3D-Neuronavigation Published: June 2, 2014 doi: 10.3791/50682

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Alexandre F. DaSilva*^1,2,3, Thiago D. Nascimento*¹, Tiffany Love*³, Marcos F. DosSantos¹, Ilkka K. Martikainen^1,3, Chelsea M. Cummiford³, Misty DeBoer¹, Sarah R. Lucas¹, MaryCatherine A. Bender¹, Robert A. Koeppe⁴, Theodore Hall⁵, Sean Petty⁵, Eric Maslowski⁵, Yolanda R. Smith⁶, Jon-Kar Zubieta³

¹Headache & Orofacial Pain Effort (H.O.P.E.), Biological & Materials Sciences Department, University of Michigan School of Dentistry, ²Michigan Center for Oral Health Research (MCOHR), University of Michigan School of Dentistry, ³Translational Neuroimaging Laboratory, Molecular & Behavioral Neuroscience Institute, University of Michigan, ⁴PET Physics Section, Division of Nuclear Medicine, Radiology Department, University of Michigan, ⁵3DLab, University of Michigan, ⁶Department of Obstetrics and Gynecology, University of Michigan

* These authors contributed equally

Summary

In dieser Studie berichten die Autoren zum ersten Mal ein neues 3D-Sive und interaktive Neuro (3D-IIN) durch die Wirkung der spontanen Migräne Angriff in der μ-Opioid-System Gehirn eines Patienten in vivo.

Abstract

Eine wachsende Zahl von Untersuchungen, vor allem aus MRI-basierte Studien erzeugt, zeigt, dass Migräne scheint auftreten, und möglicherweise zu ertragen, aufgrund der Veränderung des spezifischen neuronalen Prozesse im ZNS. Jedoch wird die Information fehlt auf molekularer Auswirkungen dieser Änderungen, insbesondere des endogenen Opioid-System bei Migräne und Neuro durch diese Änderungen noch nie durchgeführt worden. Diese Studie soll untersuchen, unter Verwendung eines neuartigen 3D-immersive und interaktive Neuronavigation (3D-IIN)-Ansatz, der endogenen μ-Opioid-Übertragung im Gehirn während einer Migräne-Angriff in vivo. Dies ist wohl eine der zentralen neuromechanisms mit Schmerzen Regelung verbundenen, die mehrere Elemente der Schmerzerfahrung und Analgesie. Eine 36-jährige Frau, die mit Migräne leidet seit 10 Jahren, wurde in der typischen Kopfschmerzen (iktale) und nonheadache (interiktalen) Migräne-Phasen mit Positronen Emiss gescanntIonen-Tomographie (PET) mit der selektiven Radiotracer ^[11 C] Carfentanil, die uns μ-Opioid-Rezeptor-Verfügbarkeit im Gehirn (nicht verschiebbaren Bindungspotenzial - μOR BP _ND) messen erlaubt. Die kurze Lebensdauer Radiotracer wurde von einem Zyklotron und chemische Syntheseapparat auf dem Campus in der Nähe der Anlage befindet Bildgebung produziert. Sowohl PET-Scans, interiktalen und iktale, wurden im separaten Mitte bis Ende der follikulären Phase des Menstruationszyklus des Patienten geplant. Während der iktale PET-Sitzung ihre spontane Kopfschmerzen Angriff erreicht schwerer Intensität Ebenen; voran, um Übelkeit und Erbrechen am Ende des Scansitzung. Es gab Kürzungen in μOR BP _ND in den Schmerz-modulierenden Regionen der endogenen μ-Opioid-System während der iktale Phase, einschließlich des cingulären Cortex, Nucleus accumbens (NAcc), Thalamus (Thal) und periaqueductal grauen Substanz (PAG); darauf hinweist, dass μORs wurden bereits durch endogene Opioide freigesetzt besetztin Reaktion auf die anhaltende Schmerzen. Unseres Wissens ist dies das erste Mal, dass BP in μOR _ND während einer Migräne-Angriff ändert sich mit einem neuartigen 3D-Ansatz wurden neuronavigated. Diese Methode ermöglicht eine interaktive Forschungs-und Bildungs ​​Erforschung einer Migräne-Attacke in bildgebenden Datenmenge eines tatsächlichen Patienten.

