บทความอายุยืน

การใช้คลื่นอัลตร้าซาวด์และการสั่นสะเทือนเพื่อรักษาโรคทางสมองได้ดีขึ้น

การใช้คลื่นอัลตร้าซาวด์และการสั่นสะเทือนเพื่อรักษาโรคทางสมองได้ดีขึ้น
  • การเน้นคลื่นอัลตราซาวนด์ผ่านกะโหลกศีรษะอาจวินิจฉัยและรักษาความผิดปกติของสมองได้ดีขึ้น ตั้งแต่โรคหลอดเลือดสมอง เนื้องอก ไปจนถึงโรคเกี่ยวกับระบบประสาทเสื่อม

  • วิธีการใหม่นี้ช่วยให้อัลตราซาวนด์โฟกัสผ่านกะโหลกศีรษะและเข้าไปในสมองได้ ซึ่งเร็วกว่าวิธีอื่นถึง 100 เท่า

บทความนี้ถูกโพสต์ในข่าวการวิจัยของจอร์เจียเทค:

ทีมนักวิจัยด้านวิศวกรรมที่สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจียหวังว่าจะค้นพบวิธีใหม่ในการวินิจฉัยและรักษาโรคทางสมอง ตั้งแต่เนื้องอกและโรคหลอดเลือดสมองไปจนถึงโรคพาร์กินสัน โดยใช้ประโยชน์จากการสั่นสะเทือนและคลื่นอัลตราซาวนด์

โครงการมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (nsf) ระยะเวลา 5 ปี มูลค่า ฿75.95 ล้านบาท ซึ่งริเริ่มในปี 2562 ส่งผลให้มีบทความในวารสารที่ตีพิมพ์หลายฉบับ ซึ่งเสนอวิธีการใหม่ที่น่าหวังในการโฟกัสคลื่นอัลตราซาวนด์ผ่านกะโหลกศีรษะ ซึ่งอาจนำไปสู่การใช้ภาพอัลตราซาวนด์ในวงกว้างมากขึ้น -- ถือว่าปลอดภัยกว่าและราคาถูกกว่าเทคโนโลยีการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (mri)

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทีมงานกำลังค้นคว้าความถี่ที่หลากหลาย ครอบคลุมการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ (ช่วงความถี่เสียง) และคลื่นนำทางความถี่ปานกลาง (100 khz ถึง 1 mhz) ไปจนถึงความถี่สูงที่ใช้ในการถ่ายภาพสมองและการบำบัด (ในช่วง mhz)

"เรากำลังสร้างกรอบการทำงานที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งรวมเอามุมมองการวิจัยที่แตกต่างกันเพื่อจัดการกับวิธีที่คุณใช้เสียงและการสั่นสะเทือนในการรักษาและวินิจฉัยโรคทางสมอง" Costas Arvanitis ผู้ช่วยศาสตราจารย์ใน George W. Woodruff School of Mechanical Engineering ของ Georgia Tech อธิบายและ Wallace H. Coulter ภาควิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์ที่ Georgia Tech และ Emory University

“นักวิจัยแต่ละคนนำความเชี่ยวชาญของตนเองมาสำรวจว่าการสั่นสะเทือนและคลื่นในช่วงความถี่ต่างๆ สามารถดึงข้อมูลจากสมองหรือเน้นพลังงานไปที่สมองได้อย่างไร”

การเข้าถึงสมองถือเป็นความท้าทายที่ยากลำบาก

แม้ว่าเนื้องอกและโรคทางสมองบางชนิดจะรักษาได้โดยไม่รุกรานหากอยู่ใกล้ศูนย์กลางของสมอง แต่ภาวะอื่นๆ อีกหลายอย่างก็เข้าถึงได้ยากกว่า นักวิจัยกล่าว

“ส่วนตรงกลางของสมองสามารถเข้าถึงได้มากที่สุด อย่างไรก็ตาม แม้ว่าคุณจะสามารถกำหนดเป้าหมายส่วนของสมองให้ห่างจากจุดศูนย์กลางได้ แต่คุณก็ยังต้องลอดผ่านกะโหลกศีรษะ” อาร์วานิทิสกล่าว

