La nouvelle technologie IRM améliore les conseils d’imagerie pour la neurochirurgie
Le cerveau contrôle les fonctions importantes du corps, nous maintient en vie, nous permet d'interagir avec le monde et produit les pensées et les opinions qui font de nous des humains.
Lorsqu’une tumeur envahit, le neurochirurgien doit intervenir pour éliminer le cancer le plus complètement possible sans couper les parties du cerveau qui contrôlent ces fonctions importantes. Les chirurgiens utilisent l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour les guider. Bien que l'IRM fasse partie de la norme de soins actuelle, il existe des obstacles importants au guidage précis de la résection du cancer, ce qui crée un besoin urgent d'améliorer la visualisation radiologique des marges tumorales et de l'infiltration et d'améliorer l'efficacité de la cartographie des fonctions cérébrales.
Le Centre des sciences de la santé de l'UNM a récemment breveté un nouveau Technologie d'acquisition et d'analyse de données IRM fournir aux chirurgiens des informations précises et en temps réel sur les tumeurs et les tissus cérébraux environnants. La technologie est compatible avec les scanners IRM existants et effectue deux types d’examens IRM en même temps, produisant des données percutantes en trois minutes seulement.
Pour les plus de 1.3 millions de personnes aux États-Unis vivant avec une tumeur cérébrale, cette technologie révolutionnaire pourrait contribuer à améliorer les résultats après une intervention chirurgicale.
Améliorer l’efficacité et la précision de l’IRM
L'IRM repose sur l'omniprésence de l'hydrogène dans les tissus vivants (eau - H 2O - est la molécule la plus abondante dans le corps), un champ magnétique puissant qui polarise le spin du proton dans l'atome d'hydrogène et un émetteur radio pour créer une résonance de spin du proton qui amène les protons des tissus vivants à émettre des signaux radio que nous pouvons transformer en image.
Les neurochirurgiens utilisent ces images pour recueillir des informations sur le cerveau avant, pendant et après une intervention chirurgicale. Certains des principaux types d’IRM comprennent :
- IRM structurelle : Signaux provenant de différents compartiments de tissus cérébraux, tels que la matière grise dans le cortex et dans la substance blanche sous-jacente, qui peuvent être traités en une image haute résolution révélant différentes structures de tissus cérébraux avec un contraste élevé.
- IRM fonctionnelle (IRMf) : Met en évidence les tissus métaboliquement actifs en détectant une augmentation du flux sanguin vers ces zones lorsque l'activité cérébrale augmente, ce qui peut être transformé en cartes des zones fonctionnelles du cerveau. Puisqu’il y a toujours une activité cérébrale, même lorsque le cerveau est au repos, les fluctuations du signal dans le cerveau peuvent également être transformées en cartes des réseaux fonctionnels cérébraux (IRMf à l’état de repos).
- IRM de diffusion (IRMd) : Mesure la diffusivité de l’eau et permet de traiter les signaux en cartes de faisceaux de fibres de matière blanche qui relient différentes zones corticales.
- Imagerie spectroscopique IRM (MRSI) : Mesure les signaux provenant d'une multitude de molécules organiques intracellulaires (métabolites) autres que l'eau, spécifiques à différents types de tissus et fournissant des informations sur la biochimie cérébrale. Ces signaux métabolites peuvent être traités en modèles spectraux et cartes de concentration des métabolites. Les concentrations de ces molécules sont modifiées dans les tumeurs cérébrales et peuvent aider à identifier les types de tumeurs.
L’IRM fonctionnelle et l’imagerie spectroscopique IRM peuvent être utilisées pour guider les chirurgiens lors de l’élimination des tissus cancéreux, mais la collecte de ces données IRM prend beaucoup de temps et est généralement effectuée séparément en plusieurs séances. L'imagerie spectroscopique IRM est techniquement très exigeante et n'est donc pas réalisée en routine dans la pratique clinique.