Introduction

Migräne ist eine chronische Erkrankung, die Trigeminus-Schmerzen fast 16% der Frauen und 6% der Männer in den Vereinigten Staaten und weltweit ^3.1 betrifft. Repetitive Migräne-Attacken haben einen Einfluss auf einen großen Teil der Existenz des Patienten, der Lebensqualität und die Leistung zu beeinträchtigen, kostet Milliarden von Dollar in verpasst Schule / Arbeit Tag und Gesundheits Nutzung ^4. Während der schwächenden Kopfschmerz-Attacken, haben seine Kranken eine deutliche erhöhte Empfindlichkeit auf Schmerz (Hyperalgesie) und sogar nonnoxious Reize (Allodynie) ^5.

Die μ-Opioid-Neurotransmitter-System ist einer der wichtigsten endogenen Schmerzmodulationsmechanismen in unserem Gehirn. Es ist an der Regulation von experimentellen und klinischen Schmerzwahrnehmung, wie auch in der analgetischen Wirkung von Opiaten ^6-9, die mit der Chronifizierung von Migräneattacken ¹⁰ zugeordnet worden sind, beteiligt. Jüngste Fortschritte in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) die molekulare Bildgebung ermöglichen die Untersuchung der wichtigsten molekularen Mechanismen im Gehirn von Patienten mit chronischen Schmerzen in vivo ^11. In dieser Studie, trotz der schwierigen Logistik der Synchronisierung der aleatorischen und schwächenden Natur der episodischen Angriffe mit der Komplexität der PET / Radiotracer Sitzungsaufbau, 3D-Neuronavigation wurde zum ersten Mal auf μOR Verfügbarkeit in Schlüssel Schmerz-Matrix-Bereiche eines Patienten untersuchen, verwendet Gehirn während einer spontanen Migränekopfschmerzen.

Falldarstellung

Eine 36-jährige asiatische Frauen wurde in der Studie aufgenommen. Sie stellte mit einem 10-jährigen Geschichte der Migräne mit visueller Aura. Rechtsseitige Migräne-Kopfschmerzen aufgetreten durchschnittlich 12 Tage pro Monat, mit mäßiger bis schwerer Schmerzintensität, die normalerweise dauern würde für 72 Stunden (wenn unbehandelt oder erfolglos behandelt). Es war eine erhöhte Häufigkeit von Kopfschmerzattacken um ihren Menstruationszyklus, diehatte ein regelmäßiges Muster in der gesamten Studie. Assoziierte Symptome waren: Übelkeit, Erbrechen, Lichtscheu und Lärmempfindlichkeit. Bei den regelmäßigen Kopfschmerzattacken sie nicht präsentieren alle vegetativen Symptome. Als Behandlung wurde sie ihre Symptome Verwaltung mit pharmakologischer Therapie nur gescheiterte, die auf nicht-steroidale entzündungshemmende Medikamente basiert, und es gab keine Anzeichen für Medikamentenübergebrauch oder Opioidkonsum. Die klinische Untersuchung bei der Screening-Visite war unauffällig und ohne Missbildungen, und eine Überprüfung der Systeme war innerhalb der normalen Grenzen. Sie war Single ohne Kinder, und wurde nicht mit empfängnisverhütenden Medikamenten.

Protocol

Die Studie sollte von der lokalen Institutional Review Board genehmigt werden, und durch die radioaktive Drug Research Committee. Der Forschungsgegenstand gibt schriftliche Zustimmung zur Teilnahme an der Studie. Das Protokoll ist in drei chronologische Schritte:

1. MRT-Sitzung
2. PET-Sitzung während der iktale Phase (Kopfschmerzen) von Migräne
3. PET-Sitzung während der interiktalen Phase (keine Kopfschmerzen) von Migräne

Der Patient ist verantwortlich für das Ausfüllen eines Kopfschmerztagebuch, und für die Bestätigung mit der Forschungsgruppe das Auftreten einer Migräne-Attacke am Tag der Imaging-Sitzung. Sowohl interiktalen und iktale sollten PET-Scans während der separaten Mitt späten follikulären Phasen des Patienten (5 bis 10 Tagen nach dem ersten Tag der Menstruationsblutung), die in diesem Fall wurde von einem Gynäkologen mit Know-how verfolgt und im Voraus geplant werden berechnet im Feld (YRS).

