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 arbeidet ble støttet av følgende tilskudd (DaSilva AF): National Institute of Health - Nasjonalt institutt for nevrologiske lidelser og hjerneslag - K23 NS062946, Dana Foundation hjerne og Immuno-Imaging Award, og migrene Research Foundation Forskning Grant Award. Forfatterne erkjenner PET senteret nukleærmedisin teknologer (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison, og Caitlin Hendricks) og personell funksjonell MRI Laboratory (Scott Peltier og Keith Newnham). Dr. Alexandre DaSilva, rektor etterforsker, hadde full tilgang til alle dataene i studien, og tar ansvar for integriteten til data og nøyaktigheten av dataanalyse. Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter knyttet til denne studien.

Studien skal være godkjent av den lokale Institutional Review Board, og ved radioaktive Drug forskningsutvalg. Forskningen faget gir skriftlig informert samtykke til å delta i studien. Protokollen er delt inn i tre kronologiske trinn: <ol><li> MR sesjon </li><li> PET-økt i løpet av ictal fase (hodepine) av migrene </li><li> PET-økt i løpet av interiktal fase (ingen hodepine) av migrene </li></ol> Pasienten er ansvarlig for å fylle ut en hodepine dagbok, og for å bekrefte med forskergruppen forekomsten av et migreneanfall på dagen for bildebehandling økten. Både, interiktal og ictal, bør PET skanner planlegges under separate mid-slutten follikulære faser av pasienten (5 til 10 dager etter den første dagen av menstruasjonsblødning), som i dette tilfellet ble sporet og beregnet på forhånd av en gynekolog med kompetanse i felten (ÅR). En. MR Session <ol><li> Preparing for Experiment <ol><li> Før fremstilling av emnet for skanning, er det nødvendig å følge riktige sikkerhetsforskrifter som følge av det magnetiske felt av det MR-skanner. Alle studiepersonell må være metall-fri før vi går i MR prosedyre rom. </li><li> Gi en kopi av informert samtykke Form, tidligere signert av forsknings frivillig under innledende screening, til MR teknolog. </li></ol></li><li> Klar forbehold for Skann <ol><li> På dagen for MR, spør forskningssubjektet å fylle ut en MRI sikkerhet screening skjema. Dette skjemaet er nødvendig for noen MR tatt ved University of Michigan - fMRI lab. Spørreskjemaet forsterker at faget er også metall-fri og ikke har en medisinsk tilstand som krever grundig og spesielle hensyn (for eksempel metalliske utenlandske fragmenter, implantert mekanisk / elektrisk enhet). </li><li> Forsikre at deltakeren forstår MR prosedyre, risiko og fordeler. </li><li> DelivER det utfylte screening skjema til MR teknolog som skal bistå i prosedyren. </li></ol></li><li> Skaff et T1-vektet anatomisk MR-undersøkelse i løpet av en interiktal fase for pasienten på en 3 Tesla skanner. <ol><li> Bruk følgende sekvensparametre for MR oppkjøpet: <ul><li> A. Axial bortskjemt-gradient tilbakekalt (SPGR) 3D oppkjøp </li><li> B. båndbredde = 15.63 </li><li> C. Repetisjon tid [TR] = 9,2 msek </li><li> D. Echo tid [TE] = 1,9 msek </li><li> E. Inversjon utvinning forberedelse 500 msek </li><li> F. Flip vinkel = 15 ° </li><li> G. 25/26 FOV </li><li> H. Antall excitations [NEX] = 1 </li><li> I. 144 sammenhengende skiver </li><li> J. 1,0 mm skive tykkelse </li><li> K. 256 x 256 matrise </li></ul></li></ol></li></ol> 2. Ictal PET Session <ol><li> Forberedelse til Experiment <ol><li> Før bekreftelse skanningen ved Universitetssykehuset, ta kontakt med faget å verifisere i hvilken phase av menstruasjonssyklusen hun vil være på den dagen av skanningen. Det anbefales å utføre en PET scan under mid-sen follikkelfasen (5 til 10 dager etter menstruasjonsblødning debut). </li><li> Send