Name: 3d-neuronavigation in vivo through a patient's brain during a spontaneous migraine headache
Uploaded: 2014-06-02T13:00:00
Duration: 10 min 39 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af følgende tilskud (DaSilva AF): National Institute of Health - National Institute of Neurologiske og slagtilfælde - K23 NS062946, Dana Fondens Hjernen og Immuno-Imaging Award og migræne Research Foundation Research Grant Award. Forfatterne erkender PET-centret Nuklearmedicin teknologer (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison, og Caitlin Hendricks) og personalet i Functional MRI Laboratory (Scott Peltier og Keith Newnham). Dr. Alexandre DaSilva, principal investigator, havde fuld adgang til alle data i undersøgelsen, og tager ansvar for integriteten af ​​de data og nøjagtigheden af ​​analysen af ​​data. Forfatterne erklærer nogen interessekonflikter i forbindelse med denne undersøgelse.

Undersøgelsen skal godkendes af den lokale Institutional Review Board, og af Udvalget for radioaktivt Drug Research. Forskningen emne giver skriftligt informeret samtykke til at deltage i undersøgelsen. Protokollen er opdelt i tre kronologiske trin: <ol><li> MR session </li><li> PET-session i Ictal fase (hovedpine) af migræne </li><li> PET-session i interictal fase (ingen hovedpine) af migræne </li></ol> Patienten er ansvarlig for at udfylde en hovedpine dagbog, og til at bekræfte med forskergruppen forekomsten af ​​et migræneanfald på dagen for imaging session. Både interictal og Ictal bør PET scanninger planlægges under særskilte mid-sene follikelfaser af patienten (5 til 10 dage efter den første dag i menstruationsblødning), som i dette tilfælde blev sporet og beregnes på forhånd ved en gynækolog med ekspertise i marken (år). 1.. MRI Session <ol><li> Preskrælle til eksperimentet <ol><li> Forud for at forberede emnet til scanningen, er det nødvendigt at følge ordentlig sikkerhedsinstruktioner på grund af magnetfelt MR-skanner. Forsøgsmedarbejderne skal være metalfri før ind i MR-procedure værelset. </li><li> Giv en kopi af den informeret samtykke formular, der tidligere underskrevet af forskningen frivillige under den indledende screening, til MR teknolog. </li></ol></li><li> Forberedelse emnet for Scan <ol><li> På dagen for MRI, spørger forskning emne til at udfylde en MRI sikkerhed screening formular. Denne form er nødvendig for enhver MRI taget på University of Michigan - fMRI lab. Spørgeskemaet styrker, at emnet er også metal-fri og ikke har en medicinsk tilstand, der kræver omhyggelig og særlige overvejelser (fx metalliske udenlandske fragmenter, implanteret mekanisk / elektrisk enhed). </li><li> Forsikre at deltageren forstår MR procedure, risici og fordele. </li><li> Delivis de udfyldt screening formularen til MR tekniker, der skal bistå i proceduren. </li></ol></li><li> Anskaf en T1-vægtet anatomiske MR-scanning under en interictal fase for patienten på en 3 Tesla scanner. <ol><li> Brug følgende sekvens parametre for erhvervelse MR: <ul><li> A. Axial forkælet-gradient mindes (SPGR) 3D erhvervelse </li><li> B. båndbredde = 15,63 </li><li> C. Gentagelse tid [TR] = 9,2 msek </li><li> D. Echo tid [TE] = 1,9 msek </li><li> E. Inversion recovery forberedelse 500 msek </li><li> F. flipvinkel = 15 ° </li><li> G. 25/26 FOV </li><li> H. Antal Mætnings [NEX] = 1 </li><li> I. 144 sammenhængende skiver </li><li> J. 1,0 mm snittykkelse </li><li> K. 256 x 256 matrix </li></ul></li></ol></li></ol> 2.. Ictal PET Session <ol><li> Forberedelse til eksperimentet <ol><li> Før bekræftelse af scanningen på University Hospital, kontakte motivet til at kontrollere, hvor phase af menstruationscyklus hun vil være på dagen scanningen. Det anbefales at udføre en PET-scanning i midten af ​​sene follikulære fase (5 til 10 dage efter