1. MRT-Session

1. PreGemüsemesser für das Experiment
   1. Vor der Herstellung der Gegenstand für den Scan, ist es notwendig, um eine ordnungsgemäße Sicherheitsanweisungen durch das Magnetfeld des MR-Scanners zu folgen. Alle Studienpersonal muss metallfrei, bevor Sie den MR-Verfahren Raum sein.
   2. Geben Sie eine Kopie der Einwilligungserklärung, die zuvor von der Forschung Freiwilligen während der ersten Screening unterzeichnet, mit dem MR-Technologe.
2. Vorbereiten der Betreff für den Scan
   1. Am Tag des MRI, fragen Sie den Forschungsgegenstand, füllen Sie ein MRI-Sicherheit Screening-Form. FMRI-Labor - Diese Form wird für jede MRT an der Universität von Michigan mit eingerechnet. Der Fragebogen bekräftigt, dass das Thema auch metallfrei und nicht eine Erkrankung, die sorgfältige und besonders berücksichtigt (z. B. metallische Fremd Fragmente, implantiert mechanische / elektrische Gerät) verlangt haben.
   2. Versichern Sie, dass der Teilnehmer versteht die MR-Verfahren, Risiken und Vorteile.
   3. Deliver das ausgefüllte Formular an die Screening-MR-Technologe, die in dem Verfahren unterstützen wird.
3. Erwerben Sie eine T1-gewichteten anatomischen MRT-Untersuchung bei einem interiktalen Phase für die Patienten auf einem 3-Tesla-Scanner.
   1. Verwenden Sie die folgenden Parameter für den Ablauf der MR:
      • A. Axial Qual-Gradienten abgerufen (SPGR) 3D-Erfassung
      • B. Bandbreite = 15.63
      • C. Wiederholung Zeit [TR] = 9,2 ms
      • D. Echo Zeit [TE] = 1,9 ms
      • E. Inversion Recovery-Vorbereitung 500 ms
      • F. Flip Winkel = 15 °
      • G. 25/26 FOV
      • H. Anzahl der Anregungen [NEX] = 1
      • I. 144 zusammenhängenden Scheiben
      • J. 1,0 mm Schichtdicke
      • K. 256 x 256-Matrix

