Yangi skanerlash usuli inson anatomiyasini o'rganishda inqilob qilishi mumkin bo'lgan katta tafsilotlarga ega tasvirlarni ishlab chiqaradi.
Pol Taforo o'zining COVID-19 nuri qurbonlarining birinchi eksperimental suratlarini ko'rganida, u muvaffaqiyatsizlikka uchradi deb o'yladi.Ta'lim bo'yicha paleontolog, Taforo butun Evropa bo'ylab guruhlar bilan bir necha oy davomida Frantsiya Alp tog'laridagi zarracha tezlatgichlarini inqilobiy tibbiy skanerlash vositalariga aylantirish uchun ishladi.
Bu 2020-yil may oyining oxirida edi va olimlar COVID-19 inson aʼzolarini qanday yoʻq qilishini yaxshiroq tushunishga intilishdi.Taforo Frantsiyaning Grenobl shahridagi Evropa Sinxrotron Radiatsiya Facility (ESRF) tomonidan ishlab chiqarilgan yuqori quvvatli rentgen nurlaridan foydalanishi mumkin bo'lgan usulni ishlab chiqish uchun topshirildi.ESRF olimi sifatida u tosh qoldiqlari va quritilgan mumiyalarning yuqori aniqlikdagi rentgen nurlari chegaralarini oshirdi.Endi u qog'oz sochiqlarning yumshoq, yopishqoq massasidan qo'rqib ketdi.
Tasvirlar ularga ilgari ko'rmagan tibbiy kompyuter tomografiyasidan ko'ra ko'proq tafsilotlarni ko'rsatdi, bu ularga olimlar va shifokorlarning inson organlarini tasavvur qilish va tushunishdagi o'jar bo'shliqlarni bartaraf etishga imkon berdi."Anatomiya darsliklarida, uni ko'rsangiz, u katta masshtabli, u kichik o'lchamli va ular bir sababga ko'ra chiroyli qo'lda chizilgan tasvirlardir: ular badiiy talqin, chunki bizda tasvirlar yo'q", - London Universitet kolleji (UCL) ) dedi..Katta tadqiqotchi Kler Uolsh dedi."Biz birinchi marta haqiqiy narsani qila olamiz."
Taforo va Uolsh 30 dan ortiq tadqiqotchilardan iborat xalqaro guruhning bir qismi bo'lib, ular ierarxik fazali kontrastli tomografiya (HiP-CT) deb nomlangan kuchli yangi rentgen skanerlash texnikasini yaratdilar.Uning yordamida ular nihoyat insonning to'liq a'zosidan tananing eng mayda qon tomirlari yoki hatto alohida hujayralarning kengaytirilgan ko'rinishiga o'tishlari mumkin.
Ushbu usul allaqachon COVID-19 o'pkadagi qon tomirlarini qanday shikastlashi va qayta qurishi haqida yangi ma'lumot beradi.Uning uzoq muddatli istiqbollarini aniqlash qiyin bo'lsa-da, HiP-CT kabi hech narsa ilgari mavjud bo'lmagani uchun, uning salohiyatidan hayajonlangan tadqiqotchilar kasallikni tushunish va inson anatomiyasini aniqroq topografik xarita bilan xaritalashning yangi usullarini ishtiyoq bilan o'ylab topmoqdalar.
UCL kardiologi Endryu Kuk shunday dedi: "Ko'pchilik biz yuzlab yillar davomida yurak anatomiyasini o'rganayotganimizdan hayron bo'lishlari mumkin, ammo yurakning normal tuzilishi, ayniqsa yurak ... Mushak hujayralari va uning qanday o'zgarishi bo'yicha konsensus yo'q. yurak urganida."
"Men butun faoliyatim davomida kutganman", dedi u.
HiP-CT texnikasi ikki nemis patologi SARS-CoV-2 virusining inson tanasiga jazolovchi ta'sirini kuzatish uchun raqobatlashganida boshlangan.
Gannover tibbiyot maktabining torakal patologi Denni Jonigk va Maynts universiteti tibbiyot markazining patologi Maksimilian Akermann Xitoyda g'ayrioddiy pnevmoniya holati haqidagi xabarlar tarqala boshlaganda, hushyor turishgan.Ikkalasi ham o'pka kasalliklarini davolashda tajribaga ega edi va darhol COVID-19 g'ayrioddiy ekanligini bilishdi.Er-xotin, ayniqsa, COVID-19 bemorlarini hushyor ushlab turuvchi, ammo qondagi kislorod miqdorini pasayishiga olib keladigan "jim gipoksiya" haqidagi xabarlardan xavotirda edi.
