Bidh innleachd sganaidh ùr a’ toirt a-mach ìomhaighean le mion-fhiosrachadh a dh’ fhaodadh sgrùdadh air anatomy daonna atharrachadh.
Nuair a chunnaic Paul Taforo a ’chiad ìomhaighean deuchainneach aige de luchd-fulaing aotrom COVID-19, bha e den bheachd gun do dh’ fhàilnich e.Na phalaontologist le bhith a’ trèanadh, chuir Taforo seachad mìosan ag obair le sgiobaidhean air feadh na Roinn Eòrpa gus luathaichean gràin anns na h-Alps Frangach a thionndadh gu bhith nan innealan sganaidh meidigeach rèabhlaideach.
Bha e aig deireadh a’ Chèitein 2020, agus bha luchd-saidheans gu mòr airson tuigse nas fheàrr fhaighinn air mar a bhios COVID-19 a’ sgrios buill-bodhaig daonna.Chaidh Taforo a bharantachadh gus dòigh-obrach a leasachadh a dh’ fhaodadh na X-ghathan àrd-chumhachd a chaidh a thoirt a-mach le Goireas Rèididheachd Synchrotron na h-Eòrpa (ESRF) ann an Grenoble, san Fhraing, a chleachdadh.Mar neach-saidheans ESRF, tha e air crìochan x-ghathan àrd-rèiteachaidh de fhosailean creige agus mummies tiormaichte a phutadh.A-nis bha e fo eagal leis an tomad bog, steigeach de tubhailtean pàipeir.
Sheall na h-ìomhaighean barrachd mion-fhiosrachaidh dhaibh na sgrùdadh CT meidigeach sam bith a chunnaic iad a-riamh roimhe, a’ toirt cothrom dhaibh faighinn thairis air beàrnan borb a thaobh mar a bhios luchd-saidheans agus dotairean a’ faicinn agus a’ tuigsinn buill-bodhaig daonna.“Ann an leabhraichean teacsa anatomy, nuair a chì thu e, tha e mòr, tha e beag, agus tha iad nan ìomhaighean brèagha air an tarraing le làimh airson aon adhbhar: is e mìneachaidhean ealanta a th’ annta leis nach eil ìomhaighean againn, ”thuirt Colaiste Oilthigh Lunnainn (UCL). ) thuirt..Thuirt an t-Àrd-neach-rannsachaidh Claire Walsh.“Airson a’ chiad uair is urrainn dhuinn an fhìor rud a dhèanamh. ”
Tha Taforo agus Walsh nam pàirt de sgioba eadar-nàiseanta de chòrr air 30 neach-rannsachaidh a tha air innleachd sganaidh X-ray ùr cumhachdach a chruthachadh leis an t-ainm Hierarchical Phase Contrast Tomography (HiP-CT).Leis, faodaidh iad mu dheireadh a dhol bho organ daonna iomlan gu sealladh nas motha de na soithichean-fala as lugha sa bhodhaig no eadhon ceallan fa leth.
Tha an dòigh seo mu thràth a’ toirt sealladh ùr air mar a bhios COVID-19 a’ milleadh agus ag ath-dhealbhadh shoithichean fala anns na sgamhanan.Ged a tha e duilich na dùilean fad-ùine aige a dhearbhadh leis nach eil dad mar HiP-CT air a bhith ann a-riamh roimhe, tha luchd-rannsachaidh air bhioran leis a’ chomas aige gu dealasach a ’coimhead air dòighean ùra air galair a thuigsinn agus anatomy daonna a mhapadh le mapa topografach nas cruinne.
Thuirt eòlaiche cairt-eòlais UCL Anndra Cooke: “Is dòcha gum bi iongnadh air a’ mhòr-chuid gu bheil sinn air a bhith a’ sgrùdadh anatomy a’ chridhe airson ceudan de bhliadhnaichean, ach chan eil co-aontachd ann mu structar àbhaisteach a’ chridhe, gu sònraichte a’ chridhe… an uair a bhuaileas an cridhe."