2. Iktalen PET-Session

1. Vorbereitung auf den Versuch
   1. Vor der Bestätigung der Scan an der Universitätsklinik, wenden Sie das Thema in die ph überprüfenase des Menstruationszyklus wird sie am Tag der Abtastung sein. Es wird empfohlen, zur Durchführung einer PET in der Zwischen späten Follikelphase (5 bis 10 Tage nach der Regelblutung Beginn) zu scannen.
   2. Einen Antrag an das Krankenhaus zu produzieren ^[11 C] Carfentanil, eine kurze Radiotracer-Leben mit einer selektiven Affinität für μ-Opioid-Rezeptoren mit einem Zyklotron in der Nähe des Scans. Der Tracer muss 2 Stunden vor dem Scan erzeugt werden.
   3. Am Tag der potentiellen iktale PET-Scan, wenden Sie das Thema 2 Stunden vor dem Termin, um das Vorhandensein einer spontanen Migräneattacke zu bestätigen. Wenn ein Migräneanfall vorhanden ist, bestätigen die Diagnose Migräne nach der Internationalen Klassifikation von Kopfschmerzerkrankungen. Nach der Diagnose, sicherzustellen, dass die Teilnehmer in der Lage, um sicher ins Krankenhaus bringen, um den Scan zu unterziehen. Geben Transport, wenn das Motiv nicht komfortables Fahren oder, wenn kein Fahrer zur Verfügung steht.
2. Vorbereiten der Subject für den Scan
   1. Wenn der Teilnehmer kommt in das Krankenhaus, begleiten sie in die PET-Suite für die Verlängerung der Diagnose auf der Grundlage der Internationalen Klassifikation von Kopfschmerzerkrankungen. Vor dem Scan, führen Sie eine Drogen-Urin-Test, um zu bestätigen, dass das Thema nicht Aufnahme jeder Stoff, der mit dem Tracer ^[11 C] Carfentanil, gefolgt von einer Urin-Schwangerschaftstest interagieren konnte.
   2. Bekräftigen, dass der Teilnehmer versteht die PET-Verfahren, Risiken und Vorteile.
   3. Liefern Sie eine Kopie der Einwilligungserklärung, die zuvor von der Forschung Freiwilligen während der ersten Screening unterzeichnet, der Nuklearmedizin Technologe.
   4. Nach der Führung der Nuklearmedizin Technologe, helfen das Thema in den Scanner zu begleichen.
   5. Haben das Thema unterziehen 1 90 min PET-Scan mit einem Siemens HR + Scanner im 3D-Modus (rekonstruierte Bilder haben eine Full-Halbwertsbreite (FWHM) Auflösung von ~ 5,5 mm in der Ebene und 5,0 mm axial).
   <li> Für jedes ^[11 C] Carfentanil Dosis (555 MBq ≤ 0,03 g / kg), verwalten fünfzig Prozent als Bolus mit dem Rest kontinuierlich über den Verlauf des Scan infundiert, um Steady-State-Tracer-Werte, die etwa 35 Minuten nach der Verabreichung erreicht Tracer .
   6. Interiktalen PET-Sitzung.
   7. Wiederholen Sie die Schritte 2,2-2,6 während der Nicht-Kopfschmerzphase.

3. PET Daten Wiederaufbau

1. Rekonstruieren PET-Bilder mit interaktiven Algorithmen in einer 128 x 128-Pixel-Matrix in einem 28,8 cm Sichtfeld (FOV) Durchmesser.
2. Erwerben 21 Bildrahmen und Co-Register zueinander nach Bewegung während der Abtastung zu korrigieren.
3. Besorgen Sie sich eine 6 min Getriebe (68Ge-Quelle) scannen vor der PET-Scan für die Zwecke der Schwächungskorrektur.
4. Wandeln die dynamischen Bilddaten für jede Abtastzeile auf einer Voxel-für-Voxel-Basis in zwei Sätze von Parameterbilder (10 - 40 min):
   1. Verwenden Sie ein Tracertransport Maßnahme (K1 ratio) für Koregistrierung und Normalisierung Verfahren; und
   2. Verwenden Sie einen Rezeptor bezogenen Maßnahme, BP _ND, proportional zu Bmax (Rezeptor-Konzentration) von Kd (Rezeptor-Affinität) zu teilen.
5. Schätzen Sie diese Maßnahmen mit Hilfe der Referenzregion Logan-basierte grafische Analyse mit dem visuellen Kortex als Referenzbereich ^12.

4. PET-Datenanalyse

HINWEIS: Anatomisch standardisieren Bilder in Schablonenraum mit der Software Statistical Parametric Mapping (SPM8) nach der folgenden Sequenz.

1. Co-Registrierung des MR-Scan-und K1-Scans.
2. Normalisieren der MR-Scan des Montreal Neurologic Institute (MNI) Vorlage Gehirn mit Dartel.
3. Tragen Sie die resultierende Deformation Matrix auf die PET-Bilder.
4. Stellen Sie sicher, Co-Registrierung und Normalisierung Genauigkeit durch den Vergleich der transformierten MR-und PET-Bilder auf den MNI-Atlas-Vorlage.
5. Region of Interest (ROI)-Analyse.