inn en forespørsel til sykehuset for å produsere [11 C] carfentanil, en kortlivet radiomerkings med en selektiv affinitet for μ-opioidreseptorer, ved hjelp av en syklotron i nærheten av skanningen. Den tracer må produseres 2 time før skanningen. </li><li> På dagen for den potensielle ictal PET scan, kontakt emnet 2 time før utnevnelsen å bekrefte tilstedeværelse av en spontan migreneanfall. Hvis et migreneanfall er til stede, validere migrene diagnose etter International Classification of hodepine lidelser. Etter diagnose, forsikrer at deltakeren er i stand til å trygt komme til sykehuset for å gjennomgå skanningen. Sørge for transport hvis motivet ikke er komfortabel kjøring eller hvis ingen utpekt sjåføren er tilgjengelig. </li></ol></li><li> Klar Sumne for Skann <ol><li> Når deltakeren kommer på sykehuset, eskortere henne til PET suite for forlengelse av diagnose basert på International Classification of hodepine lidelser. Før skanningen, utføre en urin stoff test for å bekrefte at faget ikke inntak noen av stoffene som kan samhandle med tracer [11 C] carfentanil, etterfulgt av en urin graviditetstest. </li><li> Bekrefter at deltakeren forstår PET prosedyre, risikoer og fordeler. </li><li> Lever en kopi av informert samtykke Form, tidligere signert av forskningen frivillig under den innledende screening, til nukleærmedisin teknolog. </li><li> Etter veiledning av nukleærmedisin teknolog, hjelpe faget bosette inn i skanneren. </li><li> Har faget gjennomgå en 90 min PET skanning ved hjelp av en Siemens HR + skanner i 3D-modus (rekonstruerte bilder har en full bredde på halv maksimum (FWHM) oppløsning på ~ 5,5 mm-i-planet og 5,0 mm aksialt). </li> &lt;li&gt; For hver [11 C] carfentanil dose (555 MBq ≤ 0,03 mg / kg), administrere femti prosent som en bolus med resten kontinuerlig tilført i løpet av skanningen å oppnå steady-state tracer nivåer ca 35 min etter tracer administrasjon . </li><li> Interiktal PET økten. </li><li> Gjenta trinn 02.02 til 02.06 under non-hodepinefasen. </li></ol></li></ol> Tre. PET data Rekonstruksjon <ol><li> Rekonstruere PET-bilder ved hjelp av interaktive algoritmer i et 128 x 128 pixel matrise i en 28,8 cm diameter synsfelt (FOV). </li><li> Erverve 21 bilderammer og co-register til hverandre for å korrigere for bevegelse under skanningen. </li><li> Skaff en overføring 6 min (68Ge kilde) skanne før PET scan i forbindelse med demping korreksjon. </li><li> Konverter den dynamiske bildedata for hver skanning på en voxel-by-voxel basis i to sett med parametriske bilder (10 - 40 min): <ol><li> Bruk en tracer transporttiltak (K1 Ratio) for coregistration og normaliser; og </li><li> Bruk en reseptor-relaterte tiltak, BP ND, proporsjonal med Bmax (reseptor konsentrasjon) for å dividere med Kd (reseptor affinitet). </li></ol></li><li> Anslå disse tiltakene ved hjelp av referansen region-basert Logan grafisk analyse med occipital cortex som referanse regionen 12. </li></ol> 4. PET Data Analysis MERK: Anatomisk standardisere bilder til mal plass ved hjelp av statistiske Parametric Mapping (SPM8) programvare følgende sekvensen nedenfor. <ol><li> Co-registrere MR scan og K1 skanninger. </li><li> Normalisere MR scan til Montreal Nevrologiske Institutt (MNI) mal hjernen ved hjelp Dartel. </li><li> Påfør den resulterende deformasjonen matrise til PET-bilder. </li><li> Bekreft co-registrering og normalisering nøyaktighet ved å sammenligne de transform MR og PET-bilder til MNI atlas mal. </li><li> Region of Interest (ROI) analyse. </li&gt; </ol> Undersøke aktiviteten av flere bilaterale regioner som er involvert i behandlingen av smerte, inkludert: <ul><li> A. Anterior / medial / posterior cingulate </li><li> B. Insula </li><li> C. Hippocampus </li><li> D. Amygdala </li><li> E. caudatus hodet / kroppen </li><li> F. Nucleus accumbens </li><li> G. putamen </li><li> H. Lateral / medial globus pallidus </li><li> I. thalamus kjerner (ventral anterior, ventral posterior lateral / medial, lateral posterior, midtlinjen, lateral / medial dorsal) </li><li> J. periaqueductal grå materie (PAG) </li></ul><ol><li> Definer MarsBaR (i standardisert plass for hver av disse regionene, med unntak av PAG Generer PAG ROI ved å plassere en 3 mm sfære på koordinater: høyre: 4, -28, -6, og igjen:. -2, -28 , -6. Denne PAG stedet ble tidligere vist seg å ha diffusjon og tilkoblings endringer i migrene pasienter sammenlignet med friske kontroller 13,14. MERK: Test-retest studier med [11 C] Carfentanil vise reproduserbarhet av BP ND mål på vel mindre enn 10%, med de fleste kortikale regioner være 3 - 5% 15. De største variasjonskoeffisient (CoV = Std.Dev. / Mean) er vanligvis observert i regionene med lavest bindende, men selv i de kortikale regioner med lavest bindende BP ND CoV tallet var ~ 0,5. Derfor er prosentvise endringer i ROI μOR BP ND mellom skanninger bare ansett som viktig når over 10%. </li></ol> 5. 3D-nevronavigasjon <ol><li> Forberedelse for en 3D-IIN Experience <ol><li> Organiser data oppgitt i Nifti volumetrisk dataformat som en bunke bilder med tetthet og aktiveringsnivå definert som 16 bit. </li><li> Bruk aktive LCD shutter-briller for å aktivere tid sekvensiell stereoskopisk 3D-effekt. Sjalusien briller operere gjennom blokkering av det ene øyet mens bildet til det andre øyet er vist på skjermen. Prosessen gjentas deretter for det andre øyet. Dette shuttering effekten oppstår ved 110 Hz. </li><li> Bruk en joystick for interaksjoner med simuleringen etter å ha blitt instruert av bruken. </li><li> Utstyre de shutter-briller og joystick med reflekterende markører for å muliggjøre en nøyaktig 6DOF sporing av objekter i verdensrommet via en Vicon motion capture-systemet. </li></ol></li><li> Vis Aubject aktiveringsdata <ol><li> Bruk XML konfigurasjonsfiler for å definere farge kartlegginger av tetthet og aktiveringsnivå, som er lastet når programmet begynner og delte med hver datamaskin i klyngen. </li><li> Erverve 3-dimensjonale volumetriske celler fra de medfølgende NIfTIdata satt i form av vena interne lastefunksjoner og &quot;Niftilib&quot; open source programvare bibliotek. </li><li> Del resulterer volumetriske celler med hver datamaskin i klyngen for å forbedre hastigheten. </li><li> Tolk Store celler ved en OpenGL shader (GLSL) som gjennomfører ray marsjering og visning av voxel med varierende farger og transparenter som er definert avtidligere delte farge kartlegging XML konfigurasjonsfiler. </li></ol></li><li> Skaff plasseringen gjennom Vicon systemet og bruke denne til å oppdatere tegnede perspektiver av de volumetriske data på hvert skjermbilde. </li><li> Rekord interaksjoner og bruke dem til å dynamisk justere og skjære fly gjennom dataene for å navigere i det virtuelle rom. </li></ol> 6. 3D-Immersive &amp; Interactive nevro (3D-IIN) <ol><li> Store er underlagt aktiveringsdata i Nifti dataformat, en volumetrisk datatype som er tolket ved hjelp av Niftilib biblioteket. </li><li> Skaff interaksjoner og plasseringen gjennom en Vicon tracking system, en styrespak-enhet, og gestiske innspill. Bruk denne informasjonen til å sikre det viste bildet representerer riktig ståsted, noe som åpner for sanntids utforskning av datasettet, og aktivere dynamisk kontroll for opptil tre vilkårlige skjære flyene med kjente bevegelser og kontrollordninger (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 ingenting å avsløre.

