La nueva tecnología de resonancia magnética mejora la orientación por imágenes para neurocirugía
El cerebro controla las funciones importantes del cuerpo, manteniéndonos vivos, permitiéndonos interactuar con el mundo y produciendo los pensamientos y opiniones que nos hacen humanos.
Cuando un tumor invade, el neurocirujano debe intervenir para extirpar el cáncer lo más completamente posible sin cortar partes del cerebro que controlan estas importantes funciones. Los cirujanos utilizan imágenes por resonancia magnética (MRI) para guiarlos. Si bien la resonancia magnética es parte del estándar de atención actual, existen barreras importantes para una guía precisa de la resección del cáncer, lo que crea una necesidad urgente de mejorar la visualización radiológica de los márgenes y la infiltración del tumor y de mejorar la eficiencia del mapeo de la función cerebral.
El Centro de Ciencias de la Salud de la UNM ha patentado recientemente un nuevo Tecnología de adquisición y análisis de datos de resonancia magnética. para proporcionar a los cirujanos información precisa y en tiempo real sobre los tumores y el tejido cerebral circundante. La tecnología es compatible con los escáneres de resonancia magnética existentes y realiza dos tipos de exploraciones por resonancia magnética al mismo tiempo, lo que produce datos impactantes en tan solo tres minutos.
Por más de 1.3 millones de personas en los EE. UU. que viven con un tumor cerebral, esta tecnología que cambia el paradigma podría ayudar a mejorar los resultados después de la cirugía.
Mejora de la eficiencia y precisión de la resonancia magnética
La exploración por resonancia magnética se basa en la ubicuidad del hidrógeno en el tejido vivo (agua - H 2O - es la molécula más abundante en el cuerpo), un fuerte campo magnético que polariza el espín del protón en el átomo de hidrógeno y un transmisor de radio para crear una resonancia de espín de protón que hace que los protones en el tejido vivo emitan señales de radio que podemos procesar en una imagen.
Los neurocirujanos utilizan esas imágenes para recopilar información sobre el cerebro antes, durante y después de la cirugía. Algunos de los tipos principales de resonancia magnética incluyen:
- Resonancia magnética estructural: Señales de diferentes compartimentos del tejido cerebral, como la materia gris en la corteza y la sustancia blanca subyacente, que pueden procesarse en una imagen de alta resolución que revela diferentes estructuras del tejido cerebral con alto contraste.
- Resonancia magnética funcional (fMRI): Destaca los tejidos metabólicamente activos al detectar un mayor flujo sanguíneo a estas áreas cuando aumenta la actividad cerebral, lo que puede procesarse en mapas de áreas funcionales del cerebro. Dado que siempre hay actividad cerebral, incluso cuando el cerebro está en reposo, las fluctuaciones de las señales en el cerebro también se pueden procesar en mapas de redes funcionales cerebrales (fMRI en estado de reposo).
- Resonancia magnética de difusión (dMRI): Mide la difusividad del agua y permite que las señales se procesen en mapas de tractos de fibras de sustancia blanca que conectan diferentes áreas corticales.
- Imágenes espectroscópicas por resonancia magnética (MRSI): Mide señales de una multitud de moléculas orgánicas intracelulares (metabolitos) distintas del agua que son específicas de diferentes tipos de tejidos y que proporcionan información sobre la bioquímica del cerebro. Estas señales de metabolitos se pueden procesar en patrones espectrales y mapas de concentración de los metabolitos. Las concentraciones de estas moléculas cambian en los tumores cerebrales y pueden ayudar a identificar los tipos de tumores.
Las imágenes espectroscópicas de resonancia magnética y resonancia magnética funcional se pueden utilizar para guiar a los cirujanos mientras extirpan tejido canceroso, pero la recopilación de estos datos de resonancia magnética requiere mucho tiempo y generalmente se realiza por separado en varias sesiones. Las imágenes espectroscópicas por resonancia magnética son técnicamente muy exigentes y, por lo tanto, no se realizan de forma rutinaria en la práctica clínica.