   Untersuchen der Aktivität mehrerer bilateraler Regionen, die bei der Verarbeitung von Schmerzen beteiligt sind, einschließlich:

   • A. Anterior / medial / posterior cingulären
   • B. Insula
   • C. Hippocampus
   • D. Amygdala
   • E. Caudate Kopf / Körper
   • F. Nucleus accumbens
   • G. Putamen
   • H. Lateral / medialen Globus pallidus
   • I. Thalamus Kerne (ventralen vorderen, hinteren seitlichen ventralen / medialen, lateralen posterior, Mittellinie, seitlich / medialen dorsalen)
   • J. periaquäduktalen grauen Substanz (PAG)
   1. Marsbar definieren (in standardisierten Raum für jede dieser Regionen mit Ausnahme des PAG PAG Generieren Sie die ROI, indem Sie einen 3 mm Kugel an den Koordinaten: rechts: 4, -28, -6, und links:. -2, -28 , -6. Dieses PAG Lage zuvor gezeigt wurde, Diffusions-und Connectivity-Veränderungen bei Migräne-Patienten im Vergleich zu gesunden Kontroll ^13,14 zu haben.
      HINWEIS: Die Test-Retest-Studien mit ^[11 C] Carfentanil zeigen die Reproduzierbarkeit der BP _ND Maßnahmen auch weniger als 10%, wobei die meisten kortikalen Regionen als 3-5% ^15. Die größten Variationskoeffizienten (COV = Std.Abw. / Mittelwert) werden typischerweise in den Regionen mit der niedrigsten Bindungs ​​jedoch beobachtet, sogar in den kortikalen Regionen mit der niedrigsten Bindungs ​​BP _ND CoV waren ~ 0,5. Daher sind prozentuale Veränderungen in ROI μOR BP _ND zwischen den Scans nur dann als signifikant, wenn über 10%.

   5. 3D-Neuronavigation

   1. Vorbereitung für eine 3D-Erfahrung IIN
      1. Organisieren der Daten in NIfTI Volumendatenformat als ein Stapel von Bildern mit einer Dichte und Aktivierungsstufen, die als 16 Bit ist.
      2. Tragen aktiven LCD Shutter-Brille, um die Zeit sequentiellen stereoskopischen 3D-Effekt zu ermöglichen. Die Shutter-Brillen funktionieren durch die Sperrung von einem Auge, während das Bild für das andere Auge wird auf dem Bildschirm angezeigt. Der Prozess wiederholt sich dann für das andere Auge. Diese shuttering-Effekt tritt bei 110 Hz.
      3. Verwenden Sie einen Joystick für Interaktionen mit der Simulation, nachdem er auf seine Verwendung angewiesen.
      4. Statten Sie die Shutter-Brille und Joystick mit reflektierenden Markierungen präzise 6DOF Verfolgung der Objekte im Raum über ein Vicon Motion-Capture-System zu ermöglichen.
   2. Anzeige Aubject Aktivierungsdaten
      1. Verwenden Sie XML-Konfigurationsdateien, um Farbzuordnungen der Dichte und der Aktivierungsstufen, die geladen werden, wenn die Anwendung beginnt und mit jedem Computer im Cluster gemeinsam zu definieren.
      2. Erwerben 3-dimensionalen Volumen Zellen aus den bereitgestellten NIfTIdata durch interne Ladefunktionen Vena und dem "Niftilib" Open-Source-Software-Bibliothek.
      3. Teile daraus resultierende Volumen Zellen mit jedem Computer im Cluster, um die Geschwindigkeit zu verbessern.
      4. Interpretieren Volumen Zellen durch ein OpenGL-Shader (GLSL), die Marching-ray und die Anzeige der Voxel mit unterschiedlichen Farben und Transparenzen definiert durch führtzuvor gemeinsam genutzten Farbzuordnung XML-Konfigurationsdateien.
   3. Besorgen Sie sich die Lage durch die Vicon-System und nutzen diese, um gezogenen Perspektiven der volumetrischen Daten auf jedem Bildschirm zu aktualisieren.
   4. Rekord-Interaktionen und nutzen sie, um dynamisch anpassen und schneiden Ebenen durch die Daten, um im virtuellen Raum navigieren.