“Tha mi air a bhith a’ feitheamh fad mo chùrsa-beatha, ”thuirt e.
Thòisich an dòigh HiP-CT nuair a bha dithis eòlaiche-eòlaiche Gearmailteach a’ farpais gus sùil a chumail air buaidhean peanasach a’ bhìoras SARS-CoV-2 air bodhaig an duine.
Bha Danny Jonigk, eòlaiche-eòlaiche tùrach aig Sgoil Leigheis Hannover, agus Maximilian Ackermann, eòlaiche-inntinn aig Ionad Meidigeach an Oilthigh Mainz, gu math furachail nuair a thòisich naidheachdan mun chùis neo-àbhaisteach de neumonia a’ sgaoileadh ann an Sìona.Bha eòlas aig an dithis air a bhith a’ làimhseachadh tinneasan sgamhain agus bha fios aca sa bhad gu robh COVID-19 annasach.Bha a’ chàraid gu sònraichte draghail mu aithrisean mu “hypoxia sàmhach” a chùm euslaintich COVID-19 nan dùisg ach a thug air na h-ìrean ocsaidean fala aca tuiteam.
Tha amharas aig Ackermann agus Jonig gu bheil SARS-CoV-2 dòigh air choireigin a’ toirt ionnsaigh air na soithichean fala anns na sgamhanan.Nuair a sgaoil an galar dhan Ghearmailt sa Mhàrt 2020, thòisich a’ chàraid air autopsies air luchd-fulaing COVID-19.Cha b’ fhada gus an do rinn iad deuchainn air a’ bheachd-bharail falamh aca le bhith a’ stealladh roisinn a-steach do shamhlaichean clò agus an uairsin a’ sgaoileadh an stuth ann an searbhag, a’ fàgail modail neo-mhearachdach den t-searbhag thùsail.
A’ cleachdadh an dòigh seo, rinn Ackermann agus Jonigk coimeas eadar stuthan bho dhaoine nach do bhàsaich bho COVID-19 agus an fheadhainn bho dhaoine a rinn sin.Chunnaic iad sa bhad, ann an luchd-fulaing COVID-19, gun deach na soithichean fala as lugha anns na sgamhanan a thoinneamh agus ath-thogail.Tha na toraidhean comharraichte seo, a chaidh fhoillseachadh air-loidhne sa Chèitean 2020, a’ sealltainn nach e dìreach galar analach a th’ ann an COVID-19, ach galar falamh a bheir buaidh air buill-bodhaig air feadh na bodhaig.
“Ma thèid thu tron ​​​​bhodhaig agus ma cho-thaobhadh tu na soithichean fala gu lèir, gheibh thu 60,000 gu 70,000 mìle, a tha dà uair nas fhaide timcheall a’ chrios-meadhain, ”thuirt Ackermann, eòlaiche-eòlaiche à Wuppertal, a’ Ghearmailt..Thuirt e nan deidheadh ​​​​ionnsaigh a thoirt air dìreach 1 sa cheud de na soithichean fala sin leis a’ bhìoras, bhiodh sruth fala agus an comas ocsaidean a ghabhail a-steach air a chuir an cunnart, a dh’ fhaodadh buaidh sgriosail a thoirt air an organ gu lèir.
Cho luath ‘s a thuig Jonigk agus Ackermann buaidh COVID-19 air soithichean fala, thuig iad gu feumadh iad tuigse nas fheàrr fhaighinn air a’ mhilleadh.
Faodaidh x-ghathan meidigeach, leithid sganaidhean CT, seallaidhean de bhuill gu lèir a thoirt seachad, ach chan eil iad àrd gu leòr.Tha biopsy a’ leigeil le luchd-saidheans sgrùdadh a dhèanamh air sampallan clò fo mhiocroscop, ach chan eil na h-ìomhaighean a thig às a’ riochdachadh ach pàirt bheag den organ gu lèir agus chan urrainn dhaibh sealltainn mar a bhios COVID-19 a’ leasachadh anns na sgamhanan.Agus feumaidh an dòigh roisinn a leasaich an sgioba an clò a sgaoileadh, a sgriosas an sampall agus a chuireas casg air tuilleadh rannsachaidh.
