3 डी Neuronavigation
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

Published 6/02/2014
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Medicine
 

Summary

इस अध्ययन में, लेखकों पहली बार के लिए रिपोर्ट एक उपन्यास 3 डी Immersive और इन विवो में एक मरीज ​​के मस्तिष्क की μ-opioid प्रणाली में एक सहज माइग्रेन का सिरदर्द हमले के प्रभाव के माध्यम से इंटरएक्टिव Neuronavigation (3 डी आईआईएन).

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DaSilva, A. F., Nascimento, T. D., Love, T., DosSantos, M. F., Martikainen, I. K., Cummiford, C. M., et al. 3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache. J. Vis. Exp. (88), e50682, doi:10.3791/50682 (2014).

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Abstract

एमआरआई आधारित अध्ययन से मुख्य रूप से उत्पन्न अनुसंधान का एक बढ़ती शरीर, माइग्रेन की वजह से केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में विशिष्ट तंत्रिका प्रक्रियाओं में परिवर्तन करने के लिए, हो सकता है, और संभवतः सहन करने के लिए प्रकट होता है कि पता चलता है. हालांकि, जानकारी विशेष रूप से माइग्रेन सिर दर्द के दौरान अंतर्जात opioid प्रणाली पर, इन परिवर्तनों के आणविक प्रभाव पर कमी है, और इन परिवर्तनों के माध्यम से neuronavigation कभी नहीं किया गया. एक उपन्यास immersive 3 डी और इंटरैक्टिव neuronavigation (3 डी आईआईएन) दृष्टिकोण, विवो में एक माइग्रेन का सिरदर्द हमले के दौरान मस्तिष्क में अंतर्जात μ-opioid संचरण का उपयोग कर, जांच करने के उद्देश्य से यह अध्ययन. इस दर्द को अनुभव और analgesia के कई तत्वों को प्रभावित करने, यकीनन दर्द विनियमन के साथ जुड़े अधिकांश केंद्रीय neuromechanisms में से एक है. 10 साल के लिए माइग्रेन से पीड़ित कर दिया गया है, जो एक 36 वर्षीय महिला, विशिष्ट सिरदर्द (आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित) और पोजीट्रान Emiss का उपयोग nonheadache (interictal) माइग्रेन चरणों में स्कैन किया गयाहमें मस्तिष्क (- μOR बी.पी. एनडी गैर displaceable बंधन संभावित) में μ-opioid रिसेप्टर उपलब्धता को मापने के लिए अनुमति दी है जो चयनात्मक radiotracer [11 सी] carfentanil, साथ आयन टोमोग्राफी (पीईटी). लघु जीवन radiotracer इमेजिंग सुविधा के पास स्थित परिसर में एक साइक्लोट्रॉन और रासायनिक संश्लेषण तंत्र द्वारा तैयार की गई थी. पीईटी स्कैन, interictal और आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित, दोनों रोगी के मासिक धर्म चक्र के अलग मध्य देर कूपिक चरणों के दौरान तय किया गया था. आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित पीईटी सत्र के दौरान उसे सहज सिरदर्द हमले गंभीर तीव्रता के स्तर पर पहुंच गया; स्कैन सत्र के अंत में मतली और उल्टी के लिए प्रगति. सिंगुलेट प्रांतस्था, नाभिक accumbens (NAcc), चेतक (थाल), और periaqueductal ग्रे मैटर (पीएजी) सहित आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित चरण के दौरान अंतर्जात μ-opioid प्रणाली के दर्द से modulatory क्षेत्रों में μOR बी.पी. एन डी में कटौती, थे; μORs पहले ही जारी अंतर्जात नशीले पदार्थों के द्वारा कब्जा कर रहे थे कि यह दर्शाताचल रहे दर्द के जवाब में. हमारे ज्ञान करने के लिए, यह एक उपन्यास 3D दृष्टिकोण का उपयोग neuronavigated किया गया है एक माइग्रेन का सिरदर्द हमले के दौरान μOR बी.पी. एन डी में बदलता है कि पहली बार है. यह विधि एक वास्तविक मरीज की न्यूरोइमेजिंग डाटासेट में एक माइग्रेन का दौरा पड़ने से इंटरैक्टिव अनुसंधान और शिक्षा के अन्वेषण के लिए अनुमति देता है.

Introduction

माइग्रेन महिलाओं का लगभग 16% और संयुक्त राज्य अमेरिका में पुरुषों का 6% और दुनिया भर में 1-3 प्रभावित करता है एक जीर्ण त्रिपृष्ठी दर्द विकार है. दोहराए माइग्रेन का सिरदर्द हमलों चूक स्कूल / काम दिन और स्वास्थ्य उपयोग 4 में अरबों डॉलर की लागत, जीवन और प्रदर्शन की गुणवत्ता आई. रोगी के अस्तित्व के एक बड़े हिस्से पर प्रभाव पड़ता है. दुर्बल सिरदर्द हमलों के दौरान अपने से ग्रस्त मरीजों हानिकारक (hyperalgesia) के लिए एक उल्लेखनीय वृद्धि की संवेदनशीलता है और यहां तक कि nonnoxious उत्तेजनाओं (परपीड़ा) 5.

