A 4D Ultrasound Strain Imaging Framework for In Vivo Identification of Anisotropic Properties in Abdominal Aortic Aneurysms: Preliminary Validation against Mechanical Testing of Porcine and Human Tissue
यह शोध पत्र एक गणनात्मक रूप से कुशल, गैर-आक्रामक 4D अल्ट्रासाउंड फ्रेमवर्क प्रस्तुत और प्रारंभिक रूप से मान्य करता है जो एक व्युत्क्रम परिमित तत्व समस्या (इन्वर्स फाइनाइट एलीमेंट प्रॉब्लम) को हल करके पेट की महाधमनी धमनीविस्फार (एब्डोमिनल एओर्टिक एन्यूरिज्म) की दीवारों के रोगी-विशिष्ट अनिसोट्रोपिक यांत्रिक गुणों की पहचान करता है, जो सूअर और मानव दोनों ऊतकों में यांत्रिक परीक्षण के साथ मजबूत सहमति प्रदर्शित करता है।
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मानव शरीर एक जटिल मशीन है, और एब्डोमिनल एओर्टा (abdominal aorta), जो शरीर के निचले आधे हिस्से में रक्त ले जाने वाली मुख्य धमनी है, इसके सबसे महत्वपूर्ण घटकों में से एक है। कभी-कभी, इस धमनी की दीवार कमजोर हो जाती है और बाहर की ओर उभर आती है, जिससे 'एब्डोमिनल एओर्टिक एन्यूरिज्म' (abdominal aortic aneurysm) नामक स्थिति उत्पन्न होती है। यह उभार खतरनाक है क्योंकि यह फट सकता है, जिससे जीवन के लिए खतरा पैदा करने वाली आपात स्थिति बन सकती है। वर्तमान में, डॉक्टर आकार के आधार पर, यानी उभार कितना चौड़ा हो गया है, इसकी माप के आधार पर एन्यूरिज्म की मरम्मत करने का निर्णय लेते हैं। हालांकि, केवल आकार पूरी कहानी नहीं बताता; एक ही आकार के दो एन्यूरिज्म फटने के बहुत अलग जोखिम रख सकते हैं क्योंकि धमनी की दीवार की सामग्री की मजबूती व्यक्ति दर व्यक्ति भिन्न होती है। फटने की सटीक भविष्यवाणी करने के लिए, डॉक्टरों को रोगी की अपनी धमनी के विशिष्ट यांत्रिक गुणों को समझने की आवश्यकता है—कि वह कितनी सख्त है, वह कैसे खिंचती है, और वह दबाव को कैसे संभालती है। चुनौती यह है कि इन गुणों को बिना आक्रामक सर्जरी के मापना कठिन है, और धमनी अक्सर एक गाढ़े, जेली जैसे थक्के से ढकी होती है जिसे 'इंट्राल्यूमिनल थ्रोम्बस' (intraluminal thrombus) कहा जाता है, जो दीवार को छिपा देता है और मानक मापों को अविश्वसनीय बना देता है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने उन्नत अल्ट्रासाउंड इमेजिंग का उपयोग करके धमनी की दीवार की कठोरता को बाहर से "महसूस" करने के माध्यम से इस समस्या को हल करने के लिए एक नई, गैर-आक्रामक विधि विकसित की है। केवल आकार के एकल माप पर निर्भर रहने के बजाय, उनका दृष्टिकोण एक चार-आयामी (4D) अल्ट्रासाउंड स्कैन का उपयोग करता है ताकि यह कैप्चर किया जा सके कि धड़कते दिल के दौरान धमनी की दीवार कैसे हिलती और खिंचती है। इन सूक्ष्म गतिविधियों को ट्रैक करके, वे उस विशिष्ट रोगी की धमनी की अनूठी भौतिक विशेषताओं की गणना करने के लिए पीछे की ओर गणना कर सकते हैं। इस प्रक्रिया में रोगी की धमनी का एक विस्तृत कंप्यूटर मॉडल बनाना शामिल है, जिसमें थक्का (clot) भी शामिल है, और फिर मॉडल की सामग्री सेटिंग्स को तब तक समायोजित करना जब है जब तक कि सिम्युलेटेड (simulated) गति, अल्ट्रासाउंड स्कैन में देखी गई गति से मेल न खा जाए। शोधकर्ताओं ने इस नए ढांचे का परीक्षण पहले प्रयोगशाला की नियंत्रित सेटिंग में एक सुअर के एओर्टा पर किया, जहाँ वे अपने अल्ट्रासाउंड परिणामों की सीधी यांत्रिक परीक्षणों के साथ तुलना कर सके। उन्होंने पाया कि अल्ट्रासाउंड विधि ऊतक के व्यवहार की उल्लेखनीय सटीकता के साथ भविष्यवाणी कर सकती है, जो भौतिक खिंचाव परीक्षणों के परिणामों से लगभग पूरी तरह मेल खाती है।
टीम फिर मानव रोगियों पर पहुंची, और एन्यूरिज्म के लिए सर्जरी कराने वाले दो व्यक्तियों पर अपनी विधि लागू की। सर्जरी से पहले, उन्होंने अल्ट्रासाउंड डिवाइस से रोगियों की धमनियों का स्कैन किया। सर्जरी के बाद, उन्होंने वास्तविक धमनी की दीवार के छोटे नमूने लिए और लैब में परीक्षण किया कि वे खिंचाव के प्रति कैसी प्रतिक्रिया देते हैं। जब उन्होंने अल्ट्रासाउंड स्कैन द्वारा अनुमानित गुणों की तुलना ऊतक के नमूनों से मापे गए वास्तविक गुणों से की, तो परिणाम उत्साहजनक थे। एक रोगी के लिए, मिलान बहुत अच्छा था; दूसरे के लिए, यह मध्यम था। शोधकर्ताओं ने पाया कि उनकी भविष्यवाणियों की सटीकता काफी हद तक दो कारकों पर निर्भर थी: धमनी की दीवार की सटीक मोटाई को जानना और यह सुनिश्चित करना कि अल्ट्रासाउंड ने दिल की धड़कन के दौरान धमनी के प्राकृतिक सख्त होने के व्यवहार को पर्याप्त रूप से कैप्चर किया है। हालांकि इस अध्ययन में रोगियों की संख्या बहुत कम थी और इसे एक प्रारंभिक 'प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट' माना जाता है, यह प्रदर्शित करता है कि शरीर को काटे बिना जीवित मानव एन्यूरिज्म की यांत्रिक शक्ति का मानचित्रण करना संभव है। यह क्षमता व्यक्तिगत चिकित्सा (personalized medicine) की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है, जहाँ उपचार के निर्णय केवल आकार के बजाय रोगी की धमनी की वास्तविक मजबूती के आधार पर लिए जा सकते हैं, जिससे उच्च जोखिम वाले एन्यूरिज्म की पहचान करके जीवन बचाया जा सकता है जो अन्यथा अनदेखे रह सकते हैं।
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