比 MRI 輕便、適用,科學家用預測地震技術打造新型人腦成像概念

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 11 日 19:45 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


磁振造影(MRI)是目前獲取大腦高解析度影像的最佳方法,對於許多神經系統疾病診斷分析來說不可或缺,但除了造價昂貴體積龐大,MRI 在使用上還有許多限制,為此英國科學家提出了一個新技術概念,未來或許將能成為更通用獲取大腦高解析度影像的手段。

「全波場逆推」(full waveform inversion,FWI)運算過去主要被地球科學家應用在繪製地球內部的構造,透過將地震儀的震波數據納入演算法中,科學家可以用來預測地震和尋找石油儲層,但現在,倫敦帝國學院已經為 FWI 找到了潛在的新用途:醫學成像。

在倫敦帝國學院和倫敦大學學院(UCL)進行的這項研究中,研究人員打造了一個頭盔,在內襯中放置多組電聲換能器,發送聲波並記錄通過頭部傳播的能量,再將訊號傳送到電腦中運用 FWI 分析聲音迴響,從而繪製出頭骨內的大腦 3D 影像。

(Source:npj Digital Medicine/Lluís Guasch et al CC BY 4.0)

與現有的大腦成像方法(MRI、CT、PET 掃描)不同,這項技術可以用來對任何患者進行成像,也適用於對高依賴患者的連續監測,同時能由相對較小的設備提供,這意味著它或許能搭載於救護車中,讓患者可以在到達醫院前便進行快速調查。

以目前來說,由於 MRI 不能使用在無法排除金屬植入物或異物的情況中,因此意識不清(如懷疑中風)的患者往往無法使用,而中風是導致成人神經系統殘疾或致死的最常見原因,這種新方法可以說對中風患者具有特殊價值。

據帝國學院地球科學與工程學系博士、研究作者 Lluís Guasch 的說法,這是 FWI 首次被應用於人類頭骨內成像,但研究人員有信心技術將是安全的,因為這項技術使用的是類似超音波掃描的聲波裝置,差別在於超音波無法輕易穿透骨骼,而地球科學家、生物工程師、神經學家攜手合作設計出的新頭盔設備能夠克服這一障礙。

「FWI 過去已經改變了一個領域,現在有可能再改變另一領域」。

在《npj Digital Medicine》期刊刊載的新研究中,團隊已經在一個健康志願者身上測試了頭盔,確認可以使用足以穿過頭骨、卻又不會對人體造成影響的聲波頻率來來獲得高解析度影像。做為未來進入臨床環境中評估的第一步,團隊計畫打造一個新原型機來應用於正常人腦的即時成像。

研究合著者、UCL 教授 Parashkev Nachev 表示,一直以來,MRI 的實用性都被使用方式所限制住,特別是在需要及時介入的急性情況中。透過將創新演算法與超級運算結合,現在團隊能運用相對簡單且安全的方式得到大腦的高解析度影像,這充分說明了先進運算在醫學上的強大應用。

「過去數十年來,神經內科都在等待一種全新、能夠普遍使用的成像方式,FWI 很可能就是那個答案。」

(首圖來源:npj Digital Medicine/Lluís Guasch et al CC BY 4.0)