I dette tilfellet rapporten, ble selve migrene hodepine Bildediagnostiske data utforsket for første gang, i en fullstendig oppslukende virtuell 3D-virkelighet, som viste en nedgang i μ-opioid reseptor tilgjengelighet (μOR BP ND). Reduksjoner i μOR BP ND antyde at det er en høyere belegg og / eller tap av μ-opioid reseptorer i det sentrale nervesystemet. Akutte reduksjoner i μOR BP ND i smerte-matrise regioner i løpet av ictal scan i forhold til interiktal scan, forventes å oppstå som en følge av utgivelsen av endogene opioider i samspill med μORs som regulatorisk respons til den pågående smerte, noe som gjør mindre μORs tilgjengelig for radiomerkings. Nyheten av vår ictal migrene Bildediagnostiske studie ligger i den nye 3D nevro tilnærming for å undersøke pasientens faktiske hjerne data i virtuell virkelighet. PET radiotracer teknologi ble brukt til å måle endringer i μORstilgjengelighet med [11 C] carfentanil. Når undersøkt i løpet av hodepine arrangementet, blir hjernen til migrenepasienter vanligvis skannet etter et pent angrep trigger (f.eks., Glyseroltrinitrat, photostimulation) 16,17, eller under den tekniske etterspørselen av en bestemt fremkalt stimulus (f.eks., Smerte, børste, lys , og lukt) 18-20. Alle disse studiene underbygge vissheten om at sykdommen er forbundet med kortikale og subkortikale hypereksitabilitet under hodepinefasen. Imidlertid, en slik mengde stimuli i de bildediagnostiske protokoller introduserer flere faktorer som skyen vår forståelse av den eneste virkningen av et akutt migreneangrep på det sentrale nervesystemet. Fra de få tidligere funksjonelle studier uten tilstedeværelse av eksogene stimulering, det er indikasjon på økt regional cerebral flyt i områder som cingulate cortex, hypothalamus, og hjernestammen 21, noe som kan vedvare selv etter akutt behandling 22. Hittil, De bildediagnostiske teknologier benyttet ikke er tillatt for det molekylære karakterisering av nevrotransmitter / reseptor-prosesser som er involvert i migreneanfall, for eksempel endogent μ-opioid mekanisme, en av de viktigste analgetiske ressurser i hjernen. Videre vår metode tillot disse prosessene for å bli utforsket ved hjelp av 3D nevro i et virtuelt miljø. Den synkende smerte regulerende system er et komplekst nettverk som regulerer smertebehandling i stor grad via μ-opioidreseptorer i hele hjernen, herunder rygg til supraryggområder. Disse områdene er kjent for å være involvert i endogen anti-nociception, stress-indusert analgesi, og i handlingen av opioider ofte brukt for kroniske smerter og migrene behandling. Faktisk kan dural neurogen vasodilatasjon assosiert med migrene bli hemmet av morfin og deretter reverseres av opioid-antagonisten naloxon, som indikerer at effekten av morfin på nevrogenbetennelse er mediert spesielt via aktivering av μ-opioidreseptorer 23. Interessant er størrelsen av endogene opioider / μORs regionale aktive hos mennesker i forbindelse med den individuelle evne til å undertrykke sensoriske og affektive elementer av smerteopplevelse 24.. I vår studie, de områder av hjernen som viste reduksjoner i μ-opioid reseptor tilgjengelighet under ictal fasen er ansvarlig for begge elementer av migrene hodepine erfaring og dens modulering. De er ACC, thalamus, basalgangliene (f.eks., NACC), hippocampus, og PAG. I tillegg til sensibilisering på grunn av unormal trigeminal afferent trafikk, er en solid hypotese for patofysiologien til migrene dysfunksjon av regulerende system. I dette tilfelle fremspring fra / til hjernestrukturer, slik som PAG, hvor det er en høy ekspresjon av opioide reseptorer, ville ineffektivt produsere sine anti-nociseptive effekt på ascending sensoriske nerveceller. I tillegg, andre høyere kortikale strukturer delta i denne defekt smerte-regulerende mekanisme ved migrene. En fersk interiktal hvile-state studie rapporterte endringer i tilkobling av migrenepasienter versus friske kontroller i ventrolateral PAG og de ​​fleste av de (sub) kortikale strukturer i regulerende smertesystemet og korrelert disse med hyppigheten av hodepine angrep 13. Regionene med tilkoblings endringer ble funnet i denne studie, er de samme som de med endringer i μOR BP ND finnes i vår egen undersøkelse. Den samme PAG plassering ble opprinnelig rapportert som omfatter mikro nevroplastisitet i migrene 14, og her hadde en betydelig nedgang i μOR BP ND under angrepet. Videre studier med større kohorter er nødvendig for å bekrefte og utvide de funnene som presenteres i dette tilfellet rapporten. For eksempel er det foreløpig ukjent hvorfor systemet ikke riktig å svaretil langvarig bruk av eksogene opioider ofte foreskrevet i migrene klinikker. Likevel, gir vår studie viktig mekanistisk informasjon, om virkningen av en migrene hodepine i μ-opioid system, og bruker en roman 3D oppslukende og interaktiv nevro (3D-IIN) tilnærming for første gang. I fremtiden kan denne utforskende 3D-metoden gir en mye mer engasjerende og interaktiv perspektiv for å undersøke hjernen til pasienter i forskning og klinikk.

