Ang usa ka bag-ong teknik sa pag-scan nagpatunghag mga imahe nga adunay daghang detalye nga mahimong magbag-o sa pagtuon sa anatomy sa tawo.
Sa dihang nakita ni Paul Taforo ang iyang unang eksperimento nga mga hulagway sa mga biktima sa kahayag sa COVID-19, naghunahuna siya nga napakyas siya.Usa ka paleontologist pinaagi sa pagbansay, si Taforo migugol ug mga bulan nga nagtrabaho kauban ang mga koponan sa tibuuk nga Europa aron himuon ang mga particle accelerator sa French Alps nga mahimong rebolusyonaryo nga mga himan sa pag-scan sa medikal.
Kadto sa katapusan sa Mayo 2020, ug ang mga siyentista naghinamhinam nga mas masabtan kung giunsa paglaglag sa COVID-19 ang mga organo sa tawo.Gisugo si Taforo sa paghimo og pamaagi nga makagamit sa high-power X-rays nga gihimo sa European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) sa Grenoble, France.Isip usa ka siyentipiko sa ESRF, iyang giduso ang mga utlanan sa mga high-resolution nga x-ray sa mga fossil sa bato ug mga uga nga mummies.Karon nahadlok siya sa humok, lagpot nga pundok sa mga tualya nga papel.
Ang mga hulagway nagpakita kanila og mas detalyado kay sa bisan unsang medikal nga CT scan nga ilang nakita kaniadto, nga nagtugot kanila sa pagbuntog sa gahi nga mga kal-ang sa kung giunsa paghanduraw ug pagsabot sa mga siyentipiko ug mga doktor ang mga organo sa tawo."Sa mga libro sa anatomy, kung makita nimo kini, kini dako nga sukod, kini gamay nga sukod, ug kini matahum nga mga imahe nga gidrowing sa kamot tungod sa usa ka hinungdan: kini mga artistikong paghubad tungod kay wala kami mga imahe," University College London (UCL). ) miingon..Ang Senior Researcher nga si Claire Walsh miingon."Sa unang higayon nga mahimo namo ang tinuod nga butang."
Ang Taforo ug Walsh kabahin sa usa ka internasyonal nga grupo sa labaw sa 30 ka mga tigdukiduki nga nakamugna og usa ka gamhanan nga bag-ong X-ray scanning technique nga gitawag og Hierarchical Phase Contrast Tomography (HiP-CT).Uban niini, sila sa katapusan makaadto gikan sa usa ka kompleto nga organo sa tawo ngadto sa usa ka gipadako nga pagtan-aw sa pinakagamay nga mga ugat sa dugo sa lawas o bisan sa indibidwal nga mga selula.
Kini nga pamaagi naghatag na ug bag-ong panabut kung giunsa ang COVID-19 nagdaot ug nagbag-o sa mga ugat sa dugo sa baga.Bisan kung ang dugay na nga mga palaaboton niini lisud mahibal-an tungod kay wala’y sama sa HiP-CT nga naglungtad kaniadto, ang mga tigdukiduki nga naghinamhinam sa potensyal niini madasigon nga naghanduraw sa mga bag-ong paagi aron masabtan ang sakit ug mapa ang anatomy sa tawo nga adunay mas tukma nga topographic nga mapa.
Ang cardiologist sa UCL nga si Andrew Cooke miingon: “Ang kadaghanan sa mga tawo tingali matingala nga kita nagtuon sa anatomy sa kasingkasing sulod sa gatusan ka tuig, apan walay konsensus sa normal nga istruktura sa kasingkasing, ilabina sa kasingkasing … kon ang kasingkasing mopitik.”
“Naghulat ko sa akong tibuok karera,” siya miingon.
Nagsugod ang teknik sa HiP-CT sa dihang nagtigi ang duha ka German pathologist aron masubay ang mga epekto sa pagsilot sa virus sa SARS-CoV-2 sa lawas sa tawo.
Danny Jonigk, usa ka thoracic pathologist sa Hannover Medical School, ug Maximilian Ackermann, usa ka pathologist sa University Medical Center Mainz, naa sa taas nga alerto samtang ang balita sa dili kasagaran nga kaso sa pneumonia nagsugod sa pagkaylap sa China.Ang duha adunay kasinatian sa pagtambal sa mga kondisyon sa baga ug nahibal-an dayon nga ang COVID-19 dili kasagaran.Ang magtiayon labi nga nabalaka bahin sa mga taho sa "silent hypoxia" nga nagpugong sa mga pasyente sa COVID-19 nga nagmata apan hinungdan nga ang lebel sa oxygen sa ilang dugo nahulog.
