Новый мощный ПЭТ-сканер головного мозга открывает новые направления исследований.

В Центре позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) Йельского университета сверхвысокопроизводительный сканер, специально разработанный для исследования головного мозга, под названием NeuroEXPLORER (NX), открывает новые возможности в области ПЭТ-визуализации головного мозга.

Благодаря десятикратному увеличению чувствительности и более чем двукратному пространственному разрешению по сравнению с предыдущим передовым ПЭТ-сканером головного мозга, NX способен обнаруживать сигналы от гораздо меньших структур, обеспечивая более детальное их изображение. Это может позволить выявлять заболевания на ранних стадиях и открыть новые возможности для исследований таких состояний, как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и рак головного мозга.

Исследователи из Йельской медицинской школы (YSM) демонстрируют, чего можно достичь благодаря повышенному разрешению и чувствительности, о чем свидетельствуют недавно опубликованные результаты в Европейском журнале ядерной медицины и молекулярной визуализации и в Журнале ядерной медицины .

«Это очень волнующе», — говорит Ричард Карсон, доктор философии, профессор радиологии и биомедицинской визуализации в YSM и один из главных исследователей, стоявших у истоков разработки NX. «Это открывает двери для проведения исследований, о которых мы раньше и не мечтали».

В новых исследованиях исследовательская группа сравнила NX с высокоразрешающим исследовательским томографом (HRRT), предыдущим передовым ПЭТ-сканером, предназначенным для исследования головного мозга. Они также проверили, может ли NX стать альтернативой инвазивному забору артериальной крови, необходимому для количественных ПЭТ-исследований.

Установленная в Йельском университете в 2023 году, система NX была разработана в результате сотрудничества исследователей из Йельской медицинской школы, Калифорнийского университета в Дэвисе и компании United Imaging Healthcare of America.

«Мы были рады наконец увидеть, как NX работает в реальных условиях», — говорит Томмазо Вольпи, доктор медицинских наук, научный сотрудник лаборатории Карсона и ведущий автор двух новых исследований. «Всё сообщество ПЭТ-сканеров участвовало в составлении списка приложений, которые они хотели бы увидеть в первую очередь протестированными на NX, и эти два исследования определённо были в их (и нашем) списке желаний».

NeuroEXPLORER создает изображения высокого разрешения.

Для прямого сравнения NX и HRRT Вольпи и его команда провели сканирование мозга семи участников с использованием семи различных радиоактивных индикаторов. Радиоактивные индикаторы вводятся пациентам перед сканированием и испускают сигналы, которые регистрируются ПЭТ-сканером и преобразуются в изображения мозга. В этих исследованиях использовалось большое разнообразие индикаторов, нацеленных на многие функции мозга, включая метаболизм глюкозы и плотность нейрорецепторов/транспортеров.

Результаты оказались поразительными.

«Сейчас можно наглядно увидеть эти интересные структуры, которые раньше были невидимы», — говорит Вольпи. «Просто взглянув на эти изображения, можно увидеть, насколько они детализированы и сколько интересной информации мы можем из них извлечь».

Например, при исследовании трассера, нацеленного на рецепторы дофамина, важного нейромедиатора в головном мозге, NX показал весь маммиллоталамусный тракт, важную часть цепи, участвующей в пространственной навигации и памяти. Чёрная субстанция, область мозга, вырабатывающая дофамин и играющая важную роль в развитии болезни Паркинсона, также была хорошо видна. По словам Вольпи, при использовании HRRT эти структуры были бы видны лишь мельком.

«Если невролог сможет детально изучить эти структуры и определить, является ли это здоровый человек или пациент с болезнью Паркинсона, это может иметь очень существенное значение», — добавляет он.

NeuroEXPLORER анализирует активность крови.

Учитывая возможности NX по созданию изображений такого высокого разрешения, Вольпи и его команда также были заинтересованы в проверке его способности измерять активность мелких кровеносных сосудов, питающих мозг, что является важным элементом данных в количественных исследованиях головного мозга с помощью ПЭТ.

Исследователям необходимо знать, какое количество радиоактивного индикатора содержится в крови, чтобы точно смоделировать процессы, происходящие в головном мозге. Обычно это измеряется с помощью образцов крови, но этот процесс является инвазивным для пациентов и сложным для исследователей и врачей. В последнее время растет интерес к использованию измерений, полученных с помощью изображений , когда сам ПЭТ-сканер используется для оценки уровня индикатора и построения так называемой кривой зависимости активности крови от времени. Благодаря такому высокому разрешению, NX смог сделать именно это.

«У предыдущих сканеров просто не хватало разрешения, чтобы действительно визуализировать активность крови», — говорит Вольпи. «Но с NeuroEXPLORER впервые удается правильно восстановить ранний пик активности крови».

Эта кривая зависимости активности крови от времени на ранней стадии относится к первым минутам после введения радиоактивного индикатора, когда активность крови очень высока. Хотя поздняя фаза кривой еще требует дополнительной работы, ранняя фаза может быть использована для количественной оценки доставки индикатора, что может служить показателем мозгового кровотока.

«Это первый шаг, который ранее был недоступен для ПЭТ-сканирования головного мозга», — говорит Вольпи.

Программа NeuroEXPLORER открывает новые направления в исследованиях мозга.

Уникальная конструкция сканера NX обуславливает его успех. Сканер разработан с учетом большего поля зрения, что означает возможность получения изображений большей области, чем у стандартного ПЭТ-сканера головного мозга, то есть не только головы, но и всей шеи. Он также имеет более мелкие детекторные элементы, представляющие собой кристаллы внутри ПЭТ-сканера, которые регистрируют радиоактивные сигналы от радиоактивного индикатора. Уменьшение размера этих кристаллов позволяет сканеру более точно определять местоположение излучения внутри головного мозга.

Исследователи также добавили функцию под названием «глубина взаимодействия», которая показывает точное место взаимодействия излучения с кристаллом, что позволяет создавать изображения мозга с более высоким разрешением.

Благодаря такой высокой чувствительности для получения высококачественного изображения мозга требуется менее радиоактивный индикатор. Это позволит исследователям изучать развивающийся мозг подростков, поскольку уровень радиации теперь будет значительно ниже допустимых пределов для этой возрастной группы.

«Такие заболевания, как аутизм и шизофрения, действительно развиваются в детском и подростковом возрасте. Сейчас исследования в этих областях проводятся после 18 лет, когда предполагается низкий риск облучения», — говорит Карсон, который также является профессором биомедицинской инженерии в Йельской инженерной школе. «Теперь, когда мы можем снизить дозу облучения в 10 раз и более, у нас есть потенциал для открытия новых направлений исследований».

Высокая чувствительность и разрешение NX также могут позволить врачам оценить эффективность лечения опухоли головного мозга, отличая рецидив опухоли от простого воспаления, вызванного лечением, — различие, которое обычно было очень трудно установить.

Одновременное отслеживание нейротрансмиттеров и синапсов может дать представление о механизмах болезни Паркинсона и раннем выявлении небольших областей мозга, вовлеченных в развитие болезни Альцгеймера; долгосрочное наблюдение за такими пациентами может дать представление о прогрессировании заболевания и потенциальных дифференциальных диагнозах.

«Возможность отслеживать состояние пациентов с такой высокой чувствительностью позволяет нам проводить более точные и прецизионные измерения, и мы можем наблюдать небольшие изменения или замечать их за более короткий период времени, и это будет невероятно захватывающе и значимо», — говорит Карсон.

Внимание, автоперевод! За ошибки перевода ответственности не несём. Первоисточник по ссылке.