گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

مجله تصویربرداری پزشکی

محدوده

مجله تصویربرداری پزشکی (JMI) امکان ارتباط و بایگانی تحقیقات بنیادی و ترجمه ای و همچنین برنامه های کاربردی متمرکز بر تصویربرداری پزشکی را فراهم می کند، زمینه ای که همچنان از پیشرفت های تکنولوژیک بهره می برد و پیشرفت های زیست پزشکی را در تشخیص زودهنگام به ارمغان می آورد. ، تشخیص و درمان بیماری و همچنین درک شرایط عادی. دامنه JMI شامل مطالعات عمیق از موارد زیر است:

فیزیک تصویربرداری و سیستم اکتساب در مدالیته‌ها و مقیاس‌های فضایی مختلف مانند رادیوگرافی اشعه ایکس، CT (توموگرافی کامپیوتری)، تصویربرداری اولتراسونیک، تصویربرداری پزشکی هسته‌ای از جمله PET (توموگرافی گسیل پوزیترون) و SPECT (توموگرافی کامپیوتری با گسیل تک فوتون)، MRI (توموگرافی کامپیوتری با گسیل فوتون) پیشرفت می‌کند. تصویربرداری رزونانس مغناطیسی)، تصویربرداری نوری شامل OCT (توموگرافی همدوسی نوری)، تصویربرداری فوتوآکوستیک، و سیستم‌های اکتسابی ترکیبی مانند PET/CT و PET/MRI

الگوریتم های بازسازی توموگرافی (مانند CT، MRI و OCT)

پیشرفت در سفارشی سازی و کاربرد پردازش تصویر و یادگیری عمیق در کنار عناصر مختلف زنجیره تصویربرداری، مانند طراحی آشکارساز، بازسازی توموگرافی، هوش مصنوعی و گردش کار

پیشرفت در تشخیص به کمک رایانه و تجزیه و تحلیل کمی تصویر از جمله سفارشی سازی و استفاده از بینایی رایانه، یادگیری ماشین و یادگیری عمیق در پشتیبانی تصمیم گیری

پیشرفت در تجسم و مدل سازی سیستم چشم و مغز انسان، از جمله مطالعات در درک تصویر و عملکرد مشاهده گر

پیشرفت در روش و کاربردهای ارزیابی فناوری

پیشرفت در آرشیو تصاویر و سیستم های ارتباطی (PACS)

پیشرفت در تصویربرداری اولتراسونیک از جمله سونوگرافی و تصویربرداری فوتو آکوستیک

پیشرفت در سیستم های هدایت شده با تصویر و روش های هدفمند، به عنوان مثال، در برنامه ریزی جراحی، برنامه ریزی پرتودرمانی و ترانوستیک

پیشرفت در آسیب شناسی دیجیتال و محاسباتی، از کسب داده های آسیب شناسی تا مدیریت، تجزیه و تحلیل و تفسیر آن توسط ناظران. موضوعات خاص شامل اکتساب تصویر، نمایش، تفسیر، تشخیص به کمک کامپیوتر، تجزیه و تحلیل کمی تصویر نمونه های آسیب شناسی، و تعامل بین سیستم های یادگیری ماشین و هوش انسانی در تجزیه و تحلیل تصاویر میکروسکوپی است.

پیشرفت در کاربردهای زیست پزشکی همه روش های تصویربرداری برای درک بیشتر مکانیسم های بیماری و همچنین فیزیولوژی طبیعی

مجله تصویربرداری پزشکی

"شناسایی جدید درون طبقاتی با حاشیه برای تصاویر پزشکی"

مجله اپتیک زیست پزشکی

"تشخیص عفونت COVID-19 مبتنی بر بزاق در محیطی واقعی با استفاده از طیف‌سنجی رامان بدون واکنش و یادگیری ماشینی"

مجله نوروفوتونیک

"بررسی تاثیر فرکانس مدولاسیون بر کیفیت تصویر توموگرافی اپتیکال پراکنده با چگالی بالا"