Si Ackermann ug Jonig nagduda nga ang SARS-CoV-2 sa usa ka paagi nag-atake sa mga ugat sa dugo sa baga.Sa dihang mikaylap ang sakit sa Germany kaniadtong Marso 2020, gisugdan sa magtiayon ang mga autopsy sa mga biktima sa COVID-19.Sa wala madugay ilang gisulayan ang ilang vascular hypothesis pinaagi sa pag-inject sa resin sa mga sample sa tisyu ug dayon pagtunaw sa tisyu sa acid, nagbilin sa usa ka tukma nga modelo sa orihinal nga vasculature.
Gamit kini nga teknik, gitandi ni Ackermann ug Jonigk ang mga tisyu gikan sa mga tawo nga wala mamatay gikan sa COVID-19 sa mga gikan sa mga tawo nga namatay.Diha-diha dayon nakita nila nga sa mga biktima sa COVID-19, ang pinakagamay nga mga ugat sa mga baga sa baga gilubag ug gitukod pag-usab.Kini nga landmark nga mga resulta, nga gipatik online kaniadtong Mayo 2020, nagpakita nga ang COVID-19 dili usa ka sakit sa respiratoryo, apan usa ka sakit sa vascular nga makaapekto sa mga organo sa tibuuk nga lawas.
“Kon moagi ka sa lawas ug ipahiangay ang tanang kaugatan sa dugo, makakuha ka ug 60,000 ngadto sa 70,000 ka milya, nga doble ang gilay-on palibot sa ekwador,” miingon si Ackermann, usa ka patologo gikan sa Wuppertal, Germany..Siya midugang nga kon 1 porsiyento lamang niining mga kaugatan sa dugo ang atakihon sa virus, ang pag-agos sa dugo ug ang katakos sa pagsuyop sa oksiheno makompromiso, nga mahimong mosangpot sa makadaot nga mga sangpotanan sa tibuok organ.
Kung nahibal-an ni Jonigk ug Ackermann ang epekto sa COVID-19 sa mga ugat sa dugo, nahibal-an nila nga kinahanglan nila nga mas masabtan ang kadaot.
Ang medikal nga x-ray, sama sa CT scan, makahatag ug mga panglantaw sa tibuok organo, apan dili kini taas nga resolusyon.Gitugotan sa usa ka biopsy ang mga siyentista nga susihon ang mga sample sa tisyu sa ilawom sa mikroskopyo, apan ang mga sangputanan nga mga imahe nagrepresentar lamang sa usa ka gamay nga bahin sa tibuuk nga organ ug dili ipakita kung giunsa ang pag-uswag sa COVID-19 sa baga.Ug ang teknik sa resin nga gihimo sa team nanginahanglan pagtunaw sa tisyu, nga makaguba sa sample ug naglimite sa dugang nga panukiduki.
"Sa katapusan sa adlaw, [ang mga baga] makakuha og oxygen ug carbon dioxide mogawas, apan alang niana, kini adunay liboan ka milya nga mga ugat sa dugo ug mga capillary, nga nipis kaayo ang gilay-on ... kini hapit usa ka milagro," ingon ni Jonigk, founder. principal investigator sa German Lung Research Center."Mao nga giunsa naton masusi ang usa ka butang nga komplikado sama sa COVID-19 nga wala makaguba sa mga organo?"
Si Jonigk ug Ackermann nanginahanglan usa ka butang nga wala pa mahitabo kaniadto: usa ka serye sa mga x-ray sa parehas nga organ nga magtugot sa mga tigdukiduki sa pagpadako sa mga bahin sa organ sa cellular scale.Niadtong Marso 2020, gikontak sa German duo ang ilang dugay nang kauban nga si Peter Lee, usa ka siyentista sa materyal ug lingkuranan sa mga bag-ong teknolohiya sa UCL.Ang espesyalidad ni Lee mao ang pagtuon sa biolohikal nga mga materyales gamit ang gamhanang X-ray, mao nga ang iyang mga hunahuna mibalik dayon sa French Alps.