μ-opioid neurotransmitter प्रणाली हमारे मस्तिष्क में प्रिंसिपल अंतर्जात दर्द modulatory तंत्रों में से एक है. यह प्रायोगिक और नैदानिक ​​दर्द धारणा के विनियमन, साथ ही माइग्रेन हमलों में 10 की chronification के साथ संबद्ध किया गया है जो opioid दवाओं 6-9 की एनाल्जेसिक कार्रवाई में में शामिल है. पोजीट्रान एमिशन Tomo में हाल के अग्रिमोंgraphy (पीईटी) आणविक इमेजिंग vivo में 11 में पुराने दर्द के रोगियों के मस्तिष्क में महत्वपूर्ण आणविक तंत्र के अध्ययन के लिए अनुमति देते हैं. इस अध्ययन में, पाँसे तुल्यकालन और पीईटी / radiotracer सत्र सेटअप की जटिलता के साथ प्रासंगिक हमलों की प्रकृति दुर्बल का चुनौतीपूर्ण रसद के बावजूद, 3 डी neuronavigation एक मरीज की की कुंजी दर्द मैट्रिक्स क्षेत्रों में μOR उपलब्धता की जांच करने के लिए पहली बार के लिए इस्तेमाल किया गया था एक सहज माइग्रेन का सिरदर्द के दौरान मस्तिष्क.

प्रकरण प्रस्तुति

एक 36 वर्षीय एशियाई महिला अध्ययन में नामांकित किया गया था. वह दृश्य चमक के साथ माइग्रेन की एक 10 साल के इतिहास के साथ प्रस्तुत किया. सही तरफा माइग्रेन सिर दर्द आमतौर पर (अगर अनुपचारित या असफल इलाज) 72 घंटे के लिए पिछले होगा कि गंभीर दर्द की तीव्रता के लिए उदार के साथ प्रति माह 12 दिन के एक औसत हो गई. उसे मासिक धर्म चक्र, चारों ओर सिरदर्द हमलों की एक वृद्धि की आवृत्ति आई थी जोअध्ययन के दौरान एक नियमित पैटर्न था. जुड़े लक्षणों में शामिल हैं: मतली, उल्टी, प्रकाश की असहनीयता, और phonophobia. नियमित सिरदर्द हमलों के दौरान वह किसी भी स्वायत्त लक्षण मौजूद नहीं था. उपचार के रूप में, वह गैर स्टेरायडल विरोधी भड़काऊ दवाओं पर आधारित था, जो केवल औषधीय निष्फल चिकित्सा, साथ उसके लक्षण प्रबंध किया गया था, और दवा अति प्रयोग या opioid सेवन के कोई संकेत नहीं थे. स्क्रीनिंग यात्रा के दौरान चिकित्सीय परीक्षा unremarkable और असामान्यताओं के बिना था, और प्रणालियों की समीक्षा के सामान्य सीमा के भीतर थी. वह नहीं बच्चों के साथ एकल था, और गर्भनिरोधक दवा का उपयोग नहीं किया गया था.

Protocol

अध्ययन स्थानीय संस्थागत समीक्षा बोर्ड ने मंजूरी दे दी, और रेडियोधर्मी औषध अनुसंधान समिति द्वारा किया जाना चाहिए. अनुसंधान विषय अध्ययन में भाग लेने के लिए लिखित सूचित सहमति देता है. प्रोटोकॉल तीन कालानुक्रमिक चरणों में बांटा गया है:

  1. एमआरआई सत्र
  2. माइग्रेन का आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित चरण (सिरदर्द) के दौरान पीईटी सत्र
  3. माइग्रेन का interictal चरण (कोई सिर दर्द) के दौरान पीईटी सत्र

मरीज को एक सिर दर्द डायरी भरने के लिए, और अनुसंधान समूह के साथ इमेजिंग सत्र के दिन पर एक माइग्रेन का दौरा पड़ने की घटना की पुष्टि के लिए जिम्मेदार है. , Interictal और आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित दोनों, पीईटी स्कैन इस मामले में विशेषज्ञता के साथ एक स्त्री रोग विशेषज्ञ द्वारा अग्रिम में ट्रैक और गणना की गई जो (5 से 10 दिनों माहवारी रक्तस्राव के पहले दिन के बाद) रोगी की अलग मध्य देर कूपिक चरण के दौरान निर्धारित किया जाना चाहिए क्षेत्र में (वर्ष).