Además, la resonancia magnética funcional basada en tareas y el mapeo intraoperatorio, que son el estándar de atención clínica actual y que requieren que los pacientes realicen tareas para activar áreas del cerebro, tienen sus propios desafíos. Es posible que los pacientes no puedan realizar tareas debido a la presencia del tumor cerebral, su edad u otras razones. El mapeo intraoperatorio de la función del lenguaje requiere que los pacientes estén despiertos durante la cirugía y realicen actividades para activar partes de su cerebro para poder mapear estas áreas; esto puede resultar estresante para los pacientes. Aquí es donde la resonancia magnética funcional en estado de reposo se puede utilizar como complemento para obtener datos en pacientes que no pueden realizar tareas lo suficientemente bien como para ser clínicamente útiles como guía quirúrgica.
Nuestra tecnología proporciona un nuevo enfoque de alta velocidad para mapear las redes funcionales del cerebro y la bioquímica del cerebro en una sesión de imágenes, reuniendo cientos de representaciones diferentes del estado de reposo de la función cerebral completa y mapas de metabolitos de múltiples cortes en tiempos de escaneo de tan solo 3 minutos. Esto abre una gama de oportunidades para mejorar la extirpación quirúrgica de tumores cerebrales y al mismo tiempo preservar la corteza elocuente, en particular en la corteza frontal, que no se puede visualizar adecuadamente con la resonancia magnética funcional convencional basada en tareas.
Los neurocirujanos se han centrado durante mucho tiempo en las regiones del cerebro que controlan los sistemas motor, del lenguaje, visual y auditivo, dejando la corteza frontal en gran medida sin mapear. Esta tecnología podría revolucionar la forma en que los neurocirujanos toman decisiones, en parte al proporcionar una nueva comprensión de la corteza frontal del cerebro, un importante centro de cognición.
La capacidad de recopilar información funcional y metabólica simultáneamente podría proporcionar a los neurocirujanos un nuevo nivel de precisión para delinear los márgenes espaciales entre los tumores cerebrales y la corteza elocuente adyacente para maximizar la resección del tumor y al mismo tiempo preservar una función cerebral importante.
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Investigación colaborativa para mejorar los resultados de los pacientes
El HSC de la UNM Departamento de Neurología ha recibido una subvención de transferencia de tecnología para pequeñas empresas de los Institutos Nacionales de Salud en colaboración con nuestros socios en el Universidad de Minnesota y del Universidad de Pittsburgh desarrollar un análisis en tiempo real de la actividad cerebral en el entorno prequirúrgico utilizando escáneres de resonancia magnética ampliamente disponibles y en el entorno intraoperatorio utilizando escáneres de resonancia magnética intraoperatoria.
Esta tecnología se validará para el mapeo prequirúrgico y el mapeo intraoperatorio en pacientes con tumores cerebrales para evaluar la viabilidad de proporcionar a los neurocirujanos información de planificación sobre la función del tejido cerebral cerca de un tumor y con actualizaciones intraoperatorias de la función del tejido durante la cirugía.
La nueva tecnología simultánea de fMRI y MRSI se seguirá desarrollando para permitir el mapeo de fMRI en estado de reposo en tiempo real de la corteza elocuente y el mapeo en línea de metabolitos cerebrales que están presentes en tejidos como aminoácidos, lípidos, colina, creatina y otros. Comparar la cantidad de estos metabolitos con el tejido cerebral normal puede ayudar a determinar el estado metabólico del tejido y el tipo de tumor cerebral.
Estamos trabajando para que estas tecnologías estén ampliamente disponibles para aplicaciones clínicas, de modo que puedan tener el mayor beneficio para la mayor cantidad de pacientes. Nuestra investigación implica mejorar las técnicas de adquisición de datos para responder preguntas clínicas importantes. Sin embargo, este tipo de investigación innovadora no se puede lograr en el vacío, por lo que colaboramos con socios de todo el país y de todo el mundo.
Los alumnos de UNM HSC se benefician de esta oportunidad de desarrollar las habilidades de comunicación y trabajo en equipo que necesitan para trabajar en estrecha colaboración con científicos de los principales centros de investigación de todo el mundo. Es más, descubren el espíritu emprendedor necesario para realizar descubrimientos revolucionarios y publicar artículos conjuntos con científicos destacados de todo el mundo.
Para todos nosotros, nuestra principal preocupación es siempre mejorar los resultados de los pacientes en el mundo real. Nuestro trabajo es marcar la diferencia tanto en la atención como en los resultados quirúrgicos de los pacientes.
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