Neuronawigacja 3D in vivo przez mózg pacjenta podczas spontanicznego migrenowego bólu głowy

Ogólnym celem tej procedury jest zbadanie przy użyciu nowatorskiej neuronawigacji 3D. Zbliż się do endogennej transmisji opioidów mu w mózgu podczas spontanicznego ataku migrenowego bólu głowy in vivo. Osiąga się to poprzez uprzednie skanowanie pacjenta z migreną w typowej fazie bólu głowy i bez bólu głowy, przy użyciu pozytonowej tomografii emisyjnej z selektywnym znacznikiem radiowym, karfentanylem węgla 11, który pozwala nam zmierzyć dostępność receptora opioidowego mu w mózgu.

Drugim krokiem jest weryfikacja dokładności korejestracji i normalizacji poprzez porównanie przekształconych obrazów MR i PET z szablonem MNI Atlas. Aby zastosować analizę zwrotu z inwestycji w interesujący region, ostatnim krokiem jest uporządkowanie i przechowywanie danych aktywacji podmiotu w sprytnym formacie danych, aby wyświetlić wolumin w całkowicie wciągającej konfiguracji klastrowej z wieloma ekranami. Ostatecznie system neuronawigacji 3D pozwala na eksplorację zbioru danych w czasie rzeczywistym i umożliwia dynamiczną kontrolę i analizę danych neuroobrazowania pacjenta podczas ataku migreny w środowisku rzeczywistości wirtualnej.

Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami jest to, że pozwala na pełną interakcję i nawigację w czasie rzeczywistym przez mózg pacjenta podczas ataku migreny. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie migreny, takie jak to, które obszary mózgu są mniej lub bardziej aktywne podczas ataku migreny Na poziomie molekularnym z in vivo przy użyciu węgla 11 corfe, specyficznego wizualnego znacznika opioidowego MU wykorzystującego jeden z głównych mechanizmów analogowych w mózgu. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które dopiero zaczynają korzystać z tej metody, będą miały trudności ze względu na złożoność adaptacji danych neuroobrazowania i wyzwanie stworzenia w pełni interaktywnego środowiska rzeczywistości wirtualnej.

Wirtualna, wirtualna rzeczywistość, Oprogramowanie zostało opracowane w celu stworzenia pełnego, wciągającego doświadczenia. Komputer wykorzystuje zaawansowany sprzęt do śledzenia ruchu do śledzenia punktu widzenia i gestów użytkownika w przestrzeni wirtualnej rzeczywistości. Specjalne okulary migawkowe zapewniają oddzielną lewą i prawą perspektywę do mózgu, które połączyły się, tworząc percepcję doświadczenia 3D dla użytkownika i są naprawdę fajne.

Przed przygotowaniem osoby do tych skanów w tym protokole należy najpierw uzyskać pisemną i świadomą zgodę. Następnie, w dniu skanowania MRI, poproś uczestnika badania o wypełnienie formularza przesiewowego bezpieczeństwa MRI Podczas fazy międzynapadowej u pacjenta uzyskaj anatomiczny obraz MRI o wysokiej rozdzielczości T one ważony na skanerze MRI o mocy trzech Tesli. Dla tego skanu zalecana jest grubość warstwy wynosząca jeden milimetr.

Następnie, przed potwierdzeniem daty badania PET pacjentki, skontaktuj się z pacjentką, aby sprawdzić, w której fazie cyklu miesiączkowego będzie w dniu skanowania. Zaleca się wykonanie skanu PET w środkowej lub późnej fazie pęcherzykowej. Po potwierdzeniu daty skanowania należy złożyć wniosek o wyprodukowanie karfentanylu węgla 11, znacznika radioaktywnego o krótkim czasie życia i selektywnym powinowactwie do receptorów opioidowych mu, za pomocą cyklotronu w pobliżu miejsca skanera.

Należy pamiętać, że ten znacznik musi zostać wyprodukowany dwie godziny przed skanowaniem. Następnie, w dniu potencjalnego badania klinicznego PET, skontaktuj się z pacjentem na dwie godziny przed wizytą, aby potwierdzić obecność spontanicznego ataku migreny. Jeśli występuje atak migreny, zweryfikuj diagnozę migreny zgodnie z międzynarodową klasyfikacją zaburzeń bólu głowy.

Po postawieniu diagnozy potwierdź, że uczestnik jest w stanie bezpiecznie udać się do szpitala w celu poddania się skanowaniu. Zapewnij transport, jeśli pacjent nie czuje się komfortowo za kierownicą lub jeśli nie jest dostępny wyznaczony kierowca. Gdy uczestniczka dotrze do szpitala, odprowadź ją do apartamentu dla zwierząt w celu ponownej walidacji diagnozy przy użyciu tych samych międzynarodowych kryteriów.

Następnie, przed skanowaniem, wykonaj test na obecność narkotyków w moczu, aby potwierdzić, że osoba badana nie zażyła żadnej substancji, która mogłaby wchodzić w interakcje ze znacznikiem, a także test ciążowy. Upewnij się, że uczestnik rozumie ryzyko i korzyści związane z procedurą PET oraz zweryfikuj świadomą zgodę zgodnie ze wskazówkami technologa medycyny nuklearnej. Pomóż pacjentowi usadowić się w skanerze dla każdej dawki znacznika.

Podawać 50% w bolusie, a pozostałą część podawać w sposób ciągły w trakcie skanowania, aby osiągnąć poziomy znacznika w stanie ustalonym. Około 35 minut po podaniu znacznika wykonaj jeden 90-minutowy skan PET, tutaj używany jest skaner Siemens HR plus w trybie 3D. Zrekonstruowane obrazy powinny mieć pełną szerokość przy połowie maksymalnej rozdzielczości około 5,5 milimetra w trybie zwykłym i 5,0 milimetra.