   6. 3D-Immersive und interaktive Neuronavigation (3D-IIN)

   1. Store unterliegen Aktivierungsdaten in der NIfTI Datenformat, einem Volumendatentyp, der mit dem Niftilib Bibliothek interpretiert wird.
   2. Erhalten Interaktionen und die Position durch ein Vicon-Tracking-System, einen Joystick-Gerät und gestische Eingabe. Verwenden Sie diese Informationen, um sicherzustellen, das angezeigte Bild den richtigen Blickwinkel, so dass für Echtzeit-Untersuchung des Datensatzes und ermöglichen dynamische Steuerung für bis zu 3 beliebige Schnittebenen mit vertrauten Bewegungen und Steuerungssysteme (Abbildung 1).

Representative Results

Der Patient in die Klinik vorgestellt mit einem rechten Schläfen-und Hinterhaupts pulsierender Kopfschmerz, mit der Intensität von 6 auf einer Schmerzskala von 0-10. Sie wurde mit ihrer typischen Migräne-Kopfschmerzen, aber ohne Aura. Es war nach dem Aufwachen 5 Stunden vor dem (iktale) PET-Sitzung initiiert, und sie schaffte es, ohne abortive Pharmakotherapie zu tolerieren. Um ihr Wissen wurde die Kopfschmerzen nicht von einem auslösenden Faktor (z. B. Alkohol, Schlafentzug) hervorgerufen. Keine autonome Symptome gemeldet wurden, aber Photophobie und Phonophobie vorhanden waren. Nach Beginn der iktale PET-Sitzung der Kopfschmerzintensität eskalierte und erreichte schweren Ebenen (9 auf einer Schmerzskala von 0 bis 10) 60 min in die Studie; voran, um Übelkeit und Erbrechen am Ende des Scansitzung. Abnahme μOR BP _ND im Gehirn des Patienten während der spontanen Migräne (ictalen Phase) bemerkt, verglichen mit der Basislinie (interiktalen Phase) (Fig. 2). Dort werden wirre Patentsenkungen in μOR BP _ND in den Hauptschmerzmatrix-Regionen der endogenen μ-Opioid-System, einschließlich der folgenden Thalamus-Kerne: rechte seitliche Rücken (11, -19, -16: 10,2%), rechts medialen dorsalen (6, -17, -8: 11,1%), rechts der Mittellinie (8, -19, -16: 27%), und ventralen anterioren (9, -9, -12: 12,0%). Zusätzlich wurden Änderungen in der rechten vorderen (8, 35, 14: 13,7%) festgestellt und linken posterioren cingulären Cortex (-5, -44, 23: 11,8%), linke caudatus Körper (-11, 6, 15: 12,0 %), medialen Globus pallidus (rechts: 16, -4, -3: 16,2%; links: -14, -4, -3: 22,6%), links Kern accumbens (-9, -11, -7: 10,5% ) und Hippocampus (rechts: 30, -22, -14: 12,6%; links: -30, -22, -14: 11,5%). Es gab einen Anstieg in μOR BP _ND nur im linken Amygdala (-23, -4, -19: 11,7%). Im Hirnstamm, erweiterte die signifikante Reduktion der iktale μOR BP _ND von der rostral periaqueductal grauen Substanz (PAG) (rechts kaudal: 4, -28, -6: 15,1%; links: -2, -28, -6: 14,6 %) (Abb.Abbildung 3). Jedoch waren die globale hemisphärischen prozentualen Veränderungen der μOR BP _ND während der Migräneattacke bescheiden (rechts: 8,5%; links: 8,29%), was anzeigt, dass die Abnahme der μOR BP _ND waren spezifisch für die Schmerzmatrixstrukturen im Gehirn .

Abbildung 1. Voll Virtual Reality 3D Daten Navigation eines migränöser Gehirn. Zum ersten Mal wurde tatsächlichen Migräne Neuroimaging-Daten in einer vollständig immersive virtuelle 3D-Realität, die uneingeschränkte Navigation durch die Daten (von Studenten, Ärzte und Wissenschaftler) zur Verfügbarkeit von μ-Opioid-Rezeptoren (μOR BP _ND) im Gehirn während umfasst erforscht Die Migräne Angriff in vivo.

