Ultrasound kullanımı non-vazif Neural Stimulation Görüntüleme ve Görüntüleme

Nörobilimde Ultrasound: Stimulation ve Görüntüleme için non-Invasive Tool

Son yıllarda ultrason teknolojisi, nörobilimde dönüştürücü bir modality olarak ortaya çıktı, araştırmacılar ve klinikçilere hem de cerrahiler veya implante edilen elektrotlar için ihtiyaç duymadan beyin aktivitesini görüntüleme yeteneği kazandırıyor.Bu çift yetenek & #8212; yüksek frekanslı ses dalgaları, ultrasonik görüntüleme dokusu gerçek zamanlı olarak teşvik ediyor ve#8212; transkranial manyetik uyarı (TMS), sinirsel bozukluklara veya optik rezonans görüntüleme (DBS), veya fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ile ilgili olarak, optik bir yüksek frekanslı ses dalgaların ve optik güvenlik dalgasının yanı sıra, ultrasonik teknikler, optik ve optik hastalıkların incelenmesini sağlıyor.

Radyasyonun (X-rays veya CT) veya güçlü statik manyetik alanların aksine (MRI), ultrason biyolojik doku yoluyla ortaya çıkan mekanik titreşimlere dayanır. Bu baskı dalgaları, hem teşhis görüntüleme hem de tedavi modülasyonuna olanak sağlar. - araştırma amaçlı olmayan, taşınabilir ve maliyet-aktif olmayan ultrason sistemlerinin doğası, çocuklar, hamile kadınlar ve MRG ile tekrarlanan implante edilen implante edilen hastalar için özellikle cazip bir şekilde kullanılmasını sağlar.

Beyinde Ultrasound

Fizik ve Mechanisms

Ultrasound dalgaları insan işitme aralığının üzerindeki frekanslarla dalga geçiyor, genellikle tıbbi uygulamalar için 0,5 ve 10 MHz arasında. Beyin bağlamında, daha düşük frekanslar (yaklaşık 2 MHz ile) sık sık kullanılır, çünkü kafatası daha etkili bir şekilde nüfuz ederler, daha yüksek frekanslar yüzeysel yapılar için daha iyi bir çözüm sunarken, dalgalar, elektrik sinyalleri mekanik titreşimlere dönüştüren bir transducer tarafından oluşturulur.

Uyarıcı için, odaklanmış ultrason (FUS) küçük bir hedef hacmine akustik enerji odaklanır, genellikle milimetre düzeyinde doğrulukla. dalgalar ve #8212; radyasyon gücü, cavitasyon (projeksiyon ve osilasyon), ve ısı etkileri ve #8212; sinir devreleri içindeki bozulmalar için geçici olarak değişebilir.

Diğer Modalitelerde Anahtar Avantajlar

Elektrik veya manyetik uyarı ile karşılaştırıldığında, ultrason mükemmel bir hassas sağlar, ancak eksternal uyarı (TMS) ve transcranial direkt şu anda uyarı (tDCS) kafatasını ihlal etmeden ve farklı bölgeleri hedef almak için sınırlı derinlik penetrasyonu ve zayıf bir şekilde karmaşıktır.

Neural Stimulation için Ultrasound for Neural Stimulation

Ultrasound Modulates Nöronal Aktivitesi Nasıl Odaklandı

Düşük yoğunluklu ultrason (LIFU) hem de hayvan modellerinde kullanılan parametrelere bağlı olarak sinirsel aktiviteyi heyecanlandırmış ve bastırmış olarak gösterilmiştir; frekans, nab tekrarlama, görev döngüsü ve yoğunluk. Örneğin, birincil motor korteklerine uygulanan ultrason kısa patlamaları kas sözleşmelerini uyandırabilir, daha uzun sürekli maruz kalmalar hayvan modellerinde nöbet benzeri aktiviteyi bastırabilir.

İnsanlardaki erken çalışmalar, FUS'un bu kadarmatosensory korteksini tedavi edebilir ve tedavi edici duygulara yol açabilirken, görsel kortektları hedef alanla birlikte incelenen FUS'un cerrahisi ile ilgili olarak, cerrahi olmayan herhangi bir sonuca varması için ultrason kullanımını araştırdığını gösterdi.

Ultrasound Stimulation of Ultrasound Stimulation of Ultrasound Stimulation of Ultrasound Stimulation of Ultrasound Stimulation of Ultrasound Stimulation of

Ultrasound Stimulation of Ultrasound Stimulation of Ultrasound Stimulation of Ultrasound Stimulation

İnvazi olmayan, acısız ve FUS'un geri dönüşümlü doğası her iki araştırma ve klinik kullanım için çekici hale getirir. Çünkü elektrotların implantasyonunu gerektirmez, enfeksiyon riskini, hemorhage veya uzun vadeli yabancı tepki aslında ortadan kaldırır. etkiler anında geçiş yapılabilir ve dozaj bireysel yanıta dayalı olarak gerçek zamanlı olarak ayarlanabilir.

Ancak, zorluklar kalır. kafatası attenuates ve distorts ultrason dalgalarını azaltır, daha zor odaklanmayı gerektirir. İşlemsel olmayan ısıtma, kalibre hasarı veya MRG serisi haritaları hedefleyebilir, ancak karmaşıklıkta bireysel değişkenlik, teslimiyetin etkilerini etkiler, hastaya özel kalibrasyon gerektiren, yüksek çözünürlükte yapılan tedavi yöntemleri de dahil eder.