menstruation debut). </li><li> Indsende en anmodning til hospitalet for at producere [11 C] carfentanil, en kort levetid radiotracer med en selektiv affinitet for μ-opioid receptorer, ved hjælp af en cyklotron i nærheden af scanningen. Sporstof skal fremstilles 2 timer før scanning. </li><li> På dagen for den potentielle Ictal PET-scanning, skal du kontakte emne 2 hr før udpegningen til at bekræfte tilstedeværelsen af ​​en spontan migræneanfald. Hvis et migræneanfald er til stede, validere migræne diagnose efter international klassificering af hovedpinesygdomme. Efter diagnose, sikre, at deltageren er i stand til sikkert komme til hospitalet for at gennemgå scanningen. Sørge for transport, hvis motivet ikke er komfortabel kørsel, eller hvis der ikke udpeget chauffør er tilgængelig. </li></ol></li><li> Klargøring af Subject for Scan <ol><li> Når deltageren ankommer på hospitalet, eskortere hende til PET suite for fornyelse af diagnose baseret på International Classification of hovedpinesygdomme. Forud for scanning, udføre en urin stof test for at bekræfte, at emnet ikke indtaget noget stof, der kan interagere med sporstof [11 C] carfentanil, efterfulgt af en urin graviditetstest. </li><li> Bekræfter, at deltageren forstår PET procedure, risici og fordele. </li><li> Levere en kopi af den informeret samtykke formular, der tidligere underskrevet af forskningen frivillige under den indledende screening, til Nuklearmedicin teknolog. </li><li> Efter vejledning af Nuklearmedicin teknolog, hjælpe emnet bosætte sig ind i scanneren. </li><li> Har emnet gennemgå 1 90 min PET-scanning ved hjælp af en Siemens HR + scanner i 3D-tilstand (rekonstruerede billeder har en fuld bredde i halv maksimum (FWHM) opløsning på ~ 5,5 mm-in-plane og 5,0 mm aksialt). </li> &lt;li&gt; For hver [11 C] carfentanil dosis (555 MBq ≤ 0,03 mg / kg), administrere halvtreds procent som en bolus med resten kontinuerligt infunderet i løbet af scanningen for at opnå steady-state sporstof niveauer ca 35 min efter sporstof administration . </li><li> Interictal PET session. </li><li> Gentag trin 2,2-2,6 under ikke-hovedpine fase. </li></ol></li></ol> 3.. PET data Genopbygning <ol><li> Rekonstruere PET billeder ved hjælp af interaktive algoritmer ind i en 128 x 128 pixel matrix i et synsfelt (FOV) 28,8 cm i diameter. </li><li> Anskaf 21 billedrammer og co-register til hinanden for at korrigere for bevægelse under scanningen. </li><li> Opnå en 6 min transmission (68Ge kilde) scanning forud for PET-scanning med henblik på dæmpning korrektion. </li><li> Konverter dynamiske billeddata for hver scanning på en voxel-by-voxel basis i to sæt parametriske billeder (10 - 40 min): <ol><li> Brug et sporstof transport foranstaltning (K1 ratificereto) for coregistration og normaliserings procedurer; og </li><li> Brug en receptor-relateret foranstaltning, BP ND, proportional med Bmax (receptor koncentration) at dividere med Kd (receptor affinitet). </li></ol></li><li> Vurdere disse foranstaltninger ved hjælp af henvisningen region-baserede Logan grafisk analyse med occipital cortex som reference område 12. </li></ol> 4.. PET Dataanalyse BEMÆRK: Anatomisk standardisere billeder i skabelon rummet ved hjælp af statistiske Parametric Mapping (SPM8) software efter rækkefølge nedenfor. <ol><li> Co-registrere MR scanning og K1 scanninger. </li><li> Normalisere MR-skanning til Montreal Neurologisk Institute (MNI) skabelon hjerne hjælp Dartel. </li><li> Påfør den resulterende deformation matrix PET billeder. </li><li> Kontroller co-registrering og normalisering nøjagtighed ved at sammenligne de transformerede MR-og PET-billeder til MNI atlas skabelon. </li><li> Region of Interest (ROI) analyse. </li&gt; </ol> Undersøg aktiviteten af ​​flere bilaterale regioner, der er involveret i