Най-ярките рентгенови лъчи в света поставят началото на революцията в медицинските изображения

Сподели
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Новаторска нова техника за изобразяване, използваща рентгенови лъчи, генерирани от авангарден ускорител на частици, предлага 3D изображения на цели органи с безпрецедентни детайли. Демонстрирайки технологията, изследователите изобразиха белия дроб на починал пациент с COVID-19, разкривайки нови прозрения за това как болестта нарушава оксигенацията на кръвта.

Новата технология се нарича йерархична фазово-контрастна томография (HiP-CT) и е рентгенова техника, която позволява да се изобразяват цели органи до разделителна способност от 1 микрон или 100 пъти по-голяма от тази на конвенционалното CT сканиране.

Напредъкът в изобразяването идва от технологична модернизация в Европейския център за синхротронни изследвания (ESRF). Този авангарден ускорител на частици беше подобрен наскоро с това, което се нарича Extremely Brilliant Source надстройка (ESRF-EBS).

Това надграждане на EBS създаде първия в света синхротрон от четвърто поколение, което го прави най-яркият източник на рентгенови лъчи в света. Това увеличи рентгеновата ефективност с коефициент 100 по отношение на „блясък и съгласуваност” А рентгеновите лъчи, генерирани от това устройство, са 100 милиарда пъти по-ярки от това, което се намира в конвенционалната рентгенова снимка в болницата.

Атлас на човешки органи: HiP-CT изображение на здрав човешки мозък с помощта на ESRF-EBS

„Идеята да се разработи тази нова HiP-CT техника дойде след началото на глобалната пандемия, чрез комбиниране на няколко техники, използвани в ESRF за изобразяване на големи вкаменелости и използване на повишената чувствителност на новия изключително блестящ източник в ESRF, ESRF-EBS“, обяснява водещият учен в ESRF Пол Тафоро. „Това ни позволява да видим в 3D невероятно малките съдове в рамките на цялостен човешки орган, което ни позволява да разграничим в 3D кръвоносен съд от заобикалящата тъкан и дори да наблюдаваме някои специфични клетки.”

Използвайки новата технология, екип, ръководен от изследователи от University College London, стартира проект, наречен Атлас на човешките органи. Питър Лий, който ръководи проекта, казва, че целта на Атласа на човешките органи е да запълни празнината в нашето разбиране за човешката анатомия.

„Клиничните CT и MRI сканирания могат да се разделят до малко под милиметър, докато хистологията (изучаване на клетки/биопсия под микроскоп), електронната микроскопия (която използва електронен лъч за генериране на изображения) и други подобни техники разрешават структури с субмикронни точност, но само при малки биопсии на тъкан от орган“, казва Лий. “HiP-CT свързва тези скали в 3D, изобразявайки цели органи, за да предостави нови прозрения за нашия биологичен състав.”

Атлас на човешки органи: HiP-CT изображение на здрав човешки бял дроб с помощта на ESRF-EBS

Атласът на човешките органи ще бъде безплатен онлайн ресурс и стартира с дисплеи на няколко ключови човешки органа, включително мозъка, бъбреците, сърцето и далака. Проектът също така предлага изображения, сравняващи здрав бял дроб с бял дроб от починал пациент с COVID-19.

Основен патологичен признак за влошаване на COVID-19 е рязък спад в нивата на оксигенация в кръвта и HiP-CT изображенията разкриха прозрения за това как това се случва чрез процес, известен като „шунтиране“. По-рано се предполагаше, че COVID-19 намалява нивата на кислород в кръвта чрез повишаване на нивата на шунтиране в белите дробове, но това е първото пряко доказателство за този процес.

„Чрез комбинирането на нашите молекулярни методи с мултимащабното изображение на HiP-CT в белите дробове, засегнати от пневмония COVID-19, ние придобихме ново разбиране [of] как шунтирането между кръвоносните съдове в двете съдови системи на белия дроб се случва в белите дробове, увредени от COVID-19, и влиянието, което има върху нивата на кислород в нашата кръвоносна система“, казва Дани Йониг, изследовател от Медицинското училище в Хановер, работещо по проекта.

Атлас на човешки органи: HiP-CT изображение на увреден от COVID-19 човешки бял дроб с помощта на ESRF-EBS

HiP-CT е предназначен да предложи на лекарите библиотека от изображения, документиращи как различните заболявания засягат различни органи. Тези невиждани досега структурни данни илюстрират как болестта може да повлияе на тъканната архитектура до резолюции, малки от един микрон.

Клеър Уолш, машинен инженер от Университетския колеж в Лондон, работещ по проекта, казва, че подробните изображения ще бъдат използвани в тандем с техники за машинно обучение за подобряване на прозренията, получени от клинични образи като ЯМР и КТ. Освен че помага за по-доброто калибриране и подобряване на тези настоящи технологии, Уолш предполага, че данните от HiP-CT ще помогнат на изследователите да разработят системи за изкуствен интелект, отколкото да изяснят MRI и CT изображения.

„Способността да се виждат органи в различни мащаби като тази ще бъде наистина революционна за медицински образи“, казва Уолш. „Когато започнем да свързваме нашите HiP-CT изображения с клинични изображения чрез AI техники, ние – за първи път – ще можем за много точно валидиране на двусмислени находки в клиничните изображения.”

Ново проучване, докладващо за HiP-CT, беше публикувано в списанието Природни методи.

Източник: Университетски колеж в Лондон

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •