Una visión sísmica del cerebro

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Por el Dr. Liji Thomas, MD Un nuevo estudio publicado en la revista Digital Medicine en marzo de 2020 informa un prototipo o estudio piloto que podría facilitar el desarrollo de una tecnología de imágenes mucho más precisa para el cerebro humano, mucho más superior que cualquier tecnología existente como CT, MRI y PET exploración.

La aplicación más obvia de esta nueva técnica es en pacientes que pueden haber sufrido un derrame cerebral u otra lesión cerebral. El accidente cerebrovascular es la causa número 2 de muerte y la razón más importante del déficit neurológico en adultos. Si se produce un accidente cerebrovascular, es esencial poder visualizar la pieza rápidamente y con alta fidelidad en cualquier paciente.

Dado que el resultado empeora con cada minuto de retraso, la capacidad de obtener imágenes del cerebro e iniciar el tratamiento en el primer punto de contacto con el paciente afectaría tanto la supervivencia como el pronóstico final para la supervivencia funcional. Lo mismo se aplica a casi cualquier forma de lesión cerebral.

Técnicas anteriores

La resonancia magnética (MRI) es la técnica de elección para obtener imágenes del cerebro de alta resolución. Puede ayudar a evaluar una serie de trastornos cerebrales, que incluyen derrame cerebral, cáncer cerebral y lesiones cerebrales traumáticas.

El problema con la resonancia magnética, por más precisa que sea en general, es que no puede usarse si el paciente tiene un implante metálico o un cuerpo extraño. También es imposible con pacientes que son severamente claustrofóbicos, muy obesos o que no cooperan por ningún motivo.

La tomografía computarizada (TC) de rayos X es la siguiente mejor opción, pero expone al paciente a radiación ionizante. Ambas modalidades requieren un equipo grande, que es costoso, no se puede llevar al lado de la cama de un paciente enfermo y, por lo tanto, es difícil de usar en pacientes que presentan condiciones de emergencia que involucran alteración de la conciencia, como sospecha de accidente cerebrovascular.

El co-investigador Parashkev Nachev dice: “Los aspectos prácticos de la resonancia magnética siempre limitarán su aplicabilidad, especialmente en el contexto agudo, donde la intervención oportuna tiene el mayor impacto. La neurología ha estado esperando una nueva modalidad de imagen universalmente aplicable durante décadas: forma de onda completa la inversión bien podría ser la respuesta “.

Si se puede demostrar que el dispositivo actual produce imágenes precisas en ensayos clínicos, la obtención de imágenes de emergencia y el diagnóstico de dichos pacientes serán mucho más directos. Además, la nueva herramienta de imagen puede ayudar a monitorear a pacientes muy enfermos continuamente.

Cómo el casco prototipo podría representar el cerebro. Crédito de imagen: Imperial College London

Imágenes sísmicas en trastornos cerebrales

Los científicos de la Tierra utilizan datos sísmicos, así como técnicas de inversión de forma de onda completa (FWI), que proporcionan una imagen del interior de la Tierra. Esto es mediante el suministro de datos sísmicos de detectores de terremotos o sismómetros a algoritmos FWI que, a su vez, representan imágenes en 3D de la corteza terrestre, que se pueden utilizar para predecir terremotos y detectar depósitos de petróleo o gas en las profundidades de la corteza.

El nuevo estudio aprovecha esta capacidad para realizar imágenes médicas mediante el uso de ondas de sonido para generar una imagen del cerebro de alta resolución. La herramienta depende de las ondas sonoras, la tecnología que ya se utiliza en la exploración por ultrasonido. Sin embargo, el ultrasonido no puede penetrar el hueso tan bien como las aberraciones refractivas causadas por el contraste entre el cráneo y el cerebro. El nuevo dispositivo de imagen puede superar esta barrera.

Esto ya está disponible, gracias a la nueva tecnología. Según el autor del estudio, Lluis Guasch, “una técnica de imagen que ya ha revolucionado un campo, la imagen sísmica, ahora tiene el potencial de revolucionar otro: la imagen del cerebro”.