behandling af smerte, herunder: <ul><li> A. Anterior / mediale / posterior cingulate </li><li> B. Insula </li><li> C. Hippocampus </li><li> D. Amygdala </li><li> E. putamen hoved / krop </li><li> F. nucleus accumbens </li><li> G. putamen </li><li> H. Lateral / mediale globus pallidus </li><li> I. Thalamus kerner (ventrale forreste, bug bageste laterale / mediale, laterale posterior, midterlinjen, lateral / medial dorsale) </li><li> J. periaqueductal grå substans (PAG) </li></ul><ol><li> Definer marsbar (i standardiserede rum for hver af disse regioner, med undtagelse af PAG Generer PAG ROI ved at placere en 3 mm kugle på koordinater: højre: 4, -28, -6 og venstre:. -2, -28 , -6. Denne PAG placering var tidligere vist sig at have diffusionelle og tilslutningsmuligheder ændringer i migrænepatienter sammenlignet med raske kontrolpersoner 13,14. BEMÆRK: Test-retest undersøgelser med [11 C] Carfentanil vise reproducerbarhed BP ND foranstaltninger godt mindre end 10%, idet de fleste kortikale regioner er 3 - 5% 15. De største variationskoefficienter (CoV = std.afv. / Gennemsnit) er typisk observeret i regioner med det laveste bindende, men selv i de kortikale regioner med lavest bindende BP ND CoV s var ~ 0.5. Derfor er procentvise ændringer i ROI μOR BP ND mellem scanninger kun betragtes som væsentlig, når over 10%. </li></ol> 5. 3D-Neuronavigation <ol><li> Forberedelse til en 3D-IIN Experience <ol><li> Organiser oplysningerne i NIfTI volumetrisk dataformat som en stak billeder med tæthed og aktivering, som er defineret som 16 bit. </li><li> Bær aktive LCD shutter briller for at aktivere tidssekventielle stereoskopiske 3D-effekt. De shutter briller operere gennem blokering af det ene øje, mens billedet til det andet øje vises på skærmen. Processen gentages derefter for det andet øje. Denne shuttering effekt forekommer ved 110 Hz. </li><li> Brug et joystick for interaktioner med simuleringen efter at være blevet instrueret i brugen. </li><li> Udstyre shutter briller og joystick med reflekterende markører for at muliggøre præcis 6DOF sporing af objekter i rummet via en Vicon motion capture-system. </li></ol></li><li> Display Aubject Aktivering af data <ol><li> Brug XML konfigurationsfiler at definere farve kortlægninger af tæthed og aktivering niveauer, som er indlæst, når programmet begynder og delt med hver computer i klyngen. </li><li> Anskaf 3-dimensionelle volumetriske celler fra de medfølgende NIfTIdata fastsat ved hjælp af jugularis interne læssefunktioner og &quot;Niftilib&quot; open source software bibliotek. </li><li> Aktie som følge volumetriske celler med hver computer i klyngen for at forbedre hastigheden. </li><li> Fortolke Volumetriske celler ved en OpenGL shader (GLSL), der gennemfører ray marcherende og visning af voxels med varierende farver og transparenter, der er defineret aftidligere delte farve kortlægning XML konfigurationsfiler. </li></ol></li><li> Anskaf placering gennem Vicon system og bruge dette til at opdatere dragne perspektiver volumetriske data på hver skærm. </li><li> Optag interaktioner og bruge dem til dynamisk justere og skære planer gennem data for at navigere i det virtuelle rum. </li></ol> 6.. 3D-Overvældende &amp; Interactive Neuronavigation (3D-IIN) <ol><li> Store emne aktivering data i NIfTI dataformat, en volumetrisk datatype, der fortolkes ved hjælp af Niftilib biblioteket. </li><li> Anskaf interaktioner og placering gennem et Vicon tracking system, et joystick enhed, og gestural input. Brug disse oplysninger til at sikre det viste billede repræsenterer det rigtige udsigtspunkt, der giver mulighed for real-time udforskning af datasættet, og muliggøre dynamisk styring for op til 3 vilkårlige skære fly ved hjælp af velkendte bevægelser og kontrolordninger (Figur 1). </li></ol>

