นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการPhysics for Medicine Parisได้ทำแผนที่ด้วยกล้องจุลทรรศน์ครั้งแรกของเครือข่ายหลอดเลือดในสมองของมนุษย์ ทีมวิจัยได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อัลตราซาวนด์โลคัลไลเซชันแบบ transcranial ultrafast ultrafast (ULM) ของ microbubbles ที่ฉีดเข้าเส้นเลือดดำเพื่อจับการเปลี่ยนแปลงของการไหลเวียนของเลือดในกะโหลกศีรษะด้วยความละเอียดประมาณ 25 µm
ความก้าวหน้าในเทคโนโลยี ULM
ที่อธิบายไว้ในNature Biomedical Engineeringอาจช่วยขยายความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับการไหลเวียนโลหิตของสมองและให้ความกระจ่างว่าความผิดปกติของหลอดเลือดในสมองเกี่ยวข้องกับโรคทางระบบประสาทและความผิดปกติอย่างไร
นักวิจัยกล่าวว่า “การเปิดเผยทั้งกายวิภาคของหลอดเลือดในสมองของมนุษย์และการเปลี่ยนแปลงของการไหลในระดับจุลภาค ULM ผ่านกะโหลกมีแนวโน้มที่จะมีความสำคัญอย่างมากต่อการจัดการโรคหลอดเลือดสมองในอนาคต” นักวิจัยกล่าว “ต้นทุนที่ต่ำ ความสะดวกในการใช้งาน ความอ่อนไหว และความสามารถในการหาปริมาณ ร่วมกับการปรับปรุงความละเอียดเกือบสองระดับเมื่อเทียบกับรูปแบบทางคลินิกในปัจจุบัน สามารถเปลี่ยนขั้นตอนการทำงานของการจัดการผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองได้”
ความผิดปกติของหลอดเลือดเป็นสาเหตุพื้นฐานของความผิดปกติทางระบบประสาทหลายอย่าง แต่การวินิจฉัยและการรักษาโรคเหล่านี้ทำได้ยากเนื่องจากข้อจำกัดของ CT-angiography และ MR-angiography ซึ่งเป็นวิธีการถ่ายภาพในสมองที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน รังสีเหล่านี้ไม่สามารถตรวจจับเส้นเลือดฝอยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดไมครอนได้ และไม่ให้ข้อมูลแบบไดนามิกที่ระดับพื้นที่ต่างๆ ของเครือข่ายหลอดเลือด
การศึกษาครั้งแรกในมนุษย์
นักวิจัยหลักและผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการMickael Tanter และเพื่อนร่วมงานได้ตรวจสอบผู้ป่วย 3 รายที่ได้รับการรักษาที่ ศูนย์ประสาทวิทยาทางคลินิกของมหาวิทยาลัยเจนีวาบวกกับอาสาสมัครที่มีสุขภาพดี 1 คน ผู้เข้าร่วมได้รับการฉีดเข้าเส้นเลือดดำด้วยตัวแทนความคมชัดอัลตราซาวนด์ซึ่งประกอบด้วยสารแขวนลอยของ microbubbles ขนาดเล็ก (SonoVue) ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนโดยการเพิ่มความสามารถในการสะท้อนกลับของเลือด
นักวิจัยได้ภาพ transcranial โดยใช้เครื่องสแกนแบบตั้งโปรแกรมได้เร็วมากและโพรบอัลตราโซนิกแบบค่อยเป็นค่อยไปวางอยู่ด้านหน้าหน้าต่างกระดูกขมับ (บริเวณที่บางที่สุดของกะโหลกศีรษะด้านข้าง) สำหรับการเก็บข้อมูล เปิดอัลตราซาวนด์เป็นเวลา 1 วินาที โดยจะแยกคลื่นที่ 4900 Hz จากแหล่งข้อมูลเสมือนสี่แหล่งขณะรับข้อมูล จากนั้นอัลตราซาวนด์จะปิดเป็นเวลา 1 วินาที กระบวนการนี้วนซ้ำตามระยะเวลาที่ต้องการตั้งแต่ 24 วินาที ถึง 2 นาที 15 วินาที ในการประมวลผลสัญญาณ ทีมงานได้พัฒนาวิธีการวัดและแก้ไขความคลาดเคลื่อนของกระดูกกะโหลกศีรษะและสิ่งประดิษฐ์ในการเคลื่อนไหว
นักวิจัยใช้ตัวกรองเส้นเลือด ซึ่งเป็นตัวกรองการประมวลผลภาพที่ปรับให้เหมาะสมเพื่อปรับปรุงความคมชัดของโครงสร้างหลอดเลือด เพื่อทำให้ microbubbles เคลื่อนไหวในเวลาปรากฏเป็นโครงสร้างท่อในเมทริกซ์ 3 มิติ หลังจากสร้างแผนที่หลอดเลือด พวกเขาดำเนินการวัดปริมาณการไหลและความละเอียดการทำงานโดยประมาณ และใช้แอนิเมชั่นที่สร้างโดยคอมพิวเตอร์เพื่อช่วยในการมองเห็นข้อมูลการทำงานที่ดึงมาจากตำแหน่งฟองอากาศและข้อมูลการติดตาม
