הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

הדמיית כלי דם דופלר מהירה במיוחד לניטור פיזיולוגי תוך ניתוחי של חוט השדרה האנושי

689 צפיות

⸱

DOI:

10.3791/68260

⸱

29 באוגוסט 2025

 ,  ,  ,  ,  , 
1College of Biomedical Engineering, Fudan University, 2Department of Neurosurgery, Huashan Hospital, Fudan University, 3Poda Medical Technology Co., Ltd., 4State Key Laboratory of Integrated Chips and Systems, Fudan University

במאמר זה

סיכום

מחקר זה מציג את היישום של הדמיית כלי דם דופלר מהירה במיוחד לניטור פיזיולוגי במהלך ניתוח חוט שדרה אנושי.

תקציר

ניטור פרמטרים פיזיולוגיים חיוני להערכת מצבו של המטופל במהלך תרחישים תוך ניתוחיים. מידע המודינמי, כגון לחץ דם וקצב לב, יכול להיגזר מאותות דופלר אולטרסאונד, המשקפים את תפקוד כלי הדם ומצביעים על סיכונים פתולוגיים בזמן אמת. בהשוואה לאוסצילומטריה, הדמיית תהודה מגנטית (MRI), דופלר קונבנציונלי ושיטות פיזואלקטריות, דופלר מהיר במיוחד מספק רזולוציה זמנית מעולה ורגישות גבוהה לכלי דם קטנים. במחקר זה מתואר יישום תוך ניתוחי של הדמיית דופלר מהירה במיוחד בחוט השדרה של חולה עם מום קיארי. לאחר עיבוד הנתונים יצרו תמונות דופלר כוח של כלי הדם של חוט השדרה ופרמטרים פיזיולוגיים, כולל מיפוי מפורט של מדד ההתנגדות (RI) ומדד הפעימה (PI). גם RI וגם PI הראו ירידה משמעותית לאחר התערבות כירורגית (ממוצע RI: 0.47 → 0.32; ממוצע PI: 0.63 → 0.39; p < 0.001), עם מגמות עקביות שנצפו בחציונים, המצביעות על שיפור בהמודינמיקה של חוט השדרה. הערכת שינויים בפרמטרים של PI/RI באמצעות שיטה זו עשויה להציע הבנה רחבה יותר של התקדמות המחלה ויעילות הטיפול, מה שעשוי להנחות אסטרטגיות כירורגיות וגישות טיפוליות.

מבוא

דינמיקת לחץ דם, כאינדיקטור פיזיולוגי חשוב תוך ניתוחי, מספקת הדרכה חשובה לאסטרטגיה כירורגית ומבטיחה בטיחות תפעולית1. גלי דופק, הנוצרים על ידי התכווצות והרפיה תקופתית של הלב, מתפשטים דרך מערכת כלי הדם העורקים מאבי העורקים כגלי לחץ2. ניתן לראות בגלים אלה ביטוי ישיר של תפקוד הלב וכלי הדם, המציעים מידע קריטי להבנת דינמיקת לחץ הדם וההמודינמיקה הכללית3. בפרקטיקה הקלינית, גלי דופק משמשים באופן נרחב להערכה מתמשכת של מצב המודינמי4.

כתחנת ממסר ומרכז רפלקס בתוך מערכת העצבים המרכזית, חוט השדרה ממלא תפקיד מרכזי בהעברת מידע מוטורי וחושי. יציבות אספקת הדם שלו חיונית לשמירה ושיקום התפקוד הנוירולוגי6. אות זרימת הדם הפועם של חוט השדרה קשור קשר הדוק לגל הדופק, המכיל מידע על גמישות כלי הדם וההמודינמיקה, ובכך משקף את השינויים הפיזיולוגיים והפתולוגיים של חוט השדרה. ניטור אותות אלה עומד בפני אתגרים ניכרים בשל גודלו הקטן של חוט השדרה, ארכיטקטורת כלי הדם המורכבת7 ודפוסי זרימת הדם המורכבים8, המסבכים הערכה יעילה של גלי דופק חוט השדרה.

הוצעו מספר טכניקות להערכת גלי דופק. שיטת הניתוח האוסילומטרי קלה לתפעול ומספקת מדידות מהירות. עם זאת, דיוק התוצאות עשוי להיות מושפע מגורמים כמו חפצים, תנוחת המטופל והגודל והמיקום המתאימים של השרוול 9,10. חיישני אותות ביולוגיים פיזואלקטריים מסוימים, כגון חיישני דופק פיזואלקטריים, יכולים לזהות ביעילות גלי דופק, אך הדיוק שלהם עלול להיפגע על ידי רעידות מכניות או תנודות טמפרטורה; בינתיים, חיישנים אופטיים כגון פוטו-פלתיסמוגרפיה (PPG) רגישים לחפצי אור ותנועה סביבתיים11. יתר על כן, טכניקות אלו יכולות ללכוד רק אותות גלי דופק מקומיים וחסרות את היכולת לספק מידע הדמיה של המבנה הנצפה בו זמנית12.