1. एमआरआई सत्र

  1. पूर्वप्रयोग के लिए कतरन
    1. पहले स्कैन के लिए विषय की तैयारी करने के लिए, यह कारण एमआर स्कैनर के चुंबकीय क्षेत्र को समुचित सुरक्षा निर्देशों का पालन करने के लिए आवश्यक है. सभी अध्ययन कर्मियों धातु मुक्त एमआर प्रक्रिया कमरे में प्रवेश करने से पहले होना चाहिए.
    2. एमआर प्रौद्योगिकीविद् के लिए पहले से प्रारंभिक जांच के दौरान अनुसंधान स्वयंसेवक द्वारा हस्ताक्षर किए सूचित सहमति पत्र की एक प्रति, प्रदान करते हैं.
  2. स्कैन के लिए विषय की तैयारी
    1. एमआरआई के दिन, एक एमआरआई सुरक्षा स्क्रीनिंग प्रपत्र भरने के लिए शोध का विषय पूछना. FMRI प्रयोगशाला - यह फार्म मिशिगन विश्वविद्यालय में की गई किसी भी एमआरआई के लिए आवश्यक है. प्रश्नावली विषय भी धातु से मुक्त है और सावधान और विशेष ध्यान (जैसे, धातु विदेशी टुकड़े, प्रत्यारोपित इलेक्ट्रिकल / मैकेनिकल डिवाइस) की आवश्यकता है कि एक चिकित्सा हालत नहीं है कि पुष्ट.
    2. प्रतिभागी एमआर प्रक्रिया, जोखिम और लाभ को समझता है कि आश्वस्त.
    3. Delivएर प्रक्रिया में सहायता की जाएगी जो एमआर प्रौद्योगिकीविद् के लिए स्क्रीनिंग फार्म पूरा किया.
  3. एक 3 टेस्ला स्कैनर पर रोगी के लिए एक interictal चरण के दौरान एक T1 भारित संरचनात्मक एमआरआई स्कैन मोल.
    1. एमआरआई अधिग्रहण के लिए निम्नलिखित अनुक्रम मापदंडों का उपयोग करें:
      • ए अक्षीय खराब ढाल को याद किया (SPGR) 3 डी अधिग्रहण
      • बी बैंडविड्थ = 15.63
      • सी. पुनरावृत्ति समय [tr] = 9.2 मिसे
      • डी. इको समय [te] 1.9 मिसे =
      • ई. उलटा वसूली तैयारी 500 मिसे
      • एफ फ्लिप कोण = 15 °
      • जी 25/26 FOV
      • Excitations के एच. संख्या [नेक्स] = 1
      • मैं 144 सन्निहित स्लाइस
      • जे 1.0 मिमी टुकड़ा मोटाई
      • लालकृष्ण 256 x 256 मैट्रिक्स

2. आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित पीईटी सत्र

  1. प्रयोग के लिए तैयार कर रहा है
    1. पहले विश्वविद्यालय अस्पताल में स्कैन की पुष्टि करने के लिए, जो पीएच में सत्यापित करने के लिए विषय से संपर्कमासिक धर्म चक्र के एएसई वह स्कैन के दिन किया जाएगा. यह एक पालतू जानवर (माहवारी रक्तस्राव शुरू होने के बाद 5 से 10 दिन) के मध्य देर कूपिक चरण के दौरान स्कैन करने के लिए सिफारिश की है.
    2. स्कैन के आसपास के क्षेत्र में एक साइक्लोट्रॉन का उपयोग [11 सी] carfentanil, μ opioid रिसेप्टर्स के लिए एक चयनात्मक आत्मीयता के साथ एक लघु जीवन radiotracer, निर्माण करने के लिए अस्पताल के लिए एक अनुरोध सबमिट करें. ट्रेसर स्कैन करने से पहले 2 घंटा उत्पादन किया जाना चाहिए.
    3. संभावित आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित पीईटी स्कैन के दिन, एक सहज माइग्रेन हमले की उपस्थिति की पुष्टि करने के लिए नियुक्ति से पहले विषय 2 घंटा से संपर्क करें. एक माइग्रेन का दौरा पड़ने मौजूद है, सिरदर्द विकारों के अंतर्राष्ट्रीय वर्गीकरण निम्नलिखित माइग्रेन के निदान को मान्य. निदान के बाद, प्रतिभागी सुरक्षित रूप से स्कैन से गुजरना करने के लिए अस्पताल को प्राप्त करने में सक्षम है कि आश्वासन देता हूं. विषय आरामदायक ड्राइविंग नहीं है या यदि कोई नामित ड्राइवर उपलब्ध है परिवहन उपलब्ध कराते हैं.
  2. र तैयारीस्कैन के लिए bject
    1. प्रतिभागी अस्पताल में आता है, सिरदर्द विकारों के अंतर्राष्ट्रीय वर्गीकरण के आधार पर निदान के पुनर्मूल्यन के लिए पीईटी सूट करने के लिए उसे ले. पिछले स्कैन करने के लिए, विषय का सेवन एक मूत्र गर्भावस्था परीक्षण के बाद ट्रेसर [11 सी] carfentanil, के साथ बातचीत कर सकता है कि किसी भी पदार्थ नहीं था कि पुष्टि करने के लिए एक मूत्र दवा परीक्षण प्रदर्शन करते हैं.
    2. प्रतिभागी पीईटी प्रक्रिया, जोखिम और लाभ को समझता है कि पुन: पुष्टि की.
    3. न्यूक्लियर मेडिसिन प्रौद्योगिकीविद् के लिए पहले से प्रारंभिक जांच के दौरान अनुसंधान स्वयंसेवक द्वारा हस्ताक्षर किए सूचित सहमति पत्र की एक प्रति,, वितरित करें.
    4. न्यूक्लियर मेडिसिन टेक्नोलॉजिस्ट के मार्गदर्शन के बाद, विषय स्कैनर में बसने में मदद.
    5. विषय 3 डी मोड में एक सीमेंस ऑफिस + स्कैनर का उपयोग कर 1 90 मिनट पीईटी स्कैन से गुजरना है (खंगाला छवियों आधा अधिकतम अक्षीय ~ 5.5 मिमी विमान में और 5.0 मिमी (FWHM) के प्रस्ताव पर एक पूर्ण चौड़ाई है).
    6. <प्रत्येक [11 सी] carfentanil खुराक ली> (0.03 माइक्रोग्राम / किलो ≤ 555 MBq), लगातार लगभग 35 मिनट ट्रेसर प्रशासन के बाद स्थिर राज्य ट्रेसर स्तर को प्राप्त करने के लिए स्कैन के पाठ्यक्रम पर संचार शेष के साथ एक सांस के रूप में पचास प्रतिशत प्रशासन .
    7. Interictal पीईटी सत्र.
    8. गैर सिरदर्द चरण के दौरान 2.6 - दोहराएँ 2.2 कदम.