Osiowo przeprowadź również skan INTERICTAL PET, powtarzając te kroki podczas fazy bez bólu głowy podczas następnego cyklu miesiączkowego. Następnie zrekonstruuj dane PET i przeprowadź analizę danych, w tym normalizację i analizę obszaru zainteresowania. Więcej informacji można znaleźć w tekście dołączonym do niniejszego protokołu.

Aby przygotować się do interaktywnej neuronawigacji 3D, najpierw uporządkuj dostarczone dane w sprytnym formacie danych wolumetrycznych jako stos obrazów o gęstości i poziomach aktywacji zdefiniowanych jako 16-bitowe. Załóż aktywne okulary migawki LCD, aby włączyć sekwencyjny stereoskopowy efekt 3D. Okulary migawki działają poprzez blokowanie obrazu dla jednego oka, podczas gdy wyświetlany jest obraz dla drugiego oka.

Proces ten odbywa się naprzemiennie między oczami w celu wygenerowania efektu 3D i zachodzi przy częstotliwości 110 Hz. Użyj joysticka do interakcji z symulacją i instrukcji jej użytkowania, zarówno okularów migawki, jak i joysticka z odblaskowymi znacznikami, aby umożliwić precyzyjne śledzenie obiektów w przestrzeni z sześcioma stopniami swobody za pomocą systemu przechwytywania ruchu vicon. Następnie wyświetl dane aktywacji podmiotu za pomocą plików konfiguracyjnych XML w celu zdefiniowania mapowań kolorów gęstości i poziomów aktywacji, które są ładowane podczas uruchamiania aplikacji i są udostępniane każdemu komputerowi w klastrze.

Uzyskaj trójwymiarowe komórki wolumetryczne z dostarczonego zestawu danych nifty za pomocą wewnętrznych funkcji ładowania szyjek i biblioteki oprogramowania open source nifty lab. Typowy czas ładowania wynosi mniej niż jedną minutę, ale udostępnianie wynikowych komórek wolumetrycznych każdemu komputerowi i klastrowi poprawi szybkość. Interpretacja komórek wolumetrycznych za pomocą otwartego modułu cieniującego GL, który przeprowadza marsz promienia i wyświetla woksele o różnych kolorach i przezroczystościach zdefiniowanych przez wcześniej udostępnione pliki konfiguracyjne XML mapowania kolorów.

Uzyskaj lokalizację za pomocą systemu przechwytywania ruchu Vicon i użyj jej do aktualizacji narysowanych perspektyw danych wolumetrycznych na każdym ekranie. Rejestruj interakcje i wykorzystuj je do dynamicznego dostosowywania i przecinania płaszczyzn danych oraz do nawigacji w przestrzeni wirtualnej w celu trójwymiarowej interaktywnej neuronawigacji. Najpierw zapisz dane aktywacyjne podmiotu w formacie danych nifty, wolumetrycznym typie danych, który jest interpretowany przy użyciu biblioteki nifty live.

Następnie, aby wyświetlić wolumin w całkowicie immersyjnej konfiguracji klastrowej z wieloma ekranami, zastosuj dane wolumetryczne do tylnych powierzchni skalowanego sześcianu i renderuj przy użyciu jednoprzebiegowego modułu cieniującego GL SL. Tablica cieniowania przechodzi przez wolumin, wyświetlając woksele o różnych kolorach i przezroczystościach w zależności od gęstości i poziomów aktywacji. Uzyskaj interakcje i lokalizację za pomocą systemu śledzenia, joysticka i wprowadzania gestów.

Użyj tych informacji, aby upewnić się, że wyświetlany obraz reprezentuje prawidłowy punkt obserwacyjny, co pozwala na eksplorację zestawu danych w czasie rzeczywistym. Włącz również dynamiczne sterowanie dla maksymalnie trzech dowolnych płaszczyzn cięcia przy użyciu znanych ruchów i schematów sterowania. Tutaj możemy zobaczyć profil opioidowy mózgu migrenowego bólu głowy in vivo.

Faza ictal lub ból głowy pokazuje zmniejszenie dostępności receptora opioidowego mu w obszarach macierzy bólu. Prawdopodobnie oznacza to wzrost endogennego uwalniania opioidów mu podczas ataku migreny jako odpowiedź regulacyjną na trwający silny ból głowy. Tutaj możemy zobaczyć przykład dostępności receptorów opioidowych mu śródmózgowia, mostu i rdzenia podczas ataku migreny in vivo.

Faza ictal headache wykazuje zmniejszenie dostępności receptora opioidowego mu wzdłuż istoty szarej akweduktu okołokostnego w porównaniu z fazą międzynapadową bez bólu głowy. Implikacje tej techniki rozciągają się na terapię migreny, ponieważ może ona z większą dokładnością określić potencjalne cele w mózgu dla przyszłych metod leczenia, w tym neuromodulacji. Chociaż ta metoda może zapewnić wgląd w migrenę, może być również stosowana do innych zaburzeń neurologicznych, takich jak neurolodzy, depresja i uzależnienia.

Połączenie neuronawigacji 3D i neuroobrazowania pozwala badaczom, klinicystom i edukatorom w dziedzinie bólu, neuronauki badać mózg w znacznie bardziej interaktywnym i wciągającym środowisku wirtualnym. Przedstawione wyniki dostarczają ważnych informacji mechanistycznych na temat wpływu migrenowego bólu głowy na układ opioidowy MO.