Ang European Synchrotron Radiation Center nahimutang sa triyanggulo nga luna sa yuta sa amihanan-kasadpang bahin sa Grenoble, diin nagtagbo ang duha ka suba.Ang butang kay usa ka particle accelerator nga nagpadala sa mga electron sa lingin nga mga orbit tunga sa milya ang gitas-on sa halos katulin sa kahayag.Samtang kini nga mga electron magtuyok-tuyok, ang gamhanang mga magnet sa orbito moliko sa sapa sa mga partikulo, hinungdan nga ang mga electron mobuga sa pipila sa labing hayag nga X-ray sa kalibotan.
Kining gamhanang radiation nagtugot sa ESRF sa pagpaniid sa mga butang sa micrometer o bisan sa nanometer nga sukdanan.Kanunay kini nga gigamit sa pagtuon sa mga materyales sama sa mga haluang metal ug mga composite, sa pagtuon sa molekular nga istruktura sa mga protina, ug bisan sa pagtukod pag-usab sa karaang mga fossil nga walay pagbulag sa bato gikan sa bukog.Si Ackermann, Jonigk ug Lee gusto nga mogamit sa higanteng instrumento aron makuha ang labing detalyado nga x-ray sa kalibutan sa mga organo sa tawo.
Pagsulod sa Taforo, kansang trabaho sa ESRF nagduso sa mga utlanan kung unsa ang makita sa synchrotron scanning.Ang impresibo nga han-ay sa mga limbong kaniadto nagtugot sa mga siyentipiko sa pagtan-aw sa sulod sa mga itlog sa dinosaur ug hapit maputol ang bukas nga mga mummies, ug hapit diha-diha dayon gikumpirma ni Taforo nga ang mga synchrotron sa teorya mahimo’g ma-scan nga maayo ang tibuuk nga mga lobe sa baga.Apan sa pagkatinuod, ang pag-scan sa tibuok organo sa tawo usa ka dakong hagit.
Sa usa ka bahin, adunay problema sa pagtandi.Ang mga standard nga x-ray nagmugna og mga hulagway base sa gidaghanon sa radiation nga masuhop sa lain-laing mga materyales, nga adunay mas bug-at nga mga elemento nga mosuhop labaw pa sa mas gaan.Ang humok nga mga tisyu kasagaran gilangkoban sa gaan nga mga elemento—carbon, hydrogen, oxygen, ug uban pa—mao nga dili kini makita nga tin-aw sa usa ka classic medical x-ray.
Usa sa mga nindot nga butang bahin sa ESRF mao nga ang X-ray beam niini managsama kaayo: ang kahayag nagbiyahe sa mga balud, ug sa kaso sa ESRF, ang tanan nga X-ray niini nagsugod sa parehas nga frequency ug pag-align, kanunay nga nag-oscillating, sama sa nahabilin nga mga tunob. ni Reik pinaagi sa usa ka zen garden.Apan samtang kini nga mga X-ray moagi sa butang, ang maliputon nga mga kalainan sa densidad mahimong hinungdan sa matag X-ray nga motipas gamay gikan sa agianan, ug ang kalainan mahimong dali nga makit-an samtang ang mga X-ray mobalhin gikan sa butang.Kini nga mga pagtipas mahimong magpadayag sa maliputon nga mga kalainan sa densidad sa sulod sa usa ka butang, bisan kung kini gilangkoban sa gaan nga mga elemento.
Apan ang kalig-on maoy laing isyu.Aron makakuha og sunod-sunod nga gipadak-an nga x-ray, ang organ kinahanglan nga ayohon sa natural nga porma niini aron dili kini moliko o molihok labaw sa usa ka libo sa usa ka milimetro.Dugang pa, ang sunud-sunod nga x-ray sa parehas nga organ dili magkatugma sa usag usa.Dili kinahanglan nga isulti, bisan pa, ang lawas mahimo’g flexible kaayo.
Si Lee ug ang iyang team sa UCL nagtumong sa pagdesinyo sa mga sudlanan nga makasugakod sa synchrotron X-ray samtang nagpaagi pa sa daghang mga balud kutob sa mahimo.Gidumala usab ni Lee ang kinatibuk-ang organisasyon sa proyekto-pananglitan, ang mga detalye sa pagdala sa mga organo sa tawo tali sa Germany ug France-ug gisuholan si Walsh, nga nag-espesyalisar sa biomedical nga dagkong datos, aron makatabang nga mahibal-an kung unsaon pag-analisar ang mga pag-scan.Balik sa France, ang trabaho ni Taforo naglakip sa pagpaayo sa pamaagi sa pag-scan ug pagpangita kung unsaon pagtipig sa organ sa sudlanan nga gihimo sa team ni Lee.
