Repousser les frontières de l'imagerie cérébrale avec l'IRMf en temps réel et plus encore
École de médecine de l'UNM Laboratoire de recherche en imagerie IRM humaine, en collaboration avec des scientifiques du monde entier, innove dans le développement de techniques d'IRM pour aider à comprendre le fonctionnement du cerveau et faire progresser l'imagerie diagnostique chez les patients atteints de cancer.
Nos équipes ont développé des technologies d'imagerie avancées, telles que l'IRM fonctionnelle en temps réel, qui permettront aux neurochirurgiens de prendre des décisions importantes au bloc opératoire. Ces innovations repoussent les limites des technologies IRM existantes pour explorer ce que le flux sanguin peut nous dire sur l'activité cérébrale.
Les travaux les plus récents de l'équipe s'appuient sur les fondements de l'IRM structurelle et fonctionnelle :
- L'IRM structurale est une technologie d'imagerie non invasive permettant de cartographier la morphologie cérébrale et l'activité circulatoire à l'aide de champs magnétiques puissants pour aligner les spins nucléaires, d'ondes radio pour modifier leur orientation et pour recevoir les signaux des spins nucléaires. Il peut produire des images haute résolution pour montrer les différences entre les tissus cérébraux.
- L'IRM fonctionnelle (IRMf) permet aux médecins de mesurer et de cartographier les activités cérébrales dans des états normaux et pathologiques en mesurant les changements d'intensité de l'image qui sont liés aux changements du flux sanguin. Il peut produire des images haute résolution pour montrer des augmentations du flux sanguin vers les zones actives du cerveau, ce qui produit un signal plus fort en IRMf.
Pour développer et mettre en œuvre de nouvelles technologies RM, nos chercheurs travaillent avec des collaborateurs nationaux et internationaux, y compris l'Université du Minnesota Centre de recherche en résonance magnétique et l'Université de Copenhague au Danemark, ainsi que Le réseau de recherche sur l'esprit au Nouveau-Mexique.
Nous formons également certains des esprits scientifiques les plus brillants en physique et en ingénierie à l'Université du Nouveau-Mexique et des cliniciens au Centre des sciences de la santé de l'UNM. Les stagiaires de diverses disciplines apportent de nouvelles perspectives aux projets en cours qui étendent la technologie d'imagerie dans le but d'aider davantage de patients à surmonter les défis neurologiques.
TurboFIRE : IRMf à l'état de repos pour des données peropératoires en temps réel
Nous développons TurboFIRE (Turbo Functional Imaging in REAL-time) pour cartographier l'activité cérébrale pendant une IRMf en cours afin de permettre aux médecins de cartographier l'emplacement précis du cortex éloquent (c'est-à-dire des zones cérébrales avec des fonctions spécifiques) pour guider la chirurgie du cancer du cerveau.
Alors que les méthodes d'IRMf traditionnelles cartographient l'activité cérébrale lorsque les patients s'engagent dans une tâche, l'IRMf à l'état de repos cartographie les systèmes cérébraux fonctionnels en analysant les fluctuations du flux sanguin lorsque les patients sont au repos. En mettant en œuvre l'imagerie de l'état de repos du cerveau en temps réel à l'aide de la technologie TurboFIRE, nous sommes en mesure d'étendre les avantages de l'IRM aux patients blessés, handicapés ou jeunes qui ne peuvent pas suivre les instructions pour subir une IRMf traditionnelle.
De plus, TurboFIRE est compatible avec les dernières méthodes d'acquisition de données IRMf ultra-rapides qui fournissent une résolution temporelle de centaines de millisecondes et améliorent considérablement la sensibilité par rapport aux méthodes d'acquisition de données IRMf traditionnelles.
Nous traduisons actuellement cette technologie dans le cadre peropératoire pour permettre aux neurochirurgiens de cartographier le cortex éloquent avant, pendant et après la chirurgie à l'aide d'un scanner IRM peropératoire. Nos collègues du centre médical de l'Université du Minnesota utilisent un scanner IMRIS qui est déplacé dans la salle d'opération pour prendre des données IRMf afin de surveiller le succès de la chirurgie.