محدوده

فناوری‌های نوری جدید برای تصویربرداری و دستکاری ساختار و عملکرد مغز از تجسم اندامک‌های درون سلولی و مجموعه‌های پروتئین تا بررسی ماکروسکوپی غیرتهاجمی فعالیت قشر مغز در افراد انسانی. روش ها و کاربردها به سرعت در حال رشد هستند و پیشرفت های عمیقی را در درک پدیده های مغز مانند تحریک پذیری الکتریکی، مشارکت نوروگلیال، سیگنال دهی عصبی عروقی، فعالیت متابولیک و همودینامیک در سلامت و بیماری ایجاد می کنند. در رابط بین اپتیک و علوم اعصاب، نوروفوتونیکس پیشرفت‌های فناوری نوری قابل استفاده برای مطالعه مغز و تأثیر آنها بر کاربردهای اساسی و بالینی علوم اعصاب را پوشش می‌دهد. Neurophotonics مقالات بررسی شده را در مورد طیف گسترده ای از موضوعات منتشر می کند که تأثیر روش های نوری جدید در علوم اعصاب را برجسته می کند. برخی از نمونه های نماینده، اما نه جامع، شامل توسعه و کاربردهای زیر است:

روش های میکروسکوپی

روش های نانوسکوپی با وضوح فوق العاده

اپتوژنتیک و سایر روش های نوری دستکاری رفتار سلولی

گزارشگرها و محرک های نوری مصنوعی و رمزگذاری شده ژنتیکی

روش های پاکسازی نوری

روش‌هایی برای بررسی فیزیولوژی نوروگلیال و عروقی

روش‌های بررسی انرژی سلولی

روش‌های غیرتهاجمی اندازه‌گیری و تصویربرداری عملکرد مغز و فیزیولوژی

روش‌های فوتوآکوستیک از وضوح نوری تا وضوح صوتی

کاربردهای بالینی و ترجمه

روش های محاسباتی مربوط به درک و تفسیر اندازه گیری های نوری.

علوم اعصاب/میکروسکوپی/اپتوژنتیک

علوم اعصاب/میکروسکوپی/اپتوژنتیک: فناوری های جدید برای تصویربرداری عصبی در علوم اعصاب

صنعت نوروتکنولوژی - شامل دستگاه‌ها، تشخیص‌ها و داروهایی است که مغز و بقیه سیستم عصبی را هدف قرار می‌دهند.

میکروسکوپ

یک میکروسکوپ فلورسانس مینیاتوری و یکپارچه به نام nVista HD اولین بار در این رویداد به نمایش درآمد. توسعه‌دهنده اینسکوپیکس، شرکت (پالو آلتو، کالیفرنیا) این سیستم را بر اساس فناوری توسعه‌یافته در دانشگاه استنفورد استوار کرد: nVista HD امکان پخش ویدیوهای زنده و با کیفیت بالا از فعالیت‌های عصبی در مقیاس بزرگ را در موش‌های بیدار و دارای رفتار طبیعی فراهم می‌کند.

دستگاه های مولکولی (سانی ویل، کالیفرنیا) نسخه 2.5 نرم افزار اتوماسیون میکروسکوپی و تجزیه و تحلیل تصویر MetaMorph NX خود را به نمایش گذاشت که شامل ماژول هایی برای بررسی مورفولوژی عصبی و ساختارهای فیبر، پشتیبانی از دستگاه های روشنایی هدفمند، و حالت گرفتن تصویر با سرعت بالا است.

شرکت‌های میکروسکوپی سنتی‌تر نیز سیستم‌ها و قابلیت‌های جدیدی را منتشر کردند. به عنوان مثال، گروه تجاری میکروسکوپی کارل زایس (ینا، آلمان) Lightsheet Z.1 خود را معرفی کرد، یک سیستم میکروسکوپ فلورسانس ورقه نور (LSFM) برای تصویربرداری از فرآیندهای پویا در نمونه های زنده. اصل روشنایی سیستم، سمیت نوری بسیار کم و انکوباسیون یکپارچه را ارائه می دهد تا تصویربرداری را در طول ساعت ها یا چند روز یا بیشتر امکان پذیر کند. به خصوص در مورد ارگانیسم های بزرگتر، مانند مگس میوه یا جنین گورخرماهی، این رویکرد اطلاعات بیشتری نسبت به میکروسکوپ فلورسانس سنتی ارائه می دهد. و می تواند داده ها را از زوایای دید مختلف تولید کند که می تواند در بازسازی های سه بعدی و ویدیوهای تایم لپس ترکیب شود.

میزبان سمپوزیومی بود که پیشرفت‌ها در تصویربرداری عملکردی و نقشه‌برداری مغز در سطح میکروسکوپی، از جمله قابلیت جدید میدان تاریک با کنتراست بالا سیستم میکروسکوپ اسلاید مجازی VS120 را برجسته کرد. هم برای نمونه‌های رنگ‌آلود و هم برای نمونه‌های فلورسنت، تاریک‌فیلد درک ساختار و عملکرد را تسهیل می‌کند و سودمندی خاصی برای تصویربرداری مغز را نوید می‌دهد.