ด้วยการกำหนดตำแหน่งของ microbubbles
นับล้านภายในไม่กี่วินาที นักวิจัยสามารถทำแผนที่กายวิภาคของเครือข่ายหลอดเลือดเพื่อกำหนดลักษณะการทำงานแบบไดนามิกของการไหลเวียนของเลือดด้วยความละเอียดด้วยกล้องจุลทรรศน์ พวกเขายังสามารถตรวจพบกระแสเลือดในหลอดเลือดโป่งพองที่ฝังลึกขนาดเล็กในผู้ป่วย
ทีมประสบความสำเร็จด้วยการผสมผสานเทคนิคต่างๆ “เทคนิคแรกคือการถ่ายภาพที่เร็วมาก ซึ่งให้ข้อมูลจำนวนมหาศาลในเวลาอันสั้น และทำให้เราสามารถแยกแยะลายเซ็นเสียงของไมโครบับเบิ้ลแต่ละตัวได้” ผู้เขียนนำCharlie Demenéอธิบายในแถลงการณ์ “จากนั้น การโลคัลไลเซชันด้วยอัลตราซาวนด์จะแทนที่การจำกัดความละเอียดที่มีอยู่ในฟิสิกส์ของคลื่น: ภาพของวัตถุขนาดเล็กเป็นจุดพร่ามัวซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าวัตถุจริง แต่ถ้าวัตถุนี้ถูกแยกออกจากกัน เราสามารถสันนิษฐานได้อย่างสมเหตุสมผลว่าตำแหน่งที่แน่นอนของมันคือจุดศูนย์กลางของจุดที่พร่ามัว”
อัลตราซาวนด์ 3 มิติที่เร็วเป็นพิเศษชนะรางวัลการอ้างอิงวารสาร“ในกรณีของเรา microbubbles ที่ไหลเวียนอยู่ในกระแสเลือดจะทำหน้าที่เป็นวัตถุที่แยกออกมาต่างหาก และช่วยให้เรากู้คืนตำแหน่งที่แน่นอนของหลอดเลือดแต่ละเส้นได้” เขากล่าวเสริม “สุดท้าย การบันทึกเสียงสะท้อนของ microbubble แต่ละอันช่วยให้เข้าถึงประวัติของคลื่นที่มาจากวัตถุขนาดไมครอนนี้ และทำให้เราสามารถกู้คืนสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการแพร่กระจายของคลื่นผ่านกะโหลกศีรษะเพื่อแก้ไขการรบกวน”
“ขั้นตอนต่อไปคือการแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการวินิจฉัยที่เพิ่มขึ้นของเทคนิคการตรวจหลอดเลือดสมองแบบใหม่นี้สำหรับการสำรวจโป่งพองในสมองและการฟื้นตัวหลังเกิดโรคหลอดเลือดสมอง” Tanter กล่าวกับPhysics World “ในด้านเทคนิค เรากำลังขยายภาพนี้เป็นภาพ 3 มิติเต็มรูปแบบ เรากำลังร่วมมือกับIconeusซึ่งเป็นบริษัทที่แยกออกมาจากห้องปฏิบัติการของเรา เพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์โดยใช้เทคโนโลยี ULM แบบ transcranial”
เนื่องจากกระบวนการด้วยกล้องจุลทรรศน์เหล่านี้ใช้เวลาเพียงหนึ่งในล้านล้านของวินาที จึงเป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างยิ่งที่จะสังเกต ทีมงานที่อยู่เบื้องหลังการศึกษา SLAC ซึ่งปรากฏในNature Communicationsได้แก้ไขปัญหานี้โดยการเปิดเผยจุดควอนตัมไปยังแสงเลเซอร์ จากนั้นจึงยิงอิเล็กตรอนอย่างรวดเร็วไปยังพวกมันเกือบจะในทันทีหลังจากนั้น นักวิจัยสรุปรายละเอียดของโครงสร้างอะตอมของจุดควอนตัมโดยการศึกษาวิธีที่อิเล็กตรอนเหล่านี้กระดอนออกมา เมื่อใดก็ตามที่อะตอมภายในจุดเปลี่ยน รูปแบบการสะท้อนกลับของอิเล็กตรอนก็เปลี่ยนไปเช่นกัน โดยให้ข้อมูลว่ารูปร่างของจุดเปลี่ยนแปลงไปตามเวลาจริงอย่างไร
เมื่อความถี่เลเซอร์ต่ำ นักวิจัยพบว่าจุดทั้งจุดสูญเสียพลังงานในการอุ่นเครื่อง อย่างไรก็ตาม ด้วยแสงความถี่สูง อิเลคตรอนบางส่วนภายในจุดจึงรู้สึกตื่นเต้นมากพอที่จะออกจากตำแหน่งปกติในผลึกนาโน การเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนนี้ทิ้งไว้เบื้องหลัง “รู” ที่มีประจุบวกที่เคลื่อนที่เร็วซึ่งเคลื่อนที่ไปยังพื้นผิวของนาโนคริสตัล เมื่อถึงจุดนั้น รูก็ติดอยู่ และแรงไฟฟ้าที่พวกมันทำกับอะตอมรอบๆ ตัวทำให้รูปร่างของพื้นผิวจุดควอนตัมบิดเบี้ยว กล่าวอีกนัยหนึ่ง จุดควอนตัมใช้พลังงานโฟตอนตกกระทบเพื่อบิดเบี้ยวตัวเอง แทนที่จะเปล่งแสง
Credit : craniopharyngiomas.net cubmasterchris.info digitalbitterness.com dward3.com