כשיטת הדמיה רבת עוצמה, הדמיית תהודה מגנטית (MRI) מציעה מדידה ברזולוציה מרחבית גבוהה יחסית של דפנות העורקים של חוט השדרה, אך היא יקרה ובעלת נגישות מוגבלת13. הדמיית טומוגרפיה ממוחשבת (CT) מספקת זמני סריקה מהירים יותר וזמינות רחבה יותר אך פולטת קרינה מייננת, מה שמגביל את השימוש בה להערכות חוזרות14. אולטרסאונד דופלר קונבנציונאלי מאפשר הערכה בזמן אמת של דינמיקת זרימת הדם באמצעות שני מצבי הדמיה משלימים: דופלר צבעוני ודופלר גלי דופק (PWD). דופלר צבע מספק סקירה איכותית של מהירויות הזרימה על פני שדה הראייה על ידי סריקת המדיום שורה אחר שורה, אך סובל מקצבי פריימים נמוכים ורגישות ירודה לזרימות איטיות או עמוקות. PWD מציע מידע זמני כמותי על צורות גל של זרימת דם, אך מוגבל לאזור עניין יחיד המוגדר על ידי המשתמש. כתוצאה מכך, הוא ישים להמודינמיקה חזקה בעורקים ובוורידים ומכמת צורות גל דופק מיידיות בתוך שדה ראייה קטן15. אולטרסאונד משופר ניגודיות משפר את ההדמיה של זרימת הדם באמצעות שימוש בחומרי מיקרו-בועות; עם זאת, הדרישה להזרקת ניגודיות מעלה חששות בטיחותיים במסגרות תוך ניתוחותיות, מה שהופך אותה לפחות מתאימה להערכה בזמן אמת של פעימות כלי הדם16. טכניקות הדמיה פוטו-אקוסטיות ואופטיות מספקות ניגודיות גבוהה ורזולוציה מרחבית להדמיית כלי דם, במיוחד ברקמות שטחיות. עם זאת, התלות החזקה שלהם בגישה אופטית מגבילה משמעותית את תחולתם על מבנים עמוקים כמו חוט השדרה17.

בשנים האחרונות, אולטרסאונד מהיר במיוחד התקדם במהירות עם פוטנציאל גדול בהדמיית כלי דם18. בניגוד לסריקת אלומה ממוקדת מסורתית, דופלר מהיר במיוחד משתמש בטכניקות גל מישור מורכב מרובות זוויות, המשפרות את רגישות הדמיית האולטרסאונד פי 50 ומשפרות מאוד את הזיהוי של כלי דם קטנים 15,19,20. ניתן לקבל ספקטרום דופלר שלם עבור כל פיקסל בתמונה, מה שמקל על רכישת מידע מקיף על מהירות זרימת הדם וכיוון21. זה יכול לשמש להערכת מדדי כלי דם כגון מדד התנגדות (RI) ומדד פעימות (PI) בכל אזור ההדמיה. יש לציין כי בשנת 2014, Demene et al.22 יישמו טכנולוגיית דופלר מהירה במיוחד להדמיית זרימת דם מוחית בילודים, והציגו מפת התפלגות מפורטת של RI כלי דם מוחיים בילודים. התקדמות זו מספקת כלי חדש להבנת המנגנונים של ויסות עצמי של זרימת הדם במוח והפתוגנזה של מחלות קשורות בפגים ובפגים. בשנת 2020, Bourquin et al.23,24 הציעו מיקרוסקופ לוקליזציה אולטרסאונד דינמי (DULM) המבוסס על טכנולוגיית אולטרסאונד מהירה במיוחד כדי להשיג מדידות in vivo של מיקרו-סירקולציה פועמת במוח המכרסמים והרחיבו טכניקה זו להדמיה תלת מימדית, המציעה מימד חדש לניתוח כמותני.

לקראת הדמיה וסקולרית של חוט השדרה, בשנת 2021, Zang et al.25 השיגו הדמיה מיקרו-וסקולרית של חוט השדרה ללא חומרי ניגוד באמצעות דופלר מהיר במיוחד, עם רזולוציית הדמיה הדומה לאורך הגל המשודר. Sui et al.26. השתמש בשיטת דגימה אקראית המבוססת על ניתוח רכיבים עיקריים חזק (RPCA) כדי להשיג הדמיית דופלר מהירה וגבוהה במיוחד של מיקרו-סירקולציה במוח ובחוט השדרה. Pezet et al.27 הבחינו בשחזור כלי דם בעקבות פגיעה כרונית בחוט השדרה. בשנת 2022, Yu et al.28 השיגו מיקרוסקופ אולטרסאונד מהיר במיוחד ברזולוציה גבוהה במיוחד של מיקרו-סירקולציה של חוט השדרה בחולדות על בסיס RPCA, עם רזולוציית הדמיה שהגיעה ל-13-16 מיקרומטר, קטנה משמעותית מאורך הגל של 100 מיקרומטר. מחקרים נוספים כללו תצפית רציפה וניתוח כמותי של מיקרו-סירקולציה בחוט השדרה לאחר פגיעה בחוט השדרה29. בשנת 2023, יאן ואחרים השתמשו בדופלר וקטור אולטרסאונד מהיר במיוחד כדי לבצע הדמיה וקטורית של זרימת דם בכלי דם קטנים בגידולי חוט שדרה אנושיים והעריכו את הבטיחות הקשורה לרצף בפירוט על סמך פרמטרים של רצף ניסיוני. בשנת 2024, Agyeman et al.31 ביצעו את הדמיית האולטרסאונד התפקודית הראשונה של חוט השדרה בבני אדם, שהדגימה את השילוב של תגובות תפקודיות של חוט השדרה לגירוי חשמלי. Khaing et al.32 אימתו את המתאם בין מדדי הדמיית זלוף וחומרת הפציעה הן בחולדות והן בבני אדם לאחר פגיעה טראומטית חריפה בחוט השדרה. עם זאת, איתור וניתוח של מדדים המודינמיים בגלי דופק בחוט השדרה עדיין דורשים חקירה נוספת.