Ackermann va Jonig SARS-CoV-2 qandaydir tarzda o'pkadagi qon tomirlariga hujum qiladi, deb gumon qilmoqda.2020 yil mart oyida kasallik Germaniyaga tarqalgach, er-xotin COVID-19 qurbonlarini otopsiya qilishni boshladilar.Tez orada ular o'zlarining qon tomir gipotezalarini to'qimalar namunalariga qatron kiritib, so'ngra to'qimalarni kislotada eritib, asl tomirlarning aniq modelini qoldirib sinovdan o'tkazdilar.
Ushbu texnikadan foydalangan holda Ackermann va Jonigk COVID-19 dan o'lmagan odamlarning to'qimalarini o'lgan odamlarning to'qimalari bilan solishtirdi.Ular darhol COVID-19 qurbonlarida o'pkadagi eng kichik qon tomirlari buralib, qayta tiklanganini ko'rdilar.2020-yilning may oyida internetda eʼlon qilingan ushbu muhim natijalar shuni koʻrsatadiki, COVID-19 nafas yoʻllari kasalligi emas, balki butun tana aʼzolariga taʼsir qilishi mumkin boʻlgan qon tomir kasalligidir.
"Agar siz tanadan o'tib, barcha qon tomirlarini tekislasangiz, siz 60 000 dan 70 000 milyagacha masofani bosib o'tasiz, bu ekvator atrofidagi masofadan ikki baravar ko'pdir", dedi Vuppertal (Germaniya) patologi Ackermann..Uning qo‘shimcha qilishicha, agar bu qon tomirlarining atigi 1 foizi virus hujumiga uchrasa, qon oqimi va kislorodni singdirish qobiliyati buziladi, bu esa butun organ uchun halokatli oqibatlarga olib kelishi mumkin.
Jonigk va Ackermann COVID-19 ning qon tomirlariga ta'sirini anglab etgach, ular zararni yaxshiroq tushunishlari kerakligini tushunishdi.
KT kabi tibbiy rentgen nurlari butun organlarning ko'rinishini ta'minlashi mumkin, ammo ular etarlicha yuqori aniqlikka ega emas.Biopsiya olimlarga to‘qima namunalarini mikroskop ostida tekshirish imkonini beradi, ammo olingan tasvirlar butun organning faqat kichik bir qismini ifodalaydi va COVID-19 o‘pkada qanday rivojlanishini ko‘rsata olmaydi.Va jamoa ishlab chiqqan qatron texnikasi to'qimalarni eritishni talab qiladi, bu namunani yo'q qiladi va keyingi tadqiqotlarni cheklaydi.
“Oxir-oqibat, [o'pka] kislorod oladi va karbonat angidrid chiqib ketadi, lekin buning uchun u juda nozik masofada joylashgan minglab kilometrlik qon tomirlari va kapillyarlarga ega ... bu deyarli mo''jizadir", dedi Jonigk, asoschi. Germaniya o'pka tadqiqot markazining bosh tergovchisi."Xo'sh, qanday qilib biz organlarni yo'q qilmasdan COVID-19 kabi murakkab narsani baholashimiz mumkin?"
Jonigk va Ackermannga misli ko'rilmagan narsa kerak edi: tadqiqotchilarga organ qismlarini hujayra miqyosida kattalashtirishga imkon beradigan bir xil organning bir qator rentgenogrammalari.2020-yil mart oyida nemis dueti o‘zlarining uzoq yillik hamkori, materialshunos va UCLning rivojlanayotgan texnologiyalar kafedrasi Piter Li bilan bog‘landi.Lining ixtisosligi kuchli rentgen nurlari yordamida biologik materiallarni o'rganishdir, shuning uchun uning fikrlari darhol Frantsiya Alp tog'lariga aylandi.
