3D-Neuronavigation In Vivo Durch Gehirn eines Patienten während einer Spontan Migräne

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, mit Hilfe einer neuartigen 3D-Neuronavigation zu untersuchen. Nähern Sie sich der endogenen Mu-Opioid-Übertragung im Gehirn während einer spontanen Migränekopfschmerzattacke in vivo. Dies wird erreicht, indem zunächst ein Migränepatient in einer typischen Kopfschmerz- und Nicht-Kopfschmerzphase unter Verwendung einer Positronen-Emissions-Tomographie mit einem selektiven Radiotracer, Kohlenstoff-11-Carfentanil, gescannt wird, der es uns ermöglicht, die Verfügbarkeit von mu-Opioidrezeptoren im Gehirn zu messen.

Der zweite Schritt besteht darin, die Genauigkeit der Koregistrierung und Normalisierung zu überprüfen, indem die transformierten MR- und PET-Bilder mit dem MNI-Atlas-Template verglichen werden. Um die ROI-Analyse der Region of Interest anzuwenden, besteht der letzte Schritt darin, die Aktivierungsdaten der Probanden im raffinierten Datenformat zu organisieren und zu speichern, um das Volumen in einer vollständig immersiven Clusterkonfiguration mit mehreren Bildschirmen anzuzeigen. Letztendlich ermöglicht das 3D-Neuronavigationssystem die Echtzeit-Erkundung des Datensatzes und ermöglicht die dynamische Steuerung und Zerlegung der Neuro-Imaging-Daten des Patienten während einer Migräneattacke in einer Virtual-Reality-Umgebung.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden besteht darin, dass sie die vollständige Interaktion und Navigation in Echtzeit durch das Gehirn eines Patienten während einer Migräneattacke ermöglicht. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen im Bereich der Migräne zu beantworten, z. B. welche Bereiche im Gehirn während einer Migräneattacke mehr oder weniger aktiv sind. Auf molekularer Ebene mit in vivo unter Verwendung von Kohlenstoff-11-Korfe, einem spezifischen MU-Opioid-visuellen Tracer, der einen der wichtigsten analogen Mechanismen im Gehirn anzapft. Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, aufgrund der Komplexität Schwierigkeiten haben, die Neuroimaging-Daten anzupassen, und der Herausforderung, eine vollständig interaktive Virtual-Reality-Umgebung zu erstellen.

Virtuelle, virtuelle Realität, Die Software wurde entwickelt, um ein vollständiges immersives Erlebnis zu schaffen. Der Computer verwendet fortschrittliche Bewegungsverfolgungsgeräte, um den Blickwinkel und die Gesten des Benutzers im Virtual-Reality-Raum zu verfolgen. Spezielle Shutterbrillen liefern dem Gehirn getrennte Links- und Rechtsperspektiven, die zur Wahrnehmung eines 3D-Erlebnisses für den Benutzer verschmolzen, und sie sind wirklich cool.

Bevor Sie den Probanden auf diese Scans in diesem Protokoll vorbereiten, holen Sie zunächst eine schriftliche und informierte Einverständniserklärung ein. Lassen Sie dann am Tag der MRT-Untersuchung den Versuchsteilnehmer ein MRT-Sicherheitsscreening-Formular ausfüllen. Während einer interiktalen Phase für den Patienten nehmen Sie ein hochauflösendes anatomisches MRT-Bild mit einer Gewichtsnote von T 1 auf einem Drei-Tesla-MRT-Scanner auf. Für diesen Scan wird eine Scheibendicke von einem Millimeter empfohlen.

Bevor Sie dann das Datum für den PET-Scan der Probandin bestätigen, kontaktieren Sie die Probandin, um zu überprüfen, in welcher Phase des Menstruationszyklus sie sich am Tag des Scans befinden wird. Es wird empfohlen, den PET-Scan in der mittleren bis späten Follikelphase durchzuführen. Sobald das Scandatum bestätigt ist, stellen Sie einen Antrag auf Herstellung von Kohlenstoff-11-Carfentanil, einem kurzlebigen Radiotracer mit selektiver Affinität zu mu-Opioidrezeptoren, unter Verwendung eines Zyklotrons in der Nähe der Scannerstelle.

