Yon nouvo teknik eskanè pwodui imaj ak anpil detay ki ta ka revolisyone etid anatomi imen an.
Lè Paul Taforo te wè premye imaj eksperimantal li sou viktim limyè COVID-19, li te panse li te echwe.Yon paleontolojis pa fòmasyon, Taforo te pase mwa ap travay ak ekip atravè Ewòp yo fè akseleratè patikil nan Alp franse yo nan zouti revolisyonè optik medikal.
Se te nan fen me 2020, e syantis yo te anvi konprann pi byen kijan COVID-19 detwi ògàn imen yo.Taforo te komisyone pou devlope yon metòd ki te kapab itilize gwo pouvwa radyografi ki te pwodwi pa Ewopeyen Synchrotron Radiation Facility (ESRF) nan Grenoble, Frans.Kòm yon syantis ESRF, li te pouse limit yo nan gwo rezolisyon radyografi fosil wòch ak momi sèk.Koulye a, li te pè anpil nan mas mou, kolan nan sèvyèt papye.
Imaj yo te montre yo plis detay pase nenpòt TC medikal yo te janm wè anvan, sa ki te pèmèt yo simonte twou vid ki genyen nan fason syantis yo ak doktè vizyalize ak konprann ògàn imen yo."Nan liv anatomik, lè ou wè li, li nan gwo echèl, li nan ti echèl, epi yo se bèl imaj trase alamen pou yon rezon: yo se entèpretasyon atistik paske nou pa gen imaj," University College London (UCL). ) te di..Chèchè Senior Claire Walsh te di."Pou premye fwa nou ka fè bagay reyèl la."
Taforo ak Walsh fè pati yon ekip entènasyonal ki gen plis pase 30 chèchè ki te kreye yon nouvo teknik eskanè radyografi ki pisan ki rele HiP-CT (Hierarchical Phase Contrast Tomography).Avèk li, yo ka finalman ale soti nan yon ògàn imen konplè nan yon gade elaji nan pi piti veso sangen kò a oswa menm selil endividyèl.
Metòd sa a deja bay nouvo apèsi sou fason COVID-19 domaje ak remodel veso sangen nan poumon yo.Malgre ke kandida alontèm li yo difisil pou detèmine paske pa gen anyen tankou HiP-CT te janm egziste anvan, chèchè eksite pa potansyèl li yo ap anvizaje nouvo fason yo konprann maladi ak kat anatomi imen ak yon kat topografik ki pi egzak.
Kadyològ UCL Andrew Cooke te di: “Pifò moun ka sezi ke nou ap etidye anatomi kè a pou plizyè santèn ane, men pa gen okenn konsansis sou estrikti nòmal kè a, espesyalman kè a... Selil misk yo ak fason li chanje. lè kè a bat."
"Mwen te ap tann tout karyè mwen," li te di.
Teknik HiP-CT la te kòmanse lè de patolojis Alman te fè konpetisyon pou swiv efè pinitif viris SARS-CoV-2 sou kò imen an.
Danny Jonigk, yon patolojis thoracic nan Hannover Medical School, ak Maximilian Ackermann, yon patolojis nan University Medical Center Mainz, te sou gwo alèt lè nouvèl sou ka dwòl nan nemoni te kòmanse gaye nan peyi Lachin.Tou de te gen eksperyans nan trete kondisyon poumon yo e yo te konnen touswit ke COVID-19 te etranj.Koup la te patikilyèman konsène konsènan rapò sou "ipoksi an silans" ki te kenbe pasyan COVID-19 reveye men ki te lakòz nivo oksijèn nan san yo desann.
Ackermann ak Jonig sispèk ke SARS-CoV-2 yon jan kanmenm atake veso sangen yo nan poumon yo.Lè maladi a gaye nan Almay nan mwa mas 2020, koup la te kòmanse otopsi sou viktim COVID-19 yo.Yo byento teste ipotèz vaskilè yo lè yo enjekte résine nan echantiyon tisi yo ak Lè sa a, fonn tisi a nan asid, kite yon modèl egzat nan vaskilè orijinal la.
Sèvi ak teknik sa a, Ackermann ak Jonigk te konpare tisi moun ki pa t mouri akòz COVID-19 ak tisi moun ki te mouri.Yo te wè imedyatman ke nan viktim yo nan COVID-19, pi piti veso sangen yo nan poumon yo te trese ak rekonstwi.Rezilta enpòtan sa yo, ki te pibliye sou entènèt an me 2020, montre ke COVID-19 se pa entèdi yon maladi respiratwa, men pito yon maladi vaskilè ki ka afekte ògàn nan tout kò a.