Yevropa sinxrotron radiatsiya markazi Grenoblning shimoli-g‘arbiy qismida, ikki daryo tutashadigan uchburchak er uchastkasida joylashgan.Ob'ekt zarracha tezlatgich bo'lib, elektronlarni aylana orbitalarida yarim milya uzoqlikda deyarli yorug'lik tezligida yuboradi.Ushbu elektronlar aylana bo'ylab aylanayotganda, orbitadagi kuchli magnitlar zarralar oqimini burishtirib, elektronlar dunyodagi eng yorqin rentgen nurlarini chiqarishiga olib keladi.
Ushbu kuchli nurlanish ESRF ga mikrometr yoki hatto nanometr shkalasidagi ob'ektlarga josuslik qilish imkonini beradi.U ko'pincha qotishmalar va kompozitlar kabi materiallarni o'rganish, oqsillarning molekulyar tuzilishini o'rganish va hatto toshni suyakdan ajratmasdan qadimgi fotoalbomlarni qayta tiklash uchun ishlatiladi.Ackermann, Jonigk va Li ulkan asbobdan inson organlarining dunyodagi eng batafsil rentgenogrammalarini olish uchun foydalanmoqchi edi.
Taforo-ga kiring, uning ESRFdagi ishi sinxrotron skanerlash ko'rish mumkin bo'lgan chegaralarni oshirdi.Uning ta'sirchan hiyla-nayranglari ilgari olimlarga dinozavr tuxumlari va ochiq mumiyalarni kesib tashlashga imkon bergan va deyarli darhol Taforo sinxrotronlar nazariy jihatdan butun o'pka loblarini yaxshi skanerlashi mumkinligini tasdiqladi.Ammo, aslida, butun inson a'zolarini skanerlash juda katta muammodir.
Bir tomondan, taqqoslash muammosi mavjud.Standart rentgen nurlari turli materiallarning qancha nurlanishni o'zlashtirganiga qarab tasvirlarni yaratadi, og'irroq elementlar engilroqlarga qaraganda ko'proq so'riladi.Yumshoq to'qimalar asosan engil elementlardan - uglerod, vodorod, kislorod va boshqalardan iborat bo'lib, ular klassik tibbiy rentgenogrammada aniq ko'rinmaydi.
ESRFning ajoyib jihatlaridan biri shundaki, uning rentgen nurlari juda izchil: yorug'lik to'lqinlarda tarqaladi va ESRF holatida uning barcha rentgen nurlari bir xil chastotada va hizalanishda boshlanadi, doimo tebranadi, xuddi qolgan oyoq izlari kabi. Zen bog'i orqali Reik tomonidan.Ammo bu rentgen nurlari ob'ekt orqali o'tayotganda, zichlikdagi nozik farqlar har bir rentgen nurining yo'ldan biroz chetga chiqishiga olib kelishi mumkin va rentgen nurlari ob'ektdan uzoqlashgani sababli farqni aniqlash osonroq bo'ladi.Ushbu og'ishlar ob'ekt ichidagi nozik zichlik farqlarini, hatto u engil elementlardan tashkil topgan bo'lsa ham, ochib berishi mumkin.
Ammo barqarorlik boshqa masala.Bir qator kattalashtirilgan rentgen nurlarini olish uchun organni tabiiy shaklda mahkamlash kerak, shunda u millimetrning mingdan bir qismidan ko'proq egilmaydi yoki harakatlanmaydi.Bundan tashqari, bir organning ketma-ket rentgen nurlari bir-biriga mos kelmaydi.Biroq, tananing juda moslashuvchan bo'lishi mumkinligini aytishga hojat yo'q.
Li va uning UCLdagi jamoasi sinxrotron rentgen nurlariga bardosh bera oladigan konteynerlarni loyihalashtirishni maqsad qilgan va shu bilan birga iloji boricha ko'proq to'lqinlarni o'tkazib yuborgan.Li, shuningdek, loyihani umumiy tashkil qilish bilan shug'ullangan, masalan, Germaniya va Frantsiya o'rtasida inson organlarini tashish tafsilotlari va skanerlarni qanday tahlil qilishni aniqlashga yordam berish uchun biotibbiyot katta ma'lumotlariga ixtisoslashgan Uolshni yollagan.Frantsiyada Taforo ishi skanerlash jarayonini takomillashtirish va Li jamoasi qurayotgan idishda organni qanday saqlashni aniqlashni o'z ichiga olgan.