מום כיארי מייצג הפרעה משמעותית ונפוצה המשפיעה על חוט השדרה. הוא גורם לשינויים דינמיים בנוזל המוח ובדחיסה של חוט השדרה, משבש את זרימת הדם בחוט השדרה ואת ויסות כלי הדם, מה שעלול לגרום לניקוז ורידי לא תקין33, התנגדות מוגברת לכלי הדם34 ואיסכמיה פוטנציאלית של חוט השדרה35. התבוננות בגלי דופק בחוט השדרה מאפשרת הבנה מעמיקה יותר של שינויים המודינמיים בחוט השדרה, ומציעה תובנות חשובות לאבחון וטיפול במומים קיאריים והפרעות אחרות בחוט השדרה36.

מחקר זה מציג פרוטוקול מקיף לשימוש בהדמיית כלי דם דופלר מהירה במיוחד לניטור תוך ניתוחי של פרמטרים פיזיולוגיים של חוט השדרה בבני אדם, תוך התמקדות ספציפית ביישומו בחולה עם מום כיארי. שיטה זו מאפשרת רכישה בזמן אמת של נתוני דופלר מהירים במיוחד בקצב פריימים גבוה במהלך חשיפה של חוט השדרה, ולאחר מכן עיבוד לאחר ליצירת מפות פיקסלים של RI ו-PI.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

במחקר זה השתתפו נבדקים אנושיים, וכל ההליכים נערכו בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי ועדת האתיקה של המחקר בבני אדם, בית החולים הואשאן המסונף לאוניברסיטת פודאן (2021-065). הסכמה מדעת הושגה מכל המשתתפים. היישום נועד אך ורק למטרות מחקר ראשוני ותיקוף, ולא לאבחון קליני. מדדי הבטיחות הרלוונטיים המומלצים על ידי ה-FDA הוערכו כדי להבטיח עמידה בתקני הבטיחות שנקבעו. חולים שנכללו במחקר זה אובחנו עם מום כיארי. קריטריוני ההכללה, ההדרה והפרישה של המשתתפים מסופקים בקובץ משלים 1. הריאגנטים והציוד המשמשים מפורטים בטבלת החומרים.

1. הכנת מכשירים

  1. הכן את מערכת הדמיית האולטרסאונד.
    1. חבר את המערך הליניארי בן 128 הערוצים למערכת האולטרסאונד הניתנת לתכנות.
      הערה: הגן על בדיקת האולטרסאונד באמצעות מארז מעוצב בהתאמה אישית, מעוצב בתוכנת תלת מימד ומיוצר על ידי הדפסת תלת מימד. הגשושית ששימשה במחקר זה הייתה גרסה מותאמת אישית ממוזערת ולא גרסה מסחרית. פלטפורמת מערכת האולטרסאונד ששימשה במחקר זה יושמה בעבר במספר מחקרים לחקירת הדמיית כלי דם אנושיים 37,38,39,40.
    2. הגדר את תדר המרכז של המתמר ל-15.625 מגה-הרץ, המתאים לרזולוציה מרחבית של 100 מיקרומטר.
    3. ודא שהגובה בין אלמנטים סמוכים מוגדר כ-0.1 מ"מ.
  2. כייל את המכשיר, בדוק את הקוד וודא שהמערכת פועלת כהלכה.
  3. הגדר פלטפורמה להדמיה יציבה.
    1. מקם את הזרוע הרובוטית ליד מיטת הניתוח ונעל אותה היטב במקומה לקיבוע הבדיקה לאחר מכן.
    2. ודא שהגשושית נשארת קבועה לאורך כל סשן ההדמיה.
      הערה: הגדרה זו ממזערת רעידות ושינויי מיקום הנגרמים מפעולה ידנית, ומשפרת את היציבות והעקביות של מיקום הבדיקה במהלך ההדמיה.

2. הכנת רצף אולטרסאונד

  1. הגדר עומק הדמיה מתאים בהתאם להדמיית אולטרסאונד במצב B.
  2. הגדר את קצב הפריימים המורכב ל-1000 הרץ.
  3. הגדר את זמן הרכישה ל-0.4 שניות.
  4. שידור 11 גלי מישור מוטים במרווחים אחידים בין -10° ל-+10°, עם תדר חזרה על פולסים של 11,000 הרץ.
    הערה: גלי מישור מוטים נפלטים בזוויות שונות ביחס לציר הצדדי של הגשושית. במחקר זה, 11 גלי מישור חולקו באופן שווה מ-10° עד +10°.

