درخشان‌ترین اشعه ایکسی که تاکنون استفاده شده، نشان می‌دهد عروق ریوی به واسطه کووید 19 تغییر کرده‌اند.

آسیبی که در اثر کووید 19 در ریه‌ها ایجاد می‌شود، در کوچکترین رگ‌های خونی ریه‌ها با استفاده از اشعه ایکس پرانرژی که توسط نوع خاصی از شتاب‌دهنده ذرات ساطع شده، به طور پیچیده‌ای ثبت شده است.

دانشمندان UCL و مرکز تحقیقات سنکروتون (نوعی شتاب‌دهنده دایره‌ای ذرات؛ شتاب‌دهنده، دستگاهی است که در آن ذرات باردار به وسیله میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی تا سرعت‌های بسیار زیادی شتاب داده می‌شوند به طوری که سرعت بسیاری از آن‌ها حتی تا نزدیکی‌های سرعت نور می‌رسد.) در اروپا (ESRF) از یک فنّاوری تصویربرداری متحول‌کننده جدید به نام توموگرافی تمایز فازی سلسله مراتبی (HiP-CT) استفاده کردند که اعضای اهدا شده‌ی انسان، از جمله ریه‌های فرد اهداکننده‌ای که مبتلا به کووید 19 بود، بررسی شد.

HiP-CT نقشه‌برداری سه‌بعدی را در طیف وسیعی از مقیاس‌ها امکان‌پذیر می‌کند و به کادر درمان اجازه می‌دهد تا کلیت اندام را به صورتی‌که قبلاً انجام نشده، به شکل یک مجموعه واحد تصویربرداری کند و سپس تا سطح سلولی، دقیق شود.

این تکنیک از اشعه ایکس ارائه شده توسط سینکروتون اروپایی (یک شتاب‌دهنده ذرات) در Grenoble فرانسه استفاده می‌کند که به دنبال ارتقای نسل جدید سینکروتون با انرژی بالا (ESRF-EBS)، اکنون درخشان‌ترین منبع اشعه ایکس در جهان را که 100 میلیارد برابر روشن‌تر از اشعه ایکس بیمارستانی‌ست، فراهم می‌کند.

با توجه به این تابش شدید، محققان می‌توانند عروق خونی به قطر پنج میکرون (یک دهم قطر یک مو) در یک ریه سالم انسان را مشاهده کنند. آزمایش سی‌تی‌اسکن تنها عروق خونی را که حدود صد برابر بزرگترند و قطر آن‌ها حدود یک میلی‌متر است، مشخص می‌کند.

دکتر Claire Walsh (مهندس مکانیک UCL) گفت: «توانایی دیدن اندام‌ها در مقیاس‌هایی مانند این، واقعا تحولی برای تصویربرداری پزشکی خواهد بود. از آن جایی که ما به واسطه تکنیک‌های هوش مصنوعی شروع به مقایسه تصاویرHiP-CT با تصاویر آزمایشگاهی کردیم -برای اولین بار- قادر خواهیم بود تا یافته‌های مبهم در تصاویر آزمایشگاهی را با دقت بالایی صحت‌سنجی کنیم. برای درک آناتومی انسان، این تکنیکی بسیار جالب است و توانایی ارزیابی ساختار اندام‌های کوچک به صورت سه‌بعدی در فرم فضایی صحیح آن‌ها، برای درک چگونگی ساختار بدن ما و نحوه عملکرد آن‌ها کلیدی می‌باشد.»

تیم تحقیق که شامل کادر درمان آلمان و فرانسه‌اند، با استفاده از HiP-CT مشاهده کردند که چگونه عفونت شدید کووید 19 خون را بین دو مسیر مختلف هدایت می‌کند؛ مویرگ‌هایی که اکسیژن‌رسانی به خون را انجام می‌دهند و آن‌هایی که بافت ریه را تغذیه می‌کنند. چنین شبکه‌ای، اکسیژن‌رسانی معمول به خون را که قبلاً فرضیه بود اما اثبات نشده بود متوقف می‌کند.