<ol>
	<li>Stewart, W. F., Shechter, A., Rasmussen, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Migraine+prevalence.+A+review+of+population-based+studies.">Migraine prevalence. A review of population-based studies.</a> Neurology. 44, (1994).</li><li>Lipton, R. B., Silberstein, S. D., Stewart, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+update+on+the+epidemiology+of+migraine.">An update on the epidemiology of migraine.</a> Headache. 34, 319-328 (1994).</li><li>Lipton, R. B., Bigal, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Migraine:+epidemiology,+impact,+and+risk+factors+for+progression.">Migraine: epidemiology, impact, and risk factors for progression.</a> Headache. , (2005).</li><li>Hu, X. H., Markson, L. E., Lipton, R. B., Stewart, W. F., Berger, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Burden+of+migraine+in+the+United+States:+disability+and+economic+costs.+Arch+Intern+Med.">Burden of migraine in the United States: disability and economic costs. Arch Intern Med.</a> Arch Intern Med. 159, 813-818 (1999).</li><li>Lipton, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cutaneous+allodynia+in+the+migraine+population.">Cutaneous allodynia in the migraine population.</a> Ann Neurol. 63, 148-158 (2008).</li><li>Fields, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+how+opioids+contribute+to+reward+and+analgesia.">Understanding how opioids contribute to reward and analgesia.</a> Reg Anesth Pain Med. 32, 242-246 (2007).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opioid+Therapy+for+Migraine.">Opioid Therapy for Migraine.</a> Headache: The Journal of Head and Face Pain. 47, 1371-1372 (2007).</li><li>Menon, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+human+mu-opioid+receptor+gene+polymorphism+(A118G)+is+associated+with+head+pain+severity+in+a+clinical+cohort+of+female+migraine+with+aura+patients.">The human mu-opioid receptor gene polymorphism (A118G) is associated with head pain severity in a clinical cohort of female migraine with aura patients.</a> The journal of headache and pain. 13, 513-519 (2012).</li><li>Drinovac, V., Bach-Rojecky, L., Matak, I., Lackovic, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Involvement+of+mu-opioid+receptors+in+antinociceptive+action+of+botulinum+toxin+type+A.">Involvement of mu-opioid receptors in antinociceptive action of botulinum toxin type A.</a> Neuropharmacology. 70, 331-337 (2013).</li><li>Lipton, R. B., Bigal, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opioid+therapy+and+headache:+a+cause+and+a+cure.">Opioid therapy and headache: a cause and a cure.</a> Neurology. 62, 1662-1663 (2004).</li><li>Harris, R. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decreased+central+mu-opioid+receptor+availability+in+fibromyalgia.">Decreased central mu-opioid receptor availability in fibromyalgia.</a> J Neurosci. 27, 10000-10006 (2007).</li><li>Logan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distribution+volume+ratios+without+blood+sampling+from+graphical+analysis+of+PET+data.">Distribution volume ratios without blood sampling from graphical analysis of PET data.</a> J Cereb Blood Flow Metab. 16, 834-840 (1996).</li><li>Mainero, C., Boshyan, J., Hadjikhani, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altered+functional+magnetic+resonance+imaging+resting-state+connectivity+in+periaqueductal+gray+networks+in+migraine.">Altered functional magnetic resonance imaging resting-state connectivity in periaqueductal gray networks in migraine.</a> Ann Neurol. 70, 838-845 (2011).</li><li>DaSilva, A. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interictal+alterations+of+the+trigeminal+somatosensory+pathway+and+periaqueductal+gray+matter+in+migraine.">Interictal alterations of the trigeminal somatosensory pathway and periaqueductal gray matter in migraine.</a> Neuroreport. 18, 301-305 (2007).</li><li>Hirvonen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+central+mu-opioid+receptor+binding+in+vivo+with+PET+and+[11C]carfentanil:+a+test-retest+study+in+healthy+subjects.">Measurement of central mu-opioid receptor binding in vivo with PET and [11C]carfentanil: a test-retest study in healthy subjects.</a> European journal of nuclear medicine and molecular imaging. 36, 275-286 (2009).</li><li>Cao, Y., Aurora, S. K., Nagesh, V., Patel, S. C., Welch, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MRI-BOLD+of+brainstem+structures+during+visually+triggered+migraine.">Functional MRI-BOLD of brainstem structures during visually triggered migraine.</a> Neurology. 59, 72-78 (2002).</li><li>Afridi, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+PET+study+exploring+the+laterality+of+brainstem+activation+in+migraine+using+glyceryl+trinitrate.">A PET study exploring the laterality of brainstem activation in migraine using glyceryl trinitrate.</a> Brain. 128, 932-939 (2005).</li><li>Moulton, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Painful+heat+reveals+hyperexcitability+of+the+temporal+pole+in+interictal+and+ictal+migraine+States.">Painful heat reveals hyperexcitability of the temporal pole in interictal and ictal migraine States.</a> Cereb Cortex. 21, 435-448 (2011).</li><li>Burstein, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thalamic+sensitization+transforms+localized+pain+into+widespread+allodynia.">Thalamic sensitization transforms localized pain into widespread allodynia.</a> Ann Neurol. 68, 81-91 (2010).</li><li>Denuelle, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+PET+study+of+photophobia+during+spontaneous+migraine+attacks.">A PET study of photophobia during spontaneous migraine attacks.</a> Neurology. 76, 213-218 (2011).</li><li>Denuelle, M., Fabre, N., Payoux, P., Chollet, F., Geraud, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypothalamic+activation+in+spontaneous+migraine+attacks.">Hypothalamic activation in spontaneous migraine attacks.</a> Headache. 47, 1418-1426 (2007).</li><li>Weiller, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+stem+activation+in+spontaneous+human+migraine+attacks.">Brain stem activation in spontaneous human migraine attacks.</a> Nat Med. 1, 658-660 (1995).</li><li>Williamson, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+opioid+receptors+in+neurogenic+dural+vasodilation+and+sensitization+of+trigeminal+neurones+in+anaesthetized+rats.">Role of opioid receptors in neurogenic dural vasodilation and sensitization of trigeminal neurones in anaesthetized rats.</a> Br J Pharmacol. 133, 807-814 (2001).</li><li>Zubieta, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regional+mu+opioid+receptor+regulation+of+sensory+and+affective+dimensions+of+pain.">Regional mu opioid receptor regulation of sensory and affective dimensions of pain.</a> Science. 293, 311-315 (2001).</li></ol>