เขาเสริมว่าการเคลื่อนไหวสมองเพียง 1 มิลลิเมตรถือเป็น "ระยะห่างอย่างมาก" จากมุมมองของการวินิจฉัย ชุมชนวิทยาศาสตร์ยอมรับอย่างกว้างขวางถึงความซับซ้อนของสมอง แต่ละส่วนเกี่ยวข้องกับการทำงานที่แตกต่างกัน และเซลล์สมองที่แตกต่างกันไป

ตามที่ brooks lindsey ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ที่ georgia tech และ emory กล่าว มีเหตุผลว่าทำไมการถ่ายภาพสมองหรือการบำบัดด้วยสมองจึงทำงานได้ดีในบางคน แต่ไม่ใช่ในคนอื่นๆ

“มันขึ้นอยู่กับลักษณะกะโหลกศีรษะของผู้ป่วยแต่ละราย” เขากล่าว โดยสังเกตว่าบางคนมีกระดูก trabecular มากกว่าเล็กน้อย ซึ่งเป็นส่วนที่เป็นรูพรุนของกระดูก ซึ่งทำให้รักษาได้ยากขึ้น

นักวิจัยกำลังจัดการกับความท้าทายในหลายระดับโดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ ห้องปฏิบัติการของ lindsey ใช้การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์เพื่อประเมินคุณสมบัติของกะโหลกศีรษะเพื่อการถ่ายภาพและการบำบัดที่มีประสิทธิภาพ เขากล่าวว่าทีมงานของเขาได้ทำการตรวจสอบครั้งแรกโดยใช้การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์เพื่อวัดผลกระทบของโครงสร้างจุลภาคของกระดูก โดยเฉพาะระดับความพรุนในชั้นกระดูก trabecular ชั้นในของกะโหลกศีรษะ

“ด้วยการทำความเข้าใจการส่งผ่านคลื่นเสียงผ่านโครงสร้างจุลภาคในกะโหลกศีรษะของแต่ละบุคคล การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์แบบไม่รุกรานของสมองและการให้การรักษาอาจเป็นไปได้ในคนจำนวนมากขึ้น” เขากล่าว โดยอธิบายว่าการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ประการหนึ่งคือการถ่ายภาพการไหลเวียนของเลือด ในสมองหลังเกิดโรคหลอดเลือดสมอง

ปรับโฟกัสลำแสงอัลตราซาวนด์ได้ทันที

ห้องทดลองของ arvanitis เพิ่งค้นพบวิธีใหม่ในการโฟกัสอัลตราซาวนด์ผ่านกะโหลกศีรษะและเข้าไปในสมอง ซึ่ง "เร็วกว่าวิธีอื่น ๆ ถึง 100 เท่า" arvanitis กล่าว งานของทีมของเขาในด้านเทคนิคการโฟกัสแบบปรับตัวจะช่วยให้แพทย์สามารถปรับอัลตราซาวนด์ได้ทันทีเพื่อให้โฟกัสได้ดีขึ้น

“ระบบปัจจุบันอาศัยการตรวจ MRI เป็นจำนวนมาก ซึ่งมีขนาดใหญ่ เทอะทะ และมีราคาแพงมาก” เขากล่าว “วิธีนี้ช่วยให้คุณปรับเปลี่ยนและปรับโฟกัสลำแสงได้ ในอนาคต สิ่งนี้จะทำให้เราสามารถออกแบบระบบที่มีต้นทุนต่ำลงและเรียบง่ายขึ้น ซึ่งจะทำให้เทคโนโลยีนี้เข้าถึงได้สำหรับประชากรในวงกว้างขึ้น รวมทั้งสามารถรักษาส่วนต่างๆ ของสมองได้ด้วย "