Migrene er en kronisk trigeminal smerte lidelse som rammer nesten 16% av kvinnene og 6% av menn i USA og over hele verden 1-3. Gjentatte migrene hodepine angrep har en innvirkning på en stor del av pasientens eksistens, svekke livskvalitet og ytelse, koster milliarder av dollar i tapte skole / hverdager og helsetjenester utnyttelse fire. I løpet av de svekkende hodepine angrep, dets lider har en markant økt følsomhet for skadelige (hyperalgesi) og selv nonnoxious stimuli (allodyni) 5. Den μ-opioid nevrotransmitter system er en av de viktigste endogene smerte regulerende mekanismer i hjernen vår. Det er involvert i reguleringen av eksperimentelle og kliniske smerteoppfattelse, så vel som i den analgetiske virkningen av opioider 6-9 som er forbundet med chronification av migreneanfall 10. Nylige fremskritt i Positron Emission Tomography (PET) molekylær avbildning tillater studiet av viktige molekylære mekanismer i hjernen av kronisk smerte hos pasienter in vivo 11.. I denne studien, til tross for de utfordrende logistikk for synkronisering av aleatory og ødeleggende natur episodiske anfall med kompleksiteten av PET / radiotracer Øktoppsettet, ble 3D nevro brukt for første gang for å undersøke μOR tilgjengeligheten på viktige smerte-matrise regioner av en pasients hjernen under en spontan migrene hodepine. Sak Presentasjon En 36 år gammel asiatisk kvinne ble inkludert i studien. Hun presenterte med en 10 års historie med migrene med visuell aura. Høyresidig migrene oppstod et gjennomsnitt på 12 dager per måned, med moderat til alvorlig smerte intensitet som ville vanligvis vare i 72 timer (hvis ubehandlet eller uten hell behandlet). Det var en økt frekvens av hodepine angrep rundt hennes menstruasjonssyklus, somhadde et regelmessig mønster gjennom hele studien. Assosierte symptomer inkludert: kvalme, brekninger, lysskyhet, og fonofobi. I løpet av de vanlige hodepineanfall hun ikke viser noen autonome symptomer. Som behandling, ble hun administrerende hennes symptomer med farmakologisk mislykket terapi bare, som var basert på ikke-steroide antiinflammatoriske legemidler, og det var ingen indikasjoner på medisinering overdrive eller opioid inntak. Den kliniske undersøkelsen i løpet av screening besøk var unremarkable og uten avvik, og en gjennomgang av systemene var innenfor normale grenser. Hun var enslig uten barn, og var ikke bruker prevensjon medisiner.