“Aig deireadh an latha, bidh [na sgamhanan] a’ faighinn ocsaidean agus bidh carbon dà-ogsaid a ’dol a-mach, ach airson sin, tha mìltean de mhìltean de shoithichean fala agus capillaries ann, le farsaingeachd gu math tana… tha e cha mhòr na mhìorbhail,” thuirt Jonigk, a stèidhich prìomh neach-sgrùdaidh aig Ionad Sgrùdaidh Sgamhan na Gearmailt.“Mar sin ciamar as urrainn dhuinn rudeigin cho iom-fhillte ri COVID-19 a mheasadh gun a bhith a’ sgrios buill-bodhaig? ”
Bha feum aig Jonigk agus Ackermann air rudeigin nach fhacas a-riamh: sreath de x-ghathan den aon organ a leigeadh leis an luchd-rannsachaidh pàirtean den organ a leudachadh gu sgèile cealla.Anns a’ Mhàrt 2020, chuir an duo Gearmailteach fios chun cho-obraiche fad-ùine aca Peter Lee, neach-saidheans stuthan agus cathraiche air teicneòlasan a tha a’ tighinn am bàrr aig UCL.Is e speisealachadh Lee a bhith a’ sgrùdadh stuthan bith-eòlasach a’ cleachdadh X-ghathan cumhachdach, agus mar sin thionndaidh a smuaintean sa bhad gu Alps na Frainge.
Tha Ionad Rèididheachd Synchrotron na h-Eòrpa suidhichte air pìos talmhainn triantanach ann an iar-thuath Grenoble, far a bheil dà abhainn a’ coinneachadh.Is e luathadair gràin a th’ anns an nì a chuireas dealanan ann an orbitan cruinn leth mhìle a dh’fhaid aig faisg air astar an t-solais.Mar a bhios na dealanan sin a’ snìomh ann an cearcallan, bidh magnets cumhachdach ann an orbit a’ dlùthadh an t-sruth de ghràineanan, a’ toirt air na dealanan cuid de na X-ghathan as soilleire san t-saoghal a chuir a-mach.
Tha an rèididheachd cumhachdach seo a’ leigeil leis an ESRF spionadh a dhèanamh air nithean air an sgèile micrometer no eadhon nanometer.Bidh e gu tric air a chleachdadh airson stuthan leithid aloidhean agus stuthan co-dhèanta a sgrùdadh, sgrùdadh a dhèanamh air structar moileciuil phròtainean, agus eadhon gus seann fhosailean ath-chruthachadh gun a bhith a’ sgaradh clach bho chnàmh.Bha Ackermann, Jonigk agus Lee airson an ionnstramaid mhòr a chleachdadh gus na x-ghathan as mionaidiche san t-saoghal de bhuill daonna a ghabhail.
Cuir a-steach Taforo, aig a bheil obair aig ESRF air crìochan na chì sganadh synchrotron fhaicinn.Bha an raon drùidhteach de chleasan aige air leigeil le luchd-saidheans co-aoisean taobh a-staigh uighean dineosaur agus cha mhòr a bhith a’ gearradh mummies fosgailte, agus cha mhòr sa bhad dhearbh Taforo gum faodadh synchrotrons sgrùdadh math a dhèanamh air lobes sgamhain gu lèir.Ach gu dearbh, tha e na dhùbhlan mòr a bhith a’ sganadh buill-bodhaig iomlan an duine.
Air an aon làimh, tha duilgheadas coimeas ann.Bidh x-ghathan àbhaisteach a’ cruthachadh ìomhaighean stèidhichte air an ìre de rèididheachd a bhios diofar stuthan a’ gabhail a-steach, le eileamaidean nas truime a’ gabhail a-steach barrachd na feadhainn nas aotroime.Tha stuth bog sa mhòr-chuid air a dhèanamh suas de eileamaidean aotrom - carbon, hydrogen, ocsaidean, msaa - gus nach bi iad a’ nochdadh gu soilleir air x-ghath meidigeach clasaigeach.