"Si ou ale nan kò a epi aliman tout veso sangen yo, ou jwenn 60,000 a 70,000 mil, ki se de fwa distans la alantou ekwatè a," te di Ackermann, yon patolojis nan Wuppertal, Almay..Li te ajoute ke si sèlman 1 pousan nan veso sangen sa yo te atake pa viris la, sikilasyon san ak kapasite nan absòbe oksijèn ta konpwomèt, ki ta ka mennen nan konsekans devastatè pou ògàn nan tout antye.
Yon fwa Jonigk ak Ackermann te reyalize enpak COVID-19 sou veso sangen yo, yo te reyalize ke yo te bezwen pi byen konprann domaj la.
Radyografi medikal, tankou analiz CT, ka bay opinyon sou ògàn tout antye, men yo pa nan rezolisyon ase wo.Yon byopsi pèmèt syantis yo egzamine echantiyon tisi anba yon mikwoskòp, men imaj ki lakòz yo reprezante sèlman yon ti pati nan tout ògàn nan epi yo pa ka montre kouman COVID-19 devlope nan poumon yo.Ak teknik la résine ekip la devlope mande pou fonn tisi a, ki detwi echantiyon an ak limite plis rechèch.
"Nan fen jounen an, [poumon yo] jwenn oksijèn ak gaz kabonik soti, men pou sa, li gen dè milye de mil veso sangen ak kapilè, trè ti espas... se prèske yon mirak," Jonigk, fondatè, te di. envestigatè prensipal nan German Lung Research Center."Se konsa, ki jan nou ka reyèlman evalye yon bagay konplèks tankou COVID-19 san yo pa detwi ògàn yo?"
Jonigk ak Ackermann te bezwen yon bagay san parèy: yon seri radyografi nan menm ògàn nan ki ta pèmèt chèchè yo elaji pati nan ògàn nan echèl selilè.Nan mwa mas 2020, duo Alman an kontakte kolaboratè depi lontan yo Peter Lee, yon syantis materyèl ak prezidan teknoloji émergentes nan UCL.Espesyalite Lee a se etid la nan materyèl byolojik lè l sèvi avèk reyon X pwisan, kidonk panse li imedyatman tounen vin jwenn alp franse yo.
Sant Radyasyon Synchrotron Ewopeyen an sitiye sou yon plak triyangilè nan pati nòdwès Grenoble, kote de rivyè rankontre.Objè a se yon akseleratè patikil ki voye elektwon nan òbit sikilè yon demi mil long nan prèske vitès limyè a.Pandan elektwon sa yo vire nan ti sèk, leman pwisan nan òbit deformation kouran an nan patikil, sa ki lakòz elektwon yo emèt kèk nan reyon X ki pi klere nan mond lan.
Radyasyon pwisan sa a pèmèt ESRF al rekonèt objè ki sou echèl mikromèt oswa menm nanomèt.Li souvan itilize pou etidye materyèl tankou alyaj ak konpoze, pou etidye estrikti molekilè pwoteyin, e menm pou rekonstwi ansyen fosil san yo pa separe wòch ak zo.Ackermann, Jonigk ak Lee te vle sèvi ak enstriman jeyan an pou pran radyografi ki pi detaye nan mond lan nan ògàn imen yo.
Antre nan Taforo, ki gen travay nan ESRF te pouse limit yo nan sa optik synchrotron ka wè.Etalaj enpresyonan li yo nan ke trik nouvèl te deja pèmèt syantis yo kamarad andedan ze dinozò ak prèske koupe momi louvri, ak prèske imedyatman Taforo konfime ke synchrotron te kapab teyorikman analize tout lòb poumon yo byen.Men, an reyalite, analize tout ògàn imen se yon gwo defi.
Sou yon bò, gen pwoblèm nan nan konparezon.Estanda radyografi kreye imaj ki baze sou kantite radyasyon diferan materyèl absòbe, ak eleman ki pi lou absòbe plis pase sa ki pi lejè.Tisi mou yo sitou konpoze de eleman limyè—kabòn, idwojèn, oksijèn, elatriye—pou yo pa parèt klè sou yon radyografi medikal klasik.