3. מיקום בדיקה

  1. כסו את בדיקת האולטרסאונד בשקית מגן סטרילית עבור מכשירים רפואיים (איור 1A).
    1. מרחו כמות נדיבה של ג'ל אולטרסאונד בתוך השקית הסטרילית.
    2. הכנס את הגשושית לתיק.
    3. אבטח את הגשושית בתוך השקית בעזרת גומיה.
      הערה: צימוד אקוסטי הושג על ידי מריחת ג'ל אולטרסאונד סטרילי על המשטח הפנימי של השקית הסטרילית, שסגרה את הבדיקה. השקית עצמה הונחה במגע ישיר עם רקמה אנושית, מה שמאפשר העברת אולטרסאונד יעילה ללא מגע ישיר בין מדיום הצימוד לרקמה.
  2. אבטח את הגשושית עם הזרוע הרובוטית (איור 1B).
    1. מקם את הגשושית בדיוק על המשטח החשוף של חוט השדרה לאחר כריתת למינקטומיה.
    2. ייצב את הגשושית באמצעות הזרוע הרובוטית כדי לשמור על מיקום עקבי במהלך ההדמיה.
      הערה: הזרוע הרובוטית הפנאומטית שימשה לייצוב בדיקת האולטרסאונד. למרות שאין לה יכולות סריקה אוטומטיות, הזרוע מאפשרת מיקום ידני מדויק ויציבות לאורך כל תהליך רכישת הנתונים. הזרוע, שהייתה מצוידת בחדר הניתוח, נשלטה ותוקנה באופן ידני על ידי המנתח הראשי. בהתחלה, כל המפרקים העיקריים היו מאובטחים, ואחריהם התאמה עדינה של המפרק הסופי המחזיק את הגשושית בהנחיית אולטרסאונד במצב B.

4. רכישת נתונים

  1. הגדר עומק הדמיה מתאים בהתאם להדמיית אולטרסאונד במצב B.
  2. השתמש בהדמיית אולטרסאונד במצב B בזמן אמת כדי לזהות את מישור ההדמיה המתאים.
  3. אתר את השקדים המוחיים הפרועים וחוט השדרה.
    הערה: אשר יישור נכון כאשר גם חוט השדרה וגם השקדים המוחיים נראים בבירור באותו מישור הדמיה, עם גבולות ניתנים להבחנה ואוריינטציה אנטומית מתאימה. במישור ההדמיה במצב B, ודא שהשקדים המוחיים נראים עדיפים על חוט השדרה, ושהשוליים הגביים של החוט מוגדרים בבירור עם סימטריה שמאל-ימין. לאחר אישור מישור ההדמיה הנכון, רכוש תמונת דופלר מהירה במיוחד כדי לאמת את נוכחותם ויציבותם של אותות זרימת הדם.
  4. סיים את רצף אופן-B והתחל את הרצף האולטרה-מהיר עבור קליטת נתונים.
    הערה: בצע את ההליך בתנאי טמפרטורת החדר הרגילים. משך ההדמיה קצר, והגשושית לא הראתה עלייה ניכרת בטמפרטורה במהלך הרכישה. שיטה זו מספקת הדמיה ברורה של מבני חוט השדרה במהלך הניתוח, מאפשרת התאמות בדיקה מדויקות להשגת הדמיה אופטימלית של כלי הדם, ומאפשרת השוואה לתמונות MRI לפני הניתוח. במקרה שהוצג במחקר זה, טווח עומק ההדמיה המקורי היה 0.5 עד 9.5 מ"מ. עומק התמונה בפועל נשמר קבוע בכל הפאנלים.

5. ניתוח אות זרימת דם פועם בחוט השדרה לפני הטיפול (איור 2)