Otros expertos intervienen, como Bryan Williams, quien dirige el Centro de Investigación Biomédica de los Hospitales UCL de NIHR, “Este es un desarrollo extraordinario que tiene un enorme potencial para proporcionar imágenes cerebrales accesibles para evaluar el cerebro en traumatismos craneales, derrames cerebrales y una variedad de enfermedades cerebrales. También es una ilustración fabulosa de cómo la colaboración entre ingenieros y médicos, utilizando métodos de otra esfera de la ciencia, puede aportar innovación innovadora a la atención médica “.

El casco de imagen acústica

El dispositivo es un casco forrado con hileras de transductores de sonido que generan energía ultrasónica que se transmite a través de la cabeza del paciente. La energía propagada se registra y se alimenta a una computadora a través del casco. Luego, los datos se procesan utilizando algoritmos FWI para crear una imagen tridimensional del interior del cráneo.

El prototipo de casco. Crédito de imagen: Imperial College London

El prototipo se probó en un humano sin ninguna patología cerebral conocida. Los resultados mostraron que produjo una señal grabada de alta calidad que podría usarse para mostrar una imagen completa de la parte examinada. Los investigadores dicen que están seguros de que la energía dispersa del cerebro puede interpretarse de una manera clínicamente útil.

Además, el uso del modelado por computadora les ayuda a lograr imágenes de alta calidad a bajas frecuencias de sonido que serán seguras para el cerebro pero capaces de penetrar en el cráneo. Con la ayuda de tales técnicas de modelado, han generado simulaciones por computadora que muestran los detalles de varios tejidos cerebrales, para demostrar que las ondas de sonido pueden crear una imagen del cerebro de alta resolución.

El dispositivo es más pequeño, más rápido, más barato y más fácil que los que se usan en la mayoría de las otras técnicas de imagen, lo que significa que se puede usar para imágenes portátiles como en ambulancias. El uso de FWI puede evitar la distorsión debida al ruido al tiempo que permite el uso de bajas frecuencias.

Trascendencia

Al comentar sobre el dispositivo, Guasch dice: “Esta es la primera vez que FWI se aplica a la tarea de obtener imágenes dentro de un cráneo humano. FWI se usa normalmente en geofísica para mapear la estructura de la Tierra, pero nuestro equipo colaborativo y multidisciplinario de la Tierra científicos, bioingenieros y neurólogos lo están utilizando para crear un método seguro, barato y portátil para generar imágenes de ultrasonido en 3D del cerebro humano “.

Nachev continúa explicando: “Esta es una ilustración vívida del notable poder de la computación avanzada en medicina. Combinar la innovación algorítmica con la supercomputación podría permitirnos recuperar imágenes del cerebro de alta resolución de una física segura, relativamente simple y bien establecida: la transmisión de ondas sonoras a través del tejido humano “. Para establecer su tesis, los científicos ahora deben construir un prototipo que proporcione imágenes en vivo del cerebro humano normal. Esta será la primera etapa en el viaje hacia un dispositivo comprobable a gran escala para ser utilizado en pacientes reales.

El estudio concluye: “El valor potencial de las imágenes FWI es triple. Podría mejorar los resultados en los trastornos neurológicos agudos al permitir una intervención más temprana. Segundo, el bajo costo, la alta seguridad, la portabilidad y el alto poder de resolución de la tecnología proporcionan la capacidad de monitorear el cerebro de los pacientes continuamente al lado de la cama y, en tercer lugar, la tecnología se puede implementar de manera fácil y segura en una amplia gama de situaciones en las que sería deseable realizar neuroimágenes, pero actualmente no está disponible, por ejemplo, en países en desarrollo con presupuestos de salud limitados, en ubicaciones remotas , de manera rutinaria en eventos deportivos de contacto, dentro de despliegues militares o como parte del socorro en casos de desastre cuando se compromete la infraestructura local

Referencia del diario: Guasch, L., Calderón Agudo, O., Tang, M. y col. Imagen de inversión de forma de onda completa del cerebro humano. npj Digit. Medicina. 3, 28 (2020). https://doi.org/10.1038/s41746-020-0240-8

Vía: News-medical


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