.. Abbildung 2 μ-Opioid-Gehirn-Profil eines Migräne-Kopfschmerz in vivo Die iktale Phase (untere Reihe) - Kopfschmerzphase - zeigt eine Abnahme der μ-Opioid-Rezeptor-Verfügbarkeit (μOR BP _ND) in der Schmerzmatrix-Regionen (Threshold-Wert, DV = 4,50). Dieses Ergebnis stellt möglicherweise eine Erhöhung der endogenen μ-Opioid-Freisetzung während der Migräne-Attacke, als regulatorische Antwort auf die anhaltende starke Kopfschmerzen. Schlüsselwörter: Thalamus (Thal), Nucleus accumbens (NAC) und anterioren cingulären Cortex (ACC).

Abbildung 3. Mittelhirn / Pons / Medulla μ-Opioid-Rezeptor-Verfügbarkeit während eines Migräneanfalls in vivo. Iktale Die Phase (rechtsSpalte) - Kopfschmerzphase - zeigt eine Abnahme der μ-Opioid-Rezeptor-Verfügbarkeit entlang der periaqueductal grauen Substanz (PAG) (Schwellwert, DV = 4,50), im Vergleich zu der interiktalen Phase (linke Spalte) - non-Kopfschmerz-Phase. Schlüsselwörter: PAG: r - rostral; m - medial; c - Schwanz.

Discussion

In diesem Fallbericht wurde tatsächlichen Migräne Neuroimaging-Daten zum ersten Mal erforscht, in einem voll immersiven virtuellen 3D-Realität, die eine Abnahme der μ-Opioid-Rezeptor-Verfügbarkeit (μOR BP _ND) demonstriert. Reduktionen in μOR BP _ND bedeutet, daß es eine höhere Auslastung und / oder ein Verlust von μ-Opioidrezeptoren im zentralen Nervensystem. Akute Senkungen in μOR BP _ND in der Schmerzmatrix-Regionen während der iktale Scan im Vergleich zum interiktalen-Scan, wird erwartet, dass als Folge der Freisetzung von endogenen Opioiden Interaktion mit μORs als regulatorische Antwort auf die anhaltenden Schmerzen, die weniger μORs auftreten zugänglichen Radiotracer.

Die Neuheit unserer iktale Migräne Neuroimaging-Studie liegt in der neuen 3D-Neuronavigation Ansatz zur tatsächlichen Gehirn die Daten eines Patienten in der virtuellen Realität zu untersuchen. PET-Radiotracer-Technologie wurde verwendet, um Veränderungen in μORs messenVerfügbarkeit mit ^[11 C] Carfentanil. Wenn während der Kopfschmerzen Veranstaltung untersucht, sind die Gehirne von Migränepatienten in der Regel nach einem Angriff Auslöser (zB., Glyceroltrinitrat, Photo) ^16,17, oder unter der technischen Nachfrage eines bestimmten Stimulus hervorgerufen (zB., Schmerzen, Pinsel, Licht abgetastet und Geruch) ^18-20. Alle diese Studien bestätigen die Erkenntnis, dass die Störung mit kortikalen und subkortikalen Übererregbarkeit während der Kopfschmerzphase verbunden. Eine solche Vielzahl von Reizen in den bildgebenden Protokollen stellt jedoch mehrere Faktoren, die das Verständnis der alleinigen Wirkung eines akuten Migräneanfalls auf das zentrale Nervensystem trüben. Aus den wenigen früheren funktionelle Studien ohne die Anwesenheit von exogenen Stimulation, gibt es Anzeichen für eine verstärkte regionale Gehirndurchfluss in Bereichen wie dem cingulären Cortex, Hypothalamus, Hirnstamm und ^21, die auch nach der Akuttherapie ²² bestehen kann. BisherDie bildgebenden Technologien angewendet haben nicht für die molekulare Charakterisierung von in der Migräne-Attacke, wie der endogenen μ-Opioid-Mechanismus, eine der wichtigsten Ressourcen in der analgetischen Gehirn beteiligt Neurotransmitter / Rezeptor-Prozesse erlaubt. Darüber hinaus erlaubt unsere Methode, diese Prozesse mit Hilfe von 3D Neuronavigation in einer virtuellen Umgebung erkundet werden.

