新地震成像技術(shù)可以提供人腦的精細(xì)圖像

（文章來(lái)源：教育新聞網(wǎng)）

倫敦帝國(guó)理工學(xué)院和UCL研究人員說(shuō)，他們今天在npj Digital Medicine上發(fā)表的概念驗(yàn)證研究為人腦高保真臨床成像的發(fā)展鋪平了道路，該技術(shù)可能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。與現(xiàn)有的大腦成像方法(如MRI，CT和PET掃描)不同，該技術(shù)可以應(yīng)用于對(duì)任何患者進(jìn)行成像，并且可能適用于對(duì)高依賴性患者的連續(xù)監(jiān)測(cè)。它可以由相對(duì)較小的設(shè)備提供，這也有可能使它通過(guò)救護(hù)車攜帶起來(lái)，并能夠在到達(dá)醫(yī)院之前進(jìn)行快速調(diào)查。

研究人員有信心該技術(shù)將是安全的，因?yàn)槁暡ㄒ呀?jīng)用于超聲掃描，并且該技術(shù)使用類似的聲強(qiáng)。超聲波無(wú)法輕易穿透骨骼，而設(shè)計(jì)成可以像頭盔一樣佩戴的新設(shè)備能夠克服這一障礙。這種新方法在接受卒中檢查的患者中具有特殊價(jià)值，卒中是第二大常見(jiàn)死亡原因，也是成人神經(jīng)系統(tǒng)殘疾的最常見(jiàn)原因。在這種情況下，快速，普遍適用的高保真成像至關(guān)重要。

帝國(guó)大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)系的主要作者LluísGuasch博士說(shuō)：“一種已經(jīng)改變了一個(gè)領(lǐng)域的成像技術(shù)-地震成像-現(xiàn)在具有改變另一個(gè)領(lǐng)域-大腦成像的潛力?！泵绹?guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院UCL醫(yī)院生物醫(yī)學(xué)研究中心主任布萊恩·威廉姆斯教授表示：“這是腦成像領(lǐng)域的非凡而新穎的發(fā)展，它具有巨大的潛力，可以在常規(guī)臨床實(shí)踐中提供可訪問(wèn)的腦成像，以評(píng)估顱腦創(chuàng)傷，中風(fēng)和各種腦部疾病。

“如果這能兌現(xiàn)其諾言，那將是一個(gè)重大進(jìn)步。這也很好地說(shuō)明了工程師和臨床醫(yī)生之間的合作如何使用另一科學(xué)領(lǐng)域的方法將突破性的創(chuàng)新帶入醫(yī)療領(lǐng)域。”地球科學(xué)家使用地震數(shù)據(jù)和稱為全波形反演(FWI)的計(jì)算技術(shù)來(lái)繪制地球內(nèi)部的地圖。來(lái)自地震探測(cè)器(地震儀)的地震數(shù)據(jù)被插入FWI算法中，該算法提取地殼的3D圖像，這些圖像可用于預(yù)測(cè)地震并搜索油氣儲(chǔ)層。

現(xiàn)在，帝國(guó)研究人員已將此方法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像，開(kāi)發(fā)了一種使用聲波的方法，其最終目的是生成大腦的高分辨率圖像。他們制造了頭盔，內(nèi)襯一系列聲換能器，每個(gè)聲換能器都通過(guò)頭骨發(fā)送聲波。記錄通過(guò)頭部傳播的超聲能量，并通過(guò)頭盔將其饋送到計(jì)算機(jī)中。然后使用FWI分析整個(gè)頭骨上的聲音回響，從而構(gòu)造內(nèi)部的3D圖像。

研究人員在一個(gè)健康的志愿者身上測(cè)試了他們的頭盔，發(fā)現(xiàn)所記錄信號(hào)的質(zhì)量足以使算法生成詳細(xì)的圖像，并且他們相信從大腦中散發(fā)出來(lái)的能量是可以解釋的。使用計(jì)算機(jī)建模，他們還發(fā)現(xiàn)他們可以獲得聲音頻率低到足以以安全強(qiáng)度穿透頭骨的高分辨率圖像。他們基于不同類型的人類大腦組織的特性創(chuàng)建了詳細(xì)的計(jì)算機(jī)模擬，以建立聲波對(duì)合成大腦的高分辨率圖像有效的方法。

Guasch博士說(shuō)：“這是FWI首次應(yīng)用于人類顱骨內(nèi)成像的任務(wù)。FWI通常在地球物理學(xué)中用于繪制地球結(jié)構(gòu)圖，但我們由地球科學(xué)家，生物工程師和科學(xué)家組成的多學(xué)科合作團(tuán)隊(duì)神經(jīng)學(xué)家正在使用它來(lái)創(chuàng)建一種安全，便宜和便攜式的方法來(lái)生成人腦的3D超聲圖像。”磁共振成像(MRI)通常是獲取大腦高分辨率圖像的最佳方法，目前，對(duì)許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病(包括中風(fēng)，腦癌和腦損傷)的研究必不可少。

但是，MRI需要大型，復(fù)雜，昂貴，不可攜帶的機(jī)器，冷卻至絕對(duì)零點(diǎn)以上三度以上，并且不能用于不能嚴(yán)格排除金屬植入物或異物的患者。這使得意識(shí)潛在改變的患者(例如懷疑中風(fēng)的患者)難以或不可能緊急使用。研究人員說(shuō)，如果在人體試驗(yàn)中證明成功，他們的裝置將克服這些障礙。

該研究的合著者，UCL的Parashkev Nachev教授說(shuō)：“這生動(dòng)地展示了先進(jìn)醫(yī)學(xué)在醫(yī)學(xué)上的強(qiáng)大功能。將算法創(chuàng)新與超級(jí)計(jì)算相結(jié)合，可以使我們從相對(duì)安全，相對(duì)安全的位置檢索大腦的高分辨率圖像。簡(jiǎn)單，完善的物理學(xué)：聲波通過(guò)人體組織的傳播。

MRI的實(shí)用性將始終限制其適用性，特別是在及時(shí)干預(yù)影響最大的急性環(huán)境中。神經(jīng)病學(xué)數(shù)十年來(lái)一直在等待一種新的，普遍適用的成像方式：全波形反轉(zhuǎn)很可能是答案。 ”接下來(lái)，研究人員將建立一個(gè)用于正常人腦實(shí)時(shí)成像的新原型，作為可在臨床環(huán)境中進(jìn)行評(píng)估的設(shè)備的第一步。
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