Beyin Görüntülemesi için Ultrasound for Brain Görüntüleme

Fonksiyonel Ultrasound (fUS)

Geleneksel B-mode ultrason, kafatası aracılığıyla sınırlı bir çözüm sunarken, optik ultrason (fUS) ile son gelişmeler beyin aktivitesinin görüntülenmesi için dramatik bir şekilde geliştirilmiştir. serebral kan hacminde yüksek spatiotemporal çözünürlükte değişiklikler, hemodinamik yanıtları tespit etmek, sinir aktivasyon ve #8212; fMRI ile benzer ama manyetik alanların yerine ses kullanmak.

Örneğin, OKT'de bir çalışma:0)NeuroImage[[Dönetici: 1), fUS'un insan beyninde güvenilir bir şekilde yerelleştirilmesi, indüktif yüzeyde 100 mikrometreye yaklaştığını gösterdi. Bu ayrıntı seviyesi görüntülemeye karşılaştırılabilir, ancak bir krianiotomiye gerek kalmadan.

Contrast-Enhanced Ultrasound (CEUS)

Mikrobubble kontrast ajanlar ve #8212; kan akışı ile çevrili olan gaz dolu alanlar ve hatta kan kanserinin bütünlüğü (BBB) Bu mikrobübbles oscillate, ultrason alanında daha fazla hassasiyetle incelenir, mikrobünlü ultrasonlar için tedavi edilebilir, ayrıca ultrason cerrahisi için kullanılan kan basıncının bütünlüğüne de uygulanabilir.

Ultrasound Image Rehberliği

Ultrasonun en güçlü varlıklarından biri, tek bir cihazda görüntüleme ve tedaviyi bir araya getirme yeteneğidir. Aynı transducer, bir hedef bulmak için kullanılabilir (örneğin, bir tümör veya sinir çekirdeği), tedavi, odaklanmış ultrason ve gerçek zamanlı termal veya akustik değişiklikler izlemek için kullanılabilir.Bu kapalı-loop yaklaşımları sağlıklı dokuya en aza indirmek ve özellikle düşük FUS sistemleri zaten ticari olarak kullanılabilir.

Meydanlar ve Devamlı Araştırma

Sözcülüğe rağmen, ultrason birkaç teknik ve biyolojik engellerle karşı karşıyadır. kafatası temel engel olmaya devam eder. Gelişmiş faz testi algoritmaları ile bile, akustik tıkanıklık ve yumuşak doku arasındaki uyum, önemli absorpsiyon ve refraction, achievable odaklama ve eserlerle sınırlır. Derin beyin hedefleri için, çok boyutlu bir kask serisi genellikle gereklidir, bu da maliyetleri ve karmaşıklığı artırır.

Başka bir meydan okuma bireysel yanıtlarda varılabilir. Aynı ultrason parametreleri farklı konularda farklı etkiler üretebilir veya aynı zamanda farklı günlerde aynı konuda bile. Bu değişkenlik, kafatası kompozisyonunda, sinir durumu (örneğin, uyarı), ve devam eden beyin aktivitesinin farklı şekillerdeki etkilerinden kaynaklanır.

Ekran tarafında, fUS hala penetrasyon derinliğinde kısıtlamalarla karşı karşıya kalır ve yüksek çözünürlükte tüm insan kafatası aracılığıyla görüntülenebilir. ince kemik (parçalı kafalı kafalı kafalı beyin pencereden) iyi çalışırken, tüm ön görüntüleme henüz mümkün değildir. Hybrid yaklaşımlar ultrason ile birlikte bir çözüm sunabilir. Araştırmacılar ayrıca ultrason kullanımını doğrudan sinir sinyalleri kullanarak (bu sözde “ultrasonic nörorecording ”) olarak keşfederler.

Future Yol Tarifi

Sonraki on yıl hem ultrasonik uyarı ve görüntülemede önemli ilerleme vaat ediyor. Miniaturized cihazlar, giyilebilir kapaklar ve implantable yamalar dahil olmak üzere, kronik nöromodülasyon için geliştiriliyor. Kablosuz güç ve veri iletimi ile birlikte, bu sistemler hastaların günlük tedavi almalarına izin verebilir, akıllı telefonlar aracılığıyla uzaktan ayarlamasına izin verebilir.

Başka bir boğa alanı, ultrason tedavisi veya optogenetik ile kombinasyonudur. Örneğin, ultrason, nanopartiküllerden gelen ilaçların ifadelerini kullanarak, hafif (uygun kontrollü gen ifadesi ile hassas bir şekilde kontrol edebilmeyi sağlar).

Nihai hedef, sürekli olarak beyin aktivitesini (via ultrason görüntüleme) izleyen ve normal işlevi geri yüklemesi gerektiği gibi kapalı bir sinir arayüzü oluşturmaktır.Böyle bir cihaz, önümüzdeki on ila on beş yıl içinde saldırıyı engelleyebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ultrasound teknolojisi, non-nvaziv olmayan sinir uyarıları ve görüntüleme için çok yönlü bir platform haline geldi. Yüksek frekanslı ses dalgalarının beyin dokusuyla ilgili mekanik ve termal etkileşimlerine dayanarak, araştırmacılar şimdi, intralete sinir devreleri olağanüstü hassasiyet ve görselleştirme, cerrahi ihtiyaç duymadan gerçek zamanlı olarak beyin aktivitesini kullanarak, hareket bozuklukları ve epilepsiyi tedavi etmek için çeşitli yöntemler ve sinir bozucu işlevlerin farklı bir şekilde tanımlanmasına yardımcı oluyor.