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

En økende mengde forskning, genereres primært fra MRI-baserte undersøkelser, viser at migrene ser ut til å forekomme, og eventuelt holde ut, på grunn av endring av spesifikke nerve prosesser i sentralnervesystemet. Men, er informasjon som mangler på den molekylære virkningen av disse endringene, spesielt på den endogene opioider systemet under migrene, og nevro gjennom disse endringene har aldri blitt gjort. Målet med studien var å undersøke, ved hjelp av en roman 3D oppslukende og interaktiv nevro (3D-IIN) tilnærming, den endogene μ-opioid transmisjon i hjernen under en migrene hodepine angrep in vivo. Dette er uten tvil en av de mest sentrale neuromechanisms forbundet med smerte regulering, påvirker flere elementer av smerteopplevelse og smertelindring. En 36 år gammel kvinne, som har vært plaget med migrene i 10 år, ble skannet i den typiske hodepine (ictal) og nonheadache (interiktal) migrene faser ved hjelp av Positron Emission tomografi (PET) med selektiv radiotracer [11 C] carfentanil, som tillater oss å måle μ-opioid reseptor tilgjengelighet i hjernen (non-forskyves bindende potensial - μOR BP ND). Den korte levetid radiotracer ble produsert av en syklotron og kjemisk syntese apparat på campus ligger i umiddelbar nærhet til bildebehandling anlegget. Både PET skanner, interiktal og ictal, var planlagt i løpet av separate midten slutten follikulære faser av pasientens menstruasjonssyklus. Under ictal PET økten hennes spontane hodepine angrep nådd alvorlig intensitetsnivåer; går videre til kvalme og brekninger ved slutten av skanningen sesjon. Det var reduksjoner i μOR BP ND i smerte-regulerende regioner av endogen μ-opioid system under ictal fase, herunder cingulate cortex, nucleus accumbens (NACC), thalamus (Thal), og periaqueductal grå materie (PAG); indikerer at μORs var allerede okkupert av endogene opioider utgitti respons til den pågående smerte. Så vidt vi vet, er dette første gang at endringer i μOR BP ND under en migrene hodepine angrep har blitt neuronavigated hjelp av en ny 3D-tilnærming. Denne metoden gjør det mulig for interaktiv forskning og pedagogisk utforskning av et migreneanfall i en faktisk pasientens Bildediagnostiske datasett.