Tafforo organlarning parchalanmasligi va tasvirlar iloji boricha aniq bo'lishi uchun ularni suvli etanolning bir necha qismlari bilan qayta ishlash kerakligini bilar edi.Shuningdek, u organning zichligiga to'liq mos keladigan narsada organni barqarorlashtirish kerakligini bilar edi.Uning rejasi qandaydir tarzda organlarni dengiz o'tlaridan olingan jelega o'xshash etanolga boy agarga joylashtirish edi.
Biroq, shayton tafsilotlarda - Evropaning ko'pchiligida bo'lgani kabi, Taforo ham uyda tiqilib, qulflangan.Shunday qilib, Taforo o'z tadqiqotini uy laboratoriyasiga o'tkazdi: U yillar davomida o'rta kattalikdagi sobiq oshxonani 3D printerlar, asosiy kimyo uskunalari va hayvonlar suyaklarini anatomik tadqiqotlar uchun tayyorlash uchun ishlatiladigan asboblar bilan bezashga sarfladi.
Taforo agarni qanday tayyorlashni aniqlash uchun mahalliy oziq-ovqat do'konidagi mahsulotlardan foydalangan.U hatto yaqinda tozalagan tomidan bo'ron suvini yig'ib, laboratoriya darajasidagi agar formulalarining standart tarkibiy qismi bo'lgan demineralizatsiyalangan suvni tayyorlaydi.Agarda organlarni qadoqlashni mashq qilish uchun u mahalliy so'yishxonadan cho'chqa ichaklarini oldi.
Taforo may oyining o'rtalarida cho'chqalarning o'pkasini birinchi sinovdan o'tkazish uchun ESRFga qaytish uchun tozalandi.Maydan iyungacha u Ackermann va Jonig Germaniyadan Grenoblga olib ketgan COVID-19 dan vafot etgan 54 yoshli erkakning chap o'pka bo'lagini tayyorladi va skanerladi.
"Birinchi rasmni ko'rganimda, elektron pochtamda loyihada ishtirok etgan barchaga kechirim so'rash xati bor edi: biz muvaffaqiyatsiz bo'ldik va men yuqori sifatli skanerdan o'tkaza olmadim", dedi u."Men ularga ikkita rasm yubordim, ular men uchun dahshatli edi, lekin ular uchun ajoyib."
Los-Anjelesdagi Kaliforniya universitetidan Li uchun tasvirlar hayratlanarli: butun a'zolar tasvirlari standart tibbiy kompyuter tomografiyasiga o'xshaydi, ammo "million marta ko'proq ma'lumot beradi".Kashfiyotchi go‘yo butun umri davomida o‘rmonni o‘rgangandek, yo ulkan reaktiv samolyotda o‘rmon uzra uchib o‘tgan yoki yo‘l bo‘ylab sayohat qilgandek.Endi ular qanotlarida qushlar kabi soyabon ustida uchib ketishadi.
Jamoa 2021-yil noyabr oyida HiP-CT yondashuvining birinchi toʻliq tavsifini eʼlon qildi va tadqiqotchilar shuningdek, COVID-19 oʻpkada qon aylanishining ayrim turlariga qanday taʼsir qilishi haqida maʼlumotlarni eʼlon qilishdi.
Skanerning kutilmagan foydasi ham bor edi: u tadqiqotchilarga do‘stlari va oila a’zolarini emlashga ishontirishga yordam berdi.COVID-19 ning og'ir holatlarida o'pkadagi ko'plab qon tomirlari kengaygan va shishgan ko'rinadi va kamroq darajada mayda qon tomirlarining g'ayritabiiy to'plamlari paydo bo'lishi mumkin.
"COVIDdan vafot etgan odamning o'pkasining tuzilishiga qaraganingizda, u o'pkaga o'xshamaydi - bu tartibsizlik", dedi Tafolo.
Uning qo‘shimcha qilishicha, hatto sog‘lom organlarda ham skanerlar hech qachon qayd etilmagan nozik anatomik xususiyatlarni aniqlagan, chunki hech bir inson organi bunchalik batafsil tekshirilmagan.Chan Zuckerberg Initiative (Facebook bosh direktori Mark Tsukerberg va Sukerbergning rafiqasi, shifokor Priskilla Chan tomonidan asos solingan notijorat tashkilot) tomonidan 1 million dollardan ortiq mablag‘ bilan HiP-CT jamoasi hozirda inson organlari atlasi deb ataladigan narsani yaratmoqda.