Youn nan gwo bagay sou ESRF se ke gwo reyon X li yo trè aderan: limyè vwayaje nan vag, ak nan ka ESRF, tout reyon X li yo kòmanse nan menm frekans ak aliyman, toujou ap osile, tankou mak pye kite. pa Reik atravè yon jaden zen.Men, kòm radyografi sa yo pase nan objè a, diferans sibtil nan dansite ka lakòz chak radyografi devye yon ti kras nan chemen an, epi diferans lan vin pi fasil pou detekte kòm reyon X yo deplase pi lwen lwen objè a.Devyasyon sa yo ka revele diferans sibtil dansite nan yon objè, menm si li konpoze de eleman limyè.
Men, estabilite se yon lòt pwoblèm.Pou yo ka pran yon seri de elaji radyografi, ògàn nan dwe fiks nan fòm natirèl li pou li pa pliye oswa deplase plis pase yon milyèm nan yon milimèt.Anplis, radyografi siksesif nan menm ògàn nan pa pral matche ak youn ak lòt.Evidamman di, sepandan, kò a ka trè fleksib.
Lee ak ekip li a nan UCL te vize konsepsyon resipyan ki ta ka kenbe tèt ak reyon X synchrotron pandan y ap toujou kite anpil vag pase posib.Lee te okipe tou òganizasyon an jeneral nan pwojè a-pa egzanp, detay yo nan transpòte ògàn imen ant Almay ak Lafrans-epi anboche Walsh, ki espesyalize nan done byomedikal gwo, ede konnen ki jan yo analize analiz yo.Retounen an Frans, travay Taforo a enkli amelyore pwosedi eskanè a ak chèche konnen ki jan yo estoke ògàn nan nan veso ekip Lee a t ap bati a.
Tafforo te konnen ke nan lòd pou ògàn yo pa dekonpoze, ak imaj yo dwe klè ke posib, yo dwe trete ak plizyè pòsyon nan etanòl akeuz.Li te konnen tou ke li te bezwen estabilize ògàn lan sou yon bagay ki egzakteman matche ak dansite ògàn lan.Plan li se te yon jan kanmenm mete ògàn yo nan agar ki rich ak etanòl, yon sibstans ki sanble ak jele ki sòti nan alg.
Sepandan, dyab la se nan detay yo - tankou nan pi fò nan Ewòp, Taforo se kole nan kay la ak fèmen.Se konsa, Taforo te deplase rechèch li nan yon laboratwa lakay: Li te pase ane dekore yon ansyen kwizin gwosè mwayen ak enprimant 3D, ekipman chimi debaz ak zouti yo itilize pou prepare zo bèt pou rechèch anatomik.
Taforo te itilize pwodui ki soti nan makèt lokal la pou konnen kijan pou fè agar.Li menm kolekte dlo lapli nan yon do kay li fèk netwaye pou fè dlo demineralize, yon engredyan estanda nan fòmil agar klas laboratwa.Pou pratike anbalaj ògàn nan agar, li te pran trip kochon nan yon labatwa lokal.
Taforo te otorize pou li retounen nan ESRF nan mitan mwa me pou premye tès poumon eskanè kochon yo.Soti nan me jiska jen, li te prepare ak analize lòb poumon gòch la nan yon nonm 54-zan ki te mouri nan COVID-19, ke Ackermann ak Jonig te pran soti nan Almay nan Grenoble.
"Lè mwen te wè premye imaj la, te gen yon lèt ekskiz nan imèl mwen bay tout moun ki enplike nan pwojè a: nou echwe epi mwen pa t 'kapab jwenn yon eskanè bon jan kalite," li te di."Mwen jis voye yo de foto ki te terib pou mwen men ki te bon pou yo."
Pou Lee nan University of California, Los Angeles, imaj yo se sansasyonèl: imaj tout ògàn yo sanble ak estanda TC medikal, men "yon milyon fwa plis enfòmasyon."Se kòmsi eksploratè a te etidye forè a tout lavi li, swa vole sou forè a nan yon avyon jeyan, oswa vwayaje sou santye an.Koulye a, yo monte anlè canopy a tankou zwazo sou zèl.
Ekip la te pibliye premye deskripsyon konplè yo sou apwòch HiP-CT an Novanm 2021, epi chèchè yo te pibliye tou detay sou fason COVID-19 afekte sèten kalite sikilasyon nan poumon yo.
