रीयल-टाइम fMRI और बहुत कुछ के साथ ब्रेन इमेजिंग की सीमाओं को आगे बढ़ाना
चिकित्सा के UNM स्कूल ह्यूमन एमआर इमेजिंग रिसर्च लैब, दुनिया भर के वैज्ञानिकों के सहयोग से, मस्तिष्क कैसे काम करता है और कैंसर के रोगियों में नैदानिक इमेजिंग को आगे बढ़ाने में मदद करने के लिए एमआरआई तकनीकों को विकसित करने में नई जमीन तोड़ रहा है।
हमारी टीमों ने उन्नत इमेजिंग तकनीकों का विकास किया है- जैसे रीयल-टाइम कार्यात्मक एमआरआई- जो न्यूरोसर्जन को ऑपरेटिंग रूम में महत्वपूर्ण निर्णय लेने में सक्षम बनाती हैं। ये नवाचार मौजूदा एमआरआई प्रौद्योगिकियों की सीमाओं को यह पता लगाने के लिए धक्का देते हैं कि रक्त प्रवाह हमें मस्तिष्क गतिविधि के बारे में क्या बता सकता है।
टीम का सबसे हालिया काम संरचनात्मक और कार्यात्मक एमआरआई की नींव पर आधारित है:
- स्ट्रक्चरल एमआरआई एक गैर-इनवेसिव इमेजिंग तकनीक है जो परमाणु स्पिन, रेडियो तरंगों को उनके अभिविन्यास को बदलने और परमाणु स्पिन से संकेत प्राप्त करने के लिए मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके मस्तिष्क आकृति विज्ञान और संचार गतिविधि को मैप करने के लिए है। यह मस्तिष्क के ऊतकों के बीच अंतर दिखाने के लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियां उत्पन्न कर सकता है।
- कार्यात्मक एमआरआई (एफएमआरआई) डॉक्टरों को रक्त प्रवाह में परिवर्तन से संबंधित छवि तीव्रता में परिवर्तन को मापकर सामान्य और रोगग्रस्त अवस्थाओं में मस्तिष्क की गतिविधियों को मापने और मैप करने में सक्षम बनाता है। यह मस्तिष्क के सक्रिय क्षेत्रों में रक्त के प्रवाह में वृद्धि दिखाने के लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियों का उत्पादन कर सकता है, जो fMRI में एक मजबूत संकेत पैदा करता है।
नई एमआर तकनीकों को विकसित करने और लागू करने के लिए, हमारे शोधकर्ता मिनेसोटा विश्वविद्यालय सहित राष्ट्रीय और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर सहयोगियों के साथ काम करते हैं। चुंबकीय अनुनाद अनुसंधान केंद्र और डेनमार्क में कोपेनहेगन विश्वविद्यालय, साथ ही साथ द माइंड रिसर्च नेटवर्क न्यू मैक्सिको में।
हम न्यू मैक्सिको विश्वविद्यालय में भौतिकी और इंजीनियरिंग में कुछ सबसे प्रतिभाशाली वैज्ञानिक दिमाग और क्लिनिकल वैज्ञानिकों को भी प्रशिक्षित करते हैं यूएनएम स्वास्थ्य विज्ञान केंद्र. विभिन्न प्रकार के विषयों के प्रशिक्षु चल रही परियोजनाओं के लिए नए दृष्टिकोण लाते हैं जो इमेजिंग तकनीक को लक्ष्य के साथ विस्तारित करते हैं ताकि रोगियों को न्यूरोलॉजिकल चुनौतियों से उबरने में मदद मिल सके।
TurboFIRE: रीयल-टाइम इंट्राऑपरेटिव डेटा के लिए रेस्टिंग-स्टेट fMRI
हम चल रहे fMRI स्कैन के दौरान मस्तिष्क गतिविधि को मैप करने के लिए TurboFIRE (रीयल-टाइम में टर्बो फंक्शनल इमेजिंग) विकसित कर रहे हैं ताकि डॉक्टर ब्रेन कैंसर सर्जरी का मार्गदर्शन करने के लिए एलोकेंट कॉर्टेक्स (यानी विशिष्ट कार्यों वाले मस्तिष्क क्षेत्रों) के सटीक स्थान को मैप कर सकें।