De plus, l’IRMf basée sur les tâches et la cartographie peropératoire, qui constituent la norme de soins clinique actuelle et qui obligent les patients à effectuer des tâches pour activer les zones cérébrales, présentent leurs propres défis. Les patients peuvent ne pas être en mesure d'effectuer des tâches en raison de la présence d'une tumeur cérébrale, de leur âge ou d'autres raisons. La cartographie peropératoire de la fonction du langage nécessite que les patients soient éveillés pendant l'intervention chirurgicale et qu'ils effectuent des activités pour engager des parties de leur cerveau afin que ces zones puissent être cartographiées, ce qui peut être stressant pour les patients. C’est là que l’IRMf à l’état de repos peut être utilisée comme complément pour obtenir des données sur les patients qui ne peuvent pas effectuer des tâches suffisamment bien pour être cliniquement utiles pour le guidage chirurgical.
Notre technologie fournit une nouvelle approche à grande vitesse pour cartographier les réseaux fonctionnels cérébraux et la biochimie cérébrale en une seule séance d'imagerie, rassemblant des centaines de représentations différentes de l'état de repos de la fonction cérébrale entière et des cartes de métabolites multi-tranches dans des temps d'analyse aussi courts que 3 minutes. Cela ouvre une gamme d'opportunités pour améliorer l'ablation chirurgicale des tumeurs cérébrales tout en épargnant le cortex éloquent, en particulier dans le cortex frontal, qui ne peut pas être correctement visualisé avec l'IRMf conventionnelle basée sur les tâches.
Les neurochirurgiens se sont longtemps concentrés sur les régions du cerveau qui contrôlent les systèmes moteur, linguistique, visuel et auditif, laissant le cortex frontal largement non cartographié. Cette technologie pourrait révolutionner la façon dont les neurochirurgiens prennent des décisions, en partie en apportant une nouvelle compréhension du cortex frontal du cerveau, un centre important de la cognition.
La capacité de collecter simultanément des informations fonctionnelles et métaboliques pourrait fournir aux neurochirurgiens un nouveau niveau de précision pour délimiter les marges spatiales entre les tumeurs cérébrales et le cortex éloquent adjacent afin de maximiser la résection tumorale tout en préservant une fonction cérébrale importante.
Lecture connexe: Repousser les frontières de l'imagerie cérébrale avec l'IRMf en temps réel et plus encore
Recherche collaborative pour améliorer les résultats pour les patients
Le CSS de l'UNM Département de neurologie a reçu une subvention de transfert de technologie pour les petites entreprises des National Institutes of Health en collaboration avec nos partenaires du Université du Minnesota et par Université de Pittsburgh développer une analyse en temps réel de l'activité cérébrale en milieu préchirurgical à l'aide de scanners IRM largement disponibles et en milieu peropératoire à l'aide de scanners IRM peropératoires.
Cette technologie sera validée pour la cartographie préchirurgicale et la cartographie peropératoire chez les patients atteints de tumeurs cérébrales afin d'évaluer la faisabilité de fournir aux neurochirurgiens des informations de planification sur la fonction des tissus cérébraux à proximité d'une tumeur et des mises à jour peropératoires de la fonction tissulaire pendant la chirurgie.
La nouvelle technologie simultanée d'IRMf et de MRSI sera développée davantage pour permettre une cartographie IRMf au repos en temps réel du cortex éloquent et une cartographie en ligne des métabolites cérébraux présents dans les tissus tels que les acides aminés, les lipides, la choline, la créatine et autres. La comparaison de la quantité de ces métabolites avec celle du tissu cérébral normal peut aider à déterminer l’état métabolique des tissus et le type de tumeur cérébrale.
Nous nous efforçons de rendre ces technologies largement disponibles pour des applications cliniques, afin qu'elles puissent apporter le plus grand bénéfice au plus grand nombre de patients. Nos recherches consistent à améliorer les techniques d'acquisition de données pour répondre à d'importantes questions cliniques. Cependant, ce type de recherche révolutionnaire ne peut être réalisé en vase clos, c’est pourquoi nous collaborons avec des partenaires partout au pays et dans le monde.
Les stagiaires de l'UNM HSC bénéficient de cette opportunité de développer les compétences de communication et de travail d'équipe dont ils ont besoin pour travailler en étroite collaboration avec des scientifiques des principaux centres de recherche du monde. De plus, ils découvrent l'esprit d'entreprise nécessaire pour faire des découvertes révolutionnaires et publier des articles conjoints avec d'éminents scientifiques du monde entier.
Pour nous tous, notre principale préoccupation est toujours d’améliorer les résultats pour les patients dans un contexte réel. Notre travail consiste à faire une différence dans les soins et les résultats chirurgicaux pour les patients.
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