La imagenología funcional por ultrasonido (f USI) es una modalidad de imagen cerebral que apenas comienza a demostrarse en estudios humanos. Estoy seguro de que muchos estarán familiarizados con la imagenología estructural por ultrasonido, que forma imágenes estáticas usando ultrasonido, como en un ecograma1. La imagenología funcional por ultrasonido en cambio captura películas del tejido cerebral muy rápidamente, rastreando cambios sutiles causados por el flujo sanguíneo que sigue a la actividad neural. La imagenología funcional por ultrasonido fue demostrada por primera vez por Macé et al. (2011). Se utiliza una sonda ultrasónica para imaginar el cerebro de una rata muy rápidamente. Un enfoque computacional aísla los píxeles que cambian rápidamente, formando un mapa de la vasculatura. Aunque esta es la misma fuente de contraste que la resonancia magnética funcional (fMRI), tiene el potencial de ser diez veces mayor en resolución lineal (1000 veces los voxels), más pequeña (¡sin imán!), más barata (¡sin imán!) y con una mejor relación señal-ruido. Esta modalidad se combina naturalmente con la ultrasonido focalizado de baja intensidad (LIFU, o confusamente, f US), que enfoca energía en un área objetivo del cerebro para modularla, una nueva opción de tratamiento para trastornos neuropsiquiátricos y neurológicos. Las extensiones que aprovechan agentes de contraste o terapias génicas podrían ir más allá de las respuestas hemodinámicas para medir la vasculatura a super-resolución o incluso medir directamente la actividad neural. Y aunque el ultrasonido no puede penetrar fácilmente el cráneo, f USI se ha demostrado intraoperatoriamente y en un paciente que recibió un implante craneal acústicamente transparente tras una cirugía reconstructiva del cráneo.
Realicé un estudio profundo de f USI el año pasado y descubrí que gran parte de la información técnica está oculta en las secciones de métodos de los artículos de aplicación, o dispersa en libros extensos sobre imagenología por ultrasonido en general. f USI capta la respuesta hemodinámica, pero ¿cómo? ¿Cuál es la fuente de contraste? ¿Mide el flujo sanguíneo o el volumen? ¿Cómo maneja el movimiento de la cabeza? ¿Qué es el ultrasonido, de todos modos? Me adentré en un agujero de conejo—incluyendo leer un libro de texto de 800 páginas casi de portada a portada—para que tú no tengas que hacerlo. Explicaré cómo funciona físicamente f USI y cómo se analiza. Esto te dará una buena base para estudiar f USI computacionalmente. Debido a que muchas de las herramientas de análisis disponibles para simulaciones de f USI están bloqueadas en Matlab, he publicado una serie de tutoriales de Python en Github para que tú (o tu agente) puedan seguir junto.
Al final de este ensayo, deberías comprender qué es f USI, cómo funciona y por qué está muy lejos de alcanzar su techo. Esta es una versión mucho más ampliada de un artículo que publiqué en X en febrero. No estaba contento con el original, así que tomé una segunda pasada: esta pieza incluye nuevas imágenes y videos, profundiza en la física y señala dónde el procesamiento de señales de f USI podría mejorarse.
La imagenología funcional por ultrasonido, al igual que la imagenología convencional por ultrasonido, utiliza transductores—which act as both transmitters and receivers—to comunicar ultrasonido a través del tejido. Ese ultrasonido viaja prácticamente sin impedimento a través del tejido cerebral2, retrocediendo donde encuentra un cambio en la impedancia, como un glóbulo rojo, una burbuja de aire o el cráneo. Al medir estas ondas retro散射, es posible reconstruir computacionalmente los cambios locales en la impedancia. La resolución de las imágenes reconstruidas es proporcional a la longitud de onda del ultrasonido comunicado; eso puede significar hasta ~100 μm de resolución lineal al sonificar a 18 MHz, en el extremo alto de lo que se usa clínicamente. Eso explica cómo podemos medir imágenes estructurales de alta resolución, pero ¿qué pasa con la imagen funcional? Cuando las neuronas disparan, consumen energía, lo que desencadena una vasodilatación y un afflusso retrasado de sangre a la región activa: hemodinámica. Esa sangre tiene propiedades diferentes a la de línea de base: hay más de ella, se mueve más rápidamente, tiene un contenido de oxígeno diferente y un color diferente. Modalidades de imagen cerebral múltiples aprovechan este hecho, incluyendo f MRI (BOLD) y f NIRS. f USI aprovecha el hecho de que los glóbulos rojos en movimiento causan desplazamientos en la señal de ultrasonido retro散射, lo que le permite rastrear cambios rápidos en el flujo sanguíneo que siguen a la actividad neural. Esta respuesta hemodinámica proporciona el contraste para la imagen funcional.
Fuente: Hacker News · Resumido por HeadlinesBriefing