Forfatterne har ikke noget at afsløre.

I dette tilfælde rapport blev faktisk migræne hovedpine Neuroimaging data udforsket for første gang, i en fuldt fordybende virtuel 3D-virkeligheden, hvilket viste et fald i μ-opioid receptor tilgængelighed (μOR BP ND). Reduktioner i μOR BP ND indebære, at der er en højere belægning og / eller tab af μ-opioid receptorer i det centrale nervesystem. Akutte reduktioner i μOR BP ND i smerte-matrix regioner i løbet af Ictal scanning i forhold til interictal scanning, forventes at opstå som følge af frigivelsen af endogene opioider interagere med μORs som en regulerende reaktion på den igangværende smerte, hvilket gør færre μORs tilgængelige radiotracer. Det nye i vores Ictal migræne Neuroimaging studie ligger i den nye 3D-neuronavigation tilgang til at undersøge en patients faktiske hjerne data i virtual reality. PET radiotracer teknologi blev anvendt til at måle ændringer i μORstilgængelighed med [11 C] carfentanil. Ved undersøgelse i løbet af hovedpine begivenhed, er hjerner af migrænikere normalt scannet efter et angreb udløser (f.eks., Glyceryltrinitrat, photostimulation) 16,17 eller under teknisk efterspørgsel af en bestemt fremkaldte stimulus (f.eks., Smerte, pensel, lys , og lugt) 18-20. Alle de undersøgelser bekræfter den viden, at lidelsen er forbundet med kortikal og subkortikale hyperexcitabilitet under hovedpine fase. Men sådan en overflod af stimuli i neuroimaging protokoller introducerer, flere faktorer, der sky vores forståelse af den eneste virkning af en akut migræne angreb på det centrale nervesystem. Fra de få tidligere funktionelle undersøgelser uden tilstedeværelse af exogent stimulation, der er indikation på øget regional cerebral strømning i områder såsom cingulate cortex, hypothalamus og hjernestamme 21, der kan fortsætter selv efter akut behandling 22. HidtilHar Neuroimaging anvendte teknologier ikke tilladt for molekylær karakterisering af neurotransmitter / receptor involveret i migræne angreb, som den endogene μ-opioid-mekanisme, en af ​​de vigtigste smertestillende midler i hjernen processer. Desuden er vores metode tilladt disse processer skal udforskes ved hjælp af 3D-neuronavigation i et virtuelt miljø. Den faldende smerte modulerende system er et komplekst netværk, der regulerer smerte behandling i stor udstrækning via μ-opioid receptorer i hele hjernen, herunder spinal til overnationale spinal områder. Disse områder er kendt for at være involveret i endogene anti-nociception, stress-induceret analgesi, og i den sag af opioider der almindeligvis anvendes til kroniske smerter og migræne behandling. Faktisk kan dural neurogene vasodilation i forbindelse med migræne hæmmes af morfin og efterfølgende vendes ved opioid-antagonisten naloxon indikerer, at virkningerne af morfin på neurogeninflammation medieres specifikt via aktivering af μ-opioid-receptorer 23. Interessant, er størrelsen af endogene opioid / μORs regionale aktiveringer i mennesker relateret til den enkeltes evne til at undertrykke sensoriske og affektive elementer af smerte erfaring 24. I vores undersøgelse af de områder af hjernen, der viste reduktioner i μ-opioid receptor tilgængelighed under Ictal fase, er ansvarligt for både elementer af migræne hovedpine erfaring og dets modulation. De er ACC, thalamus, basalganglierne (f.eks., NACC), hippocampus, og PAG. Ud over at sensibilisering på grund af unormal trigeminus afferente trafik, en solid hypotese for migræne patofysiologi er dysfunktion af modulerende system. I dette tilfælde fremspring fra / til hjernestammen strukturer, såsom PAG, hvor der er en høj ekspression af opioidreceptorer ville ineffektivt producere deres antinociceptiv virkning på ASCEnde sensoriske neuroner. Desuden kan andre højere corticale strukturer deltage i denne defekt smerte-modulerende mekanisme migræne. En nylig interictal hvile-state undersøgelse rapporteret ændringer i tilslutning af migrænikere versus raske kontrolpersoner i ventrolaterale PAG og de ​​fleste af de (sub) kortikale strukturer i modulerende smerte systemet og korreleret disse med hyppigheden af hovedpine angreb 13. Regionerne med tilslutningsmuligheder ændringer, der konstateredes i denne undersøgelse er de samme som dem, der med ændringer i μOR BP ND findes i vores eget studie. Det samme PAG placering blev oprindeligt rapporteret som omfatter mikrostrukturel neuroplasticitet i migrænikere 14, og her havde en betydelig nedgang i μOR BP ND under angrebet. Yderligere undersøgelser med større grupper er nødvendige for at bekræfte og udvide resultaterne præsenteres i denne sag rapport. For eksempel, det er i øjeblikket ukendt, hvorfor systemet ikke reagere korrekttil lang tids brug af udefrakommende opioider ofte foreskrevet i migræne klinikker. Ikke desto mindre vores undersøgelse giver vigtige mekanistisk information, om virkningerne af en migræne hovedpine i μ-opioid-system, og bruger en roman 3D fordybende og interaktiv neuronavigation (3D-IIN) fremgangsmåde for første gang. I fremtiden kan denne sonderende 3D metode giver en langt mere fordybende og interaktiv perspektiv for at undersøge hjernen hos patienter i forskning og klinikken.