3. पीईटी डेटा पुनर्निर्माण

  1. दृश्य (FOV) के एक 28.8 सेमी व्यास क्षेत्र में एक 128 x 128 पिक्सेल मैट्रिक्स में इंटरैक्टिव एल्गोरिदम का उपयोग पीईटी छवियों के पुनर्निर्माण.
  2. स्कैन के दौरान इस प्रस्ताव के लिए सही करने के लिए एक दूसरे से 21 छवि फ्रेम और सह रजिस्टर मोल.
  3. पूर्व क्षीणन सुधार के प्रयोजनों के लिए स्कैन पीईटी स्कैन एक 6 मिनट संचरण (68Ge स्रोत) प्राप्त करें.
  4. पैरामीट्रिक छवियों के दो सेट में एक voxel द्वारा voxel आधार पर प्रत्येक स्कैन के लिए गतिशील छवि डेटा परिवर्तित (10 - 40 मिनट):
    1. एक अनुरेखक परिवहन उपाय का प्रयोग (K1 रतिओ) coregistration और सामान्य प्रक्रियाओं के लिए; और
    2. केडी (रिसेप्टर आत्मीयता) द्वारा विभाजित करने के लिए Bmax के लिए आनुपातिक एक रिसेप्टर संबंधी उपाय, बी पी एन डी, (रिसेप्टर एकाग्रता) का प्रयोग करें.
  5. संदर्भ क्षेत्र के रूप में 12 पश्चकपाल प्रांतस्था साथ संदर्भ क्षेत्र आधारित लोगान चित्रमय विश्लेषण का उपयोग करके इन उपायों का अनुमान है.

4. पीईटी डेटा विश्लेषण

नोट: Anatomically नीचे अनुक्रम निम्नलिखित सांख्यिकीय पैरामीट्रिक मानचित्रण (SPM8) सॉफ्टवेयर का उपयोग कर टेम्पलेट अंतरिक्ष में छवियों के मानकीकरण.

  1. एमआर स्कैन और K1 स्कैन सह रजिस्टर.
  2. DARTEL का उपयोग मॉन्ट्रियल neurologic संस्थान (MNI) टेम्पलेट मस्तिष्क को एमआर स्कैन मानक के अनुसार.
  3. पीईटी छवियों जिसके परिणामस्वरूप विरूपण मैट्रिक्स लागू करें.
  4. MNI एटलस टेम्पलेट में तब्दील एमआर और पीईटी छवियों की तुलना द्वारा सह पंजीकरण और सामान्य सटीकता की पुष्टि.
  5. ब्याज के क्षेत्र (आरओआई) विश्लेषण.

    सहित दर्द के प्रसंस्करण के दौरान लगे हुए हैं कि कई द्विपक्षीय क्षेत्रों की गतिविधियों की जांच:

    • ए पूर्वकाल / औसत दर्जे / पीछे सिंगुलेट
    • बी Insula
    • सी. हिप्पोकैंपस
    • डी. प्रमस्तिष्कखंड
    • ई. पूंछवाला सिर / शरीर
    • एफ नाभिक accumbens
    • जी पुटामेन
    • एच. लेटरल / औसत दर्जे का ग्लोबस पैलिडस
    • मैं थैलेमस नाभिक (उदर पूर्वकाल, उदर पीछे पार्श्व / औसत दर्जे का, पार्श्व पीछे, midline, औसत दर्जे / पार्श्व पृष्ठीय)
    • जे Periaqueductal ग्रे मैटर (पीएजी)
    1. . सही: 4, -28, -6, और छोड़ दिया: निर्देशांक पर एक 3 मिमी क्षेत्र रखकर पीएजी आरओआई उत्पन्न पीएजी के अपवाद के साथ इन क्षेत्रों में से प्रत्येक के लिए मानकीकृत अंतरिक्ष में (MarsBaR को परिभाषित -2, -28 , -6. इस पीएजी स्थान पहले से स्वस्थ नियंत्रण 13,14 की तुलना में माइग्रेन रोगियों में diffusional और कनेक्टिविटी परिवर्तन के लिए दिखाया गया था.
      नोट: [11 सी के साथ टेस्ट retest पढ़ाई5% 15 -] सबसे cortical क्षेत्रों 3 होने के साथ अच्छी तरह से कम से कम 10% की बीपी एनडी उपायों के reproducibility दिखाने carfentanil. भिन्नता (Cov = Std.Dev. / मीन) की सबसे बड़ी गुणांक आम तौर पर सबसे कम बाइंडिंग के क्षेत्रों में मनाया जाता है, हालांकि, यहां तक कि सबसे कम बाध्यकारी बी.पी. एनडी cov के साथ cortical क्षेत्रों में ~ 0.5 थे. इसलिए, स्कैन के बीच आरओआई μOR बी.पी. एन डी में प्रतिशत परिवर्तन केवल जब 10% से ऊपर के रूप में महत्वपूर्ण माना जाता है.

