Nâng cấp chất lượng MRI não lên gấp nghìn lần.

“Đó là một cái gì đó thực sự cho phép. Chúng ta có thể bắt đầu xem xét các bệnh thoái hóa thần kinh theo một cách hoàn toàn khác,” G. Allan Johnson, tác giả chính của bài báo mới cho biết.

Chụp cộng hưởng từ (MRI) đã trở thành ‘công cụ chính’ của chụp ảnh não và nó rất hữu ích để phát hiện các vấn đề sức khỏe bên trong như chảy máu, sưng tấy, khối u, nhiễm trùng và nhiều loại tổn thương khác. Trong 50 năm kể từ khi nó được phát minh, độ phân giải của MRI đã được cải thiện, nhưng vẫn còn nhiều chỗ cho sự tiến bộ.

Johnson là thành viên của một nhóm các nhà nghiên cứu từ một số trường đại học, những người trong nhiều thập kỷ đã thực hiện thử thách cải thiện độ phân giải của MRI. Họ đã cải tiến và tinh chỉnh các thành phần tạo nên máy MRI và trong bước đột phá mới của mình, họ đã đạt được “độ phân giải cao hơn ~1.000 lần so với hầu hết các máy MRI tiền lâm sàng”.

MRI hoạt động thông qua hỗn hợp nam châm và sóng vô tuyến. Khi một bệnh nhân được đặt trong máy MRI, cơ thể của họ sẽ tiếp xúc với một từ trường mạnh. Điều này làm cho các proton trong nguyên tử hydro trong cơ thể thẳng hàng với hướng của từ trường.

Sau đó, một xung tần số vô tuyến được áp dụng cho bệnh nhân, làm cho các proton hấp thụ năng lượng và đảo ngược sự liên kết của chúng. Khi tắt xung tần số vô tuyến, các proton trở lại vị trí thẳng hàng ban đầu và giải phóng năng lượng đã hấp thụ dưới dạng sóng vô tuyến.

Các sóng vô tuyến này được phát hiện bởi cuộn dây thu của máy MRI và được máy tính xử lý để tạo ra hình ảnh chi tiết về cấu trúc bên trong cơ thể đang được kiểm tra. Bạn cũng có thể thay đổi các tham số sóng từ và sóng vô tuyến để chụp ảnh các loại mô khác nhau và các độ sâu khác nhau.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một bộ cuộn dây đặc biệt mạnh gấp 100 lần so với những cuộn dây được tìm thấy trong MRI lâm sàng. Họ cũng sử dụng sức mạnh tính toán khổng lồ, tương đương với gần 800 máy tính xách tay hoạt động cùng nhau. Nhưng kết quả là xứng đáng.

Giống như độ phân giải 2D được đo bằng pixel (và pixel càng nhỏ thì độ phân giải càng tốt), độ phân giải 3D được đo bằng điểm ảnh ba chiều. Điểm ảnh ba chiều trong các ảnh chụp cộng hưởng từ này chỉ có kích thước 5 micron — một số điểm ảnh ba chiều trên phim chụp cộng hưởng từ lâm sàng lớn hơn hàng triệu lần.

Cho đến nay, công nghệ mới chỉ được sử dụng ở chuột và sẽ cần thêm một số công việc để dịch nó sang MRI của con người, nhưng ngay cả ở chuột, nó có thể rất hữu ích.

Cách tiếp cận này cho phép các nhà nghiên cứu dán nhãn các loại tế bào khác nhau từ não. Ví dụ, họ có thể dán nhãn cho các tế bào sản xuất dopamine liên quan đến sự phát triển của bệnh Parkinson. Trên thực tế, mô hình chuột được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu các bệnh ở người từ bệnh Huntington đến bệnh Alzheimer.

Mức độ chi tiết này có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về cách mọi thứ diễn ra không như ý muốn trong não chuột, từ đó có thể cung cấp thông tin cho nghiên cứu của con người.

Trên thực tế, Johnson nói rằng kiểu tăng mức độ chi tiết của MRI này có thể mở đường cho nghiên cứu đột phá mới về bệnh não và các tình trạng liên quan đến não.

Johnson cho biết: “Nghiên cứu do Viện Lão hóa Quốc gia hỗ trợ đã phát hiện ra rằng các biện pháp can thiệp bằng thuốc và chế độ ăn uống đơn giản có thể khiến động vật sống lâu hơn 25%. “Vì vậy, câu hỏi đặt ra là, bộ não của chúng có còn nguyên vẹn trong cuộc đời dài này không? Họ vẫn có thể chơi trò chơi ô chữ chứ? Liệu họ có thể chơi Sudoku ngay cả khi họ sống lâu hơn 25% không? Và bây giờ chúng ta có khả năng để nhìn thấy nó. Và khi chúng ta làm điều đó, chúng ta có thể dịch nó trực tiếp vào tình trạng của con người.

Tạp chí tham khảo: “Mô hình cộng hưởng từ và kính hiển vi ánh sáng hợp nhất của toàn bộ não chuột,” G. Allan Johnson, Yuqi Tian, ​​David G. Ashbrook, Gary P. Cofer, James J. Cook, James C. Gee, Adam Hall , Kathryn Hornburg, Yi Qi, Fang-Cheng Yeh, Nian Wang, Leonard E. White, Robert W. Williams. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, ngày 17 tháng 4 năm 2023. DOI: 10.1073/pnas.2218617120