  1. צור תמונות דופלר כוח של כלי הדם של חוט השדרה. (איור 3)
    הערה: יציבות הבדיקה הוערכה באמצעות ניתוח הדמיית דופלר כוח. ההדמיה העקבית של כלי דם מובחנים מרחבית נטולי חפצי מריחה מדגימה את יעילות הזרוע הרובוטית בשמירה על חלון אקוסטי יציב במהלך הרכישה.
    1. בצע עיצוב אלומה על נתוני תדר הרדיו שנרכשו.
    2. החל את שיטת הסינון המרחבית-זמנית המבוססת על פירוק ערך יחיד (SVD) כדי להפריד אותות רקמה מאותות זרימת הדם ולהסיר רעש בתדר גבוה. הגדר ספים מתאימים כדי לחלץ את מרכיבי זרימת הדם הרצויים.
      הערה: אות תמונת האולטרסאונד מורכב מרכיבים של רקמה רכה, זרימת דם ורעש אקראי. סינון מרחבי-זמני מבוסס SVD מפריד בין רכיבים אלה על סמך המאפיינים המרחביים-זמניים שלהם41. שיטה זו מפרקת את נתוני תמונת האולטרסאונד לווקטורים יחידים ואת הערכים הסינגולריים המתאימים להם. על ידי קביעת סף סינון של הערכים הסינגולריים, ערכים סינגולריים גדולים קשורים לווקטורים עצמיים המייצגים רכיבי רקמה עם מתאם מרחבי-זמני חזק, ערכים סינגולריים בינוניים תואמים לאותות זרימת דם דינמיים, וערכים סינגולריים קטנים מייצגים בעיקר רעש. במחקר זה, ספי ה-SVD נקבעו כך שישמרו על רכיבים בודדים 80-380 לפני טיפול בצריבה חשמלית ו-50-380 לאחר התערבות כירורגית. סף זה נקבע אמפירית על סמך ניסיון קודם (איור משלים 7).
    3. דה-מודולציה של אות זרימת הדם המסונן לאותות מורכבים figure-protocol-1בפאזה / ריבוע (IQ). חשב את עוצמת האות הממוצעת בכל פיקסל כדי לקבל את הכוח של תמונת דופלר PW (x,z) (משוואה 1)15. Nt הוא מספר המסגרות שנרכשו.
      figure-protocol-2 (1)
      הערה: נתוני דופלר מתאימים מאופיינים בתיאור כלי דם ברור ויחס אות לרעש גבוה. אם הדמיית כלי הדם אינה אופטימלית, בקר שוב בשלב 5.1.2 והתאם את טווח הסף של SVD בהתאם.
  2. בצע ניתוח תדר-זמן של אות הדופלר (איור 4).
    1. פלח את אות זרימת הדם באמצעות חלון זמן קצר (איור 4A).
    2. החילו את התמרת פורייה המהירה (FFT) כדי להעריך את הצפיפות הספקטרלית של ההספק בכל פיקסל (איור 4B).
      הערה: אורך החלון נבחר כדי לכסות מספיק מחזור לב אחד לפחות, מה שמבטיח שניתן יהיה לזהות באופן אמין גם את רכיבי התדר הסיסטולי וגם את הדיאסטולי. חלון האן שימש להפחתת דליפה ספקטרלית, וחלונות סמוכים חופפים כדי לשפר את הרזולוציה הזמנית. במחקר זה, FFT יושם באמצעות חלון האן באורך 80 עם חפיפה של 70%.
    3. החלק את החלון ברציפות כדי לקבל את תדר הדופלר הממוצע המשתנה בזמן.
  3. חישוב מפות RI ו-PI (איור 4C ואיור 5A-D).
    1. לנתח את תדירות הדופלר הממוצעת של אותות זרימת דם לאורך זמן בפיקסלים מסוימים (איור 4C).
      הערה: ניתן לאשר את תוקפו של ניתוח התדרים על ידי התבוננות בתנודות תקופתיות בתדר הדופלר הממוצע התואם את מחזור הלב.
    2. קבע את מהירות זרימת הדם ואת הווריאציות שלה כדי לחשב RI (משוואה 2)15 ו-PI (משוואה 3)15. VPSV היא מהירות שיא סיסטולית, VEDV היא מהירות קצה דיאסטולי, וממוצע V הוא מהירות הזרימה הממוצעת.
      figure-protocol-3 (2)
      figure-protocol-4 (3)
    3. פשט את חישוב ה-RI וה-PI באמצעות תדר דופלר. חשב RI (משוואה 4) ו-PI (משוואה 5) על פני כל חוט השדרה. fממוצע(x,z,t) הוא תדר הדופלר הממוצע בחלון זמן מוגדר15.
      figure-protocol-5 (4)
      figure-protocol-6 (5)
      הערה: עקב זרימת הדם, אות האולטרסאונד עובר סטיית תדר המכונה הסטת דופלר, הקשורה למהירות זרימת הדם V (משוואה 6). fדופלר מייצג את שינוי תדר הדופלר, c0 מציין את מהירות הקול ברקמה הרכה האנושית, f דופק הוא התדר המשודר של בדיקת האולטרסאונד, והוא הזווית בין קרן האולטרסאונד לכיוון זרימת הדם15.
      figure-protocol-7 (6)
    4. תדר הדופלר הממוצע מייצג את הערך הממוצע של השינוי בתוך חלון זמן מסוים. מכיוון ש-V פרופורציונלי להיסט דופלר, ניתן להעריך אותו על ידי הערכת תדר הדופלר הממוצע בכל פיקסל לאורך זמן.
  4. ניתוח סטטיסטי של RI ו-PI
    1. השתמש במסיכות לוגיות כדי לחלץ ערכי RI ו-PI חוקיים מאזורי עניין, ולא לכלול חריגים בשיטת הטווח הבין-רבעוני (IQR).
    2. בצע מבחן t משוקלל של סטודנט כדי להעריך את ההבדלים בין מצבים לפני ואחרי הניתוח, תוך התחשבות במבנה הנתונים מבחינת פיקסלים.
      הערה: ניתוחים סטטיסטיים של RI ו-PI נערכו ברמת הפיקסלים, והבדלים בין קבוצות הודגמו באמצעות תרשימי קופסאות עם רמות מובהקות המסומנות בכוכביות (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001).

6. ניהול מטופלים ובטיחות פרוטוקולי הדמיה

  1. עקוב מקרוב אחר סימנים חיוניים. עקוב באופן רציף אחר קצב הלב, לחץ הדם, קצב הנשימה, ריווי החמצן וטמפרטורת הגוף במהלך ההדמיה. הקפידו על בטיחותו ונוחותו של המטופל לאורך כל ההליך.
    הערה: ניטור נוירופיזיולוגי תוך ניתוחי (כגון פוטנציאלים מעוררים סומטוסנסוריים ופוטנציאלים מעוררים מוטוריים) מתבצע גם כן, בהתחשב בנזק עצבי שעלול להתרחש במהלך הניתוח.
  2. ודא לחץ בדיקה מתאים. השתמש בזרוע הרובוטית כדי לשמור על לחץ יציב והולם על הגשושית. הימנע מכוח מופרז שעלול לפגוע במשטח חוט השדרה.
  3. שמור על תקשורת עם הצוות המנתח. לתקשר בצורה ברורה עם הצוות הכירורגי לאורך כל תהליך ההדמיה. הגיב מיד לכל אי נוחות של מטופל או מצבים בלתי צפויים.