जबकि पारंपरिक fMRI विधियाँ मस्तिष्क की गतिविधि को मैप करती हैं जब मरीज़ किसी कार्य में संलग्न होते हैं, रेस्टिंग-स्टेट fMRI रोगियों के आराम करने पर रक्त प्रवाह में उतार-चढ़ाव का विश्लेषण करके कार्यात्मक मस्तिष्क प्रणालियों को मैप करता है। TurboFIRE तकनीक का उपयोग करके वास्तविक समय में मस्तिष्क की आराम की स्थिति की इमेजिंग को लागू करके, हम MRI के लाभों को घायल, विकलांग या युवा रोगियों तक पहुँचाने में सक्षम हैं जो पारंपरिक fMRI से गुजरने के निर्देशों का पालन नहीं कर सकते हैं।
इसके अलावा, TurboFIRE नवीनतम अल्ट्रा-हाई स्पीड fMRI डेटा अधिग्रहण विधियों के साथ संगत है जो पारंपरिक fMRI डेटा अधिग्रहण विधियों की तुलना में सैकड़ों मिलीसेकंड टेम्पोरल रिज़ॉल्यूशन प्रदान करते हैं और संवेदनशीलता को काफी बढ़ाते हैं।
हम वर्तमान में इस तकनीक को इंट्राऑपरेटिव सेटिंग में अनुवाद कर रहे हैं ताकि न्यूरोसर्जन को इंट्राऑपरेटिव एमआरआई स्कैनर का उपयोग करके सर्जरी से पहले, उसके दौरान और बाद में वाक्पटु कॉर्टेक्स को मैप करने की अनुमति मिल सके। मिनेसोटा मेडिकल सेंटर विश्वविद्यालय में हमारे सहयोगी एक आईएमआरआईएस स्कैनर का उपयोग कर रहे हैं जो सर्जरी की सफलता की निगरानी के लिए एफएमआरआई डेटा लेने के लिए ऑपरेटिंग रूम में ले जाया जाता है।
TurboFIRE का उपयोग करते हुए, हमारे विशेषज्ञ मिलीमीटर के भीतर मस्तिष्क गतिविधि के अपने संबंधित क्षेत्र में भाषा, गति या दृष्टि जैसे विशिष्ट कार्यों को मैप कर सकते हैं, जबकि मस्तिष्क आराम की स्थिति में होता है। हमारे वर्तमान कार्य का उद्देश्य यह निर्धारित करना है कि क्या रेस्टिंग-स्टेट fMRI रोगी की वाक्पटु संरचनाओं का एक विस्तृत नक्शा प्रदान करके न्यूरोसर्जिकल परिशुद्धता में सुधार करने में मदद कर सकता है जो आंदोलन, भाषण और अनुभूति को नियंत्रित करता है।
इस रोमांचक तकनीक के लिए कई अतिरिक्त अनुप्रयोग हैं, मिर्गी के रोगियों में प्रीर्जिकल मैपिंग से लेकर भाषा सक्रियण पर नज़र रखने और मस्तिष्क की स्थिति को बदलने के लिए न्यूरोफीडबैक का उपयोग करना। TurboFIRE वर्तमान में द सेंटर फॉर मैग्नेटिक रेजोनेंस रिसर्च और द माइंड रिसर्च नेटवर्क में उपयोग में है, और हम इसे UNM हेल्थ में लागू करने के लिए उत्सुक हैं।
हाई-स्पीड मेटाबोलिक इमेजिंग: पेप्सी और परे
हमारी प्रयोगशाला में एक और रोमांचक एमआरआई विकास एक उच्च गति वाली एमआर स्पेक्ट्रोस्कोपिक इमेजिंग तकनीक है जिसे पीईपीएसआई (प्रोटोन इको प्लानर स्पेक्ट्रोस्कोपिक इमेजिंग) कहा जाता है जो हमें छोटे स्कैन समय में 3 आयामों में मस्तिष्क जैव रासायनिकों को मैप करने की अनुमति देता है। एमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी एक जैव रासायनिक विश्लेषणात्मक विधि है जो व्यक्तिगत जैव रसायनों के वर्णक्रमीय पैटर्न के आधार पर ऊतक की जैव रासायनिक संरचना को मापती है।