Nahibal-an ni Tafforo nga aron dili madunot ang mga organo, ug ang mga imahen nga tin-aw kutob sa mahimo, kinahanglan nga iproseso kini sa daghang mga bahin sa tubig nga ethanol.Nahibal-an usab niya nga kinahanglan niya nga i-stabilize ang organ sa usa ka butang nga tukma nga katumbas sa density sa organ.Ang iyang plano mao nga ibutang ang mga organo sa ethanol-rich agar, usa ka jelly-like substance nga gikuha gikan sa seaweed.
Bisan pa, ang yawa naa sa mga detalye - sama sa kadaghanan sa Europe, ang Taforo natanggong sa balay ug gi-lock.Mao nga gibalhin ni Taforo ang iyang panukiduki sa usa ka lab sa balay: Gigugol niya ang mga tuig sa pagdekorasyon sa usa ka kanhi tunga nga gidak-on nga kusina nga adunay mga 3D nga tig-imprenta, sukaranan nga kagamitan sa chemistry ug mga himan nga gigamit sa pag-andam sa mga bukog sa hayop alang sa anatomical nga panukiduki.
Gigamit ni Taforo ang mga produkto gikan sa lokal nga grocery store aron mahibal-an kung giunsa paghimo ang agar.Nagkolekta pa gani siya og tubig sa bagyo gikan sa atop nga bag-o lang niyang gilimpyohan aron himoong demineralized nga tubig, usa ka standard nga sangkap sa lab-grade agar formula.Aron magpraktis sa pagputos sa mga organo sa agar, gikuha niya ang mga tinai sa baboy gikan sa usa ka lokal nga ihawan.
Si Taforo gi-clear aron makabalik sa ESRF kaniadtong tungatunga sa Mayo alang sa una nga pagsulay sa baga sa mga baboy.Gikan sa Mayo hangtod Hunyo, iyang giandam ug gi-scan ang wala nga lung lobe sa usa ka 54-anyos nga lalaki nga namatay sa COVID-19, nga gikuha ni Ackermann ug Jonig gikan sa Alemanya hangtod sa Grenoble.
"Sa dihang nakita nako ang una nga imahe, adunay sulat sa pagpangayo og pasaylo sa akong email sa tanan nga nalambigit sa proyekto: napakyas kami ug dili ako makakuha usa ka de-kalidad nga pag-scan," ingon niya."Gipadala ra nako sila og duha ka mga litrato nga makalilisang alang kanako apan maayo alang kanila."
Alang kang Lee sa Unibersidad sa California, Los Angeles, ang mga hulagway makapahingangha: ang tibuok-organ nga mga hulagway susama sa kasagarang medikal nga CT scan, apan “usa ka milyon ka pilo nga mas impormasyon.”Morag ang eksplorador nagtuon sa lasang sa tibuok niyang kinabuhi, naglupad ba ibabaw sa lasang sa usa ka higanteng jet plane, o nagbiyahe subay sa agianan.Karon sila milupad ibabaw sa canopy sama sa mga langgam sa mga pako.
Gipatik sa koponan ang ilang una nga tibuuk nga paghulagway sa pamaagi sa HiP-CT kaniadtong Nobyembre 2021, ug gipagawas usab sa mga tigdukiduki ang mga detalye kung giunsa ang epekto sa COVID-19 sa pipila nga mga klase sa sirkulasyon sa baga.
Ang pag-scan usab adunay wala damha nga kaayohan: nakatabang kini sa mga tigdukiduki nga makombinsir ang mga higala ug pamilya nga mabakunahan.Sa grabe nga mga kaso sa COVID-19, daghang mga ugat sa dugo sa baga ang makita nga nagkalapad ug nanghubag, ug sa gamay nga gidak-on, ang dili normal nga mga bugkos sa gagmay nga mga ugat sa dugo mahimong maporma.
"Kung imong tan-awon ang istruktura sa baga gikan sa usa ka tawo nga namatay sa COVID, dili kini baga - kini usa ka gubot," ingon ni Tafolo.
Siya midugang nga bisan sa himsog nga mga organo, ang mga pag-scan nagpadayag sa maliputon nga anatomical nga mga bahin nga wala gayud natala tungod kay walay organ sa tawo nga nasusi sa ingon niini nga detalye.Uban sa kapin sa $1 milyon nga pondo gikan sa Chan Zuckerberg Initiative (usa ka non-profit nga organisasyon nga gitukod sa CEO sa Facebook nga si Mark Zuckerberg ug asawa ni Zuckerberg, doktor nga si Priscilla Chan), ang HiP-CT team sa pagkakaron nagmugna sa gitawag nga atlas sa mga organo sa tawo.
