Команда исследователей из нескольких лондонских университетов разработала методику, которая позволяет получать высококачественные изображения головного мозга для клинических целей. По своим возможностям этот способ может превзойти все существующие технологии визуализации.

Статья о разработке опубликована в издании npj Digital Medicine.

Чтобы картировать «внутренности» нашей планеты, ученые используют сейсмические данные и технику инверсии с учетом формы импульса (FWI). Этот метод предполагает построение достоверной модели земной коры по целому ряду параметров, таких как плотность сейсмических волн, скорость их распространения и затухания. Использование FWI дает возможность прогнозировать землетрясения, а также искать залежи газа и нефти.

Английские ученые адаптировали такой подход к визуализации биологических тканей. Для этого они создали шлем, в который интегрирован массив акустических приемо-передаточных устройств.

Ультразвуковые волны от этих излучателей проходят через весь головной мозг, затем регистрируются датчиками и передаются на компьютер. Характер прохождения ультразвуковых волн интерпретируется при помощи FWI, что позволяет создать трехмерную карту органа.

Шлем уже протестировали на здоровом добровольце. Качество записанных при этом сигналов удовлетворяло требованиям для построения детального изображения.

«Это первый случай, когда FWI применяется для визуализации содержимого человеческого черепа, — говорит один из авторов исследования Луис Гуаш. — Техника получения изображений, которая уже произвела революцию в одной области, сейсмологии, может начать революцию в другой — визуализации мозга».

В отличие от таких методов, как магнитно-резонансная, компьютерная и позитронно-эмиссионная томографии, новый способ может применяться для любых пациентов — в том числе тех, которые находятся на интенсивной терапии. По сравнению с той же МРТ методика с использованием FWI не требует столь громоздкой аппаратуры и позволяет работать с людьми, у которых есть металлические импланты.

а) Трехмерный массив преобразователей, используемых для генерации данных и последующей инверсии. Каждый преобразователь действует как источник и приемник. b) Смоделированное изображение распространения волнового поля от преобразователя (отмечен желтым). с) Схема шлема-прототипа, несущего 1024 преобразователя. Каркас настраивается для обеспечения точной подгонки в каждом конкретном случае. d) Закрепление соединения датчиков в прототипе /© Imperial College London

a) 2D-модель скорости акустической волны в мозге (без учета костной ткани черепа). Красный эллипс показывает положения преобразователя. b) Однородная модель, используемая для начала инверсии. c) Результат ультразвуковой компьютерной томографии. Полученная модель является точной, но имеет плохое пространственное разрешение. d) Результат ультразвуковой инверсии полной формы волны. Полученная модель теперь точна и достаточно информативна /© Imperial College London