A imagem por ultrassom funcional (f USI) é uma modalidade de imagem cerebral que está apenas começando a ser demonstrada em estudos humanos. Tenho certeza de que muitos estarão familiarizados com a imagem estrutural por ultrassom, que forma imagens estáticas usando ultrassom, como em um sonograma1. A imagem por ultrassom funcional, por outro lado, captura filmes do tecido cerebral muito rapidamente, rastreando mudanças sutis causadas pelo fluxo sanguíneo que segue a atividade neural. A imagem por ultrassom funcional foi demonstrada pela primeira vez por Macé et al. (2011). Uma sonda ultrassônica é usada para imaginar o cérebro de um rato muito rapidamente. Uma abordagem computacional isola os pixels que mudam rapidamente, formando um mapa da vasculatura. Embora esta seja a mesma fonte de contraste que a ressonância magnética funcional (fMRI), ela tem o potencial de ser dez vezes maior em resolução linear (1000 vezes os voxels), menor (sem ímã!), mais barata (sem ímã!) e com uma melhor relação sinal-ruído. Essa modalidade combina-se naturalmente com o ultrassom focalizado de baixa intensidade (LIFU, ou confusamente, f US), que concentra energia em uma área-alvo do cérebro para modulá-la, uma nova opção de tratamento para transtornos neuropsiquiátricos e neurológicos. Extensões que aproveitam agentes de contraste ou terapias gênicas podem ir além das respostas hemodinâmicas para medir a vasculatura em super-resolução ou até medir diretamente a atividade neural. E embora o ultrassom não penetre facilmente o crânio, a imagem por ultrassom funcional foi demonstrada intraoperatoriamente e em um paciente que recebeu um implante craniano acusticamente transparente após uma cirurgia reconstructiva do crânio.
Fiz um mergulho profundo na imagem por ultrassom funcional no ano passado e descobri que muita informação técnica está escondida nas seções de métodos dos artigos de aplicação, ou espalhada em livros longos sobre imagem por ultrassom como um todo. A imagem por ultrassom funcional capta a resposta hemodinâmica, mas como? Qual é a fonte de contraste? Ela mede o fluxo sanguíneo ou o volume? Como ela lida com o movimento da cabeça? O que é ultrassom, afinal? Me aprofundei em um buraco de coelho—incluindo a leitura de um livro-texto de 800 páginas quase de capa a capa—para que você não precise fazer isso. Vou explicar como a imagem por ultrassom funcional funciona fisicamente e como ela é analisada. Isso lhe dará uma boa base para estudar a imagem por ultrassom funcional computacionalmente. Como muitas das ferramentas de análise disponíveis para simulações de imagem por ultrassom funcional estão travadas no Matlab, publiquei uma série de tutoriais de Python no Github para que você (ou seu agente) possa acompanhar.
Ao final deste ensaio, você deve entender o que é a imagem por ultrassom funcional, como ela funciona e por que ela está longe de atingir seu teto. Esta é uma versão muito mais expandida de um artigo que eu postei no X em fevereiro. Não estava satisfeito com o original, então fiz uma segunda passagem: esta peça inclui novas imagens e vídeos, aprofunda-se na física e aponta onde o processamento de sinal da imagem por ultrassom funcional poderia ser melhorado.
A imagem por ultrassom funcional, assim como a imagem por ultrassom convencional, usa transdutores—which act as both transmitters and receivers—to comunicar ultrassom através do tecido. Esse ultrassom viaja praticamente sem impedimento através do tecido cerebral2, retrocedendo onde encontra uma mudança na impedância, como um glóbulo vermelho, uma bolha de ar ou o crânio. Medindo essas ondas retrocedidas, é possível reconstruir computacionalmente as mudanças locais na impedância. A resolução das imagens reconstruídas é proporcional ao comprimento de onda do ultrassom comunicado; isso pode significar até ~100 µm de resolução linear ao sonificar a 18 MHz, na extremidade alta do que é usado clinicamente. Isso explica como podemos medir imagens estruturais de alta resolução, mas e quanto à imagem funcional? Quando os neurônios disparam, eles consomem energia, o que desencadeia uma vasodilatação e um influxo atrasado de sangue na região ativa: hemodinâmica. Esse sangue tem propriedades diferentes da linha de base: há mais dele, ele se move mais rapidamente, tem um conteúdo de oxigênio diferente e uma cor diferente. Várias modalidades de imagem cerebral aproveitam esse fato, incluindo f MRI (BOLD) e f NIRS. A imagem por ultrassom funcional aproveita o fato de que os glóbulos vermelhos em movimento causam deslocamentos no sinal de ultrassom retrocedido, permitindo que ela rastreie mudanças rápidas no fluxo sanguíneo que seguem à atividade neural. Essa resposta hemodinâmica fornece o contraste para a imagem funcional.
Fonte: Hacker News · Resumido por HeadlinesBriefing