Migræne er en kronisk trigeminus smerte lidelse, der påvirker næsten 16% af kvinderne og 6% af mændene i USA og på verdensplan 1-3. Gentagne migræne hovedpine angreb har en indvirkning på en stor del af patientens eksistens, forringer livskvaliteten og ydeevne, der koster milliarder af dollars i mistede skole / hverdage og sundhedspleje udnyttelse 4.. I løbet af de invaliderende hovedpine angreb, sin syge har en markant øget følsomhed over for skadelige (hyperalgesi) og endda nonnoxious stimuli (allodyni) 5.. Den μ-opioid neurotransmitter system er en af ​​de vigtigste endogene smerte modulatoriske mekanismer i vores hjerne. Det er involveret i reguleringen af eksperimentel og klinisk smerte perception, såvel som i den analgetiske virkning af opioider 6-9, som er blevet forbundet med bliver kroniske migræneanfald 10. Nylige fremskridt i Positron Emission Tomografi (PET) molekylær billeddannelse giver mulighed for undersøgelse af vigtige molekylære mekanismer i hjernen hos patienter med kronisk smerte in vivo 11. I denne undersøgelse, på trods af de udfordrende logistik for at synkronisere tilfældigt og invaliderende karakter af de episodiske angreb med kompleksiteten af ​​opsætningen PET / radiotracer session blev 3D neuronavigation anvendt for første gang til at undersøge μOR tilgængelighed på centrale smerte-matrix regioner af en patients hjernen under en spontan migræne. Case Præsentation En 36-årig asiatisk kvinde blev indskrevet i undersøgelsen. Hun præsenteret med en 10 årige historie af migræne med visuel aura. Højresidig migræne hovedpine opstod et gennemsnit på 12 dage pr måned, med moderat til svær smerteintensitet, der normalt ville vare i 72 timer (hvis ubehandlet eller held behandlet). Der var en øget frekvens af hovedpine angreb omkring hendes menstruationscyklus, somhavde et regelmæssigt mønster gennem hele forsøget. Associerede symptomer omfattede: kvalme, opkastning, fotofobi, og fonofobi. Under de regelmæssige hovedpine angreb hun ikke præsentere nogen autonome symptomer. Som behandling blev hun styre hendes symptomer med kun farmakologisk mislykkede terapi, der var baseret på non-steroide anti-inflammatoriske lægemidler, og der var ingen tegn på medicin overforbrug eller opioid indtagelse. Den kliniske undersøgelse under screeningen besøg var tåler og uden abnormiteter, og en gennemgang af systemerne var inden for normale grænser. Hun var enlig uden børn, og var ikke bruger svangerskabsforebyggende medicin.

3d-neuronavigation in vivo through a patient's brain during a spontaneous migraine headache