لایکا میکروسیستمز (وتزلار، آلمان) سیستم کانونی چند فلورسانس طیفی مبتنی بر منشور TCS SP8 جدید خود را با اسکن با سرعت بالا تا 428 فریم در ثانیه برجسته کرد. این دوربین میدان دید وسیع و انباشته شدن سریع Z را ارائه می دهد و اجزای نوری آن برای تقویت کنتراست و بهبود زنده ماندن در تصویربرداری سلول زنده طراحی شده اند.

استفاده از اپتوژنتیک برای درمان بیماری پارکینسون

استاندارد طلایی برای درمان بیماری پارکینسون دارو است. ترکیب موجود در این دارو، که قوی ترین دارو برای بیماری پارکینسون است، با افزایش سطح دوپامین در مغز، علائم کلیدی این بیماری مانند سفتی و کندی حرکت را کاهش می دهد. با این حال، این دارو عوارض جانبی عمده ای مانند دیسکینزی و ایجاد رفتارهای تکانشی دارد. تأثیر دارو نیز به مرور زمان از بین می رود.

با توجه به اینکه تخمین زده می شود بیش از 10 میلیون نفر در سراسر جهان با بیماری پارکینسون زندگی می کنند، نیاز فوری به درمان موثرتر وجود دارد. درمان جایگزین فعلی، درمان جراحی با تحریک عمیق مغز است که نویدبخش است. با این حال، تنها بخش کوچکی از بیماران پارکینسون این درمان را دریافت می کنند.

مطالعات نشان داده اند که تحریک عمقی مغز می تواند به طور موثری اختلال حرکتی را درمان کند و همچنین نشان داده است که در گسترش پنجره موثر موثر است. در حالی که این درمان بدون عوارض جانبی، مانند موارد مربوط به خلق و خو و شناخت نیست، درمان تحریک مغز یک حوزه درمانی امیدوارکننده برای کشف است.

اکنون دانشمندان در تلاش هستند تا درمان تحریک مغز را از طریق استفاده از اپتوژنتیک بهینه کنند. این فرضیه وجود دارد که اپتوژنتیک می تواند شکاف های مهمی را در دانش ما از بیماری پارکینسون روشن کند تا دانشمندان بتوانند یک گزینه درمانی پیشرفته و خاص برای بیمار ارائه دهند.

قبل از اینکه اپتوژنتیک به پتانسیل کامل خود برسد، تحقیقات بیشتری در این زمینه مورد نیاز است. در سال‌های آتی، احتمالاً شاهد پیشرفت‌های مهم تری از مطالعات با استفاده از دستگاه‌های اپتوژنتیک قابل کاشت خواهیم بود، که احتمالاً در ابتدا حوزه بیماری‌های عصبی بیشترین سود را خواهد داشت.

تشخیص، نوروتکنولوژی و اپتوژنتیک

تحقیقات اخیر پیش‌بینی می‌کند که فوتونیک در بیش از 20 درصد تست‌های تشخیصی تا سال 2035 مورد استفاده قرار خواهد گرفت و ممکن است نقش کلیدی در افزایش کارایی و کارایی تست‌های تشخیصی داشته باشد. همه‌گیری COVID-19 اهمیت اپتیک را در تشخیص برجسته کرد و هر یک از آزمایش‌های روزانه PCR بریتانیا از طریق فناوری لیزر خوانده می‌شد. در حالی که پیش از این اپتیک کلید تشخیص بود، بیماری همه گیر بر اهمیت آنها تأکید کرد.

ابزارهای مبتنی بر فوتونیک در حال حاضر سالانه 2.5 میلیارد پوند از سیستم مراقبت بهداشتی ملی بریتانیا را تشکیل می دهند که معادل 4٪ از کل بودجه آن است. پیش‌بینی می‌شود که این رقم در سال‌های آینده افزایش یابد، با مزایای راه‌حل‌های نوری، مانند مقرون‌به‌صرفه بودن و کارایی آن‌ها، که منجر به استفاده بیشتر از فوتونیک نسبت به آزمایش‌های سنتی می‌شود که عموماً در درازمدت ناپایدار و غیرقابل‌قابل هستند.

تا سال 2035، پیش‌بینی می‌شود که پیشرفت‌ها در فوتونیک یکپارچه اجازه آزمایش‌هایی را می‌دهد که در حال حاضر به ابزارهایی در اندازه آزمایشگاهی نیاز دارند تا روی تراشه‌های مینیاتوری انجام شوند. این امر چهره تشخیص را تغییر می‌دهد، با انجام آزمایش به بالین، اتاق عمل و جراحی پزشک عمومی.