Sa pagkakaron, ang team nagpagawas sa mga scan sa lima ka organo - ang kasingkasing, utok, kidney, baga, ug spleen - base sa mga organo nga gidonar ni Ackermann ug Jonigk atol sa ilang COVID-19 autopsy sa Germany ug ang health "control" organ LADAF.Anatomical laboratory sa Grenoble.Gihimo sa team ang datos, ingon man mga flight films, base sa datos nga libre nga magamit sa Internet.Ang Atlas of Human Organs paspas nga nagkalapad: laing 30 ka organo ang na-scan, ug laing 80 ang naa sa lainlaing yugto sa pagpangandam.Dul-an sa 40 ka lain-laing mga grupo sa panukiduki ang nakontak sa team aron makat-on og dugang mahitungod sa pamaagi, si Li miingon.
Ang UCL cardiologist nga si Cook nakakita og dakong potensyal sa paggamit sa HiP-CT aron masabtan ang batakang anatomy.Ang radiologist sa UCL nga si Joe Jacob, nga espesyalista sa sakit sa baga, miingon nga ang HiP-CT mahimong "bililhon alang sa pagsabut sa sakit," labi na sa mga three-dimensional nga istruktura sama sa mga ugat sa dugo.
Bisan ang mga artista naapil sa away.Si Barney Steele sa London-based experiential art collective Marshmallow Laser Feast nag-ingon nga aktibo siya nga nag-imbestiga kung giunsa ang datos sa HiP-CT ma-explore sa immersive virtual reality."Sa tinuud, naghimo kami usa ka panaw sa lawas sa tawo," ingon niya.
Apan bisan pa sa tanan nga mga saad sa HiP-CT, adunay mga seryoso nga problema.Una, nag-ingon si Walsh, ang usa ka HiP-CT scan nagmugna og "makakurat nga gidaghanon sa datos," dali nga usa ka terabyte matag organ.Aron tugutan ang mga clinician nga gamiton kini nga mga pag-scan sa tinuud nga kalibutan, ang mga tigdukiduki naglaum nga makahimo usa ka interface nga nakabase sa panganod alang sa pag-navigate niini, sama sa Google Maps alang sa lawas sa tawo.
Kinahanglan usab nila nga mapasayon ​​ang pag-convert sa mga scan ngadto sa magamit nga 3D nga mga modelo.Sama sa tanan nga mga pamaagi sa CT scan, ang HiP-CT nagtrabaho pinaagi sa pagkuha sa daghang mga 2D nga mga hiwa sa usa ka butang ug pag-stack niini.Bisan karon, kadaghanan niini nga proseso gihimo sa mano-mano, labi na kung nag-scan sa abnormal o sakit nga tisyu.Si Lee ug Walsh nag-ingon nga ang prayoridad sa HiP-CT team mao ang paghimo og mga pamaagi sa pagkat-on sa makina nga makapasayon ​​niini nga buluhaton.
Kini nga mga hagit molapad samtang ang atlas sa mga organo sa tawo molapad ug ang mga tigdukiduki mahimong labi ka ambisyoso.Ang HiP-CT team naggamit sa pinakabag-o nga ESRF beam device, nga ginganlag BM18, aron ipadayon ang pag-scan sa mga organo sa proyekto.Ang BM18 makahimo og mas dako nga X-ray beam, nga nagpasabot nga ang pag-scan nagkinahanglan og gamay nga panahon, ug ang BM18 X-ray detector mahimong ibutang hangtod sa 125 ka pye (38 metros) ang gilay-on gikan sa butang nga gi-scan, nga naghimo niini nga mas klaro.Ang mga resulta sa BM18 maayo na kaayo, matod ni Taforo, kinsa nag-rescan pag-usab sa pipila sa orihinal nga Human Organ Atlas nga mga sample sa bag-ong sistema.
Ang BM18 mahimo usab nga mag-scan sa dagkong mga butang.Uban sa bag-ong pasilidad, ang team nagplano sa pag-scan sa tibuok lawas sa lawas sa tawo sa usa ka sipyat sa katapusan sa 2023.
Sa pagsuhid sa dako kaayong potensyal sa teknolohiya, si Taforo miingon, "Sa sinugdanan pa lang kami."
© 2015-2022 National Geographic Partners, LLC.Tanang katungod gigahin.