Erweitern Sie die Grenzen der Gehirnbildgebung mit Echtzeit-fMRI und mehr
UNM School of Medicine Forschungslabor für Human-MR-Bildgebunggeht in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern auf der ganzen Welt neue Wege bei der Entwicklung von MRT-Techniken, um die Funktionsweise des Gehirns besser zu verstehen und die diagnostische Bildgebung bei Krebspatienten voranzutreiben.
Unsere Teams haben fortschrittliche Bildgebungstechnologien entwickelt – wie z. B. funktionelle MRT in Echtzeit – die es Neurochirurgen ermöglichen, wichtige Entscheidungen im Operationssaal zu treffen. Diese Innovationen verschieben die Grenzen bestehender MRT-Technologien, um zu erforschen, was uns der Blutfluss über die Gehirnaktivität sagen kann.
Die neuesten Arbeiten des Teams bauen auf den Grundlagen der strukturellen und funktionellen MRT auf:
- Die strukturelle MRT ist eine nicht-invasive Bildgebungstechnologie zur Abbildung der Gehirnmorphologie und Kreislaufaktivität unter Verwendung starker Magnetfelder zur Ausrichtung von Kernspins, von Radiowellen zur Änderung ihrer Ausrichtung und zum Empfang von Signalen von Kernspins. Es kann hochauflösende Bilder erzeugen, um Unterschiede zwischen Gehirngeweben aufzuzeigen.
- Die funktionelle MRT (fMRI) ermöglicht es Ärzten, Gehirnaktivitäten in normalen und erkrankten Zuständen zu messen und abzubilden, indem sie Änderungen der Bildintensität messen, die mit Änderungen des Blutflusses zusammenhängen. Es kann hochauflösende Bilder erzeugen, um eine Zunahme des Blutflusses zu aktiven Bereichen des Gehirns zu zeigen, was ein stärkeres Signal in der fMRT erzeugt.
Um neue MR-Technologien zu entwickeln und zu implementieren, arbeiten unsere Forscher mit Partnern auf nationaler und internationaler Ebene zusammen, darunter auch mit der University of Minnesota Zentrum für Magnetresonanzforschung und der Universität Kopenhagen in Dänemark, sowie Das Geistesforschungsnetzwerk in Neumexiko.
Wir bilden auch einige der klügsten wissenschaftlichen Köpfe in Physik und Ingenieurwesen an der University of New Mexico und klinische Wissenschaftler an der University of New Mexico aus Zentrum für Gesundheitswissenschaften der UNM. Auszubildende aus verschiedenen Disziplinen bringen neue Perspektiven in laufende Projekte ein, die die Bildgebungstechnologie erweitern, um mehr Patienten bei der Bewältigung neurologischer Herausforderungen zu unterstützen.
TurboFIRE: fMRT im Ruhezustand für intraoperative Daten in Echtzeit
Wir entwickeln TurboFIRE (Turbo Functional Imaging in REAL-time) zur Kartierung der Gehirnaktivität während eines laufenden fMRT-Scans, damit Ärzte die genaue Lage des eloquenten Kortex (dh Gehirnbereiche mit bestimmten Funktionen) kartieren können, um eine Hirntumoroperation zu steuern.
Während traditionelle fMRI-Methoden die Gehirnaktivität abbilden, wenn Patienten eine Aufgabe ausführen, bildet die Ruhezustands-fMRI funktionelle Gehirnsysteme ab, indem sie Blutflussschwankungen analysiert, wenn sich Patienten in Ruhe befinden. Durch die Implementierung der Bildgebung des Ruhezustands des Gehirns in Echtzeit mit der TurboFIRE-Technologie können wir die Vorteile der MRT auf verletzte, behinderte oder junge Patienten ausdehnen, die die Anweisungen zur Durchführung einer herkömmlichen fMRT nicht befolgen können.
Darüber hinaus ist TurboFIRE mit den neuesten ultraschnellen fMRI-Datenerfassungsmethoden kompatibel, die eine zeitliche Auflösung von Hunderten von Millisekunden bieten und die Empfindlichkeit im Vergleich zu herkömmlichen fMRI-Datenerfassungsmethoden erheblich verbessern.
Wir übersetzen diese Technologie derzeit in die intraoperative Umgebung, damit Neurochirurgen den eloquenten Kortex vor, während und nach der Operation mit einem intraoperativen MRT-Scanner kartieren können. Unsere Kollegen am Medical Center der University of Minnesota verwenden einen IMRIS-Scanner, der in den Operationssaal gebracht wird, um fMRI-Daten zur Überwachung des Operationserfolgs zu erfassen.
Mit TurboFIRE können unsere Experten bestimmte Funktionen wie Sprache, Bewegung oder Sehen im Ruhezustand des Gehirns innerhalb von Millimetern dem entsprechenden Bereich der Gehirnaktivität zuordnen. Das Ziel unserer aktuellen Arbeit ist es festzustellen, ob die fMRT im Ruhezustand dazu beitragen kann, die neurochirurgische Präzision zu verbessern, indem sie eine detaillierte Karte der eloquenten Strukturen eines Patienten liefert, die Bewegung, Sprache und Kognition steuern.