En utilisant TurboFIRE, nos experts peuvent mapper des fonctions spécifiques telles que le langage, le mouvement ou la vision à leur zone d'activité cérébrale correspondante à quelques millimètres près pendant que le cerveau est dans un état de repos. L'objectif de nos travaux actuels est de déterminer si l'IRMf à l'état de repos peut aider à améliorer la précision neurochirurgicale en fournissant une carte détaillée des structures éloquentes d'un patient qui contrôlent le mouvement, la parole et la cognition.
Il existe de nombreuses applications supplémentaires pour cette technologie passionnante, de la cartographie préchirurgicale chez les patients épileptiques au suivi de l'activation du langage et à l'utilisation du neurofeedback pour modifier les états cérébraux. TurboFIRE est actuellement utilisé au Center for Magnetic Resonance Research et au MIND Research Network, et nous sommes impatients de le mettre en œuvre à UNM Health.
Imagerie métabolique à grande vitesse : PEPSI et au-delà
Un autre développement passionnant de l'IRM dans notre laboratoire est une technologie d'imagerie spectroscopique RM à grande vitesse appelée PEPSI (Proton Echo Planar Spectroscopic Imaging) qui nous permet de cartographier les biochimies cérébrales en 3 dimensions en de courts temps de balayage. La spectroscopie MR est une méthode d'analyse biochimique qui mesure la composition biochimique des tissus en fonction du schéma spectral des substances biochimiques individuelles.
L'imagerie spectroscopique peut détecter les changements biochimiques dans le cerveau qui sont associés aux tumeurs, et ceux-ci sont spécifiques à différents types de tumeurs. En d'autres termes, PEPSI nous permet de prendre rapidement des images 3D biochimiques du cerveau qui aident les médecins à diagnostiquer, gérer et surveiller la taille, l'emplacement et les types précis de cancers du cerveau.
Nous avons développé cette technique à grande vitesse pour permettre un balayage plus précis et rapide. Alors que la production d'une image spectroscopique typique peut prendre 20 minutes ou plus, PEPSI nous permet de produire des images 3D en aussi peu que trois minutes. Ce court temps de balayage nous permet d'intégrer PEPSI dans un protocole d'imagerie clinique.
L'avenir de l'imagerie cérébrale est grand ouvert. Plus d'exemples de recherche en cours dans notre laboratoire consistent à
- Connectivité à l'état de repos à haute fréquence dans l'IRMf à grande vitesse pour surmonter les limites techniques de l'IRMf à l'état de repos traditionnel.
- Cartographier les propriétés de diffusion de la biochimie cérébrale pour sonder les environnements intracellulaires des tumeurs cérébrales.
- Combiner les méthodes d'IRM fonctionnelles et métaboliques pour cartographier simultanément le cortex éloquent et la biochimie cérébrale.
- Surveillance de la réponse à la chimiothérapie néoadjuvante dans le cancer du sein à l'aide de l'imagerie spectroscopique 3D à grande vitesse de la choline totale.
- Développer des méthodes de neurofeedback basées sur l'IRMf à l'état de repos en temps réel pour cartographier et modifier les états cérébraux.
Dans le laboratoire de recherche en imagerie RM humaine, nous repoussons chaque jour les limites de la technologie. C'est là que la science passionnante se produit, alors que nous élargissons notre connaissance du cerveau, jetons les bases des progrès futurs dans le domaine de la santé et repoussons les frontières de la connaissance humaine.
Les stagiaires apportent une contribution importante au laboratoire
Bien que comprendre le cerveau soit une affaire sérieuse, oes stagiaires créatifs s'amusent beaucoup au labo. Ils viennent d'un large éventail de disciplines, telles que l'ingénierie nucléaire, l'électrotechnique, la physique, la psychologie et la médecine et apportent une nouvelle perspective à chaque projet.
Leurs apports sont tangibles. Nous appliquons une approche scientifique rigoureuse, et souvent leurs idées remarquables font partie de nos projets. Nos stagiaires et stagiaires acquièrent non seulement une expérience pratique des technologies de pointe, mais ils contribuent également à les développer.
En tant que scientifiques, il est important que nous reconnaissions qu'il y a une limite à ce que nous savons. Dans le laboratoire de recherche en imagerie RM humaine, nous repoussons chaque jour les limites de la technologie. C'est là que la science passionnante se produit, alors que nous élargissons notre connaissance du cerveau, jetons les bases des progrès futurs dans le domaine de la santé et repoussons les frontières de la connaissance humaine.