    5. 3 डी Neuronavigation

    1. एक 3 डी आईआईएन अनुभव के लिए तैयारी
      1. 16 बिट के रूप में परिभाषित घनत्व और सक्रियण के स्तर के साथ छवियों का एक ढेर के रूप में NIfTI बड़ा डेटा प्रारूप में उपलब्ध कराए गए आंकड़ों को व्यवस्थित करें.
      2. समय अनुक्रमिक त्रिविम 3 डी प्रभाव को सक्षम करने के लिए सक्रिय एलसीडी शटर चश्मा पहनें. दूसरी आँख के लिए छवि स्क्रीन पर दिखाया गया है, जबकि शटर चश्मा एक आंख के अवरुद्ध के माध्यम से कार्य करते हैं. प्रक्रिया तो दूसरी आँख के लिए दोहराता है. इस shutteriएनजी प्रभाव 110 हर्ट्ज पर होता है.
      3. इसके प्रयोग पर निर्देश दिए जाने के बाद सिमुलेशन के साथ बातचीत के लिए एक जॉयस्टिक का प्रयोग करें.
      4. एक Vicon गति पकड़ने प्रणाली के माध्यम से अंतरिक्ष में वस्तुओं की सटीक 6DOF ट्रैकिंग सक्षम करने के लिए चिंतनशील मार्कर के साथ शटर चश्मा और जॉयस्टिक कपड़े.
    2. Aubject सक्रियण डेटा प्रदर्शित
      1. आवेदन शुरू होता है जब भरी हुई है और क्लस्टर में प्रत्येक कंप्यूटर के साथ साझा कर रहे हैं जो घनत्व और सक्रियण के स्तर के रंग मैपिंग, परिभाषित करने के लिए XML विन्यास फाइल का प्रयोग करें.
      2. गले की आंतरिक लोड हो रहा कार्यों के रास्ते और "Niftilib" खुला स्रोत सॉफ्टवेयर पुस्तकालय द्वारा निर्धारित प्रदान की NIfTIdata से 3 आयामी बड़ा कोशिकाओं मोल.
      3. गति में सुधार करने के लिए क्लस्टर में प्रत्येक कंप्यूटर के साथ बड़ा कोशिकाओं परिणामस्वरूप साझा करें.
      4. रे 'चलते और रंग बदलती और द्वारा परिभाषित transparencies के साथ voxels के प्रदर्शित आयोजित करता है कि एक ओपन shader (GLSL) से बड़ा कोशिकाओं व्याख्यापहले से साझा रंग मानचित्रण XML विन्यास फाइल.
    3. Vicon प्रणाली के माध्यम से स्थान प्राप्त करें और प्रत्येक स्क्रीन पर बड़ा डेटा का खींचा दृष्टिकोण को अद्यतन करने के लिए इस का उपयोग करें.
    4. रिकॉर्ड बातचीत और गतिशील रूप से समायोजित करने और आभासी अंतरिक्ष में नेविगेट करने के क्रम में डेटा के माध्यम से विमानों की कटौती करने के लिए उन्हें इस्तेमाल करते हैं.

    6. 3 डी Immersive और इंटरएक्टिव Neuronavigation (3 डी आईआईएन)

    1. NIfTI डेटा स्वरूप, Niftilib पुस्तकालय का उपयोग कर व्याख्या की है कि एक बड़ा डेटा प्रकार में स्टोर विषय सक्रियण डेटा.
    2. बातचीत और एक Vicon ट्रैकिंग प्रणाली के माध्यम से स्थान, जॉयस्टिक उपकरण, और gestural इनपुट प्राप्त करते हैं. प्रदर्शित छवि डेटा सेट के वास्तविक समय की खोज के लिए अनुमति देता है, सही सुविधाजनक मोरचा का प्रतिनिधित्व सुनिश्चित करने, और परिचित आंदोलनों और नियंत्रण योजनाओं (चित्रा 1) का उपयोग करने के लिए 3 मनमाना काटने विमानों के लिए गतिशील नियंत्रण सक्षम करने के लिए इस जानकारी का उपयोग करें.