Eskanè a te gen tou yon benefis inatandi: li te ede chèchè yo konvenk zanmi ak fanmi yo pran vaksen an.Nan ka grav nan COVID-19, anpil veso sangen nan poumon yo parèt dilate ak anfle, epi nan yon pi piti mezi, pakèt san nòmal nan ti veso sangen ka fòme.
"Lè ou gade nan estrikti yon poumon nan yon moun ki te mouri nan COVID, li pa sanble ak yon poumon - se yon dezòd," Tafolo te di.
Li te ajoute ke menm nan ògàn ki an sante, analiz yo revele karakteristik anatomik sibtil ki pa t janm anrejistre paske pa t janm egzamine okenn ògàn imen an detay konsa.Avèk plis pase 1 milyon dola nan finansman ki soti nan Chan Zuckerberg Initiative (yon òganizasyon san bi likratif ki te fonde pa CEO Facebook Mark Zuckerberg ak madanm Zuckerberg, doktè Priscilla Chan), ekip HiP-CT la kounye a ap kreye sa yo rele yon atlas ògàn imen.
Jiskaprezan, ekip la te pibliye analiz senk ògàn - kè, sèvo, ren, poumon, ak larat - ki baze sou ògàn Ackermann ak Jonigk te bay pandan otopsi COVID-19 yo nan Almay ak ògàn "kontwòl" sante LADAF.Laboratwa anatomik nan Grenoble.Ekip la te pwodwi done yo, osi byen ke fim vòl, ki baze sou done ki disponib gratis sou entènèt la.Atlas ògàn imen yo ap grandi rapidman: gen 30 lòt ògàn yo analize, epi 80 lòt nan plizyè etap preparasyon.Li te di: prèske 40 gwoup rechèch diferan kontakte ekip la pou aprann plis sou apwòch la.
UCL kadyològ Cook wè gwo potansyèl nan itilize HiP-CT pou konprann anatomi debaz yo.Radyològ UCL Joe Jacob, ki espesyalize nan maladi nan poumon, te di HiP-CT pral "valè pou konprann maladi," espesyalman nan estrikti ki genyen twa dimansyon tankou veso sangen.
Menm atis yo te antre nan batay la.Barney Steele nan kolektif Art eksperyans Marshmallow Laser Feast ki baze nan Lond di ke li ap mennen ankèt sou fason yo ka eksplore done HiP-CT nan reyalite vityèl immersif."Esansyèlman, nou ap kreye yon vwayaj nan kò imen an," li te di.
Men, malgre tout pwomès HiP-CT, gen pwoblèm grav.Premyèman, di Walsh, yon eskanè HiP-CT jenere yon "kantite done stupéfiants," fasil yon teraocte pou chak ògàn.Pou pèmèt klinisyen yo sèvi ak analiz sa yo nan mond reyèl la, chèchè yo espere devlope yon koòdone ki baze sou nwaj pou navige yo, tankou Google Maps pou kò imen an.
Yo menm tou yo te bezwen fè li pi fasil konvèti analiz nan modèl 3D travayabl.Menm jan ak tout metòd eskanè CT, HiP-CT travay lè yo pran anpil tranch 2D nan yon objè yo bay epi anpile yo ansanm.Menm jodi a, anpil nan pwosesis sa a fèt lamen, sitou lè w ap tcheke tisi ki pa nòmal oswa ki malad.Lee ak Walsh di priyorite ekip HiP-CT a se devlope metòd aprantisaj machin ki ka fè travay sa a pi fasil.
Defi sa yo pral elaji kòm atlas ògàn imen yo ap ogmante epi chèchè yo vin pi anbisye.Ekip HiP-CT la ap itilize dènye aparèy travès ESRF, ki rele BM18, pou l kontinye analize ògàn pwojè a.BM18 a pwodui yon pi gwo reyon radyografi, ki vle di optik pran mwens tan, epi detektè BM18 X-ray ka mete jiska 125 pye (38 mèt) lwen objè ke yo analize a, sa ki fè li analize pi klè.Rezilta BM18 yo deja trè bon, di Taforo, ki te resanne kèk nan echantiyon orijinal Atlas ògàn imen yo sou nouvo sistèm nan.
BM18 la kapab tou eskane objè gwo anpil.Avèk nouvo etablisman an, ekip la planifye pou eskane tout tors kò imen an nan yon sèl kou nan fen 2023.
Eksplore potansyèl la menmen nan teknoloji a, Taforo te di, "Nou reyèlman jis nan kòmansman an."
© 2015-2022 National Geographic Partners, LLC.Tout dwa rezève.