การใช้ 'คลื่นนำทาง' เพื่อเข้าถึงบริเวณสมองส่วนปลาย

งานวิจัยอีกกลุ่มหนึ่งที่นำโดย alper erturk ศาสตราจารย์ woodruff สาขาวิศวกรรมเครื่องกลที่ georgia tech และอดีตเพื่อนร่วมงานของ georgia tech massimo ruzzene ศาสตราจารย์ slade สาขาวิศวกรรมเครื่องกลที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ ทำการสร้างแบบจำลองความเที่ยงตรงสูงของกลศาสตร์กระดูกกะโหลกศีรษะพร้อมกับการสั่นสะเทือน - การระบุพารามิเตอร์แบบยืดหยุ่นตาม พวกเขายังใช้ประโยชน์จากคลื่นอัลตราโซนิคนำทางในกะโหลกศีรษะเพื่อขยายขอบเขตการรักษาในสมอง erturk และ ruzzene เป็นวิศวกรเครื่องกลโดยพื้นฐาน ซึ่งทำให้การสำรวจการสั่นสะเทือนและคลื่นนำทางในบริเวณสมองที่เข้าถึงยากมีความน่าทึ่งเป็นพิเศษ

Erturk ตั้งข้อสังเกตว่าคลื่นนำทางถูกนำมาใช้ในการใช้งานอื่นๆ เช่น โครงสร้างการบินและอวกาศและพลเรือน เพื่อการตรวจจับความเสียหาย “การสร้างแบบจำลองเรขาคณิตและโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อนของกระดูกที่แม่นยำ ผสมผสานกับการทดลองที่เข้มงวดเพื่อระบุพารามิเตอร์ มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเข้าใจพื้นฐานในการขยายขอบเขตของสมองที่สามารถเข้าถึงได้” เขากล่าว

รุซซีนเปรียบเทียบสมองและกะโหลกศีรษะกับแกนกลางและเปลือกโลก โดยคลื่นนำทางจากกะโหลกทำหน้าที่เป็นแผ่นดินไหว เช่นเดียวกับที่นักธรณีฟิสิกส์ใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวบนพื้นผิวโลกเพื่อทำความเข้าใจแกนกลางของโลก erturk และ ruzzene ก็ใช้คลื่นนำทางเพื่อสร้าง "แผ่นดินไหว" ขนาดเล็กที่มีความถี่สูงบนพื้นผิวด้านนอกของกะโหลกศีรษะเพื่อระบุลักษณะของกระดูกกะโหลกศีรษะ

การพยายามเข้าถึงบริเวณรอบนอกของสมองด้วยอัลตราซาวนด์แบบเดิมๆ จะเพิ่มความเสี่ยงจากการที่กะโหลกศีรษะร้อนขึ้น โชคดีที่ความก้าวหน้า เช่น คลื่นลูกแกะที่รั่วในกะโหลกศีรษะ ได้รับการยอมรับมากขึ้นเรื่อยๆ ในการส่งพลังงานคลื่นไปยังบริเวณนั้นของสมอง

คลื่นนำทางด้วยกะโหลกศีรษะเหล่านี้สามารถเสริมการใช้งานอัลตราซาวนด์แบบโฟกัสเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของไขกระดูกกะโหลกศีรษะจากความผิดปกติด้านสุขภาพ หรือเพื่อส่งสัญญาณเสียงผ่านสิ่งกีดขวางกะโหลกศีรษะอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถช่วยเข้าถึงการแพร่กระจายและรักษาสภาวะทางระบบประสาทในบริเวณที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ของสมองในปัจจุบัน

ท้ายที่สุดแล้ว นักวิจัยทั้งสี่คนหวังว่างานของพวกเขาจะทำให้การถ่ายภาพสมองเต็มรูปแบบเป็นไปได้ ขณะเดียวกันก็กระตุ้นเทคนิคการถ่ายภาพทางการแพทย์และการบำบัดแบบใหม่ ๆ นอกเหนือจากการเปลี่ยนแปลงการวินิจฉัยและการรักษาโรคทางสมองแล้ว เทคนิคเหล่านี้ยังสามารถตรวจจับบาดแผลและข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับกะโหลกศีรษะ วางแผนการทำงานของสมอง และกระตุ้นระบบประสาทได้ดีขึ้น นักวิจัยยังมองเห็นศักยภาพในการค้นพบช่องเปิดของอุปสรรคเลือดและสมองที่ใช้อัลตราซาวนด์เพื่อนำส่งยาเพื่อจัดการและรักษาโรคต่างๆ เช่น โรคอัลไซเมอร์

การศึกษานี้ตีพิมพ์ใน อัลตราซาวนด์ในการแพทย์ทางชีววิทยา ในเดือนมีนาคม 2564



โพสต์เก่ากว่า โพสต์ใหม่กว่า