Representative Results

मरीज को एक 0-10 दर्द पैमाने पर 6 की तीव्रता के साथ, एक सही लौकिक और पश्चकपाल pulsating सिरदर्द के साथ अस्पताल के समक्ष प्रस्तुत किया. वह हालांकि आभा बिना, उसे ठेठ माइग्रेन का सिरदर्द रहा था. यह (आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित) पीईटी सत्र से पहले 5 घंटा जागृति पर शुरू किया था, और वह किसी भी निष्फल pharmacotherapy बिना इसे सहन करने में कामयाब रहे. उसके ज्ञान के लिए, सिर दर्द किसी भी ट्रिगर फैक्टर (जैसे, शराब, सोने के अभाव) द्वारा पैदा नहीं हुआ था. कोई स्वायत्त लक्षणों की सूचना दी, लेकिन असहनीयता और phonophobia मौजूद थे. आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित पीईटी सत्र की दीक्षा के बाद सिर दर्द की तीव्रता गंभीर स्तर (एक 0-10 दर्द पैमाने पर 9) के एक अध्ययन में 60 मिनट तक पहुँचने, परिवर्धित; स्कैन सत्र के अंत में मतली और उल्टी के लिए प्रगति. आधारभूत (interictal चरण) (चित्रा 2) के रूप में की तुलना μOR बी.पी. एन डी में कमी, सहज माइग्रेन का सिरदर्द (आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित चरण) के दौरान रोगी के मस्तिष्क में देखा गया था. वहाँ हमसही पार्श्व पृष्ठीय (11, -19, -16: 10.2%) निम्नलिखित चेतक नाभिक सहित अंतर्जात μ-opioid प्रणाली के मुख्य दर्द मैट्रिक्स क्षेत्रों में μOR बी.पी. एन डी में पेटेंट कटौती फिर से, सही औसत दर्जे का पृष्ठीय (6, -17, -8: 11.1%), सही midline (8, -19, -16: 27%), और उदर पूर्वकाल (9, -9, -12: 12.0%). इसके अलावा, परिवर्तन सही पूर्वकाल (8, 35, 14: 13.7%) में पाए गए और पीछे सिंगुलेट प्रांतस्था (-5, -44, 23: 11.8%) छोड़ दिया है, छोड़ दिया पूंछवाला शरीर (-11, 6, 15: 12.0 %), औसत दर्जे का ग्लोबस पैलिडस (सही: 16, -4, -3: 16.2%; छोड़ दिया: -14, -4, -3: 22.6%), छोड़ दिया नाभिक accumbens (-9, -11, -7: 10.5% ), और हिप्पोकैम्पस (सही: 30, -22, -14: 12.6%; छोड़ दिया: -30, -22, -14: 11.5%). केवल बाईं प्रमस्तिष्कखंड (: 11.7% -23, -4, -19) में μOR बी.पी. एन डी में वृद्धि हुई थी. 4, -28, -6: brainstem में, μOR बी.पी. एन डी में महत्वपूर्ण आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित कमी periaqueductal ग्रे मैटर (पीएजी) (सही दुम को विजय - स्तम्भ से बढ़ाया 15.1%; छोड़ दिया: -2, -28, -6: 14.6 %) (चित्रure 3). (: 8.5%; छोड़ दिया: सही 8.29%) हालांकि, माइग्रेन हमले के दौरान μOR बी.पी. एन डी में वैश्विक hemispheric प्रतिशत परिवर्तन मामूली थे, μOR बी.पी. एन डी में कम हो जाती है मस्तिष्क में दर्द मैट्रिक्स संरचनाओं के लिए विशिष्ट थे कि यह दर्शाता .

चित्रा 1
चित्रा 1. पूर्ण आभासी वास्तविकता एक Migrainous मस्तिष्क की 3 डी डेटा नेविगेशन. पहली बार के लिए वास्तविक माइग्रेन न्यूरोइमेजिंग डेटा मस्तिष्क में μ opioid रिसेप्टर्स (μOR बी.पी. एनडी) की उपलब्धता के दौरान के बारे में (छात्रों, चिकित्सकों और शोधकर्ताओं द्वारा) के आंकड़ों के माध्यम से अप्रतिबंधित नेविगेशन भी शामिल है जो एक पूरी तरह से immersive 3 डी आभासी वास्तविकता में पता लगाया था विवो में माइग्रेन का सिरदर्द का दौरा.

चित्रा 2 .. चित्रा 2 विवो में एक माइग्रेन का सिरदर्द की μ-opioid ब्रेन प्रोफ़ाइल आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित चरण (कम पंक्ति) - सिरदर्द चरण - μ-opioid रिसेप्टर उपलब्धता में कमी को दर्शाता है दर्द मैट्रिक्स क्षेत्रों में (μOR बी.पी. एन डी) (दहलीज मूल्य, DV = 4.50). इस परिणाम संभवतः चल रहे गंभीर सिर दर्द के लिए एक नियामक की प्रतिक्रिया के रूप में, माइग्रेन हमले के दौरान अंतर्जात μ-opioid रिहाई में वृद्धि का प्रतिनिधित्व करता है. कुंजी शब्द: चेतक (थाल), नाभिक accumbens (एनएसी), और पूर्वकाल सिंगुलर प्रांतस्था (एसीसी).

