L'imagerie ultrasonore fonctionnelle (f USI) est une modalité d'imagerie cérébrale qui vient juste de commencer à être démontrée dans des études humaines. Je suis sûr que beaucoup seront familiers avec l'imagerie ultrasonore structurelle, qui forme des images statiques à l'aide des ultrasons, comme dans un sonogramme1. L'imagerie ultrasonore fonctionnelle, en revanche, capture des films du tissu cérébral très rapidement, en suivant les changements subtils causés par le flux sanguin qui suit l'activité neuronale. L'imagerie ultrasonore fonctionnelle a été démontrée pour la première fois par Macé et al. (2011). Une sonde ultrasonore est utilisée pour imager le cerveau d'un rat très rapidement. Une approche computationnelle isole les pixels qui changent rapidement, formant une carte de la vasculature. Bien que ceci soit la même source de contraste que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI), elle a le potentiel d'être dix fois supérieure en résolution linéaire (1000 fois les voxels), plus petite (pas d'aimant !), moins chère (pas d'aimant !) et avec un meilleur rapport signal sur bruit. Cette modalité s'associe naturellement à l'échographie focalisée de faible intensité (LIFU, ou déroutamment, f US), qui concentre de l'énergie sur une zone cible du cerveau pour la moduler, une nouvelle option de traitement pour les troubles neuropsychiatriques et neurologiques. Les extensions utilisant des agents de contraste ou des thérapies géniques pourraient aller au-delà des réponses hémodynamiques pour mesurer la vasculature en super-résolution ou même mesurer directement l'activité neuronale. Et bien que l'échographie ne puisse pas facilement traverser le crâne, l'imagerie ultrasonore fonctionnelle a été démontrée peropératoirement et chez un patient ayant reçu un implant crânien acoustiquement transparent après une chirurgie reconstructive du crâne.
J'ai fait une plongée profonde dans l'imagerie ultrasonore fonctionnelle l'année dernière, et j'ai constaté que beaucoup d'informations techniques sont cachées dans les sections méthodes des articles d'application, ou dispersées dans de longs livres sur l'imagerie ultrasonore en général. L'imagerie ultrasonore fonctionnelle capte la réponse hémodynamique, mais comment ? Quelle est la source de contraste ? Mesure-t-elle le flux sanguin ou le volume ? Comment gère-t-elle le mouvement de la tête ? Qu'est-ce que l'échographie, au fait ? Je me suis plongé dans un terrier de lapin—y compris la lecture d'un manuel de 800 pages presque de couverture à couverture—afin que vous n'ayez pas à le faire. Je vais expliquer comment l'imagerie ultrasonore fonctionnelle fonctionne physiquement et comment elle est analysée. Cela vous donnera une bonne base pour étudier l'imagerie ultrasonore fonctionnelle de manière computationnelle. Puisque beaucoup des boîtes à outils d'analyse disponibles pour les simulations d'imagerie ultrasonore fonctionnelle sont verrouillées dans Matlab, j'ai publié une série de tutoriels Python sur Github afin que vous (ou votre agent) puissiez suivre.
À la fin de cet essai, vous devriez comprendre ce qu'est l'imagerie ultrasonore fonctionnelle, comment elle fonctionne, et pourquoi elle est loin d'atteindre son plafond. Ceci est une version beaucoup plus développée d'un article que j'ai publié sur X en février. Je n'étais pas satisfait de l'original, donc j'ai fait une deuxième passe : cette pièce inclut de nouvelles images et vidéos, approfondit la physique, et indique où le traitement du signal de l'imagerie ultrasonore fonctionnelle pourrait être amélioré.
L'imagerie ultrasonore fonctionnelle, comme l'imagerie ultrasonore conventionnelle, utilise des transducteurs—which act as both transmitters and receivers—to communiquer les ultrasons à travers le tissu. Ces ultrasons voyagent essentiellement sans entrave à travers le tissu cérébral2, en se réfléchissant en arrière où ils rencontrent un changement d'impédance, comme un globule rouge, une bulle d'air ou le crâne. En mesurant ces ondes réfléchies en arrière, il est possible de reconstruire computationnellement les changements locaux d'impédance. La résolution des images reconstruites est proportionnelle à la longueur d'onde des ultrasons communiqués ; cela peut signifier jusqu'à ~100 µm de résolution linéaire lors de la sonification à 18 MHz, à l'extrémité haute de ce qui est utilisé cliniquement. Cela explique comment nous pouvons mesurer des images structurelles à haute résolution, mais qu'en est-il de l'imagerie fonctionnelle ? Lorsque les neurones déclenchent, ils consomment de l'énergie, ce qui déclenche une vasodilatation et un afflux retardé de sang dans la région active : l'hémodynamique. Ce sang présente des propriétés différentes par rapport à la ligne de base : il y en a plus, il se déplace plus rapidement, il a une teneur en oxygène différente et une couleur différente. Plusieurs modalités d'imagerie cérébrale tirent parti de ce fait, y compris l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI, BOLD) et la f NIRS. L'imagerie ultrasonore fonctionnelle utilise le fait que les globules rouges en mouvement provoquent des décalages dans le signal ultrasonore rétrodiffusé, lui permettant de suivre les changements rapides du flux sanguin qui suivent l'activité neuronale. Cette réponse hémodynamique fournit le contraste pour l'imagerie fonctionnelle.
Source: Hacker News · Résumé par HeadlinesBriefing