Is e aon de na rudan sgoinneil mu ESRF gu bheil an giùlan X-ray aige gu math ciallach: bidh solas a’ siubhal ann an tonnan, agus a thaobh ESRF, bidh a ghathan-X gu lèir a’ tòiseachadh aig an aon tricead agus co-thaobhadh, a’ sìor oscillating, mar lorgan-coise air am fàgail. le Reik tro ghàrradh zen.Ach mar a bhios na X-ghathan sin a’ dol tron ​​nì, faodaidh eadar-dhealachaidhean beaga ann an dùmhlachd toirt air gach X-ghathan gluasad beagan bhon t-slighe, agus bidh an diofar nas fhasa a lorg leis gu bheil na x-ghathan a’ gluasad nas fhaide air falbh bhon nì.Faodaidh na claonaidhean sin eadar-dhealachaidhean dùmhlachd seòlta a nochdadh taobh a-staigh nì, eadhon ged a tha e air a dhèanamh suas de eileamaidean solais.
Ach tha seasmhachd na chùis eile.Gus sreath de x-ghathan leudaichte a ghabhail, feumaidh an t-òrgan a bhith air a shuidheachadh ann an cumadh nàdarra gus nach bi e a 'lùbadh no a' gluasad barrachd air mìleamh de mhìleatair.A bharrachd air an sin, cha bhith x-ghathan leantainneach den aon organ a’ freagairt ri chèile.Chan fheumar a ràdh, ge-tà, faodaidh an corp a bhith gu math sùbailte.
Bha Lee agus an sgioba aige aig UCL ag amas air soithichean a dhealbhadh a b’ urrainn seasamh an aghaidh X-ghathan synchrotron fhad ‘s a bha iad fhathast a’ leigeil nas urrainn de thonnan troimhe.Bha Lee cuideachd a’ làimhseachadh eagrachadh iomlan a’ phròiseict - mar eisimpleir, mion-fhiosrachadh mu bhith a’ giùlan buill-bodhaig daonna eadar a’ Ghearmailt agus an Fhraing - agus dh’fhastaidh e Walsh, a tha gu sònraichte an sàs ann an dàta mòr bith-mheidigeach, gus cuideachadh le bhith a’ faighinn a-mach mar a nì thu mion-sgrùdadh air na sganaidhean.Air ais san Fhraing, bha obair Taforo a’ toirt a-steach a bhith a’ leasachadh a’ mhodh sganaidh agus a’ faighinn a-mach mar a chumadh iad an t-òrgan anns a’ ghobhar a bha sgioba Lee a’ togail.
Bha fios aig Tafforo, gus nach biodh na buill-bodhaig a’ lobhadh, agus na h-ìomhaighean a bhith cho soilleir ‘s a ghabhas, gum feum iad a bhith air an giullachd le grunn earrannan de ethanol uisgeach.Bha fios aige cuideachd gum feumadh e an t-òrgan a dhèanamh seasmhach air rudeigin a bha dìreach a rèir dùmhlachd an orgain.B’ e am plana aige na buill-bodhaig a chuir ann an agar làn ethanol, stuth coltach ri jelly air a thoirt a-mach à feamainn.
Ach, tha an diabhal anns na mion-fhiosrachadh - mar anns a’ mhòr-chuid den Roinn Eòrpa, tha Taforo an sàs aig an taigh agus glaiste.Mar sin ghluais Taforo an rannsachadh aige gu obair-lann dachaigh: Chuir e seachad bliadhnaichean a’ sgeadachadh seann chidsin meadhanach mòr le clò-bhualadairean 3D, uidheamachd ceimigeachd bunaiteach agus innealan a chaidh a chleachdadh gus cnàmhan bheathaichean ullachadh airson sgrùdadh anatomical.
