Kerusakan pada sumsum tulang belakang, baik karena cedera atau penyakit, dapat berdampak buruk pada kesehatan, termasuk hilangnya fungsi motorik atau sensorik, atau nyeri punggung kronis, yang mempengaruhi sekitar 540 juta orang pada waktu tertentu. Sebuah tim peneliti yang berbasis di AS kini telah menggunakan pencitraan ultrasonografi fungsional (fUSI) untuk memvisualisasikan sumsum tulang belakang dan memetakan responsnya terhadap rangsangan listrik secara real-time, sebuah pendekatan yang dapat meningkatkan pengobatan nyeri punggung kronis.
Meskipun memainkan peran sentral dalam fungsi sensorik, motorik dan otonom, sedikit yang diketahui tentang arsitektur fungsional sumsum tulang belakang manusia. Teknik neuroimaging tradisional, seperti MRI fungsional (fMRI), terhambat oleh artefak gerakan kuat yang dihasilkan oleh denyut jantung dan pernapasan.
Sebaliknya, fUSI tidak terlalu terpengaruh oleh artefak gerak dan dapat menggambarkan sumsum tulang belakang dengan resolusi spatiotemporal yang tinggi (kira-kira 100 µm dan hingga 100 ms) dan sensitivitas tinggi terhadap aliran darah yang lambat selama operasi. Ia bekerja dengan memancarkan gelombang ultrasonik ke area tertentu dan mendeteksi sinyal gema dari sel darah yang mengalir di wilayah tersebut (sinyal Doppler daya). Keuntungan lainnya adalah pemindai fUSI bersifat mobile, menghilangkan infrastruktur ekstensif yang diperlukan untuk sistem fMRI.
“Sumsum tulang belakang menampung sirkuit saraf yang mengontrol dan memodulasi beberapa fungsi terpenting dalam kehidupan, seperti bernapas, menelan, dan berkemih. Namun, hal ini sering diabaikan dalam studi fungsi saraf,” jelas lead contact Vasileios Christopoulos dari Universitas California Riverside. “Pencitraan ultrasonografi fungsional mengatasi keterbatasan teknologi neuroimaging tradisional dan dapat memantau aktivitas sumsum tulang belakang dengan resolusi dan sensitivitas spatiotemporal yang lebih tinggi dibandingkan fMRI.”
Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa fUSI dapat mengukur aktivitas otak pada pasien hewan dan manusia, termasuk satu penelitian yang menunjukkan bahwa fluktuasi frekuensi rendah pada sinyal kekuatan Doppler berkorelasi kuat dengan aktivitas saraf. Baru-baru ini, para peneliti menggunakan fUSI untuk menggambarkan respons sumsum tulang belakang terhadap rangsangan listrik pada hewan.
Dalam karya terbaru ini, Christopoulos dan rekan – juga dari Pusat Neurorestorasi USC di Keck School of Medicine – menggunakan fUSI untuk mengkarakterisasi aktivitas hemodinamik (perubahan aliran darah) di sumsum tulang belakang sebagai respons terhadap stimulasi sumsum tulang belakang listrik epidural (ESCS) – alat neuromodulasi yang digunakan untuk mengobati kondisi nyeri yang tidak merespons kondisi tradisional terapi.
Dalam penelitian pertama pada manusia, tim memantau aktivitas hemodinamik pada enam pasien yang menjalani implantasi perangkat terapi ESCS untuk mengobati nyeri punggung kronis, dan melaporkan temuan tersebut di Neuron.
Memanfaatkan mekanisme yang mirip dengan fMRI, fUSI mengandalkan fenomena penggandengan neurovaskular, di mana peningkatan aktivitas saraf menyebabkan perubahan lokal dalam aliran darah untuk memenuhi kebutuhan metabolisme neuron aktif. Tim menggunakan miniatur transduser array linier 15 MHz untuk melakukan fUSI, memasukkannya melalui pembedahan ke sumsum tulang belakang pada vertebra toraks kesepuluh (T10), dengan elektroda stimulasi ditempatkan untuk menjangkau segmen tulang belakang T8–9. Gambar yang direkam memiliki resolusi spasial 100 x 100 µm, ketebalan irisan sekitar 400 µm, dan bidang pandang 12.8 x 10 mm.
Empat pasien menerima 10 siklus ON-OFF stimulasi arus rendah (3.0 mA), yang terdiri dari 30 detik dengan stimulasi dan 30 detik tanpa stimulasi. Stimulasi menyebabkan perubahan regional pada hemodinamik sumsum tulang belakang, dengan beberapa wilayah menunjukkan peningkatan aliran darah yang signifikan dan wilayah lainnya menunjukkan penurunan yang signifikan. Setelah rangsangan dimatikan, aliran darah kembali ke kondisi awal.
Untuk menilai apakah fUSI dapat mendeteksi perubahan hemodinamik yang terkait dengan protokol stimulasi yang berbeda, dua pasien yang tersisa menerima lima siklus ON-OFF dari stimulasi 3.0 mA diikuti oleh lima siklus stimulasi 4.5 mA, dengan jeda 3 menit di antara keduanya. Para peneliti menemukan bahwa peningkatan amplitudo arus dari 3.0 menjadi 4.5 mA tidak mengubah distribusi spasial wilayah sumsum tulang belakang yang diaktifkan. Namun, stimulasi arus tinggi menyebabkan perubahan hemodinamik yang lebih kuat pada sumsum tulang belakang.
Kemampuan fUSI untuk membedakan respon hemodinamik yang ditimbulkan oleh arus ESCS yang berbeda merupakan langkah penting menuju pengembangan sistem pemantauan klinis berbasis USG untuk mengoptimalkan parameter stimulasi. Christopoulos menjelaskan bahwa karena pasien dibius selama operasi sumsum tulang belakang, mereka tidak dapat melaporkan apakah protokol stimulasi listrik yang diterapkan benar-benar mengurangi rasa sakit. Oleh karena itu, ahli bedah saraf tidak dapat secara akurat menilai efek neuromodulasi secara real-time.
Susunan mikroelektroda dapat memungkinkan operasi sumsum tulang belakang yang lebih aman
“Studi kami memberikan bukti konsep pertama bahwa teknologi fUSI dapat digunakan untuk mengembangkan sistem neuromodulasi klinis loop tertutup, yang memungkinkan ahli bedah saraf menyesuaikan parameter stimulasi (lebar denyut nadi, bentuk denyut nadi, frekuensi, amplitudo arus, lokasi stimulasi, dll) selama operasi, ”katanya Dunia Fisika.
Di masa depan, tim berharap dapat menjadikan fUSI sebagai platform untuk menyelidiki fungsi sumsum tulang belakang dan mengembangkan sistem neuromodulasi klinis loop tertutup secara real-time. “Kami baru-baru ini mengajukan untuk dipublikasikan sebuah studi klinis menunjukkan bahwa fUSI mampu mendeteksi jaringan di sumsum tulang belakang manusia yang aktivitasnya berkorelasi kuat dengan tekanan kandung kemih,” kata Christopoulos. “Temuan ini membuka jalan baru bagi pengembangan teknologi antarmuka mesin sumsum tulang belakang untuk mengembalikan kontrol kandung kemih pada pasien dengan inkontinensia urin, seperti pasien dengan cedera tulang belakang.”
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://physicsworld.com/a/functional-ultrasound-imaging-provides-real-time-feedback-during-spinal-surgery/