دکتر Maximilian Ackermann (در مرکز پزشکی دانشگاه Mainz) کارگذار این تکنیک گفت: «کمی پس از آغاز پاندمی جهانی، ما با استفاده از روش‌های هیستوپاتولوژیک (تصویربرداری نوری از بافت) و مولکولی اثبات کردیم که کووید 19 یک بیماری عروقی وابسته به تمام اعضای بدن است. با این حال، این تکنیک‌ها به اندازه کافی به میزان تغییرات و لخته شدن رگ‌های خونی کوچک در همه جای ریه‌ها نپرداختند.»

Danny Jonigk استاد آسیب‌شناسی قفسه‌ی سینه، (در دانشکده پزشکیHannover آلمان) گفت: «ما با ترکیب متدهای مولکولی خودمان با تصویربرداری چندمقیاسی HiP-CT در ریه‌های درگیر با التهاب کووید 19، درک جدیدی از اینکه چگونه هدایت رگ‌های خونی در دو سیستم عروقی ریه‌های آسیب دیده با کووید 19 صورت می‌گیرد و چه تأثیری بر سطح اکسیژن سیستم گردش خون ما می‌گذارد، پیدا کردیم.»

دکتر Paul Tafforeau دانشمند سرپرست درESRF گفت: «ایده توسعه‌ی تکنیک جدید HiP-CT، بعد از آغاز پاندمی جهانی، با ترکیب تکنیک‌های متعددی که درESRF برای تصویربرداری از فسیل‌های بزرگ استفاده شد و با استفاده از نسل جدید سینکروتون با انرژی بالا (ESRF-EBS)، پیش آمد. این به ما این امکان را می‌دهد که رگ‌های بسیار کوچک درون یک اندام کامل انسان را به صورت سه‌بعدی ببینیم، و ما را قادر می‌سازد تا یک رگ خونی را به صورت سه‌بعدی از بافت اطراف تشخیص دهیم و حتّی برخی از سلول‌های خاص را مشاهده کنیم.»

این یک پیشرفت واقعی است، زیرا اندام های انسان فاصله کمی دارند و بنابراین تصویربرداری با جزئیات با تکنیک های موجود فعلی بسیار دشوار است. ESRF-EBS به ما این امکان را داده است که از رمزگشایی اسرار فسیل ها به دیدن بدن انسان به شکلی که قبلاً انجام نشده، برویم.

استفاده از HiP-CT برای ایجاد اطلس اندام‌ انسان

در حال حاضر با حمایت شرکت Chan Zuckerberg Initiative (CZI) تیمی تحت نظارت UCL که از HiP-CT برای تولید اطلس اندام انسان استفاده می‌کند، در حال راه اندازی است . این اطلس شش عضو کنترل اهدا شده را به نمایش خواهد گذاشت: مغز، ریه، قلب، دو کلیه و طحال و ریه بیماری که بر اثر کووید 19 جان باخته‌است. همچنین نمونه برداری ریه کنترل و بیوپسی ریه فرد مبتلا به کووید 19 وجود خواهد داشت. این اطلس به صورت آنلاین برای جراحان، پزشکان و عموم علاقمندان در دسترس خواهد بود.

سرپرست پروژه Professor Peter Lee (مهندس مکانیک UCL) گفت: «اطلس شامل مقیاسی است که قبلاً در دانش ناچیز ما از آناتومی انسان شناخته نشده ‌بود، که از مقیاس سانتی‌متر تا میکرون در اندام‌های سالم است. اسکن‌های آزمایشگاهی CT وMRI  می‌توانند تا حد یک میلی‌متر را مشخص کنند، در حالی که بافت‌شناسی (مطالعه سلول ها و برش‌های بیوپسی در زیر میکروسکوپ)، میکروسکوپ الکترونی (که از پرتو الکترونی برای ایجاد تصاویر استفاده می‌کند) و سایر تکنیک‌های مشابه، ساختارها را با دقتی درحد میکرون بررسی می‌کنند؛ اما فقط در بیوپسی‌های کوچک از بافت یک اندام. HiP-CT این مقیاس‌ها را به صورت سه‌بعدی نشان می‌دهد و از کل اندام‌ها تصویربرداری می‌کند تا بینش جدیدی از ماهیت بیولوژیکی به ما ارائه دهد.