चित्रा 3
चित्रा 3. मध्यमस्तिष्क / Pons / मज्जा μ-opioid रिसेप्टर उपलब्धता विवो में एक माइग्रेन का दौरा पड़ने के दौरान. आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित चरण (दाएंस्तंभ) - सिरदर्द चरण - गैर सिरदर्द चरण - periaqueductal ग्रे मैटर (पीएजी) (दहलीज मूल्य, डीवी = 4.50), interictal चरण (बाएँ स्तंभ) की तुलना में साथ μ-opioid रिसेप्टर उपलब्धता में कमी को दर्शाता है. कुंजी शब्द: पीएजी: आर - व्याख्यान चबूतरे वाला; एम - औसत दर्जे; सी - दुम.

Discussion

इस मामले की रिपोर्ट में, वास्तविक माइग्रेन का सिरदर्द न्यूरोइमेजिंग डेटा μ-opioid रिसेप्टर उपलब्धता (μOR बी.पी. ND) में कमी का प्रदर्शन किया जो एक पूरी तरह से immersive 3 डी आभासी वास्तविकता में, पहली बार पता लगाया था. ΜOR बी.पी. एन डी में कटौती के लिए एक उच्च अधिभोग और / या केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में μ opioid रिसेप्टर्स की एक नुकसान यह है कि वहाँ मतलब. Interictal स्कैन की तुलना में आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित स्कैन के दौरान दर्द मैट्रिक्स क्षेत्रों में μOR बी.पी. एन डी में तीव्र कटौती, कम μORs बनाने, चल रहे दर्द के लिए एक नियामक की प्रतिक्रिया के रूप में μORs साथ बातचीत अंतर्जात नशीले पदार्थों की रिहाई का एक परिणाम के रूप में होने की उम्मीद कर रहे हैं radiotracer के लिए सुलभ.

हमारे आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित माइग्रेन न्यूरोइमेजिंग अध्ययन की नवीनता आभासी वास्तविकता में एक मरीज की वास्तविक मस्तिष्क डेटा की जांच के लिए नई 3 डी neuronavigation दृष्टिकोण में निहित है. पीईटी radiotracer प्रौद्योगिकी μORs में परिवर्तन को मापने के लिए इस्तेमाल किया गया था[11 सी] carfentanil साथ उपलब्धता. सिरदर्द घटना के दौरान जांच की, migraineurs के दिमाग आमतौर पर एक हमले ट्रिगर (जैसे., ग्लिसरिल trinitrate, photostimulation) 16,17, या एक विशिष्ट प्रोत्साहन (पैदा जैसे., दर्द, ब्रश, प्रकाश की तकनीकी मांग के तहत निम्न स्कैन कर रहे हैं , और गंध) 18-20. उन सभी अध्ययनों विकार सिरदर्द चरण के दौरान cortical और subcortical hyperexcitability साथ जुड़ा हुआ है कि ज्ञान की पुष्टि. हालांकि, न्यूरोइमेजिंग प्रोटोकॉल में उत्तेजनाओं की इतनी अधिकता केंद्रीय तंत्रिका तंत्र पर एक तीव्र माइग्रेन हमले के एकमात्र प्रभाव के बारे में हमारी समझ को बादल कि कई कारकों का परिचय. एक्सोजेनस उत्तेजना की उपस्थिति के बिना कुछ पिछले कार्यात्मक अध्ययन से, इस तरह के और भी तीव्र चिकित्सा 22 के बाद बच सकते हैं जो सिंगुलेट प्रांतस्था, हाइपोथेलेमस, और brainstem 21, जैसे क्षेत्रों में वृद्धि हुई क्षेत्रीय मस्तिष्क प्रवाह का संकेत नहीं है. अब तकलागू न्यूरोइमेजिंग प्रौद्योगिकियों ऐसे अंतर्जात μ-opioid तंत्र, मस्तिष्क में सबसे महत्वपूर्ण एनाल्जेसिक संसाधनों में से एक के रूप में माइग्रेन हमले में शामिल neurotransmitter / रिसेप्टर प्रक्रियाओं की आणविक लक्षण वर्णन के लिए अनुमति नहीं है. इसके अलावा, हमारे विधि इन प्रक्रियाओं एक आभासी वातावरण में 3 डी neuronavigation का उपयोग कर पता लगाया जा करने की अनुमति दी.

घटते दर्द modulatory प्रणाली सुप्रा रीढ़ की हड्डी में क्षेत्रों के लिए रीढ़ की हड्डी सहित मस्तिष्क भर μ opioid रिसेप्टर्स, के माध्यम से काफी हद तक दर्द प्रसंस्करण को नियंत्रित करता है कि एक जटिल नेटवर्क है. इन क्षेत्रों में अंतर्जात विरोधी nociception, तनाव प्रेरित पीड़ानाश में शामिल होने के लिए जाना जाता है, और opioid दवाओं की कार्रवाई में आमतौर पर पुराने दर्द और माइग्रेन के इलाज के लिए उपयोग किया जाता है. वास्तव में, माइग्रेन के साथ जुड़े dural तंत्रिकाजन्य वाहिकाप्रसरण अफ़ीम से हिचकते जा सकता है और बाद में opioid प्रतिपक्षी naloxone से उलट, यह दर्शाता है कि तंत्रिकाजन्य पर अफ़ीम का प्रभावसूजन μ opioid रिसेप्टर्स 23 की सक्रियता के माध्यम से विशेष रूप से मध्यस्थता कर रहे हैं. दिलचस्प बात यह है कि मनुष्य में अंतर्जात opioid / μORs क्षेत्रीय activations के परिमाण दर्द का अनुभव 24 के संवेदी और भावात्मक तत्वों को दबाने के लिए व्यक्ति की क्षमता से संबंधित है.

