リアルタイム fMRI などで脳イメージングのフロンティアを押し広げる
UNM医学部 人間MRイメージング研究所は、世界中の科学者と協力して、脳がどのように機能するかを理解し、がん患者の画像診断を進歩させるために、MRI 技術の開発において新境地を開拓しています。
私たちのチームは、脳神経外科医が手術室で重要な決定を下せるようにするリアルタイム機能 MRI などの高度な画像処理技術を開発しました。 これらのイノベーションは、既存の MRI 技術の限界を押し広げ、血流が脳の活動について何を教えてくれるかを探ります。
チームの最新の研究は、構造的および機能的 MRI の基礎の上に構築されています。
- 構造的 MRI は、強力な磁場を使用して核スピンを整列させ、電波を使用して方向を変更し、核スピンから信号を受信することで、脳の形態と循環活動をマッピングする非侵襲的イメージング技術です。 高解像度の画像を生成して、脳組織間の違いを示すことができます。
- 機能的 MRI (fMRI) を使用すると、医師は、血流の変化に関連する画像強度の変化を測定することで、正常な状態と病気の状態の脳活動を測定し、マッピングすることができます。 高解像度の画像を生成して、脳の活動領域への血流の増加を示すことができ、fMRI でより強い信号を生成します。
新しい MR 技術を開発して実装するために、当社の研究者は、ミネソタ大学を含む国内外の共同研究者と協力しています。 磁気共鳴研究センター デンマークのコペンハーゲン大学、 マインドリサーチネットワーク ニューメキシコで。
また、ニューメキシコ大学で物理学と工学の最も優秀な科学者を訓練し、臨床科学者を UNM健康科学センター. さまざまな分野の研修生が、より多くの患者が神経学的課題を克服できるようにすることを目標に、画像技術を拡張する進行中のプロジェクトに新しい視点をもたらします。
TurboFIRE: リアルタイム術中データのための静止状態 fMRI
私たちは、TurboFIRE (Turbo Functional Imaging in REal-time) を開発しており、進行中の fMRI スキャン中に脳の活動をマッピングして、医師が雄弁な皮質 (特定の機能を持つ脳領域) の正確な位置をマッピングして、脳腫瘍の手術をガイドできるようにしています。
従来の fMRI 法では、患者が課題に取り組んでいるときの脳活動がマッピングされますが、安静状態の fMRI では、患者が安静時の血流変動を分析することで機能的な脳システムがマッピングされます。 TurboFIRE 技術を使用してリアルタイムで脳の安静状態のイメージングを実装することにより、MRI の利点を、従来の fMRI を受けるための指示に従うことができない負傷者、身体障害者、または若い患者にまで広げることができます。
さらに、TurboFIRE は、数百ミリ秒の時間分解能を提供し、従来の fMRI データ取得方法と比較して感度を大幅に向上させる最新の超高速 fMRI データ取得方法と互換性があります。
現在、この技術を術中設定に変換して、脳神経外科医が術中 MRI スキャナーを使用して手術前、手術中、手術後に雄弁な皮質をマッピングできるようにしています。 ミネソタ大学医療センターの同僚は、手術室に移動された IMRIS スキャナーを使用して fMRI データを取得し、手術の成功を監視しています。
TurboFIRE を使用して、当社の専門家は、脳が休息状態にある間に、言語、運動、視覚などの特定の機能を、対応する脳活動の領域にミリメートル単位でマッピングできます。 私たちの現在の研究の目的は、静止状態の fMRI が、動き、発話、認知を制御する患者の雄弁な構造の詳細なマップを提供することにより、脳神経外科の精度を向上させるのに役立つかどうかを判断することです。
このエキサイティングな技術には、てんかん患者の術前マッピングから、言語活性化の追跡、ニューロフィードバックを使用した脳の状態の変更まで、さらに多くのアプリケーションがあります。 TurboFIRE は現在、The Center for Magnetic Resonance Research と The MIND Research Network で使用されており、UNM Health での実装を熱望しています。
高速代謝イメージング: PEPSI とその先
私たちの研究室でのもう 3 つのエキサイティングな MRI 開発は、短いスキャン時間で XNUMX 次元で脳の生化学物質をマッピングできるようにする PEPSI (Proton Echo Planar Spectroscopic Imaging) と呼ばれる高速 MR 分光イメージング技術です。 MR 分光法は、個々の生化学物質のスペクトル パターンに基づいて組織の生化学組成を測定する生化学分析方法です。
分光イメージングは、腫瘍に関連する脳内の生化学的変化を検出でき、これらはさまざまな腫瘍の種類に固有のものです。 つまり、PEPSI を使用すると、脳の生化学的 3D 画像を迅速に撮影でき、医師が脳腫瘍の正確なサイズ、位置、種類を診断、管理、監視するのに役立ちます。
この高速技術を開発して、より正確で迅速なスキャンを可能にしました。 一般的な分光画像の生成には 20 分以上かかる場合がありますが、PEPSI では 3D 画像をわずか XNUMX 分で生成できます。 この短いスキャン時間により、PEPSI を臨床画像処理プロトコルに統合することができます。
脳イメージングの未来は大きく開かれています。 その他の例 研究中 私たちの中で ラボ 次のとおりです。
- 従来の静止状態 fMRI の技術的限界を克服するための高速 fMRI における高周波静止状態接続。
- 脳生化学物質の拡散特性をマッピングして、脳腫瘍の細胞内環境を調べます。
- 雄弁な皮質と脳の生化学を同時にマッピングするために、機能的および代謝的 MRI 法を組み合わせます。
- 総コリンの高速 3D MR 分光イメージングを使用した乳癌におけるネオアジュバント化学療法の反応のモニタリング。
- 脳の状態をマッピングおよび変更するための、リアルタイムの静止状態 fMRI に基づくニューロフィードバック手法の開発。
Human MR Imaging Research Lab では、日々技術の限界を押し広げています。 私たちが脳の知識を広げ、ヘルスケアの将来の進歩のための基盤を構築し、人間の知識のフロンティアを拡張するとき、それはエキサイティングな科学が起こる場所です.
研修生はラボで重要な貢献をします
脳を理解することは深刻な問題ですが、oあなたの創造的な研修生は研究室でとても楽しいです. 彼らは、原子力工学、電気工学、物理学、心理学、医学などの幅広い分野から来ており、すべてのプロジェクトに新しい視点をもたらします。
彼らの貢献は目に見えるものです。 私たちは厳格な科学的アプローチを採用しており、彼らの驚くべきアイデアが私たちのプロジェクトの一部になることがよくあります。 当社のインターンと研修生は、最先端のテクノロジーを実際に体験するだけでなく、それらの構築も支援します。
科学者として、私たちが知っていることには限界があることを認めることが重要です。 Human MR Imaging Research Lab では、日々技術の限界を押し広げています。 私たちが脳の知識を広げ、ヘルスケアの将来の進歩のための基盤を構築し、人間の知識のフロンティアを拡張するとき、それはエキサイティングな科学が起こる場所です.