Chleachd Taforo toraidhean bhon bhùth ghrosaireachd ionadail gus faighinn a-mach mar a dhèanadh iad agar.Bidh e eadhon a’ cruinneachadh uisge stoirme bho mhullach a ghlan e o chionn ghoirid gus uisge demineralized a dhèanamh, tàthchuid àbhaisteach ann am foirmlean agar aig ìre obair-lann.Gus a bhith a’ pacadh organan ann an agar, thug e caolan muc bho thaigh-spadaidh ionadail.
Chaidh cead a thoirt do Taforo tilleadh chun ESRF ann am meadhan a’ Chèitein airson a’ chiad sgrùdadh sgamhain deuchainn de mhucan.Bhon Chèitean chun Ògmhios, dh’ ullaich agus rinn e sganadh air lobe sgamhain clì fireannach 54-bliadhna a bhàsaich le COVID-19, a thug Ackermann agus Jonig às a’ Ghearmailt gu Grenoble.
“Nuair a chunnaic mi a’ chiad ìomhaigh, bha litir leisgeul sa phost-d agam chun a h-uile duine a bha an sàs sa phròiseact: dh’ fhàilnich sinn agus cha b’ urrainn dhomh scan àrd-inbhe fhaighinn," thuirt e.“Chuir mi dà dhealbh thuca a bha uamhasach dhomh ach a bha math dhaibh.”
Airson Lee bho Oilthigh California, Los Angeles, tha na h-ìomhaighean iongantach: tha ìomhaighean làn-organ coltach ri sganaidhean CT meidigeach àbhaisteach, ach “millean uair nas fiosrachail.”Tha e mar gum biodh an rannsachair air a bhith a’ sgrùdadh na coille fad a bheatha, an dàrna cuid ag itealaich thairis air a’ choille ann am plèana jet mòr, no a’ siubhal air an t-slighe.A-nis tha iad ag èirigh gu h-àrd os cionn an canopy mar eòin air sgiathan.
Dh’ fhoillsich an sgioba a’ chiad làn chunntas aca air dòigh-obrach HiP-CT san t-Samhain 2021, agus chuir an luchd-rannsachaidh a-mach mion-fhiosrachadh cuideachd air mar a bheir COVID-19 buaidh air seòrsachan sònraichte de chuairteachadh anns na sgamhanan.
Bha buannachd ris nach robh dùil aig an scan cuideachd: chuidich e an luchd-rannsachaidh toirt a chreidsinn air caraidean is teaghlach a’ bhanachdach fhaighinn.Ann an droch shuidheachaidhean de COVID-19, tha coltas gu bheil mòran shoithichean fala anns na sgamhanan air an teannachadh agus air an slugadh, agus gu ìre nas lugha, faodaidh bagaichean neo-àbhaisteach de shoithichean fala beaga cruthachadh.
“Nuair a choimheadas tu air structar sgamhan bho neach a bhàsaich le COVID, chan eil e coltach ri sgamhan - tha e na bhreugan,” thuirt Tafolo.
Thuirt e, eadhon ann am buill-bodhaig fallain, gun do nochd na sganaidhean feartan anatomical seòlta nach deach a chlàradh a-riamh leis nach deach organ daonna a sgrùdadh cho mionaideach a-riamh.Le còrr air $ 1 millean ann am maoineachadh bho Iomairt Chan Zuckerberg (buidheann neo-phrothaideach a stèidhich Ceannard Facebook Mark Zuckerberg agus bean Zuckerberg, an lighiche Priscilla Chan), tha sgioba HiP-CT an-dràsta a’ cruthachadh rud ris an canar atlas de bhuill daonna.
Gu ruige seo, tha an sgioba air sganaidhean de chòig buill-bodhaig a leigeil ma sgaoil - an cridhe, an eanchainn, na dubhagan, na sgamhanan agus an spleen - stèidhichte air na h-organan a thug Ackermann agus Jonigk seachad rè an autopsy COVID-19 aca sa Ghearmailt agus an organ “smachd” slàinte LADAF.Obair-lann anatomical de Grenoble.Rinn an sgioba an dàta, a bharrachd air filmichean itealaich, stèidhichte air dàta a tha ri fhaighinn gu saor air an eadar-lìn.Tha an Atlas of Human Organs a 'leudachadh gu luath: chaidh 30 organ eile a sganadh, agus tha 80 eile aig diofar ìrean ullachaidh.Chuir faisg air 40 buidheann rannsachaidh eadar-dhealaichte fios chun sgioba gus barrachd ionnsachadh mun dòigh-obrach, thuirt Li.