हमारे अध्ययन में, आघात संबंधी अथवा आघातजन्य या आघातजनित चरण के दौरान μ-opioid रिसेप्टर उपलब्धता में कटौती दिखाया कि मस्तिष्क क्षेत्रों माइग्रेन सिर दर्द का अनुभव और अपने मॉडुलन के दोनों तत्वों के लिए जिम्मेदार हैं. वे एसीसी, चेतक, बेसल ganglia (जैसे., NAcc), हिप्पोकैम्पस, और पीएजी हैं. असामान्य त्रिपृष्ठी अभिवाही यातायात की वजह से संवेदीकरण के अलावा, माइग्रेन pathophysiology के लिए एक ठोस परिकल्पना modulatory प्रणाली की शिथिलता है. इस मामले में, से / ऐसे opioid रिसेप्टर्स की एक उच्च अभिव्यक्ति है जहां पीएजी, के रूप में brainstem संरचनाओं, के लिए अनुमानों, निकम्मेपन ASCE पर उनके विरोधी nociceptive प्रभाव उत्पादन होगासंवेदी न्यूरॉन्स nding. इसके अलावा, अन्य उच्च cortical संरचनाओं माइग्रेन में इस दोषपूर्ण दर्द modulatory तंत्र में भाग लेते हैं. हाल ही में एक interictal आराम राज्य अध्ययन ventrolateral पीएजी में स्वस्थ नियंत्रण बनाम migraineurs के संपर्क में परिवर्तन और modulatory दर्द प्रणाली में (उप) के सबसे cortical संरचनाओं की सूचना दी और सिरदर्द हमलों में 13 की आवृत्ति के साथ इन सहसंबद्ध. इस अध्ययन में पाया कनेक्टिविटी परिवर्तन के साथ क्षेत्रों में हमारे अपने अध्ययन में पाया μOR बी.पी. एन डी में परिवर्तन के साथ उन लोगों के रूप में वही कर रहे हैं. एक ही पीएजी स्थान मूल रूप से migraineurs 14 में microstructural neuroplasticity को शामिल के रूप में सूचना दी, और यहां के दौरे के दौरान μOR बी.पी. एन डी में काफी कमी थी.

बड़ा साथियों के साथ आगे के अध्ययन में इस मामले की रिपोर्ट में प्रस्तुत निष्कर्षों की पुष्टि और विस्तार करने के लिए आवश्यक हैं. सिस्टम ठीक से जवाब नहीं है क्यों उदाहरण के लिए, यह अभी अज्ञात हैअक्सर माइग्रेन क्लीनिकों में निर्धारित एक्सोजेनस नशीले पदार्थों का लंबे समय तक इस्तेमाल करने के लिए. बहरहाल, हमारे अध्ययन μ-opioid प्रणाली में एक माइग्रेन का सिरदर्द के प्रभाव पर, महत्वपूर्ण यंत्रवत जानकारी प्रदान करता है, और एक उपन्यास immersive 3 डी और पहली बार के लिए इंटरैक्टिव neuronavigation (3 डी आईआईएन) दृष्टिकोण का उपयोग करता है. भविष्य में, इस खोजपूर्ण 3D विधि अनुसंधान और क्लिनिक में रोगियों के दिमाग की जांच के लिए एक अधिक immersive और इंटरैक्टिव परिप्रेक्ष्य प्रदान कर सके.

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgements

- मस्तिष्क संबंधी विकार के राष्ट्रीय संस्थान और स्ट्रोक - K23 NS062946, दाना फाउंडेशन के मस्तिष्क और इम्यूनो इमेजिंग पुरस्कार, और माइग्रेन रिसर्च फाउंडेशन अनुसंधान अनुदान पुरस्कार के राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान: इस काम के बाद अनुदान (DaSilva वायुसेना) द्वारा समर्थित किया गया. लेखकों पीईटी केंद्र परमाणु चिकित्सा प्रौद्योगिकीविदों (जिल एम. Rothley, एडवर्ड जे McKenna, एंड्रयू आर Weeden, पॉल Kison, और केटलीन हेन्ड्रिक्स) और फंक्शनल एमआरआई प्रयोगशाला (स्कॉट Peltier और कीथ Newnham) के कर्मियों को स्वीकार करते हैं. डॉ. एलेक्जेंडर DaSilva, प्रमुख अन्वेषक, अध्ययन में सभी डेटा को पूरा उपयोग किया था, और डेटा की अखंडता और डेटा विश्लेषण की सटीकता की जिम्मेदारी लेता है. लेखक इस अध्ययन से संबंधित ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा.

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