El ultrasonido revela la vasculatura del cerebro humano hasta la escala microscópica
La microscopía de localización por ultrasonido brinda detalles de la vasculatura del cerebro hasta la escala microscópica. Crédito: Alexandre Dizeux/ Physics for Medecine
Mapeo de la red vascular cerebral en pacientes humanos, a escalas sin precedentes: este tour de force ha sido logrado por el laboratorio francés Physics for Medicine Paris (ESPCI Paris-PSL, Inserm, CNRS). En un estudio publicado en la portada de Nature Biomedical Engineering, el equipo de investigación detalla su método de microscopía de localización por ultrasonido, que combina ecografía ultrarrápida y agentes de contraste. Los investigadores han abordado varios desafíos técnicos para aplicar el método a pacientes humanos. Las imágenes resultantes son espectaculares y contienen una gran cantidad de información sobre los flujos sanguíneos cerebrales y su dinámica. La microscopía de localización por ultrasonido abre nuevos horizontes para una mejor comprensión y un diagnóstico más temprano de enfermedades cerebrovasculares como el ictus o el aneurisma, y enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer.
Los vasos sanguíneos del cerebro constituyen una red extremadamente compleja que suministra oxígeno y nutrientes a las neuronas. Por tanto, la actividad vascular y la actividad neuronal están íntimamente ligadas, y las disfunciones vasculares son la causa subyacente de muchos trastornos neurológicos. El diagnóstico y tratamiento de estas enfermedades se dificulta por la falta de conocimiento sobre las funciones de los vasos sanguíneos pequeños, debido a la limitación de los métodos de imagen cerebrovascular existentes. La angiografía por TC (tomografía computarizada) o la angiografía por RM (resonancia magnética) combinadas con agentes de contraste inyectados son los dos métodos más comunes utilizados en los hospitales. Capturan arterias grandes de unas pocas décimas de milímetro de diámetro, pero no detectan capilares más pequeños, de micras de diámetro. Además, estas dos angiografías no proporcionan información dinámica a las diferentes escalas espaciales de la red vascular. La solución propuesta por el laboratorio Physics for Medicine Paris promete llenar este vacío al ofrecer imágenes dinámicas de los flujos sanguíneos a lo largo de toda la red vascular (desde las arterias más grandes hasta los pequeños capilares), a través de un sistema de cabecera no invasivo, no ionizante y de baja Tecnología de bajo costo.
Microangiografía por ultrasonido
Durante quince años, el equipo de Mickael Tanter ha desarrollado la ecografía ultrarrápida, una técnica que adquiere miles de imágenes de ultrasonido por segundo. Inspirándose en la microscopía óptica FPALM (cuyos descubridores recibieron el Premio Nobel de Química en 2014), el equipo ha asociado la ecografía ultrarrápida con agentes de contraste: microburbujas, hechas de un gas biocompatible e inyectadas por vía intravenosa, circulan por toda la red vascular cerebral. Estas burbujas del tamaño de una micra luego se toman imágenes usando una sonda de ultrasonido colocada contra la cabeza en la sien. Al determinar la posición de millones de microburbujas en unos pocos segundos, los investigadores pueden recuperar la anatomía de la red vascular hasta la escala de micras, mientras recopilan información cuantitativa sobre los componentes dinámicos locales de los flujos sanguíneos. Hasta ahora, esto nunca se había logrado con ninguna otra modalidad de imágenes médicas no invasivas. Este nuevo método se ha denominado microscopía de localización por ultrasonido (ULM).
Crédito: Alexandre Dizeux
Imágenes de pacientes humanos: un tour de force técnico que produce imágenes únicas
La técnica había sido validada en 2015 en animales pequeños, pero obtener imágenes de un paciente humano adulto seguía siendo un gran desafío. En primer lugar, la señal de ultrasonido se ve perturbada a medida que viaja a través del hueso del cráneo, lo que da lugar a una calidad de imagen gravemente degradada. Por lo tanto, se han aplicado métodos para medir y luego corregir estas perturbaciones durante el procesamiento de la señal para restaurar una calidad de imagen óptima. En segundo lugar, era necesario desarrollar algoritmos de corrección de movimiento, ya que cualquier movimiento macroscópico del cerebro dificulta la capacidad de localizar una microburbuja con una precisión de escala micrométrica. Charlie Demen, profesor asociado de ESPCI París, detalla los puntos clave de su trabajo:
«Las estrellas se han alineado, por así decirlo, para hacer posible este estreno mundial en sujetos humanos, a través de la implementación conjunta de varios técnicas. La primera técnica es la imagen ultrarrápida, que proporciona una gran cantidad de datos en muy poco tiempo y nos permite discriminar la firma acústica de cada microburbuja individual. Luego, la localización por ultrasonido anula los límites de resolución inherentes a la física de ondas: la imagen de un objeto diminuto es un punto borroso que es más grande que el objeto real. Esto es lo que llamamos el límite de resolución espacial. Pero si este objeto está aislado, podemos suponer razonablemente que su ubicación exacta es el centro del punto borroso. En En nuestro caso, las microburbujas que circulan por el torrente sanguíneo hacen el papel de objetos aislados, y nos permiten recuperar la ubicación exacta de cada vaso sanguíneo.Finalmente, el registro del eco de cada microburbuja da acceso ss a la historia de la onda proveniente de este objeto del tamaño de una micra, y por lo tanto permite recuperar lo que ocurrió durante la propagación de la onda a través del cráneo para corregir sus perturbaciones».
Con estos nuevos desarrollos , los investigadores han logrado microscopía de localización por ultrasonido en pacientes humanos en el centro de neurociencias clínicas de la Universidad de Ginebra (Suiza), en colaboración con la Prof. Fabienne Perren. Por ejemplo, en un paciente con un aneurisma, el equipo pudo capturar los detalles más finos de un flujo sanguíneo turbulento en el área del aneurisma, ubicada en profundidad en el centro del cerebro.
A poderosa herramienta para el manejo de pacientes
Estas nuevas funciones de imágenes vasculares abren nuevos horizontes para una mejor comprensión del vínculo entre la vasculatura cerebral y las enfermedades cerebrales. La visualización y cuantificación de los flujos sanguíneos cerebrales, que hasta ahora no se habían visto por falta de suficiente resolución y sensibilidad, podría tener un gran impacto al proporcionar nuevos conocimientos sobre las relaciones entre la actividad vascular y neuronal y, desde una perspectiva clínica, al ofrecer una mejor y un diagnóstico más temprano de enfermedades cerebrovasculares y, por lo tanto, abre la posibilidad de desarrollar tratamientos más eficientes.
La microscopía de localización por ultrasonido será ampliamente accesible para los pacientes y más fácil de usar por los médicos, en comparación con las técnicas actuales. La tecnología de ultrasonido es más rentable, menos engorrosa y puede operarse junto a la cama.
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Vídeo: El cerebro durante un ataque al corazón Más información: Microscopía de localización por ultrasonido transcraneal ultrarrápido de la vasculatura cerebral en pacientes, Nature Biomedical Engineering (2021). DOI: 10.1038/s41551-021-00697-x , dx.doi.org/10.1038/s41551-021-00697-x Información de la revista: Nature Biomedical Engineering
Proporcionado por ESPCI París Cita: El ultrasonido revela la vasculatura del cerebro humano hasta la escala microscópica (15 de marzo de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-ultrasound-reveals-human-brain -vasculature.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.