Tha eòlaiche cairt UCL Cook a’ faicinn comas mòr ann a bhith a’ cleachdadh HiP-CT gus anatomy bunaiteach a thuigsinn.Thuirt an rèidio-eòlaiche UCL Joe Jacob, a tha gu sònraichte a’ dèiligeadh ri galar sgamhain, gum bi HiP-CT “air leth feumail airson galar a thuigsinn,” gu sònraichte ann an structaran trì-thaobhach leithid soithichean fala.
Chaidh eadhon an luchd-ealain a-steach don fhòram.Tha Barney Steele bhon cho-chruinneachadh ealain deuchainneach stèidhichte ann an Lunnainn Marshmallow Laser Feast ag ràdh gu bheil e gu gnìomhach a’ sgrùdadh mar as urrainnear dàta HiP-CT a sgrùdadh ann am fìrinn bogaidh.“Gu bunaiteach, tha sinn a’ cruthachadh turas tro chorp an duine, ”thuirt e.
Ach a dh'aindeoin a h-uile gealladh HiP-CT, tha fìor dhuilgheadasan ann.An toiseach, arsa Walsh, bidh scan HiP-CT a’ gineadh “meud iongantach de dhàta,” gu furasta terabyte gach organ.Gus leigeil le luchd-clionaigeach na sganaidhean sin a chleachdadh san fhìor shaoghal, tha an luchd-rannsachaidh an dòchas eadar-aghaidh stèidhichte air sgòthan a leasachadh airson an seòladh, leithid Google Maps airson bodhaig an duine.
Dh'fheumadh iad cuideachd a dhèanamh nas fhasa sganaidhean a thionndadh gu modalan 3D obrachail.Coltach ris a h-uile modh scan CT, bidh HiP-CT ag obair le bhith a’ toirt mòran sliseagan 2D de nì sònraichte agus gan cruachadh còmhla.Fiù ‘s an-diugh, tha mòran den phròiseas seo air a dhèanamh le làimh, gu sònraichte nuair a thathar a’ sganadh clò neo-àbhaisteach no galair.Tha Lee agus Walsh ag ràdh gur e prìomhachas sgioba HiP-CT dòighean ionnsachaidh innealan a leasachadh a nì an obair seo nas fhasa.
Leudaichidh na dùbhlain sin mar a bhios an atlas de bhuill daonna a’ leudachadh agus mar a bhios luchd-rannsachaidh a’ fàs nas àrd-amas.Tha an sgioba HiP-CT a’ cleachdadh an inneal beam ESRF as ùire, ainmichte BM18, gus leantainn air adhart a’ sganadh buill-bodhaig a’ phròiseict.Bidh am BM18 a’ toirt a-mach beam X-ray nas motha, a tha a’ ciallachadh gu bheil sganadh a’ toirt nas lugha de ùine, agus faodar an lorgaire X-ray BM18 a chuir suas gu 125 troigh (38 meatairean) air falbh bhon nì a thathar a’ sganadh, ga dhèanamh nas soilleire.Tha toraidhean BM18 mar-thà fìor mhath, arsa Taforo, a tha air cuid de na sampallan Atlas Organ Daonna tùsail a chuir air ais air an t-siostam ùr.
Faodaidh am BM18 cuideachd nithean fìor mhòr a sganadh.Leis a’ ghoireas ùr, tha an sgioba an dùil an torso iomlan de chorp an duine a sganadh ann an aon tuiteam sìos ro dheireadh 2023.
A’ sgrùdadh comas mòr an teicneòlais, thuirt Taforo, “Tha sinn dìreach aig an toiseach.”
© 2015-2022 National Geographic Partners, LLC.Còraichean uile glèidhte.