Beachten Sie, dass dieser Tracer zwei Stunden vor dem Scan erstellt werden muss. Wenden Sie sich dann am Tag des möglichen iktalen PET-Scans zwei Stunden vor dem Termin an den Probanden, um das Vorhandensein einer spontanen Migräneattacke zu bestätigen. Wenn eine Migräneattacke vorliegt, validieren Sie die Migränediagnose gemäß der internationalen Klassifikation der Kopfschmerzerkrankungen.

Vergewissern Sie sich nach der Diagnose, dass der Teilnehmer in der Lage ist, sicher ins Krankenhaus zu gehen, um sich dem Scan zu unterziehen. Sorgen Sie für den Transport, wenn der Proband sich beim Fahren nicht wohl fühlt oder wenn kein ausgewiesener Fahrer verfügbar ist. Wenn die Teilnehmerin im Krankenhaus ankommt, begleiten Sie sie zur Validierung der Diagnose nach denselben internationalen Kriterien in die Tiersuite.

Führen Sie dann vor dem Scan einen Urin-Drogentest durch, um zu bestätigen, dass die Versuchsperson keine Substanz eingenommen hat, die mit dem Tracer interagieren könnte, sowie einen Schwangerschaftstest. Bestätigen Sie, dass der Teilnehmer die Risiken und Vorteile des PET-Verfahrens versteht, und überprüfen Sie die Einwilligungserklärung gemäß den Anweisungen des Nuklearmedizintechnikers. Helfen Sie dem Probanden, sich für jede Dosis Tracer im Scanner niederzulassen.

50 % als Bolus verabreichen, der Rest wird im Verlauf des Scans kontinuierlich infundiert, um einen Steady-State-Tracer-Spiegel zu erreichen. Ca. 35 Minuten nach der Tracergabe wird ein 90-minütiger PET-Scan durchgeführt, hier kommt ein Siemens HR plus Scanner im 3D-Modus zum Einsatz. Die rekonstruierten Bilder sollten eine volle Breite bei halber maximaler Auflösung von etwa 5,5 Millimetern in der Normal- und 5,0 Millimeter haben.

Führen Sie auch axial einen INTERICTAL-PET-Scan durch, indem Sie diese Schritte während einer kopfschmerzfreien Phase während des folgenden Menstruationszyklus wiederholen. Rekonstruieren Sie dann die PET-Daten und führen Sie eine Datenanalyse durch, einschließlich Normalisierung und Region-of-Interest-Analyse. Weitere Informationen finden Sie im Text zu diesem Protokoll.

Um sich auf die interaktive 3D-Neuronavigation vorzubereiten, organisieren Sie zunächst die bereitgestellten Daten in einem raffinierten volumetrischen Datenformat als einen Stapel von Bildern mit Dichte- und Aktivierungsstufen, die als 16 Bit definiert sind. Tragen Sie eine aktive LCD-Shutterbrille, um den zeitsequentiellen stereoskopischen 3D-Effekt zu aktivieren. Die Shutterbrille funktioniert, indem sie das Bild für ein Auge blockiert, während das Bild für das andere Auge angezeigt wird.

Der Prozess wechselt zwischen den Augen, um einen 3D-Effekt zu erzeugen, und findet bei 110 Hertz statt. Verwenden Sie einen Joystick für die Interaktion mit der Simulation und Anweisungen zu ihrer Verwendungsausrüstung, sowohl die Shutterbrille als auch den Joystick mit reflektierenden Markierungen, um eine präzise Verfolgung der Objekte im Weltraum mit sechs Freiheitsgraden über ein Vicon-Motion-Capture-System zu ermöglichen. Zeigen Sie als Nächstes die Aktivierungsdaten des Betreffs an und verwenden Sie XML-Konfigurationsdateien, um Farbzuordnungen von Dichte und Aktivierungsstufen zu definieren, die beim Starten der Anwendung geladen und für jeden Computer im Cluster freigegeben werden.

