脳の超音波画像診断

脳の超音波画像診断 2026年6月24日 数年前、私たちの度肝を抜く論文が発表されました。それは、脳活動から人が何を見ているかをデコードできるというアイデアでした。 脳活動からの視覚画像の再構成 — 見た画像（左）と再構成画像（右）それぞれ（MindEye、fMRIからデコード） それは驚くべきことであり、テレパシーのような未来がどのようなものになるかの一端を示しています。残念ながら、これにはMRI装置が必要ですが、悲しいことに頭に装着することはできません。 実際、マインドインターフェースの分野全体の最初のボトルネックはハードウェアです。現在、2つの極端な選択肢があります。頭蓋骨に穴を開けて脳に電極を差し込むか、EEGで頭の外から脳活動のぼやけた画像を記録するかです。 私たちは、穴を開ける必要がなく、脳のMRIレベルの詳細を提供する新しいタイプのハードウェアを構築してきました。 それは超音波に基づいています。血管系とニューロンの間のつながりを利用します。ニューロンが発火すると、より多くの血液がニューロンに供給されます。私たちは頭蓋骨を通して超音波を送り、それが赤血球に散乱します。これにより、脳全体の血流と血量マップを作成できます。 人間の頭部を伝播する超音波。 汎用マインドインターフェースには2つの要件があると考えています。1つ目は、脳の大部分を見ることができる必要があることです。1000個の電極であっても、脳の最大0.001%しか捕捉できません。これはカーソル制御のような狭いタスクには優れています。しかし、思考は脳全体に分散しています。 2つ目の要件は、詳細、つまり解像度です。EEGやMEGのようなモダリティは広い視野を持っていますが、脳活動のぼやけた画像を捕捉します。これは基本的なことであり、電磁場が伝播する方法に起因するもので、数百万のセンサーにスケールアップしても解決されません。 神経血管超音波は、MRIと同様に、これら両方の要件を満たします。物理学により、脳全体で1ミリメートル未満の解像度で100万個の独立したピクセルを記録できます。頭蓋骨が除去された場合、ここ数年で素晴らしい結果を生み出しています。しかし、課題は頭蓋骨が intact な状態で行うことです。 ファーストライト 本日、私たちは画期的な成果を発表します。頭蓋骨を通して超音波で撮影された、生きた人間の脳の最も詳細な血管画像です（私たちの知る限り）。 無傷の頭蓋骨を通して撮影された生きた人間の脳の再構成された血管容積 大きな血管、軟膜動脈、細動脈を見ることができます。これは、頭蓋骨を通して人間の脳における超音波局在顕微鏡法（ultrasound localization microscopy）の3D画像としては世界初であり、同等のCTと比較して体積で100倍高い解像度を達成しています。 私たちは、私たちが取り組んでいるもの以外にも、経頭蓋マイクロバブルイメージングの多くのアプリケーションがあることを知っており、そのため、データセットとともにパイプライン全体をオープンソース化しています。脳卒中、アルツハイマー病、外傷性脳損傷などの症状は、CTやMRIでは解決できないスケールで血管シグネチャを残し、この解像度での画像診断がそれらに到達することを期待しています。 マイクロバブル処理パイプライン マイクロバブルは、回折限界を打ち破ることを可能にします。超音波は通常、波長よりも近い2つの物体を分離することはできません。それよりも細かいものはすべて単一の塊に崩れてしまいます。 単一のマイクロバブルは波長幅のスポットにぼやけますが、サブピクセルフィットはその中心を回折限界をはるかに下回る精度で特定します 秘訣は濃度です。気泡が重ならないように十分にまばらに注入し、個々の中心を波長自体よりもはるかに正確に特定します。気泡が血管系を流れるにつれて、何百万ものこれらの位置を蓄積し、波長よりも細かい詳細を持つ単一の画像に重ね合わせます。 生のスキャンでは、波長幅の塊がいくつかしか解決されませんが、各気泡の中心を特定することで、その下を通る血管が回復されます 気泡自体は、脂質シェルに包まれた六フッ化硫黄のポケットです。これらはFDA承認の造影剤であり、4分間の取得中に継続的に注入します。ガスは組織の音響インピーダンスから大きく離れているため、各気泡の表面で音が鋭く反射します。これにより、超解像度を可能にするだけでなく、信号が強化されます。 気泡の中心は、フレームごとにトラックにリンクされ、3Dで表示されます。それらの方向と速度は、生きた微小血管系を通る血流を追跡します。 造影剤なしの神経血管画像診断に向けて 私たちの造影剤を用いた結果は、旅の一歩に過ぎません。それらは、無傷の頭蓋骨を通して達成可能な血管の詳細の確信的な絵を提供します。真の目標は、造影剤なしの脳の神経血管画像診断です。 2つのトレンドが、私たちがそこに到達できるという自信を与えてくれます。1つ目はハードウェアです。以前は10万ドル以上かかり、電子機器が満載のカートを必要としていた超音波装置は、Butterflyのような企業のおかげで、今ではスマートフォンの価格とサイズになり、さらに進化し続けています。 2つ目はデータです。造影剤なしの画像診断はより困難です。赤血球はマイクロバブルよりもはるかに散乱が少ないため、信号は弱くなります。しかし、その信号が失われているわけではありません。現在の方法はそれを取り出せていないだけです。標準的な超音波プローブは1時間あたりテラバイトのデータを受信しますが、一般的な処理パイプラインはこれを元のわずか0.1%に圧縮します。これは手作業で設計された特徴に基づいて構築されており、初期のコンピュータビジョンを思い出させます。十分な大きさのデータセットで訓練されたエンドツーエンドの機械学習が、現在の方法では見えないはるかに多くの信号を回復できると信じています。 そのため、私たちは現在、世界最大の神経血管超音波データセットであると信じているものを収集しています。次に何が起こるかを楽しみにしています。 注釈 ただし、これは超解像度トリックを使用しており、これは神経血管超音波のコントラストバージョンでのみ利用可能です。↩