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Una nuova tecnica di risonanza magnetica cattura il movimento del cervello in un dettaglio sorprendente

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La tecnica, che cattura il movimento del cervello in tempo reale, potrebbe essere usata come strumento diagnostico per condizioni difficili da individuare

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Le immagini di risonanza magnetica (MRI) sono di solito destinate ad essere statiche. Ma ora, i ricercatori del Mātai Medical Research Institute (Mātai), Stevens Institute of Technology, Stanford University, l'Università di Auckland e altre istituzioni, riferiscono su una tecnica di imaging che cattura il cervello in movimento in tempo reale, in 3D e in dettaglio sorprendente, fornendo un potenziale strumento diagnostico per rilevare condizioni difficili da individuare come disturbi cerebrali ostruttivi e aneurismi, prima che diventino pericolosi per la vita.

La nuova tecnica, chiamata risonanza magnetica amplificata 3D, o 3D aMRI, rivela il movimento pulsante del cervello che potrebbe aiutare i ricercatori a visualizzare non invasivamente i disturbi del cervello e informare migliori strategie di trattamento per piccole deformazioni o disturbi che ostruiscono il cervello o bloccare il flusso di fluidi cerebrali.

Samantha Holdsworth, direttore della ricerca al Mātai, docente senior presso l'Università di Auckland e ricercatore principale presso il Centre for Brain Research, e Mehmet Kurt, assistente professore di ingegneria meccanica allo Stevens Institute of Technology, hanno ora pubblicato due articoli sull'aMRI in collaborazione con la Stanford University, l'Università di San Diego California, la Queens University e la Icahn School of Medicine al Mount Sinai.

Il primo articolo, pubblicato online oggi in Magnetic Resonance in Medicine, presenta il metodo 3D aMRI, confrontandolo con il suo predecessore 2D aMRI. Il nuovo metodo si traduce in una visualizzazione sorprendente del movimento del cervello umano che può essere visto in tutte le direzioni. Il secondo articolo, pubblicato online oggi su Brain Multiphysics, visualizza, convalida e quantifica sia l'ampiezza che la direzione del cervello mentre si muove nello spazio tridimensionale. La convalida e la quantificazione assicurano che l'elaborazione del software riflette una versione amplificata del movimento reale.

Gli approcci riportati nei due articoli potrebbero contenere importanti intuizioni cliniche per una serie di disturbi cerebrali. Per esempio, il movimento anomalo di due aree alla base del cervello, il ponte e il cervelletto, è stato proposto come marcatore diagnostico della malformazione di Chiari I, un'anomalia che fa sì che il tessuto cerebrale si estenda nel canale spinale.

La risonanza magnetica amplificata 2D è stata sviluppata da Holdsworth, Mahdi Salmani Rahimi, Itamar Terem e altri collaboratori a Stanford, permettendo all'imaging MRI di catturare il movimento del cervello in un modo che non era mai stato visto prima. La risonanza magnetica amplificata 3D si basa su questo lavoro precedente sviluppato e pubblicato nel 2016. L'algoritmo aMRI utilizza un metodo di elaborazione del movimento video sviluppato da Neal Wadhwa, Michael Rubinstein, Fredo Durand, William Freeman e colleghi del Massachusetts Institute of Technology.

"Il nuovo metodo ingrandisce le microscopiche pulsazioni ritmiche del cervello mentre il cuore batte per consentire la visualizzazione di minuscoli movimenti simili a pistoni, che sono meno della larghezza di un capello umano", ha spiegato Terem, uno studente laureato a Stanford e autore principale del primo documento. "La nuova versione 3D fornisce un fattore di ingrandimento maggiore, che ci dà una migliore visibilità del movimento del cervello, e una migliore precisione"

L'aMRI 3D del cervello umano mostra i movimenti minuti del cervello a una risoluzione spaziale senza precedenti di 1,2 mm3, circa la larghezza di un capello umano. I movimenti reali sono amplificati (resi più grandi, fino a 25 volte) per permettere a medici e ricercatori di vedere i movimenti in dettaglio. Il dettaglio sorprendente di questi movimenti animati ingranditi può essere in grado di aiutare a identificare anomalie, come quelle causate da blocchi di fluidi spinali, che includono sangue e liquido cerebrospinale.

"Abbiamo dimostrato che l'aMRI 3D può essere utilizzata per la quantificazione del movimento cerebrale intrinseco in 3D, il che implica che l'aMRI 3D ha un grande potenziale per essere utilizzata come strumento clinico da radiologi e medici per integrare il processo decisionale per il trattamento del paziente", ha detto Mehmet Kurt, dello Stevens Institute of Technology e autore senior del secondo documento. "Nel mio laboratorio allo Stevens, stiamo già vedendo i benefici dell'uso delle varianti della tecnica 3D aMRI in una varietà di condizioni cliniche tra cui la malformazione di Chiari I, l'idrocefalo e gli aneurismi, in collaborazione con i medici del Mount Sinai"

Un certo numero di progetti di ricerca sono in corso utilizzando il nuovo software di imaging. Holdsworth ha detto: "Stiamo usando l'aMRI 3D per vedere se possiamo trovare nuove intuizioni sull'effetto delle lesioni cerebrali traumatiche lievi sul cervello. Ha aggiunto: "Uno studio già in corso, una collaborazione tra Mātai e l'Università di Auckland, utilizza 3D aMRI insieme a metodi di modellazione del cervello per vedere se possiamo sviluppare un modo non invasivo di misurare la pressione del cervello, che può in alcuni casi rimuovere la necessità di un intervento chirurgico al cervello" Questo potrebbe essere prezioso clinicamente, per esempio, nei bambini con ipertensione intracranica idiopatica che spesso richiedono un monitoraggio invasivo della pressione cerebrale.

Miriam Sadeng, un professore associato presso l'Università di Auckland nel dipartimento di anatomia e imaging medico, che è un medico ed è un autore su entrambi i documenti ha detto: "Questo affascinante nuovo metodo di visualizzazione potrebbe aiutarci a capire cosa guida il flusso di fluido dentro e intorno al cervello. Ci permetterà di sviluppare nuovi modelli di come funziona il cervello, che ci guideranno nel modo di mantenere la salute del cervello e ripristinarla in caso di malattia o disturbo"

"Convalidare il metodo attraverso la modellazione computazionale ci ha dato ulteriore fiducia sul potenziale impatto di questo lavoro", ha detto Javid Abderezaei, uno studente laureato nel laboratorio di Kurt a Stevens e autore principale del secondo documento. "Ciò che è eccitante vedere è che i modelli di spostamento dominanti nel cervello sano corrispondevano qualitativamente alla fisiologia sottostante, il che significa che qualsiasi cambiamento nel flusso fisiologico come risultato di un disturbo del cervello dovrebbe riflettersi negli spostamenti che misuriamo"

La capacità di visualizzare le differenze nel movimento del cervello potrebbe aiutarci a capire meglio una varietà di disturbi cerebrali. In futuro, la tecnologia potrebbe essere estesa all'uso in altri disturbi di salute in tutto il corpo.

- Questo comunicato stampa è stato fornito dallo Stevens Institute of Technology