוע אם fMRI במצב מנוחה יכול לעזור לשפר את הדיוק הנוירוכירורגי על ידי מתן מפה מפורטת של המבנים הרהוטים של המטופל השולטים בתנועה, דיבור וקוגניציה.
ישנם יישומים רבים נוספים לטכנולוגיה מרגשת זו, ממיפוי פרה-כירורגי בחולי אפילפסיה ועד מעקב אחר הפעלת השפה ושימוש בנוירופידבק לשינוי מצבי מוח. TurboFIRE נמצא כעת בשימוש במרכז לחקר תהודה מגנטית וברשת המחקר MIND, ואנו להוטים ליישם זאת ב-UNM Health.
הדמיה מטבולית במהירות גבוהה: PEPSI ומעבר
פיתוח MRI מרגש נוסף במעבדה שלנו הוא טכנולוגיית הדמיה ספקטרוסקופית MR במהירות גבוהה הנקראת PEPSI (Proton Echo Planar Spectroscopic Imaging) המאפשרת לנו למפות ביוכימיקלים מוחיים בתלת מימד בזמני סריקה קצרים. ספקטרוסקופיה MR היא שיטה אנליטית ביוכימית המודדת את ההרכב הביוכימי של הרקמה על בסיס הדפוס הספקטרלי של ביוכימיקלים בודדים.
הדמיה ספקטרוסקופית יכולה לזהות שינויים ביוכימיים במוח הקשורים לגידולים, ואלה ספציפיים לסוגי גידול שונים. במילים אחרות, PEPSI מאפשר לנו לצלם במהירות תלת-ממד, תמונות ביוכימיות של המוח המסייעות לרופאים לאבחן, לנהל ולנטר את הגודל, המיקום והסוגים המדויקים של סרטן המוח.
פיתחנו את הטכניקה המהירה הזו כדי לאפשר סריקה מדויקת ומהירה יותר. בעוד שהפקת תמונה ספקטרוסקופית טיפוסית יכולה להימשך 20 דקות או יותר, PEPSI מאפשר לנו להפיק תמונות תלת ממדיות תוך שלוש דקות בלבד. זמן הסריקה הקצר הזה מאפשר לנו לשלב את PEPSI בפרוטוקול הדמיה קליני.
עתיד הדמיית המוח פתוח לרווחה. עוד דוגמאות של מחקר מתנהל בשלנו מעבדה כוללות:
- קישוריות מצב מנוחה בתדר גבוה ב-fMRI במהירות גבוהה כדי להתגבר על מגבלות טכניות של fMRI מסורתי במצב מנוחה.
- מיפוי תכונות הדיפוזיה של ביוכימיקלים במוח כדי לחקור את הסביבות התוך-תאיות של גידולי מוח.
- שילוב שיטות MRI פונקציונליות ומטבוליות למיפוי בו-זמנית של קליפת המוח והביוכימיה הרהוטה של המוח.
- ניטור תגובת כימותרפיה ניאו-אדג'ובנטית בסרטן השד באמצעות הדמיה ספקטרוסקופית תלת-ממדית במהירות גבוהה של כולין כולל.
- פיתוח שיטות נוירופידבק המבוססות על fMRI בזמן אמת במצב מנוחה למיפוי ושינוי מצבי מוח.
במעבדת מחקר הדמיה MR Human, אנו פורצים את גבולות הטכנולוגיה מדי יום. זה המקום שבו מתרחש המדע המרגש, כאשר אנו מרחיבים את הידע שלנו על המוח, בונים את הבסיס להתקדמות עתידית בתחום הבריאות ומרחיבים את גבול הידע האנושי.
המתאמנים תורמים תרומות חשובות במעבדה
אמנם הבנת המוח היא עסק רציני, אוהחניכים היצירתיים שלך נהנים מאוד במעבדה. הם מגיעים ממגוון רחב של דיסציפלינות, כמו הנדסה גרעינית, הנדסת חשמל, פיזיקה, פסיכולוגיה ורפואה ומביאים פרספקטיבה חדשה לכל פרויקט.
התרומות שלהם מוחשיות. אנו מיישמים גישה מדעית קפדנית, ולעתים קרובות הרעיונות המדהימים שלהם הופכים לחלק מהפרויקטים שלנו. המתמחים והחניכים שלנו לא רק מקבלים ניסיון מעשי בטכנולוגיות מתקדמות, הם גם עוזרים לבנות אותם.
כמדענים, חשוב שנכיר בכך שיש גבול למה שאנו יודעים. במעבדת מחקר הדמיה MR Human, אנו פורצים את גבולות הטכנולוגיה מדי יום. זה המקום שבו מתרחש המדע המרגש, כאשר אנו מרחיבים את הידע שלנו על המוח, בונים את הבסיס להתקדמות עתידית בתחום הבריאות, ומרחיבים את גבול הידע האנושי.