دیدکلی در مورد بیماری‌ها و شرایط دیگر

محققان اطمینان دارند کاهش مقیاس تصویربرداری از کل اندام به سطح سلولی می‌تواند نگرش دیگری در مورد بسیاری از بیماری‌ها مانند سرطان یا بیماری آلزایمر ایجاد کند.

Willi Wagner، پزشک بالینی و رادیولوژیست در بیمارستان دانشگاه Heidelberg می‌گوید: « HiP-CT خلاء بزرگ تصویربرداری را در پزشکی انسانی جبران می‌کند. تصویربرداری بالینی، تصویرهای سه‌بعدی از بدن و اندام‌ها را ایجاد می‌کند اما تنها به مقیاس بزرگ محدود شده است. از سوی دیگر آسیب شناسی بافتی (histopathology) تصاویر دقیقی از بافت‌ها و سلول‌های مشتق شده از بخش‌های کوچک اندام‌ها را فراهم می‌کند. این تکنیک معمولاً به یک گستره کوچک و دوبعدی محدود می‌شود.HiP-CT تصویربرداری در مقیاس اندام و حتی بافت را ممکن کرده، رشته‌های بالینی رادیولوژی و آسیب‌شناسی را به طور محکم به هم مرتبط می‌کند و اطلاعات اساسی از ساختار سه بعدی بافت و الگوهای بیماری را که تاکنون مشاهده نشده‌اند، ایجاد می‌کند.

نویسندگان امیدوارند که درنهایت اطلس اندام انسان (Human Organ Atlas) مجموعه‌ای از بیماری‌های اثرگذار بر اندام‌ها در مقیاس‌های مختلف، از 1 الی 100 میکرون گرفته تا کل بدن را شامل شود و به پزشکان در تشخیص و درمان طیف وسیعی از بیماری‌ها کمک کند.

هم‌چنین این تیم به دنبال استفاده از علوم یادگیری ماشین و هوش مصنوعی به منظور تنظیم تصویربرداری‌های بالینی CT و MRI، فهم بیش‌تر تصویربرداری بالینی و تشخیص سریع‌تر و دقیق‌تر است.

این کار توسط شرکت Chan Zuckerberg، ﺗاﺳﻴﺴﺎت ﺗﺎﺑﺶ ﺳﻨﻜﺮوﺗﺮون اروﭘﺎﻳﻲ (ESRF)، انجمن تحقیقات پزشکی (MRC) انگلستان و آکادمی سلطنتی مهندسی حمایت شد و هم‌چنین توسط مرکز تحقیقاتی مربوط به ریه در آلمان (DZL, BREATH)، انجمن تحقیقات اروپا (ERC)، مرکز کالبدشکافی کووید19در آلمان (DeRegCOVID)، موسسه ملی بهداشت و تحقیقات پزشکی (INSERM)، دانشگاه Grenoble Alpes، بنیاد خیریه تحقیقات کلیه در انگلستان، سازمان‌های خیریه حمایت کننده تحقیقات پزشکی مانند Rosetrees Trust، Wellcome Trust و بیمارستان بزرگ خیابان اورموند (GOSH) پشتیبانی شده بود.

خلاصه: آسیب به کوچکترین رگ‌های خونی ریه در اثر کووید ۱۹ به طور دقیقی ثبت شده که این کار با استفاده از پرتوهای ایکس پرانرژی ساطع شده توسط نوع خاصی از شتاب دهنده ذرات صورت گرفته است.

منبع

مترجم: ستایش بصیری