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Sonda ecografica mappa il flusso sanguigno in tempo reale attraverso interi organi
Le applicazioni cliniche devono ancora essere dimostrate, ma la tecnica ha un forte potenziale per valutare i trapianti di rene, i disturbi del microcircolo coronarico, l’ictus, gli aneurismi e la neoangiogenesi nel cancro.
La microcircolazione, ovvero il flusso di sangue attraverso i vasi più piccoli, è responsabile della distribuzione di ossigeno e sostanze nutritive ai tessuti e agli organi di tutto il corpo.
La mappatura di questo flusso su scala dell’intero organo potrebbe migliorare la nostra comprensione del sistema circolatorio e migliorare la diagnosi dei disturbi vascolari.
A tal fine, i ricercatori dell’Istituto di Fisica per la Medicina di Parigi (Inserm, ESPCI-PSL, CNRS) hanno combinato la microscopia di localizzazione ecografica 3D (ULM) con un metodo di array multi-lente per visualizzare la dinamica del flusso sanguigno in interi organi con risoluzione micrometrica, riportando i loro risultati su Nature Communications.
«Oltre a comprendere il funzionamento di un organo su diverse scale spaziali, l’imaging della vascolarizzazione di un intero organo rivela le relazioni spaziali tra le reti macro e microvascolari, fornendo una valutazione completa della sua organizzazione strutturale e funzionale», spiega l’autore senior Clement Papadacci.
La tecnica 3D ULM funziona localizzando le microbolle iniettate per via endovenosa.
Offrendo una risoluzione spaziale circa dieci volte più fine rispetto agli ultrasuoni convenzionali, l’ULM 3D è in grado di mappare e quantificare le strutture vascolari su microscala.
Ma mentre il metodo si è dimostrato prezioso per mappare interi organi in piccoli animali, la visualizzazione di interi organi in grandi animali o esseri umani è ostacolata dai limiti della tecnologia esistente.
Per consentire un’ampia copertura del campo visivo mantenendo al contempo immagini ad alta risoluzione, il team, guidato dal dottorando Nabil Haidour sotto la supervisione di Papadacci, ha sviluppato una sonda multi-lente. La sonda è composta da una serie di 252 trasduttori a ultrasuoni di grandi dimensioni (4,5 mm²).
L’uso di elementi di grandi dimensioni aumenta l’area sensibile della sonda fino a un ingombro totale di 104 x 82 mm, pur mantenendo un numero di elementi relativamente basso.
Ogni elemento del trasduttore è dotato di una lente acustica divergente individuale.
“Gli elementi di grandi dimensioni da soli sono troppo indicativi per creare un’immagine, in quanto non possono generare una sovrapposizione o un’interferenza sufficiente tra i raggi”, spiega Papadacci.
“Le lenti acustiche riducono questa direttività, consentendo agli elementi di mettere a fuoco e combinare in modo coerente i segnali in ricezione, consentendo così la formazione di immagini volumetriche”.
Imaging di interi organi
Dopo aver convalidato il loro metodo tramite simulazioni numeriche ed esperimenti fantasma, il team ha utilizzato una sonda array multi-lente guidata da un sistema a ultrasuoni clinico per eseguire ULM dinamico 3D di un intero cuore suino espiantato, considerato un modello cardiaco ideale in quanto le sue anatomie vascolari e le sue dimensioni sono paragonabili a quelle degli esseri umani.
Dimostrazioni in vivo
Successivamente, i ricercatori hanno utilizzato la sonda multi-lente per visualizzare l’intero rene e fegato di un maiale anestetizzato presso la scuola veterinaria di Maison Alfort, con la sonda posizionata davanti al rene o al fegato, rispettivamente, e tenuta utilizzando un braccio articolato.
Hanno impiegato l’elettrocardiografia per sincronizzare le acquisizioni ecografiche con i periodi di minimo movimento respiratorio e hanno iniettato una soluzione di microbolle per via endovenosa nell’orecchio dell’animale.
La sonda ha mappato la rete vascolare del rene su un volume di 60 x 80 x 40 mm con una risoluzione spaziale di 147 μm. La velocità massima del flusso assoluto 3D era di circa 280 mm/s nei grandi serbatoi e i raggi dei serbatoi variavano da 70 a 400 μm.
Il team ha anche utilizzato le misurazioni del flusso direzionale per identificare i sistemi di flusso arterioso e venoso.
L’imaging del fegato è più impegnativo a causa dei movimenti respiratori, cardiaci e dello stomaco.
Tuttavia, l’ULM dinamico 3D ha consentito la visualizzazione ad alta profondità di un grande volume di vascolarizzazione epatica (65 x 100 x 82 mm) con una risoluzione spaziale di 200 μm.
Qui, i ricercatori hanno utilizzato la misurazione dinamica della velocità per identificare le tre reti sanguigne del fegato (vene arteriose, venose e portali).
“La combinazione dell’imaging volumetrico dell’intero organo con la quantificazione vascolare ad alta risoluzione affronta efficacemente i limiti chiave delle modalità esistenti, come l’imaging ecodoppler, l’angiografia TC e la risonanza magnetica a flusso 4D”, scrivono.
Le applicazioni cliniche dell’ULM dinamico 3D devono ancora essere dimostrate, ma Papadacci suggerisce che la tecnica ha un forte potenziale per valutare i trapianti di rene, i disturbi del microcircolo coronarico, l’ictus, gli aneurismi e la neoangiogenesi nel cancro.
«Potrebbe anche diventare un potente strumento per monitorare la risposta al trattamento e il rimodellamento vascolare nel tempo», aggiunge.
Papadacci e colleghi prevedono che la traduzione in applicazioni umane sarà possibile nel prossimo futuro e prevedono di iniziare una sperimentazione clinica all’inizio del 2026.
Immagine CC BY 4.0/Nat. Commun. 10.1038/s41467-025-64911-z
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