Una nuova potente tecnica di visualizzazione chiamata "High Definition Fiber Tracking" (HDFT) consentirà ai medici di vedere chiaramente, per la prima volta, le connessioni neurali interrotte da una lesione cerebrale traumatica (TBI) e da altri disturbi neurologici, proprio come i raggi X mostrano un osso fratturato, secondo i ricercatori dell'Università di Pittsburgh in un rapporto pubblicato online sul Journal of Neurosurgery.
Nel rapporto, i ricercatori descrivono il caso di un uomo di 32 anni che non indossava il casco quando il suo fuoristrada si è schiantato.
Inizialmente, le scansioni TAC mostravano sanguinamento e gonfiore sul lato destro del cervello, quello che controlla il movimento del lato sinistro del corpo. Una settimana dopo, mentre l'uomo era ancora in coma, una scansione MRI convenzionale del cervello ha mostrato lividi e gonfiore nella stessa zona. Quando si è svegliato tre settimane dopo, l'uomo non riusciva a muovere gamba, braccio e mano sinistre.
"Ci sono circa 1,7 milioni di casi di trauma cranico nel paese ogni anno, e troppo spesso le scansioni tradizionali non mostrano lesioni o mostrano un miglioramento nel corso del tempo anche se il paziente continua a patire", ha detto l'autore senior David O. Okonkwo, MD, Ph.D., neurochirurgo dell'UPMC, professore associato del Dipartimento di Neurochirurgia alla Pitt School of Medicine. "Fino ad ora, non abbiamo avuto un modo obiettivo di identificare quanto la ferita ha danneggiato il tessuto del cervello del paziente, prevedendo come andrà il paziente, o pianificando la riabilitazione per massimizzare il recupero".
Mappa di un milione di fibre cerebrali ottenuta dal nuovo sistema di tracciamento di fibre ad alta definizione. Credit: Walt Schneider Laboratory |
L'HDFT potrebbe essere in grado di fornire quelle risposte, ha detto il co-autore senior Walter Schneider, Ph.D., professore di psicologia al Learning Research and Development Center della Pitt (LRDC), la guida del team che ha sviluppato la tecnologia. I dati di sofisticati scanner MRI sono elaborati attraverso algoritmi informatici per rivelare il cablaggio del cervello con vividi dettagli e per individuare rotture dei cavi, chiamati tratti di fibre. Ogni tratto contiene milioni di connessioni neuronali.
"Nei nostri esperimenti, l'HDFT è stata in grado di identificare interruzioni nei percorsi neurali con una chiarezza che nessun altro metodo può dare", ha detto il Dr. Schneider. "Con essa, possiamo virtualmente sezionare 40 tratti di fibre importanti nel cervello per trovare le zone danneggiate e quantificare la percentuale di fibre perse rispetto al lato indenne del cervello o al cervello di individui sani. Ora, possiamo vedere chiaramente le rotture e identificare quali parti del cervello hanno perso i collegamenti".
Sono state eseguite scansioni HDFT del cervello del paziente di studio 4 e 10 mesi dopo che era stato ferito, ma ha anche avuto un'altra scansione con l'attuale tecnica più avanzata (diffusion tensor imaging - DTI), una metodica di imaging che raccoglie i dati di punti da 51 direzioni, mentre l'HDFT si basa sui dati di 257 direzioni. Per questi ultimi, il sito della lesione è stato confrontato con il lato sano del cervello, nonché con scansioni HDFT cerebrali di sei individui sani.
Solo la scansione HDFT ha identificato una lesione in un percorso di fibra motoria del cervello che si correla con i sintomi del paziente di debolezza del lato sinistro, comprese le fibre intatte per la maggior parte nella regione che controlla la gamba sinistra e interruzioni estese della regione che controlla la mano sinistra. Il paziente alla fine ha recuperato il movimento della gamba sinistra e del braccio sei mesi dopo l'incidente, ma ancora 10 mesi più tardi non poteva usare il polso e le dita in modo efficace. I ricercatori stanno esplorando con l'HDFT in altri protocolli di ricerca i problemi che si verificano nelle TBI: perdita di memoria, problemi di linguaggio, cambiamenti di personalità e cambiamenti cerebrali.
I neurochirurghi dell'UPMC hanno anche utilizzato la tecnologia per integrare la visualizzazione convenzionale, ha osservato Robert Friedlander, MD, professore e Direttore del Dipartimento di Neurochirurgia, alla Pitt School of Medicine, e professore incaricato di Neurochirurgia e Neurobiologia alla UPMC. Non ha partecipato a questo studio di ricerca. "Ho utilizzato le scansioni HDFT per mappare il mio approccio nella rimozione di alcuni tumori e anomalie vascolari che si trovano in aree del cervello che non possono essere raggiunte senza passare attraverso il tessuto normale", ha detto. "Mi guida ai significativi percorsi funzionali relativi alla lesione, in modo che possa prendere decisioni migliori su quali tratti di fibre devono essere evitati e quale potrebbe essere il sacrificio accettabile per mantenere la migliore qualità di vita del paziente dopo l'intervento chirurgico".
Il Dr. Okonkwo ha osservato che il paziente e la sua famiglia sono stati sollevati sapendo che non vi era evidenza di danni cerebrali che spiegassero le sue continue difficoltà. La squadra continua a valutare e validare l'utilità dell'HDFT come strumento di imaging del cervello, che quindi non è ancora disponibile [per un uso] di routine. "Siamo entusiasti dalle immagini dettagliate e significative che possiamo ottenere con questa tecnologia", ha detto il dottor Okonkwo. "L'HDFT può potenzialmemte cambiare il modo in cui gestiamo le TBI e gli altri disturbi cerebrali".
Altri autori includono Samuel L. Shin, Ph.D., Allison J. Hricik, MS, Megan Maserati, e Ava M. Puccio, Ph.D., tutti del Dipartimento di Neurochirurgia; Timothy Verstynen, Ph. D., Sudhir Pathak, MS, e Kevin Jarbo, tutti del LRDC; e Sue R. Beers, del Dipartimento di Psichiatria. Tutti dell'Università di Pittsburgh. Lo studio è stato finanziato dalla Defense Advanced Research Projects Agency.
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Fonte: Materiale della University of Pittsburgh Schools of the Health Sciences.
Riferimento: Samuel S. Shin et al. High-definition fiber tracking for assessment of neurological deficit in a case of traumatic brain injury: finding, visualizing, and interpreting small sites of damage: Case report VIDEO. Journal of Neurosurgery, 2012 DOI: 10.3171/2012.1.JNS111282.
Pubblicato in ScienceDaily il 2 marzo 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.
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