نور چهره تشخیص پزشکی و درمان را تغییر خواهد داد. این به دانشمندان این امکان را می دهد تا بینش مهمی در مورد ماهیت بیماری و نحوه تأثیر آن بر افراد مختلف به دست آورند.

ابزارهای اپتوژنتیک قابل کاشت برای تحقیقات پزشکی و پیشرفت پزشکی در دهه آینده یا بیشتر اهمیت فزاینده ای دارند. آنها در حال حاضر در تحقیقات، به ویژه بررسی بیماری هایی که بر مغز تأثیر می گذارد، استفاده می شوند.

توسعه دستگاه های اپتوژنتیک شاخه جدیدی از فناوری عصبی را باز می کند که از رابط های نوری مغز و رایانه استفاده می کند. این رشته به طور بالقوه می تواند رویکردهای درمانی جدیدی را برای شرایط مزمن و همچنین کاهش هزینه های مراقبت ارائه دهد. در زیر، نحوه استفاده از این فناوری برای درمان بیماری پارکینسون را شرح می دهیم.

اپتوژنتیک در قلب و عروق

دستگاه‌های انتوژنتیک قابل کاشت به دانشمندان برای تحقیق در مورد بیماری‌های قلبی عروقی کمک می‌کنند. از این رو، رویکردهای جدید تشخیصی و درمانی موثر توسعه یافته است.

دستگاه های انتوژنتیک قابل کاشت می توانند سیگنال های مختلف بیوفیزیکی، شیمیایی و محیطی را اندازه گیری کنند. دانشمندان می‌توانند این نوع داده‌ها را که در طول زمان جمع‌آوری شده است، تجزیه و تحلیل کنند تا به غربالگری بیماری‌ها و همچنین به دست آوردن درک عمیق‌تری از نحوه ظهور و پیشرفت بیماری‌ها کمک کنند، که منجر به توسعه گزینه‌های درمانی مؤثرتر و شخصی‌تر می‌شود.

از نظر بیماری های قلبی عروقی، رابط های شفاف برای تحقیقات قلب ایجاد شده است و قبلاً به عنوان یک ابزار حیاتی در تحقیقات الکتروفیزیولوژی نوری ایجاد شده است. به عنوان مثال، نانوسیم‌های نقره یک‌بعدی (Ag NWs) و طلا (Au) در دستگاه‌های شفاف با رسانایی الکتریکی عالی و درجات بالایی از انعطاف‌پذیری مکانیکی استفاده شده‌اند. این به دانشمندان اجازه داد تا بیماری های قلبی عروقی را بررسی کنند.

دستگاه های اپتوژنتیک بی سیم جایگزین راه حل های مرسوم برای بیماری های قلبی عروقی شده اند. دستگاه‌های نوآورانه‌ای برای ضربان‌زنی مزمن یا خاتمه برنامه‌ریزی‌شده آریتمی‌ها ایجاد شده‌اند که نسبت به گزینه‌های سنتی مزایایی مانند انعطاف‌پذیری و حداقل تهاجم آن‌ها دارند.

پیشرفت تحقیقات پزشکی با دستگاه های اپتوژنتیک قابل کاشت

اپتوژنتیک یک رشته نوظهور است که از نور و مهندسی ژنتیک برای شناسایی و کنترل فعالیت پروتئین ها یا نورون های اصلاح شده ژنتیکی استفاده می کند.

کار در زمینه اپتوژنتیک چندین دهه پیش آغاز شد، با این حال، در سال 2002 زمانی که زملمن و همکارانش روشی را برای فعال کردن گروه‌هایی از نورون‌های حساس به رودوپسین از طریق تحریک نوری ایجاد کردند، اولین پیشرفت خود را در علوم اعصاب جریان اصلی ایجاد کرد. از آن زمان، دانشمندان به طور فزاینده ای به حوزه اپتوژنتیک علاقه مند شده اند و تحقیقات زیادی برای استفاده از آن در کاربردهای متعدد انجام شده است.

اپتوژنتیک کاربردهای متعددی را در بخش‌های مختلف، از فناوری گرفته تا کشاورزی، توسعه داده است. در اینجا، ما بر چگونگی تحول در تحقیقات پزشکی برای تسهیل تشخیص سریع بیماری و ارائه نظارت و گزینه های درمانی جدید برای بیماری های مختلف تمرکز می کنیم.