Die absteigende Schmerzmodulationssystem ist ein komplexes Netzwerk, das Schmerzverarbeitung über μ-Opioid-Rezeptoren im Gehirn, einschließlich Rücken zu überRücken Bereichen reguliert zu einem großen Teil. Diese Bereiche sind bei endogenen Anti Nozizeption, stressinduzierten Analgesie beteiligt sein, und in der Wirkung von Opioiden allgemein für chronische Schmerzen und Migräne-Behandlung verwendet. In der Tat kann die Dura neurogener Vasodilatation im Zusammenhang mit Migräne durch Morphin gehemmt werden und durch den Opioid-Antagonisten Naloxon umgekehrt nachfolgend anzeigt, daß die Wirkung von Morphin auf neurogenerEntzündungen sind speziell über die Aktivierung von μ-Opioid-Rezeptoren ²³ vermittelt. Interessant ist, dass die Größe des endogenen Opioid / μORs regionalen Aktivierungen in den Menschen, um die individuelle Fähigkeit, sensorische und affektive Elemente der Schmerzerfahrung zu unterdrücken ²⁴ zusammen.

In unserer Studie sind die Hirnregionen, die Senkung der μ-Opioid-Rezeptor-Verfügbarkeit während der iktale Phase zeigte für beide Elemente der Migräne Erfahrung und ihrer Modulation verantwortlich. Sie sind die ACC, Thalamus, Basalganglien (zB., NAcc), Hippocampus und der PAG. Neben der Sensibilisierung durch abnorme Trigeminus afferenten Verkehr, eine feste Hypothese für Migräne Pathophysiologie ist die Dysfunktion des Modulationssystems. In diesem Fall Vorsprünge vom / zum Hirnstamm-Strukturen, wie die PAG, wo es eine hohe Expression von Opioid-Rezeptoren, wäre ineffizient ihre antinociceptive Wirkung auf asce erzeugennden sensorischen Neuronen. Zusätzlich nehmen anderen höheren kortikalen Strukturen in diesem fehlerhaften Schmerz-modulierenden Mechanismus bei Migräne. Eine kürzlich interiktalen Ruhezustand Studie berichtet, Veränderungen in der Konnektivität von Migränepatienten und gesunden Kontrollen im ventrolateralen PAG und die meisten der (Unter-) kortikalen Strukturen in der Schmerzmodulationssystem und korreliert diese mit der Häufigkeit der Kopfschmerzattacken ^13. Die Regionen mit Verbindungsänderungen in dieser Studie sind die gleichen wie die mit Veränderungen in μOR BP _ND in unserer Studie. Das gleiche PAG Ort wurde ursprünglich als umfassende mikroNeuroPlastizität bei Migränepatienten ¹⁴ gemeldet und hier hatte einen erheblichen Rückgang der μOR BP _ND während des Angriffs.

Weitere Studien mit größeren Kohorten sind notwendig, um zu bestätigen und erweitern die Erkenntnisse in diesem Fall Bericht dargestellt. Beispielsweise ist es derzeit nicht bekannt, warum das System reagiert nicht korrektauf die langfristige Nutzung von exogenen Opioiden in Kliniken häufig Migräne verschrieben. Dennoch, unsere Studie liefert wichtige mechanistische Informationen über die Auswirkungen einer Migräne-Kopfschmerz in der μ-Opioid-System und nutzt eine neuartige 3D-immersive und interaktive Neuronavigation (3D-IIN)-Ansatz zum ersten Mal. In Zukunft könnte diese Sondierungs 3D-Verfahren eine viel immersive und interaktive Perspektive für die Gehirne der Patienten in der Klinik und Forschung bieten.