Pasienten presenteres til sykehuset med en høyre tinning og occipital pulserende hodepine, med intensitet av 6 på en 0-10 smerteskala. Hun hadde hennes typisk migrenehodepine, men uten aura. Det hadde initiert ved oppvåkning 5 timer før (ictal) PET-økt, og hun klarte å tolerere det uten noen mislykket farmakoterapi. Til sin kunnskap, ble hodepinen ikke fremkalt av noen utløsende faktor (f.eks, alkohol, søvnmangel). Ingen autonome symptomer ble rapportert, men lysskyhet og fonofobi var tilstede. Etter initiering av ictal PET økten hodepine intensitet eskalert, og nådde alvorlige nivåer (9 på en 0-10 smerteskala) 60 min inn i studien; går videre til kvalme og brekninger ved slutten av skanningen sesjon. Nedgang i μOR BP ND ble lagt merke til i hjernen til pasienten i løpet av den spontane migrenehodepine (ictal fase), sammenlignet med grunnlinjen (interiktal fase) (figur 2). Det vire patent reduksjoner i μOR BP ND i hoved smerte-matrise regioner av endogen μ-opioid system, inkludert følgende thalamus kjerner: høyre lateral dorsal (11, -19, -16: 10,2%), høyre medial dorsal (6, -17, -8: 11,1%), rett midtlinje (8, -19, -16: 27%), og ventral fremre (9, -9, -12: 12,0%). I tillegg ble forandringer funnet i høyre fremre (8, 35, 14: 13,7%) og venstre bakre cingulate cortex (-5, -44, 23: 11,8%), venstre caudatus legeme (-11, 6, 15: 12,0 %), medial globus pallidus (høyre: 16, -4, -3: 16,2%; venstre: -14, -4, -3: 22,6%), accumbens forlatt kjernen (-9, -11, -7: 10,5% ), og hippocampus (høyre: 30, -22, -14: 12,6%; venstre: -30, -22, -14: 11,5%). Det var en økning i μOR BP ND bare i venstre amygdala (-23, -4, -19: 11,7%). I hjernestammen, den betydelige ictal reduksjon i μOR BP ND utvidet fra rostral til hale periaqueductal grå materie (PAG) (til høyre: 4, -28, -6: 15,1%; venstre: -2, -28, -6: 14,6 %) (Figure 3). Men de globale hemisfærisk prosentvise endringer i den μOR BP ND under migreneanfall var beskjeden (høyre: 8,5%; venstre: 8,29%), noe som indikerer at nedgang i μOR BP ND var spesifikke for smerte-matrise strukturer i hjernen . <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig1highres.jpg" width="500" /> Figur 1. Full Virtual Reality 3D data Navigation av en migrainous Brain. For første gang selve migrene Bildediagnostiske data ble utforsket i en fullstendig oppslukende 3D ​​virtuell virkelighet, som inkluderer ubegrenset navigering gjennom data (av studenter, klinikere og forskere) om tilgjengeligheten av μ-opioidreseptorer (μOR BP ND) i hjernen under migrene hodepine angrepet in vivo. <img alt="Fig. 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 av en migrene Hodepine in vivo Den ictal fase (nederste rad) - hodepinefasen - viser en nedgang i μ-opioid reseptor tilgjengelighet (μOR BP ND) i smerte-matrise regioner (terskelverdi, DV = 4,50). Dette resultat representerer muligens en økning i endogen μ-opioid frigjøring under migreneanfall, som regulatorisk respons til den pågående alvorlig hodepine. Stikkord: thalamus (Thal), nucleus accumbens (NAC), og anterior Cingular cortex (ACC). <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig3highres.jpg" width="500" /> Figur 3. Midthjernen / Pons / Medulla μ-opioid reseptor Tilgjengelighet Under et migreneanfall in vivo. Den ictal fase (høyrekolonne) - hodepinefasen - viser en reduksjon i μ-opioid reseptor tilgjengelighet langs periaqueductal grå substans (PAG) (terskelverdi, DV = 4,50), sammenlignet med den interiktal fase (venstre kolonne) - non-hodepinefasen. Stikkord: PAG: r - rostral; m - medial; c - hale.

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 studien, forfatterne rapporterer for første gang en roman 3D-Immersive &amp; Interactive nevro (3D-IIN) gjennom virkningen av en spontan migrene hodepine angrep i ​​μ-opioid system av pasientens hjerne in vivo.

3D-nevronavigasjon<em&gt; I Vivo</em&gt; Gjennom en pasientens hjerne Under en Spontan Migrene Hodepine

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 Glioma Initiation<em&gt; In Vivo</em&gt; Gjennom en polert og Forsterket Thin-skull 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

Heterotypic Tredimensjonal<em&gt; In Vitro</em&gt; Modellering av stromal-Epiteliale interaksjoner Ovarian Cancer initiering og progresjon

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

Utnytte en Kranio vindu for å visualisere Midt Cerebral arterie under Endotelin-1 Induced Middle Cerebral arterieokklusjon

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 Høy oppløsning<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging teknikk for å studere den dynamiske respons Intrakraniale Structures til tumorvekst 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

Sekvensiell<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging av osteogent Stem / stamceller under brudd Repair

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

Eksitotoksiske Stimulering av Hjerne Microslices som en<em&gt; In vitro</em&gt; Modell av 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 å måle Mouse kontraktile Trykk<em&gt; I 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

Utløsende Reaktiv gliose<em&gt; I Vivo</em&gt; Av en forhjerne Stab Injury

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