El daño a la médula espinal, ya sea por lesión o enfermedad, puede tener impactos devastadores en la salud, incluida la pérdida de funciones motoras o sensoriales, o dolor de espalda crónico, que afecta a aproximadamente 540 millones de personas en un momento dado. Un equipo de investigación con sede en EE. UU. ha utilizado imágenes de ultrasonido funcional (fUSI) para visualizar la médula espinal y mapear su respuesta a la estimulación eléctrica en tiempo real, un enfoque que podría mejorar los tratamientos del dolor de espalda crónico.
A pesar de desempeñar un papel central en las funciones sensoriales, motoras y autónomas, se sabe poco sobre la arquitectura funcional de la médula espinal humana. Las técnicas tradicionales de neuroimagen, como la resonancia magnética funcional (fMRI), se ven obstaculizadas por fuertes artefactos de movimiento generados por la pulsación del corazón y la respiración.
Por el contrario, fUSI se ve menos afectado por los artefactos de movimiento y puede obtener imágenes de la médula espinal con una alta resolución espaciotemporal (aproximadamente 100 µm y hasta 100 ms) y alta sensibilidad al flujo sanguíneo lento durante la cirugía. Funciona emitiendo ondas ultrasónicas en un área de interés y detectando la señal reflejada de las células sanguíneas que fluyen en esa región (la señal Doppler de potencia). Otra ventaja es que el escáner fUSI es móvil, lo que elimina la amplia infraestructura necesaria para los sistemas de fMRI.
“La médula espinal alberga los circuitos neuronales que controlan y modulan algunas de las funciones más importantes de la vida, como la respiración, la deglución y la micción. Sin embargo, con frecuencia se ha pasado por alto en el estudio de la función neuronal”, explica Lead Contact. Vasileios Christopoulos de la Universidad de California Riverside. "La ecografía funcional supera las limitaciones de las tecnologías de neuroimagen tradicionales y puede controlar la actividad de la médula espinal con mayor resolución y sensibilidad espaciotemporal que la resonancia magnética funcional".
Investigaciones anteriores demostraron que fUSI puede medir la actividad cerebral en animales y pacientes humanos, incluido un estudio que muestra que las fluctuaciones de baja frecuencia en la señal Doppler de potencia están fuertemente correlacionadas con la actividad neuronal. Más recientemente, los investigadores utilizaron fUSI para obtener imágenes de las respuestas de la médula espinal a la estimulación eléctrica en animales.
En este último trabajo, Christopoulos y sus colegas – también del Centro de neurorestauración de la USC en la Facultad de Medicina de Keck, utilizaron fUSI para caracterizar la actividad hemodinámica (cambios en el flujo sanguíneo) en la médula espinal en respuesta a la estimulación eléctrica epidural de la médula espinal (ESCS), una herramienta de neuromodulación empleada para tratar condiciones de dolor que no responden a la estimulación tradicional. terapias.
En un primer estudio en humanos, el equipo monitorizó la actividad hemodinámica en seis pacientes a los que se les implantó un dispositivo terapéutico ESCS para tratar el dolor de espalda crónico, informando los hallazgos en Neurona.
Utilizando un mecanismo similar al fMRI, fUSI se basa en el fenómeno de acoplamiento neurovascular, en el que el aumento de la actividad neuronal provoca cambios localizados en el flujo sanguíneo para satisfacer las demandas metabólicas de las neuronas activas. El equipo utilizó un transductor de matriz lineal miniaturizado de 15 MHz para realizar fUSI, insertándolo quirúrgicamente en la médula espinal en la décima vértebra torácica (T10), con los electrodos de estimulación colocados para abarcar los segmentos espinales T8-9. Las imágenes grabadas tenían una resolución espacial de 100 x 100 µm, un grosor de corte de aproximadamente 400 µm y un campo de visión de 12.8 x 10 mm.
Cuatro pacientes recibieron 10 ciclos ON-OFF de estimulación de baja corriente (3.0 mA), que comprendían 30 s con estimulación y luego 30 s sin estimulación. La estimulación provocó cambios regionales en la hemodinámica de la médula espinal, donde algunas regiones mostraron aumentos significativos en el flujo sanguíneo y otras disminuciones significativas. Una vez que se apagó la estimulación, el flujo sanguíneo volvió a la condición inicial.
Para evaluar si fUSI puede detectar cambios hemodinámicos asociados con diferentes protocolos de estimulación, los dos pacientes restantes recibieron cinco ciclos ON-OFF de estimulación de 3.0 mA seguidos de cinco ciclos de estimulación de 4.5 mA, con una pausa de 3 minutos entre los dos. Los investigadores descubrieron que aumentar la amplitud de la corriente de 3.0 a 4.5 mA no cambiaba la distribución espacial de las regiones activadas de la médula espinal. Sin embargo, la estimulación de alta corriente indujo cambios hemodinámicos más fuertes en la médula espinal.
Esta capacidad de fUSI para diferenciar las respuestas hemodinámicas provocadas por diferentes corrientes de ESCS es un paso importante hacia el desarrollo de un sistema de monitorización clínica basado en ultrasonido para optimizar los parámetros de estimulación. Christopoulos explica que debido a que los pacientes son anestesiados durante la cirugía de médula espinal, no pueden informar si el protocolo de estimulación eléctrica aplicado realmente reduce el dolor. Como tal, el neurocirujano no puede evaluar con precisión los efectos de la neuromodulación en tiempo real.
La matriz de microelectrodos podría permitir una cirugía de médula espinal más segura
"Nuestro estudio proporciona una primera prueba de concepto de que la tecnología fUSI se puede utilizar para desarrollar sistemas de neuromodulación clínica de circuito cerrado, lo que permite a los neurocirujanos ajustar los parámetros de estimulación (ancho del pulso, forma del pulso, frecuencia, amplitud de la corriente, ubicación de la estimulación, etc.) durante la cirugía”, cuenta Mundo de la física.
En el futuro, el equipo espera establecer fUSI como una plataforma para investigar la función de la médula espinal y desarrollar sistemas de neuromodulación clínica de circuito cerrado en tiempo real. “Recientemente enviamos para publicación un estudio clínico lo que demuestra que fUSI es capaz de detectar redes en la médula espinal humana donde la actividad está fuertemente correlacionada con la presión de la vejiga”, dice Christopoulos. "Este hallazgo abre nuevas vías para el desarrollo de tecnologías de interfaz de la máquina de la médula espinal para restaurar el control de la vejiga en pacientes con incontinencia urinaria, como aquellos con lesión de la médula espinal".
- Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
- PlatoData.Network Vertical Generativo Ai. Empodérate. Accede Aquí.
- PlatoAiStream. Inteligencia Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
- PlatoESG. Carbón, tecnología limpia, Energía, Ambiente, Solar, Gestión de residuos. Accede Aquí.
- PlatoSalud. Inteligencia en Biotecnología y Ensayos Clínicos. Accede Aquí.
- Fuente: https://physicsworld.com/a/functional-ultrasound-imaging-provides-real-time-feedback-during-spinal-surgery/