7. רכישה וניתוח של אות זרימת דם פועם בחוט השדרה לאחר הטיפול

  1. חזור על השלבים המתוארים בשלב 5 כדי לנתח את אות זרימת הדם בחוט השדרה לאחר הטיפול.
    הערה: לאחר טיפול בצריבה חשמלית, השקדים המוחיים נסוגו בנפח מופחת, קצוות קהים ויחסים אנטומיים משוחזרים עם מבני הרקמה שמסביב (איור 6). איסוף הנתונים בוצע בשתי נקודות זמן נפרדות תוך ניתוחיות: לפני טיפול בצריבה חשמלית ולאחר התערבות כירורגית. נכון לעכשיו, חקר RI ו-PI נותר בשלב ראשוני ולא יושם להנחיה כירורגית בזמן אמת. כתוצאה מכך, זמן קצר לאחר איסוף נתונים מהיר, ההליך הכירורגי נמשך ללא הפרעה משמעותית. לאחר מכן, הנתונים שנאספו עובדו במצב לא מקוון (כ-5-10 דקות, פרטים על שלבי העיבוד והתזמון מסופקים בקובץ משלים 2), מה שמבטיח שלא תהיה השפעה על זרימת העבודה הניתוחית. בעתיד, אם ניתן יהיה להשתמש ב-RI ו-PI כדי לסייע בקבלת החלטות תוך ניתוחי, הם צפויים להיות משולבים מבלי לשבש את ציר הזמן הניתוחי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

דופלר מהיר במיוחד מציע רגישות גבוהה, המאפשרת הדמיה ברזולוציה זמנית גבוהה של רשת כלי הדם של חוט השדרה. בהשוואה לדופלר צבעוני, דופלר הספק מציע יחס אות לרעש (SNR) גבוה יותר42. נעשה שימוש בטווח סף מתאים עבור המסנן המרחבי-זמני מבוסס SVD, המאפשר זיהוי אותות זרימת דם תקפים והדמיה של כיוון זרימת הדם. איור 3E,F מציג את תמונות דופלר העוצמה של חוט השדרה בחולה מום קיארי שהתקבלו באמצעות דופלר מהיר במיוחד. שני נתונים אלה ממחישים את הירידה וההארכה של השקדים המוחיים ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

במחקר זה, נעשה שימוש בהדמיית דופלר מהירה במיוחד תוך ניתוחית כדי לחלץ את זרימת הדם של חוט השדרה האנושי. ניתוח ספקטרלי וחישוב של ה-RI וה-PI בוצעו לאחר מכן על אותות זרימת הדם, וסיפקו תמונות דופלר כוח של כלי הדם בחוט השדרה ומפות RI ו-PI תואמות של המטופל עם מום כיארי. בהקשר של אולטרסאונד מהיר במיוחד, כלים קטנים מתייחסים לכלים בקוטר בסדר גודל של 100 מיקרומטר, בעוד שכלים קטנים מ-100 מיקרומטר סווגו כמיקרו-כלים30,43.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי אינטרסים פיננסיים מתחרים.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי התוכנית הלאומית למחקר ופיתוח מפתח של סין (מס' 2023YFC2410900), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס' 12274093) והתוכנית הבינלאומית לשיתוף פעולה במדע וטכנולוגיה של שנחאי (מענק מס' 23490713500).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מטלב  ₪2022במת'וורקסלא ישיםלעיבוד לאחר נתונים
מיקרוסקופצייספנטרו 8O0 Sלתצפית מיקרוסקופית תוך ניתוחית
מערכת אולטרסאונד ניתנת לתכנותורסוניקסתצפית 256להדמיית אולטרסאונד של כלי עמוד השדרה
זרוע רובוטיתאסקולאפ RT060Rלתיקון הגשושית
מתמרי מערך ליניארי בתדר גבוה גביש יחידורסוניקסL22-14vX להדמיית אולטרסאונד של כלי עמוד השדרה
ג'ל אולטרסאונדכיף לתינוקותסוג מבטל את פער האוויר בין הגשושית למשטח המגע