Hozirgacha jamoa Germaniyada COVID-19 otopsi paytida Ackermann va Jonigk tomonidan sovg'a qilingan organlar va sog'liqni saqlashni "nazorat qilish" organi LADAF asosida beshta organ - yurak, miya, buyraklar, o'pka va taloq skanerlarini chiqardi.Grenobl anatomik laboratoriyasi.Jamoa ma'lumotlarni, shuningdek, Internetda erkin mavjud bo'lgan ma'lumotlar asosida parvoz filmlarini ishlab chiqardi.Inson organlari atlasi jadal kengayib bormoqda: yana 30 ta organ skanerdan o‘tkazildi, yana 80 tasi esa turli tayyorgarlik bosqichida.40 ga yaqin turli tadqiqot guruhlari yondashuv haqida ko'proq bilish uchun jamoa bilan bog'lanishdi, dedi Li.
UCL kardiologi Kuk asosiy anatomiyani tushunish uchun HiP-CT dan foydalanishda katta imkoniyatlarni ko'radi.O'pka kasalliklariga ixtisoslashgan UCL radiologi Jo Jeykobning ta'kidlashicha, HiP-CT "kasallikni tushunish uchun bebaho bo'ladi", ayniqsa qon tomirlari kabi uch o'lchovli tuzilmalarda.
Hatto san'atkorlar ham jangga kirishdi.Londonda joylashgan Marshmallow Laser Feast tajribaviy san'at jamoasidan Barni Stil, u HiP-CT ma'lumotlarini immersiv virtual haqiqatda qanday o'rganish mumkinligini faol ravishda o'rganayotganini aytdi."Aslida biz inson tanasi bo'ylab sayohat yaratmoqdamiz", dedi u.
Ammo HiP-CT ning barcha va'dalariga qaramay, jiddiy muammolar mavjud.Uolshning so'zlariga ko'ra, birinchi navbatda, HiP-KT tekshiruvi "hayratlanarli miqdordagi ma'lumotni" hosil qiladi, ya'ni har bir organ uchun terabayt oson.Klinisyenlarga ushbu skanerlardan real dunyoda foydalanishga ruxsat berish uchun tadqiqotchilar ularni boshqarish uchun bulutga asoslangan interfeysni, masalan, inson tanasi uchun Google Xaritalarni ishlab chiqishga umid qilmoqdalar.
Shuningdek, ular skanerlashlarni ishlaydigan 3D modellarga aylantirishni osonlashtirishi kerak edi.Barcha kompyuter tomografiyasi usullari singari, HiP-CT ma'lum bir ob'ektning ko'plab 2D bo'limlarini olib, ularni bir joyga jamlash orqali ishlaydi.Bugungi kunda ham bu jarayonning aksariyati qo'lda amalga oshiriladi, ayniqsa g'ayritabiiy yoki kasal to'qimalarni skanerlashda.Li va Uolshning aytishicha, HiP-CT jamoasining ustuvor vazifasi bu vazifani osonlashtiradigan mashinani o'rganish usullarini ishlab chiqishdir.
Inson organlari atlasining kengayishi va tadqiqotchilarning ambitsiyalari ortishi bilan bu muammolar kengayadi.HiP-CT jamoasi loyiha organlarini skanerlashni davom ettirish uchun BM18 nomli eng yangi ESRF nurlanish qurilmasidan foydalanmoqda.BM18 kattaroq rentgen nurini ishlab chiqaradi, ya'ni skanerlash kamroq vaqt talab etadi va BM18 rentgen detektori skanerlanayotgan ob'ektdan 125 fut (38 metr) uzoqlikda joylashtirilishi mumkin, bu esa skanerlashni yanada aniqroq qiladi.BM18 natijalari allaqachon juda yaxshi, deydi Taforo, inson organi atlasining ba'zi original namunalarini yangi tizimda qayta skanerdan o'tkazgan.
BM18 juda katta ob'ektlarni ham skanerlashi mumkin.Yangi qurilma bilan jamoa 2023-yil oxirigacha bir zarbada inson tanasining butun tanasini skanerlashni rejalashtirmoqda.
Texnologiyaning ulkan salohiyatini o'rganar ekan, Taforo shunday dedi: "Biz haqiqatan ham boshidamiz."
© 2015-2022 National Geographic Partners, LLC.Barcha huquqlar himoyalangan.