En voksende mængde forskning, der genereres primært fra MRI-baserede undersøgelser viser, at migræne synes at forekomme, og eventuelt udholde, på grund af ændring af specifikke neurale processer i centralnervesystemet. Dog er manglende oplysninger om den molekylære konsekvenser af disse ændringer, især på den endogene opioid systemet under migræne hovedpine, og neuronavigation gennem disse forandringer er aldrig blevet gjort. Denne undersøgelse havde til formål at undersøge, ved hjælp af en ny 3D fordybende og interaktiv neuronavigation (3D-IIN) tilgang, den endogene μ-opioid transmission i hjernen under en migræne angreb in vivo. Dette er velsagtens en af ​​de mest centrale neuromechanisms forbundet med smerte regulering, der påvirker flere elementer af smerte erfaring og analgesi. En 36-årig kvinde, som har været ramt med migræne i 10 år, blev scannet i den typiske hovedpine (Ictal) og nonheadache (interictal) migrænefaser hjælp Positron Emission Tomografi (PET) med den selektive radiotracer [11 C] carfentanil, som tilladt os at måle μ-opioid receptor tilgængelighed i hjernen (ikke-forskydelig bindende potentiale - μOR BP ND). Den korte levetid radiotracer blev produceret af en cyklotron og kemisk syntese apparat på campus beliggende i umiddelbar nærhed af imaging facilitet. Både PET scanninger, interictal og Ictal, var planlagt under særskilte mid-sen follikelfaser af patientens menstruationscyklus. Under den Ictal PET session nåede svær intensitet niveauer hendes spontane hovedpine angreb; udvikler sig til kvalme og opkastning ved slutningen af ​​scanningen session. Der var et fald i μOR BP ND i smerte-modulatoriske regioner af endogene μ-opioid-systemet i løbet af Ictal fase, herunder cingularis cortex, nucleus accumbens (NACC), thalamus (Thal), og periaqueductal grå stof (PAG); indikerer, at μORs allerede var besat af endogene opioider frigivetsom svar på den igangværende smerte. Til vores viden, er det første gang, at ændringer i μOR BP ND under en migræne hovedpine angreb er neuronavigated ved hjælp af nye 3D-tilgang. Denne metode giver mulighed for interaktiv forskning og uddannelsesmæssige udforskning af et migræneanfald i en konkret patients neuroimaging datasæt.

Patienten præsenteres til hospitalet med ret tidsmæssig og occipital pulserende hovedpine, med intensiteten af ​​6 på en 0-10 smerte skala. Hun havde sin typiske migræne hovedpine, dog uden aura. Den havde indledt efter opvågning 5 timer før (Ictal) PET-session, og hun formåede at tolerere det uden forfejlede farmakoterapi. Til hendes viden, var hovedpine ikke fremkaldt af nogen udløsende faktor (fx alkohol, søvnmangel). Ingen autonome symptomer blev rapporteret, men fotofobi og fonofobi var til stede. Efter indledningen af ​​den Ictal PET session hovedpine intensiteten eskalerede og nåede svære niveauer (9 på en 0-10 smerte skala) 60 min i undersøgelsen; udvikler sig til kvalme og opkastning ved slutningen af ​​scanningen session. Fald i μOR BP ND blev bemærket i hjernen af patienten under spontan migræne hovedpine (Ictal fase), sammenlignet med baseline (interictal fase) (figur 2). Der har vire reduktioner patentansøgninger i μOR BP ND i de vigtigste smerte-matrix regioner af endogene μ-opioid-systemet, herunder følgende thalamus kerner: højre lateral dorsale (11, -19, -16: 10,2%), højre mediale dorsale (6, -17, -8: 11,1%), højre midterlinjen (8, -19, -16: 27%), og ventral forreste (9 -9, -12: 12,0%). Derudover blev der fundet ændringer i den højre forreste (8, 35, 14: 13,7%) og venstre bageste cingulate cortex (-5, -44, 23: 11,8%), venstre caudatus legeme (-11, 6, 15: 12,0 %), mediale globus pallidus (højre: 16, -4, -3: 16,2%; venstre: -14, -4, -3: 22,6%), venstre nucleus accumbens (-9, -11, -7: 10,5% ) og hippocampus (højre: 30, -22, -14: 12,6%; venstre: -30, -22, -14: 11,5%). Der var en stigning i μOR BP ND kun i den venstre amygdala (-23, -4 -19: 11,7%). I hjernestammen, den betydelige Ictal reduktion i μOR BP ND udvidet fra rostral til kaudal periaqueductal grå sagen (PAG) (højre: 4, -28, -6: 15,1%; venstre: -2, -28, -6: 14,6 %) (Figurure 3). Men de globale procentvise ændringer hemispheric i μOR BP ND under migræneanfald var beskeden (til højre: 8,5%; venstre: 8,29%), hvilket indikerer, at de fald i μOR BP ND var specifikke for de smerte-matrix strukturer i hjernen . <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig1highres.jpg" width="500" /> Figur 1.. Fuld Virtual Reality 3D data Navigation af en migrainous Brain. For første gang faktiske migræne Neuroimaging data blev udforsket i en fuldt fordybende 3D ​​virtual reality, som omfatter ubegrænset navigation gennem data (ved studerende, klinikere og forskere) vedrørende tilgængelighed af μ-opioid receptorer (μOR BP ND) i hjernen under migræne hovedpine angreb in vivo. <img alt="Figur 2" fo: content-width = &quot;5in&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/50682/50682fig2highres.jpg&quot; width = &quot;500&quot; /&gt; .. Figur 2 μ-opioid Brain Profil af en migræne hovedpine in vivo Den Ictal fase (nederste række) - hovedpine fase - viser et fald i μ-opioid receptor tilgængelighed (μOR BP ND) i smerte-matrix-regioner (Tærskelværdi, DV = 4.50). Dette resultat muligvis repræsenterer en stigning i endogen μ-opioid frigivelse under migræneanfald, som en regulerende reaktion på den igangværende alvorlige hovedpine. Nøgleord: thalamus (Thal), nucleus accumbens (NAC) og forreste Cingular cortex (ACC). <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig3highres.jpg" width="500" /> Figur 3.. Midbrain / Pons / Medulla μ-opioid receptor Tilgængelighed under et migræneanfald in vivo. Den Ictal fase (højrekolonne) - hovedpine fase - viser et fald i μ-opioid receptor tilgængelighed langs periaqueductal grå substans (PAG) (Tærskelværdi, DV = 4,50) sammenlignet med interictal fase (venstre kolonne) - ikke-hovedpine fase. Nøgleordene: PAG: r - rostral; m - mediale; c - caudale.