Es gibt viele zusätzliche Anwendungen für diese aufregende Technologie, von der präoperativen Kartierung bei Patienten mit Epilepsie über die Verfolgung der Sprachaktivierung bis hin zur Verwendung von Neurofeedback zur Veränderung des Gehirnzustands. TurboFIRE wird derzeit im Zentrum für Magnetresonanzforschung und im MIND Research Network eingesetzt, und wir sind bestrebt, es bei UNM Health zu implementieren.
Hochgeschwindigkeits-Stoffwechselbildgebung: PEPSI und darüber hinaus
Eine weitere aufregende MRT-Entwicklung in unserem Labor ist eine spektroskopische Hochgeschwindigkeits-MR-Bildgebungstechnologie namens PEPSI (Proton Echo Planar Spectroscopic Imaging), die es uns ermöglicht, Biochemikalien im Gehirn in 3 Dimensionen in kurzen Scanzeiten abzubilden. Die MR-Spektroskopie ist eine biochemische Analysemethode, die die biochemische Zusammensetzung von Gewebe anhand des Spektralmusters einzelner Biochemikalien misst.
Die spektroskopische Bildgebung kann biochemische Veränderungen im Gehirn nachweisen, die mit Tumoren assoziiert sind und die für verschiedene Tumorarten spezifisch sind. Mit anderen Worten, PEPSI ermöglicht es uns, schnell biochemische 3D-Bilder des Gehirns aufzunehmen, die Ärzten helfen, die genaue Größe, Lage und Art von Hirntumoren zu diagnostizieren, zu behandeln und zu überwachen.
Wir haben diese Hochgeschwindigkeitstechnik entwickelt, um ein präziseres und schnelleres Scannen zu ermöglichen. Während die Erstellung eines typischen spektroskopischen Bildes 20 Minuten oder länger dauern kann, können wir mit PEPSI 3D-Bilder in nur drei Minuten erstellen. Diese kurze Scanzeit ermöglicht es uns, PEPSI in ein klinisches Bildgebungsprotokoll zu integrieren.
Die Zukunft der Bildgebung des Gehirns ist weit offen. Weitere Beispiele für Forschung im Gange in unserer Labor -System umfasst:
- Hochfrequenz-Konnektivität im Ruhezustand in der Hochgeschwindigkeits-fMRT zur Überwindung der technischen Einschränkungen der traditionellen fMRT im Ruhezustand.
- Kartierung der Diffusionseigenschaften von Gehirnbiochemikalien zur Untersuchung der intrazellulären Umgebung von Gehirntumoren.
- Kombination von funktionellen und metabolischen MRT-Methoden zur gleichzeitigen Kartierung der eloquenten Kortex- und Gehirnbiochemie.
- Überwachung des Ansprechens auf eine neoadjuvante Chemotherapie bei Brustkrebs mithilfe von spektroskopischer Hochgeschwindigkeits-3D-MR-Bildgebung von Gesamtcholin.
- Entwicklung von Neurofeedback-Methoden basierend auf Echtzeit-fMRT im Ruhezustand, um Gehirnzustände abzubilden und zu verändern.
Im Human MR Imaging Research Lab verschieben wir jeden Tag die Grenzen der Technologie. Hier findet die aufregende Wissenschaft statt, während wir unser Wissen über das Gehirn erweitern, die Grundlage für zukünftige Fortschritte im Gesundheitswesen schaffen und die Grenzen des menschlichen Wissens erweitern.
Auszubildende leisten wichtige Beiträge im Labor
Während das Verständnis des Gehirns eine ernste Angelegenheit ist, oUnsere kreativen Auszubildenden haben viel Spaß im Labor. Sie kommen aus den unterschiedlichsten Disziplinen wie Kerntechnik, Elektrotechnik, Physik, Psychologie und Medizin und bringen eine neue Perspektive in jedes Projekt.
Ihre Beiträge sind greifbar. Wir wenden einen rigorosen wissenschaftlichen Ansatz an, und oft fließen ihre bemerkenswerten Ideen in unsere Projekte ein. Unsere Praktikanten und Trainees sammeln nicht nur praktische Erfahrungen mit Spitzentechnologien, sie bauen sie auch mit.
Als Wissenschaftler ist es wichtig, dass wir anerkennen, dass unser Wissen begrenzt ist. Im Human MR Imaging Research Lab verschieben wir jeden Tag die Grenzen der Technologie. Hier findet die aufregende Wissenschaft statt, während wir unser Wissen über das Gehirn erweitern, die Grundlage für zukünftige Fortschritte im Gesundheitswesen schaffen und die Grenzen des menschlichen Wissens erweitern.