В отличие от существующих методов визуализации мозга — МРТ, КТ или ПЭТ — технология может применяться для визуализации любого пациента и пригодна для постоянного наблюдения, в том числе и в отделениях интенсивной терапии. Технология может быть представлена в портативном устройстве, которым можно оснастить кареты скорой помощи.
Исследователи уверены, что их технология будет безопасной, поскольку звуковые волны уже используются для ультразвукового сканирования, а принцип, предлагаемый ими, использует аналогичные частоты звука. Ультразвук не может легко проникнуть через кость, в то время как новое устройство, предназначенное для ношения в виде шлема, способно преодолеть этот барьер.
Новый подход представляет особую ценность для пациентов, обследуемых на предмет инсульта, являющегося второй по распространенности причиной смерти и самой распространенной причиной неврологической инвалидности у взрослых. Именно в случае инсульта необходима быстрая, универсально применимая и высококачественная визуализация. Особый интерес представляет тот факт, что эта же технология применяется в наблюдении за сейсмической активностью.
Доктор Луис Гуаш из Имперского департамента наук о Земле и инженерных наук рассказывает: «Техника визуализации, которая уже произвела революцию в одной области — сейсмической обработке, теперь может кардинально изменить другую — визуализацию мозга».
Профессор Брайан Уильямс, директор Центра биомедицинских исследований в Калифорнийском университете, добавляет: «Это необычайно важное достижение в области визуализации мозга, имеющее огромный потенциал для обеспечения доступного исследования в обычной клинической практике — для оценки повреждений при травме головы, инсульте и других заболевания головного мозга».
Ученые используют сейсмические данные и вычислительный алгоритм, называемый полной инверсией формы волны, чтобы отобразить внутреннюю часть Земли. Сейсмические данные от детекторов землетрясений (сейсмометров) включены в алгоритмы, которые извлекают трехмерные изображения земной коры. Их можно использовать для прогнозирования землетрясений и поиска резервуаров нефти и газа.
Этот подход адаптировали к медицинской визуализации, разработав метод, который использует звуковые волны с конечной целью — получение изображений мозга с высоким разрешением. Разработчики сконструировали шлем, оснащенный множеством акустических преобразователей, каждый из которых посылает звуковые волны через череп. Энергия ультразвука, которая распространяется через голову, регистрируется и подается через шлем в компьютер. Затем используются те же алгоритмы для анализа реверберации звука по всему черепу, создавая трехмерное изображение.
Исследователи проверили свой шлем на здоровом добровольце и обнаружили, что качество записанных сигналов было достаточным для алгоритма генерации детального изображения, и они уверены, что рассеянная энергия от мозга будет интерпретируемой. Используя компьютерное моделирование, они также обнаружили, что могут получать изображения высокого разрешения с достаточно низкими частотами звука, чтобы проникать в череп с безопасной интенсивностью.
Они также создали подробные компьютерные симуляции, основанные на свойствах различных типов ткани человеческого мозга, чтобы установить, что звуковые волны будут эффективны для составления изображений мозга с высоким разрешением.
Доктор Гуаш добавляет: «Это первый случай, когда геофизические алгоритмы применяются для визуализации человеческого черепа. Наша совместная многопрофильная команда ученых-геофизиков, биоинженеров и неврологов использует их для создания безопасного, дешевого и портативного метода генерации трехмерных ультразвуковых изображений человеческого мозга».