Nova tecnologia de ressonância magnética melhora a orientação de imagens para neurocirurgia
O cérebro controla funções importantes do corpo, mantendo-nos vivos, permitindo-nos interagir com o mundo e produzindo os pensamentos e opiniões que nos tornam humanos.
Quando um tumor invade, o neurocirurgião deve intervir para remover o câncer tão completamente quanto possível, sem cortar partes do cérebro que controlam essas importantes funções. Os cirurgiões usam ressonância magnética (MRI) para orientá-los. Embora a ressonância magnética faça parte do padrão atual de tratamento, existem barreiras significativas para uma orientação precisa da ressecção do câncer – criando uma necessidade urgente de melhorar a visualização radiológica das margens e da infiltração do tumor e de melhorar a eficiência do mapeamento da função cerebral.
O Centro de Ciências da Saúde da UNM patenteou recentemente um novo Tecnologia de aquisição e análise de dados de ressonância magnética para fornecer aos cirurgiões informações precisas e em tempo real sobre tumores e tecido cerebral circundante. A tecnologia é compatível com os scanners de ressonância magnética existentes e realiza dois tipos de exames de ressonância magnética ao mesmo tempo, produzindo dados impactantes em apenas três minutos.
Para mais de 1.3 milhões de pessoas nos EUA que vivem com um tumor cerebral, esta tecnologia de mudança de paradigma poderá ajudar a melhorar os resultados após a cirurgia.
Melhorando a eficiência e a precisão da ressonância magnética
A ressonância magnética depende da onipresença do hidrogênio no tecido vivo (água - H 2O - é a molécula mais abundante no corpo), um forte campo magnético que polariza o spin do próton no átomo de hidrogênio e um transmissor de rádio para criar uma ressonância de spin do próton que faz com que os prótons no tecido vivo emitam sinais de rádio que podemos processar em uma imagem.
Os neurocirurgiões usam essas imagens para coletar informações sobre o cérebro antes, durante e após a cirurgia. Alguns dos principais tipos de ressonância magnética incluem:
- RM estrutural: Sinais de diferentes compartimentos do tecido cerebral, como a substância cinzenta no córtex e a substância branca subjacente, que podem ser processados em uma imagem de alta resolução que revela diferentes estruturas do tecido cerebral com alto contraste.
- RM funcional (fMRI): Destaca tecidos metabolicamente ativos detectando aumento do fluxo sanguíneo para essas áreas quando a atividade cerebral aumenta, o que pode ser processado em mapas de áreas funcionais do cérebro. Como sempre há atividade cerebral, mesmo quando o cérebro está em repouso, as flutuações de sinal no cérebro também podem ser processadas em mapas de redes funcionais cerebrais (fMRI em estado de repouso).
- RM de difusão (dMRI): Mede a difusividade da água e permite que os sinais sejam processados em mapas de tratos de fibras de substância branca que conectam diferentes áreas corticais.
- Imagem espectroscópica de RM (MRSI): Mede sinais de uma infinidade de moléculas orgânicas intracelulares (metabólitos), além da água, que são específicas de diferentes tipos de tecidos e que fornecem informações sobre a bioquímica cerebral. Esses sinais metabólicos podem ser processados em padrões espectrais e mapas de concentração dos metabólitos. As concentrações dessas moléculas são alteradas nos tumores cerebrais e podem ajudar a identificar os tipos de tumor.
Imagens espectroscópicas funcionais de ressonância magnética e ressonância magnética podem ser usadas para orientar os cirurgiões à medida que removem tecido canceroso, mas a coleta desses dados de ressonância magnética consome muito tempo e geralmente é feita separadamente em várias sessões. A imagem espectroscópica por RM é tecnicamente muito exigente e, portanto, não é realizada rotineiramente na prática clínica.
