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Navigazione di precisione per il posizionamento non invasivo di bersagli nel cervello profondo

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La telecamera stereo Ruitong apre nuove possibilità per gli ultrasuoni focalizzati

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Le tecniche tradizionali di stimolazione cerebrale non invasiva sono state a lungo limitate da due sfide principali: la bassa risoluzione spaziale e la profondità di penetrazione insufficiente. Gli ultrasuoni focalizzati transcranici (tFUS) offrono una nuova soluzione promettente.

Emittendo ultrasuoni focalizzati a bassa intensità attraverso il cranio, il tFUS consente di raggiungere in modo non invasivo strutture cerebrali profonde, superando i limiti di penetrazione e la scarsa precisione focale dei metodi di stimolazione convenzionali. È in grado sia di eccitare che di inibire l’attività neurale e di raggiungere regioni profonde come l’ippocampo e il talamo. Si ritiene che i suoi effetti neuromodulatori comportino l’attivazione di canali ionici meccanosensibili nelle membrane neuronali, consentendo un targeting specifico per punto a livello millimetrico.

Un sistema di stimolazione transcranica a ultrasuoni con navigazione è costituito da due moduli principali: un modulo di stimolazione a ultrasuoni e un modulo di navigazione. All’interno del modulo di navigazione, la telecamera ottica di tracciamento stereo funge da “centro di consapevolezza spaziale” del sistema. Attraverso un tracciamento ottico ad alta frequenza di fotogrammi e ad alta precisione, fornisce il posizionamento spaziale accurato necessario per un targeting a livello millimetrico.

01 Vedere chiaramente il bersaglio: navigazione per gli ultrasuoni focalizzati non invasivi

Il miglioramento della precisione di un sistema di ultrasuoni focalizzati transcranici con navigazione dipende dalla capacità del sistema di acquisire in tempo reale la posizione spaziale e l’orientamento sia del trasduttore a ultrasuoni che della testa del paziente, nonché di compensare dinamicamente i movimenti.

La telecamera di tracciamento ottico Ruitong PRO, sviluppata in modo indipendente da ARIEMEDI, offre una precisione di posizionamento RMS di 0,12 mm, insieme a un ampio campo visivo e un’elevata frequenza di fotogrammi. Combina posizionamento di precisione, tracciamento in tempo reale, ricostruzione 3D e compensazione dinamica del movimento in un unico sistema.

La telecamera traccia continuamente i marcatori ottici fissati al trasduttore a ultrasuoni e ne calcola in tempo reale la posizione e l’orientamento con sei gradi di libertà. Grazie alla scansione con un solo clic, è in grado di acquisire milioni di punti di dati della nuvola di punti per allineare il modello anatomico derivato dalla risonanza magnetica con la posizione fisica del paziente.

È inoltre in grado di rilevare quasi istantaneamente i movimenti della testa e quelli respiratori, fornendo un feedback posizionale in tempo reale a un sistema di compensazione meccanica e contribuendo a ridurre il rischio che il fuoco degli ultrasuoni si sposti dal bersaglio previsto.

02 Precisione, tempo reale ed efficienza: i vantaggi chiave del tracciamento ottico Ruitong per la navigazione a ultrasuoni focalizzati
Mirino preciso e non invasivo

Un sistema di navigazione a ultrasuoni focalizzati può integrare i dati della risonanza magnetica per creare un modello 3D del cervello specifico per il paziente. Il sistema di tracciamento ottico Ruitong monitora le coordinate 3D del trasduttore a ultrasuoni con precisione submillimetrica e determina con accuratezza la sua posizione e il suo orientamento rispetto alla testa del paziente.

Ciò contribuisce a garantire che il fuoco ultrasonico raggiunga la regione cerebrale prevista, riducendo al contempo l’esposizione delle aree non bersaglio. Tale precisione è particolarmente importante quando si mirano nuclei cerebrali profondi o lesioni anatomicamente variabili associate a condizioni quali l’epilessia e i disturbi della coscienza.

Miraggio in tempo reale

Il sistema di navigazione ottica Ruitong è in grado di visualizzare il percorso del fascio ultrasonico e la posizione del bersaglio, aiutando gli operatori ad allineare il punto focale con la regione cerebrale desiderata e a ridurre al minimo gli effetti dei lobi laterali e dell’esposizione indesiderata.

Anche quando il trasduttore a ultrasuoni viene spostato su un’area relativamente ampia, il sistema traccia continuamente i suoi marcatori ottici e compensa le deviazioni posizionali in tempo reale, contribuendo a mantenere una stimolazione stabile e continua.

Maggiore efficienza del flusso di lavoro

La tradizionale registrazione manuale dei punti di riferimento e l’allineamento con modelli standardizzati della testa possono richiedere molto tempo e potrebbero non tenere adeguatamente conto delle differenze anatomiche tra i pazienti.

Integrando il tracciamento ottico con la ricostruzione 3D, la telecamera stereo Ruitong è in grado di registrare rapidamente, in pochi secondi, il trasduttore a ultrasuoni, la testa del paziente e il modello di imaging medico. Rispetto ai flussi di lavoro convenzionali, ciò consente di ridurre notevolmente i tempi di preparazione, minimizzare i tentativi ripetuti di posizionamento e migliorare il comfort del paziente, in particolare per i bambini, gli anziani e i pazienti con disturbi del movimento.

03 Dal posizionamento di precisione all’intervento di precisione: applicazioni e potenziale futuro

Grazie al riferimento spaziale stabile fornito dalla telecamera Ruitong, i sistemi a ultrasuoni transcranici navigati si stanno dimostrando promettenti in una gamma sempre più ampia di aree di ricerca clinica:

Morbo di Alzheimer: mirare all’ippocampo e alla rete di modalità predefinita per studiare potenziali miglioramenti nella funzione cognitiva.
Epilessia: mirare al talamo o alle regioni circostanti un focolaio epilettico per esplorare la potenziale riduzione della frequenza delle crisi.
Disturbi della coscienza: stimolare il talamo o il sistema reticolare di attivazione del tronco encefalico per sostenere la ricerca sul recupero della coscienza.
Disturbi psichiatrici: modulazione della corteccia prefrontale o del sistema limbico; i primi studi riportano segnali incoraggianti nella depressione e nell’ansia.

La precisione di posizionamento e il flusso di lavoro fluido resi possibili dalla visione stereoscopica possono migliorare non solo una singola sessione di trattamento, ma forniscono anche un riferimento spaziale riproducibile per trattamenti ripetuti, l’acquisizione di dati multimodali e lo sviluppo di protocolli terapeutici personalizzati.

La stimolazione transcranica a ultrasuoni guidata combina i vantaggi non invasivi degli ultrasuoni focalizzati a bassa intensità con la precisione millimetrica della navigazione guidata da immagini.

Al centro di questa integrazione c’è la telecamera ottica di tracciamento stereo Ruitong, l’«occhio di precisione» del sistema. Fornendo dati spaziali 3D accurati, affidabili e in tempo reale, essa supporta la transizione della navigazione a ultrasuoni focalizzati nel cervello profondo dal posizionamento approssimativo a un intervento preciso e specifico per il bersaglio.