Watch this Scientific Journal Video about 3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache at JoVE.com

3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

I denne undersøgelse, forfatterne rapporten for første gang en roman 3D-Overvældende &amp; Interactive Neuronavigation (3D-IIN) gennem virkningen af en spontan migræne hovedpine angreb i μ-opioid-system af en patients hjerne in vivo.

3D-Neuronavigation<em&gt; In Vivo</em&gt; Gennem en patientens hjerne Under en Spontan migræne hovedpine

A growing body of research, generated primarily from MRI-based studies, shows that migraine appears to occur, and possibly endure, due to the alteration ...

Research

JoVE Journal

Medicine

3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

In vivo Bioluminescence Imaging of Tumor Hypoxia Dynamics of Breast Cancer Brain Metastasis in a Mouse Model

It is well recognized that tumor hypoxia plays an important role in promoting malignant progression and affecting therapeutic response negatively. There ...

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

Our understanding of how and when breast cancer cells transit from established primary tumors to metastatic sites has increased at an exceptional rate ...

Imaging Glioma Initiation In Vivo Through a Polished and Reinforced Thin-skull Cranial Window

Imaging Glioma Initiation In Vivo Through a Polished and Reinforced Thin-skull Cranial Window

Imaging gliom Indledning<em&gt; In Vivo</em&gt; Gennem en poleret og Reinforced Thin-kranium Cranial Window

Glioma is the one of the most lethal forms of human cancer. The most effective glioma therapy to date-surgery followed by radiation treatment-offers ...

Heterotypic Three-dimensional In Vitro Modeling of Stromal-Epithelial Interactions During Ovarian Cancer Initiation and Progression

Heterotypic Three-dimensional In Vitro Modeling of Stromal-Epithelial Interactions During Ovarian Cancer Initiation and Progression

Heterotypisk tredimensionale<em&gt; In Vitro</em&gt; Modellering af Stromal-Epiteliale Interactions Under Kræft i æggestokkene Indledning og Progression

Epithelial ovarian cancers (EOCs) are the leading cause of death from gynecological malignancy in Western societies. Despite advances in surgical ...

Utilizing a Cranial Window to Visualize the Middle Cerebral Artery During Endothelin-1 Induced Middle Cerebral Artery Occlusion

Anvendelse af en Cranial vindue for at visualisere den midterste cerebrale arterie Under endothelin-1-induceret mellem-cerebral arterieokklusion

Creation of a cranial window is a method that allows direct visualization of structures on the cortical surface of the brain1-3. This technique can be ...

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

A Novel Høj opløsning<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging teknik til at undersøge den dynamiske respons af Intrakranielle Structures til tumorvækst og Therapeutics

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a ...

Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair

Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair

Sekventiel<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging af Osteogene Stem / stamceller Under frakturreparation

Bone turns over continuously and is highly regenerative following injury. Osteogenic stem/progenitor cells have long been hypothesized to exist, but in ...

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

Excitotoksiske Stimulering af Brain Microslices som en<em&gt; In vitro</em&gt; Model of Stroke

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As ...

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

Intrauterine Telemetry to Measure Mouse Contractile Pressure In Vivo

Intrauterin Telemetri måler Mouse kontraktile Pressure<em&gt; In Vivo</em

A complex integration of molecular and electrical signals is needed to transform a quiescent uterus into a contractile organ at the end of pregnancy. ...

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

Triggering Reactive Gliosis In Vivo by a Forebrain Stab Injury

Udløsning Reactive gliose<em&gt; In vivo</em&gt; Af en forhjerne Stab Skade

Following injury to the CNS, astrocytes undergo a broad range of biochemical, morphological, and molecular changes collectively referred to as reactive ...