מקורות

  1. Zucker, N., et al. Physio-fus: A tissue-motion based method for heart and breathing rate assessment in neurofunctional ultrasound imaging. EBioMedicine. 112, 105581(2025).
  2. Ghosh, A., et al. Impact of cardiovascular factors on pulse wave velocity and t otal vascular resistance in different age group patients with cardiovascular disorders. Curr Aging Sci. 11 (4), 261-268 (2019).
  3. Allen, J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement. Physiol Meas. 28 (3), R1-R39 (2007).
  4. Kouz, K., Scheeren, T. W. L., De Backer, D., Saugel, B. Pulse wave analysis to estimate cardiac output. Anesthesiology. 134 (1), 119-126 (2021).
  5. Hochman, S. Spinal cord. Curr Biol. 17 (22), R950-R955 (2007).
  6. Montalbano, M. J., Loukas, M., Oskouian, R. J., Tubbs, R. S. Innervation of the blood vessels of the spinal cord: A comprehensive review. Neurosurg Rev. 41 (3), 733-735 (2018).
  7. Soloukey, S., et al. Towards high-resolution functional ultrasound (fUS) imaging of the murine spinal cord. IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). , 2259-2262 (2019).
  8. Stroman, P. W., et al. The current state-of-the-art of spinal cord imaging: Methods. Neuroimage. 84, 1070-1081 (2014).
  9. Del Giorno, R., Troiani, C., Gabutti, S., Stefanelli, K., Gabutti, L. Comparing oscillometric and tonometric methods to assess pulse wave velocity: A population-based study. Ann Med. 53 (1), 1-16 (2021).
  10. Bothe, T. L., et al. Impact of oscillometric measurement artefacts in ambulatory blood pressure monitoring on estimates of average blood pressure and of its variability: A pilot study. J Hypertens. 41 (1), 140-149 (2023).
  11. Alqudah, A. M., et al. Multiple time and spectral analysis techniques for comparing the photoplethysmography to piezoelectric plethysmography with electrocardiography. Med Hypotheses. 143, 109870(2020).
  12. Zieff, G., et al. Pulse-wave velocity assessments derived from a simple photoplethysmography device: Agreement with a reference device. Front Cardiovasc Med. 10, 1108219(2023).
  13. Vargas, M. I., Boto, J., Meling, T. R. Imaging of the spine and spinal cord: An overview of magnetic resonance imaging (MRI) techniques. Rev Neurol (Paris). 177 (5), 451-458 (2021).
  14. Shabani, S., Meyer, B. P., Budde, M. D., Wang, M. C. Diagnostic imaging in spinal cord injury. Neurosurg Clin N Am. 32 (3), 323-331 (2021).
  15. Faure, F., et al. Quantification of brain-wide vascular resistivity via ultrafast Doppler in human neonates helps early detection of white matter injury. J Cereb Blood Flow Metab. 44 (9), 1577-1590 (2024).
  16. Hu, C., Feng, Y., Huang, P., Jin, J. Adverse reactions after the use of SonoVue contrast agent: Characteristics and nursing care experience. Medicine. 98 (44), e17745(2019).
  17. Han, S. H. Review of photoacoustic imaging for imaging-guided spinal surgery. Neurospine. 15 (4), 306-322 (2018).
  18. Van Den Bos-Van De Steeg, M. G. M., Fekkes, S., Saris, A., De Korte, C. L., Hansen, H. H. G. In vivo comparison of pulse wave velocity estimation based on ultrafast plane wave imaging and high-frame-rate focused transmissions. Ultrasound Med Biol. 48 (11), 2335-2343 (2022).
  19. Montaldo, G., Tanter, M., Bercoff, J., Benech, N., Fink, M. Coherent plane-wave compounding for very high frame rate ultrasonography and transient elastography. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 56 (3), 489-506 (2009).
  20. Mace, E., et al. Functional ultrasound imaging of the brain: Theory and basic principles. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 60 (3), 492-506 (2013).
  21. Bercoff, J., et al. Ultrafast compound Doppler imaging: Providing full blood flow characterization. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 58 (1), 134-147 (2011).
  22. Demené, C., et al. Ultrafast Doppler reveals the mapping of cerebral vascular resistivity in neonates. J Cereb Blood Flow Metab. 34 (6), 1009-1017 (2014).
  23. Bourquin, C., Poree, J., Lesage, F., Provost, J. In vivo pulsatility measurement of cerebral microcirculation in rodents using dynamic ultrasound localization microscopy. IEEE Trans Med Imaging. 41 (4), 782-792 (2022).
  24. Bourquin, C., et al. Quantitative pulsatility measurements using 3d dynamic ultrasound localization microscopy. Phys Med Biol. 69 (4), (2024).
  25. Zang, J. -Q., et al. Non-contrast-enhanced ultrafast ultrasound Doppler imaging of spinal cord micro-vessels. Acta Physica Sinica. 70 (11), (2021).
  26. Sui, Y., et al. Randomized spatial downsampling based robust PCA clutter filtering for ultrafast ultrasound imaging. IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). , 1-4 (2021).
  27. Beliard, B., et al. Ultrafast Doppler imaging and ultrasound localization microscopy reveal the complexity of vascular rearrangement in chronic spinal lesions. Sci Rep. 12 (1), 6574(2022).
  28. Yu, J. -J., et al. Ultrafast ultrasound localization microscopy method for spinal cord mircovasculature imaging. Acta Physica Sinica. 71 (17), 174302(2022).
  29. Yu, J., Dong, H., Ta, D., Xie, R., Xu, K. Super-resolution ultrasound microvascular angiography for spinal cord penumbra imaging. Ultrasound Med Biol. 49 (9), 2140-2151 (2023).