Além disso, a fMRI baseada em tarefas e o mapeamento intra-operatório, que são o atual padrão clínico de atendimento e que exige que os pacientes executem tarefas para ativar áreas cerebrais, têm seus próprios desafios. Os pacientes podem não conseguir realizar tarefas devido à presença do tumor cerebral, à idade ou a outros motivos. O mapeamento intraoperatório da função da linguagem exige que os pacientes estejam acordados durante a cirurgia, realizando atividades para envolver partes do cérebro para que essas áreas possam ser mapeadas – isso pode ser estressante para os pacientes. É aqui que a fMRI em estado de repouso pode ser usada como um complemento para obter dados em pacientes que não conseguem realizar tarefas suficientemente bem para serem clinicamente úteis para orientação cirúrgica.
Nossa tecnologia fornece uma nova abordagem de alta velocidade para mapear redes funcionais cerebrais e bioquímica cerebral em uma sessão de imagem, reunindo centenas de diferentes representações do estado de repouso de toda a função cerebral e mapas de metabólitos de múltiplas fatias em tempos de varredura de apenas 3 minutos. Isto abre uma gama de oportunidades para melhorar a remoção cirúrgica de tumores cerebrais, poupando ao mesmo tempo o córtex eloquente, em particular no córtex frontal, que não pode ser adequadamente visualizado com fMRI convencional baseada em tarefas.
Os neurocirurgiões há muito se concentram nas regiões do cérebro que controlam os sistemas motor, de linguagem, visual e auditivo, deixando o córtex frontal em grande parte não mapeado. Esta tecnologia poderá revolucionar a forma como os neurocirurgiões tomam decisões, em parte ao fornecer uma nova compreensão do córtex frontal do cérebro, um importante centro de cognição.
A capacidade de coletar informações funcionais e metabólicas simultaneamente poderia fornecer aos neurocirurgiões um novo nível de precisão para delinear margens espaciais entre tumores cerebrais e o córtex eloquente adjacente para maximizar a ressecção do tumor, preservando ao mesmo tempo funções cerebrais importantes.
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Pesquisa colaborativa para melhorar os resultados dos pacientes
O HSC da UNM Departamento de Neurologia recebeu financiamento para transferência de tecnologia para pequenas empresas dos Institutos Nacionais de Saúde em colaboração com nossos parceiros no University of Minnesota e os votos de Universidade de Pittsburgh desenvolver análises em tempo real da atividade cerebral no ambiente pré-cirúrgico usando scanners de ressonância magnética amplamente disponíveis e no ambiente intra-operatório usando scanners de ressonância magnética intra-operatórios.
Esta tecnologia será validada para mapeamento pré-cirúrgico e mapeamento intra-operatório em pacientes com tumores cerebrais para avaliar a viabilidade de fornecer aos neurocirurgiões informações de planejamento sobre a função do tecido cerebral próximo a um tumor e atualizações intra-operatórias da função do tecido durante a cirurgia.
A nova tecnologia simultânea de fMRI e MRSI será desenvolvida para permitir o mapeamento de fMRI em estado de repouso em tempo real do córtex eloquente e o mapeamento on-line de metabólitos cerebrais que estão presentes em tecidos, como aminoácidos, lipídios, colina, creatina e outros. Comparar a quantidade desses metabólitos com o tecido cerebral normal pode ajudar a determinar o estado metabólico do tecido e o tipo de tumor cerebral.
Estamos trabalhando para tornar essas tecnologias amplamente disponíveis para aplicação clínica, para que possam trazer o maior benefício para o maior número de pacientes. Nossa pesquisa envolve o aprimoramento de técnicas de aquisição de dados para responder questões clínicas importantes. No entanto, este tipo de investigação inovadora não pode ser realizada no vácuo, por isso colaboramos com parceiros em todo o país e em todo o mundo.
Os estagiários do UNM HSC se beneficiam desta oportunidade de desenvolver as habilidades de comunicação e trabalho em equipe necessárias para trabalhar em estreita colaboração com cientistas nos principais centros de pesquisa em todo o mundo. Além do mais, eles descobrem o espírito empreendedor necessário para fazer descobertas revolucionárias e publicar artigos conjuntos com cientistas líderes em todo o mundo.
Para todos nós, a nossa principal preocupação é sempre melhorar os resultados dos pacientes no mundo real. Nosso trabalho é fazer a diferença tanto no atendimento quanto nos resultados cirúrgicos dos pacientes.
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