Erfassen Sie dreidimensionale volumetrische Zellen aus dem bereitgestellten Nifty-Datensatz mithilfe von Halsschlagadern, internen Ladefunktionen und der Open-Source-Softwarebibliothek Nifty Lab. Die typische Ladezeit beträgt weniger als eine Minute, aber die gemeinsame Nutzung der resultierenden volumetrischen Zellen mit jedem Computer und dem Cluster verbessert die Geschwindigkeit. Interpretieren Sie volumetrische Zellen mit einem Open-GL-Shader, der Ray-Marsch durchführt und Voxel mit unterschiedlichen Farben und Transparenzen anzeigt, die durch die zuvor freigegebenen XML-Konfigurationsdateien für die Farbzuordnung definiert sind.

Ermitteln Sie den Standort über das Motion-Capture-System Vicon und verwenden Sie dies, um die gezeichneten Perspektiven der volumetrischen Daten auf jedem Bildschirm zu aktualisieren. Zeichnen Sie Interaktionen auf und verwenden Sie sie, um Ebenen dynamisch anzupassen und durch die Daten zu schneiden und im virtuellen Raum für eine dreidimensionale interaktive Neuronavigation zu navigieren. Speichern Sie zunächst die Aktivierungsdaten des Betreffs im Nifty-Datenformat, einem volumetrischen Datentyp, der mit der Nifty-Live-Bibliothek interpretiert wird.

Um das Volumen dann in einer vollständig immersiven Clusterkonfiguration mit mehreren Bildschirmen anzuzeigen, wenden Sie die volumetrischen Daten auf die Rückseiten eines skalierten Würfels an, und rendern Sie mit einem GL SL-Shader in einem Durchgang. Das Shaderarray marschiert durch das Volumen und zeigt Voxel mit unterschiedlichen Farben und Transparenzen basierend auf Dichte und Aktivierungsstufen an. Erhalten Sie Interaktionen und den Standort über das Tracking-System, das Joystick-Gerät und die gestische Eingabe.

Verwenden Sie diese Informationen, um sicherzustellen, dass das angezeigte Bild den richtigen Blickwinkel darstellt und das Dataset in Echtzeit untersucht werden kann. Aktivieren Sie außerdem die dynamische Steuerung von bis zu drei beliebigen Schnittebenen mit vertrauten Bewegungen und Steuerungsschemata. Hier sehen wir ein mu-Opioid-Gehirnprofil eines Migränekopfschmerzes in vivo.

Die iktale oder Kopfschmerzphase zeigt eine Abnahme der Verfügbarkeit von mu-Opioidrezeptoren in den Schmerzmatrixregionen. Dies stellt möglicherweise eine Erhöhung der endogenen Mu-Opioid-Freisetzung während der Migräneattacke als regulatorische Reaktion auf die anhaltenden starken Kopfschmerzen dar. Hier sehen wir ein Beispiel für die Verfügbarkeit von Opioidrezeptoren des Mittelhirns, des Pons und der Medulla während einer Migräneattacke in vivo.

Die iktale Kopfschmerzphase zeigt eine Abnahme der Verfügbarkeit von mu-Opioidrezeptoren entlang der periaquädukten grauen Substanz im Vergleich zur interiktalen Phase ohne Kopfschmerz. Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf die Therapie von Migräne, da sie mit größerer Genauigkeit potenzielle Ziele im Gehirn für zukünftige Behandlungen, einschließlich der Neuromodulation, definieren kann. Obwohl diese Methode Einblicke in die Migräne geben kann, kann sie auch auf andere neurologische Erkrankungen wie Neurologen, Depressionen und Sucht angewendet werden.

Die Kombination von 3D-Neuronavigation und Neuroimaging ermöglicht es Forschern, Klinikern und Pädagogen auf dem Gebiet der Schmerz- und Neurowissenschaften, das Gehirn in einer viel interaktiveren und immersiveren virtuellen Umgebung zu erkunden. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen wichtige mechanistische Informationen über den Einfluss von Migränekopfschmerzen auf das MO-Opioidsystem.