  30. Yan, S., et al. Ultrafast ultrasound vector Doppler for small vasculature imaging. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 70 (7), 613-624 (2023).
  31. Agyeman, K. A., et al. Functional ultrasound imaging of the human spinal cord. Neuron. 112 (10), 1710-1722 (2024).
  32. Khaing, Z. Z., et al. Perfusion imaging metrics after acute traumatic spinal cord injury are associated with injury severity in rats and humans. Sci Transl Med. 16 (765), eadn4970(2024).
  33. Williams, H. A unifying hypothesis for hydrocephalus, Chiari malformation, syringomyelia, anencephaly, and spina bifida. Cerebrospinal Fluid Res. 5, 7(2008).
  34. Heiss, J. D. Cerebrospinal fluid hydrodynamics in Chiari I malformation and syringomyelia: Modeling pathophysiology. Neurosurg Clin N Am. 34 (1), 81-90 (2023).
  35. Pinna, G., Alessandrini, F., Alfieri, A., Rossi, M., Bricolo, A. Cerebrospinal fluid flow dynamics study in Chiari I malformation: Implications for syrinx formation. Neurosurg Focus. 8 (3), E3(2000).
  36. Da Cunha, B. L. B., et al. Intraoperative neuromonitoring in Chiari I malformation surgery: A systematic review and meta-analysis. Neurosurg Rev. 47 (1), 634(2024).
  37. Verhoef, L., et al. Freehand ultrafast Doppler ultrasound imaging with optical tracking allows for detailed 3d reconstruction of blood flow in the human brain. IEEE Trans Med Imaging. , (2025).
  38. Fakhari, N., et al. Longitudinal assessment of cerebral blood volume variation in human neonates using ultrafast power Doppler and diverging waves. IEEE Trans Med Imaging. 42 (8), 2223-2234 (2023).
  39. Huang, L., et al. Improved ultrafast power Doppler imaging by using spatiotemporal Non-Local means filtering. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 69 (5), 1610-1624 (2022).
  40. Lok, U. W., et al. Ultrasound microvessel imaging of the human placenta demonstrates altered vessel densities in fetal growth restriction with vascular and immune pathologies: A pilot case-control study. J Ultrasound Med. 44 (2), 285-299 (2025).
  41. Desailly, Y., et al. Contrast enhanced ultrasound by real-time spatiotemporal filtering of ultrafast images. Phys Med Biol. 62 (1), 31-42 (2017).
  42. Martinoli, C., et al. Power Doppler sonography: Clinical applications. Eur J Radiol. 27 Suppl2, S133-S140 (1998).
  43. Tanter, M., Fink, M. Ultrafast imaging in biomedical ultrasound. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 61 (1), 102-119 (2014).
  44. Bonow, R. H., Young, C. C., Bass, D. I., Moore, A., Levitt, M. R. Transcranial Doppler ultrasonography in neurological surgery and neurocritical care. Neurosurg Focus. 47 (6), E2(2019).
  45. Wagshul, M. E., et al. The pulsating brain: A review of experimental and clinical studies of intracranial pulsatility. Fluids Barriers CNS. 8 (1), 5(2011).
  46. Sun, Q., Fu, Y., Yan, S., Xu, K. 4-D vector Doppler imaging using row-column addressed array. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 72 (2), 202-214 (2025).
  47. Sun, Q., et al. Single crystal row-column array-based rat brain 3-D ultrasound localization microscopy. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 72 (6), 698-708 (2025).
  48. Posada, D., et al. Staggered multiple-prf ultrafast color Doppler. IEEE Trans Med Imaging. 35 (6), 1510-1521 (2016).
  49. Poree, J., et al. Dealiasing high-frame-rate color Doppler using dual-wavelength processing. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 68 (6), 2117-2128 (2021).
  50. Tuccio, G., Afrakhteh, S., Iacca, G., Demi, L. Time-efficient ultrasound localization microscopy based on a novel radial basis function 2d interpolation. IEEE Trans Med Imaging. 43 (5), 1690-1701 (2024).
  51. Afrakhteh, S., Mento, F., Demi, L. Application of tensor completion for reducing the beamforming time in ultrafast ultrasound imaging: A Doppler ultrasound assessment. IEEE Ultrason Ferroelectr Freq Control Joint Symp (UFFC-JS). , 1-4 (2024).
  52. Afrakhteh, S., Iacca, G., Demi, L. A two-dimensional angular interpolation based on radial basis functions for high frame rate ultrafast imaging. J Acoust Soc Am. 154 (5), 3454-3465 (2023).
  53. Denarie, B., et al. Coherent plane wave compounding for very high frame rate ultrasonography of rapidly moving targets. IEEE Transactions on Medical Imaging. 32 (7), 1265-1276 (2013).
  54. Poree, J., et al. High-frame-rate echocardiography using coherent compounding with Doppler-based motion-compensation. IEEE Trans Med Imaging. 35 (7), 1647-1657 (2016).
  55. Hingot, V., Errico, C., Tanter, M., Couture, O. Subwavelength motion-correction for ultrafast ultrasound localization microscopy. Ultrasonics. 77, 17-21 (2017).
  56. Harput, S., et al. Two-stage motion correction for super-resolution ultrasound imaging in the human lower limb. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. 65 (5), 803-814 (2018).
  57. Yu, J., Cai, Y., Zeng, Z., Xu, K. Voxelmorph-based deep learning motion correction for ultrasound localization microscopy of spinal cord. IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. , 1752-1764 (2024).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

הסרטון יגיע בקרוב
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.