स्पेक्ट्रोस्कोपिक इमेजिंग मस्तिष्क में ट्यूमर से जुड़े जैव रासायनिक परिवर्तनों का पता लगा सकती है, और ये विभिन्न प्रकार के ट्यूमर के लिए विशिष्ट हैं। दूसरे शब्दों में, पेप्सी हमें मस्तिष्क की 3डी, जैव रासायनिक छवियों को तेजी से लेने की अनुमति देता है जो डॉक्टरों को मस्तिष्क के कैंसर के सटीक आकार, स्थान और प्रकारों का निदान, प्रबंधन और निगरानी करने में मदद करता है।
हमने इस उच्च-गति तकनीक को अधिक सटीक, तीव्र स्कैनिंग सक्षम करने के लिए विकसित किया है। जबकि एक विशिष्ट स्पेक्ट्रोस्कोपिक छवि बनाने में 20 मिनट या उससे अधिक समय लग सकता है, पेप्सी हमें तीन मिनट के भीतर 3डी छवियों का उत्पादन करने की अनुमति देता है। यह छोटा स्कैन समय हमें PEPSI को क्लिनिकल इमेजिंग प्रोटोकॉल में एकीकृत करने की अनुमति देता है।
ब्रेन इमेजिंग का भविष्य व्यापक रूप से खुला है। के और उदाहरण अनुसंधान चल रहा है हमारे में प्रयोगशाला शामिल हैं:
- पारंपरिक रेस्टिंग-स्टेट fMRI की तकनीकी सीमाओं को दूर करने के लिए हाई-स्पीड fMRI में हाई फ्रीक्वेंसी रेस्टिंग स्टेट कनेक्टिविटी।
- ब्रेन ट्यूमर के इंट्रासेल्युलर वातावरण की जांच के लिए ब्रेन बायोकेमिकल के प्रसार गुणों का मानचित्रण करना।
- वाक्पटु प्रांतस्था और मस्तिष्क जैव रसायन को एक साथ मैप करने के लिए कार्यात्मक और चयापचय एमआरआई विधियों का संयोजन।
- टोटल कोलाइन की हाई-स्पीड 3डी एमआर स्पेक्ट्रोस्कोपिक इमेजिंग का उपयोग करके स्तन कैंसर में नियोएडजुवेंट कीमोथेरेपी प्रतिक्रिया की निगरानी करना।
- मस्तिष्क की स्थिति को मैप करने और बदलने के लिए रीयल-टाइम रेस्टिंग-स्टेट fMRI के आधार पर न्यूरोफीडबैक विधियों का विकास करना।
मानव एमआर इमेजिंग रिसर्च लैब में, हम हर दिन प्रौद्योगिकी की सीमाओं को आगे बढ़ाते हैं। वहीं रोमांचक विज्ञान होता है, जब हम मस्तिष्क के बारे में अपने ज्ञान का विस्तार करते हैं, स्वास्थ्य देखभाल में भविष्य की प्रगति के लिए नींव बनाते हैं और मानव ज्ञान की सीमा का विस्तार करते हैं।
प्रयोगशाला में प्रशिक्षुओं का महत्वपूर्ण योगदान होता है
जबकि मस्तिष्क को समझना गंभीर व्यवसाय है, ओआपके रचनात्मक प्रशिक्षुओं ने लैब में बहुत मज़ा किया है। वे कई प्रकार के विषयों से आते हैं, जैसे परमाणु इंजीनियरिंग, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, भौतिकी, मनोविज्ञान और चिकित्सा और हर परियोजना के लिए एक नया दृष्टिकोण लाते हैं।
उनका योगदान मूर्त है। हम कठोर वैज्ञानिक दृष्टिकोण लागू करते हैं, और अक्सर उनके उल्लेखनीय विचार हमारी परियोजनाओं का हिस्सा बन जाते हैं। हमारे प्रशिक्षुओं और प्रशिक्षुओं को न केवल अग्रणी तकनीकों का अनुभव प्राप्त होता है, बल्कि वे उन्हें बनाने में भी मदद करते हैं।
वैज्ञानिकों के रूप में, यह महत्वपूर्ण है कि हम यह स्वीकार करें कि हम जो जानते हैं उसकी एक सीमा है। मानव एमआर इमेजिंग रिसर्च लैब में, हम हर दिन प्रौद्योगिकी की सीमाओं को आगे बढ़ाते हैं। वहीं रोमांचक विज्ञान होता है, जब हम मस्तिष्क के बारे में अपने ज्ञान का विस्तार करते हैं, स्वास्थ्य देखभाल में भविष्य की प्रगति के लिए नींव बनाते हैं, और मानव ज्ञान की सीमा का विस्तार करते हैं।