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

Detta arbete stöddes av följande bidrag (DaSilva AF): National Institute of Health - Nationella institutet för neurologiska sjukdomar och Stroke - K23 NS062946, Dana stiftelsens Brain och Immuno-Imaging Award, och migrän Research Foundation Research Grant Award. Författarna erkänner PET-centrum Nuclear Medicine teknologer (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison och Caitlin Hendricks) och personalen i funktionell MRI Laboratory (Scott Peltier och Keith Newnham). Dr Alex DaSilva, den ansvarige forskaren, hade full tillgång till alla data i studien, och tar ansvar för integriteten av data och noggrannheten i dataanalysen. Författarna förklarar några intressekonflikter i samband med denna undersökning.

Studien bör godkännas av den lokala Institutional Review Board, samt av kommittén Radioaktivt drogforskning. Den som undersöks ger skriftligt informerat samtycke till att delta i studien. Protokollet som är uppdelad i tre olika faserna: <ol><li> MRI sessionen </li><li> PET-session under ictal fasen (huvudvärk) av migrän </li><li> PET-session under Interiktal fasen (ingen huvudvärk) av migrän </li></ol> Patienten är ansvarig för att fylla i en huvudvärk dagbok, och för bekräftelse med forskargrupp uppkomsten av ett migränanfall på dagen för bildåtergivningssession. Både Interiktal och ictal bör PET planeras under separata mid-sen follikulära faser av patienten (5 till 10 dagar efter den första dagen av menstruationsblödning), som i detta fall var spårade och beräknade i förväg av en gynekolog med expertis i fält (år). 1. MRI Session <ol><li> Preparing för experimentet <ol><li> Innan förbereda motivet för genomsökningen, är det nödvändigt att följa ordentliga säkerhetsinstruktioner på grund av magnetfältet i MR-scannern. All försökspersonal måste vara metallfria innan MR förfarandet rummet. </li><li> Ge en kopia av den information lämnats Form, som tidigare undertecknats av forsknings volontär under den inledande screening, till MR-teknikern. </li></ol></li><li> Förbereda ämne för Scan <ol><li> På dagen för MR, fråga den som undersöks för att fylla i en MRI säkerhet screening formulär. Krävs för alla MR tas vid University of Michigan Denna form - fMRI lab. Enkäten förstärker att motivet är också metallfria och inte har ett medicinskt tillstånd som kräver noggrann och särskild hänsyn (t.ex. metalliska främmande fragment, implanterad mekanisk / elektrisk anordning). </li><li> Försäkra att deltagaren förstår MR förfarande, risker och fördelar. </li><li> DelivER de avslutade screening formuläret till MR-teknikern som kommer att hjälpa till förfarandet. </li></ol></li><li> Skaffa en T1-viktad anatomisk MR-undersökning under en Interiktal fas för patienten på en 3 Tesla skanner. <ol><li> Använd följande sekvensparametrar för MRT förvärvet: <ul><li> A. Axial bortskämd-gradient påminde (SPGR) 3D förvärv </li><li> B. bandbredd = 15,63 </li><li> C. Upprepning tid [TR] = 9.2 ms </li><li> D. Echo tid [TE] = 1,9 msek </li><li> E. Inversion återhämtning förberedelse 500 msek </li><li> F. Flip vinkel = 15 ° </li><li> G. 25/26 FOV </li><li> H. Antal retningar [NEX] = 1 </li><li> I. 144 angränsande skivor </li><li> J. 1.0 mm skivtjocklek </li><li> K. 256 x 256 matris </li></ul></li></ol></li></ol> 2. Iktal PET Session <ol><li> Förberedelser inför Experiment <ol><li> Innan bekräfta avsökningen vid Universitetssjukhuset, kontakta motivet för att kontrollera i vilken phase av menstruationscykeln hon kommer att vara på dagen för genomsökningen. Det rekommenderas att utföra en PET-undersökning under andra halvan av follikulära fasen (5 till 10 dagar efter menstruationsblödning debut). </li><li> Skicka in en förfrågan till sjukhuset för att ta fram [11 C] karfentanil, en kort livslängd radiotracer med en selektiv affinitet för μ-opioidreceptorer, med hjälp av en cyklotron i närheten av genomsökningen. Spårämnet måste produceras 2 timmar innan skanningen. </li><li> På dagen för den potentiella ictal PET-scan, kontakta ämne 2 tim innan utnämningen att bekräfta förekomsten av en spontan migränattack. Om en migränattack är närvarande, validera migrändiagnos efter internationell klassificering av huvudvärk Disorders. Efter diagnos, försäkrar att deltagaren kan säkert komma till sjukhuset för att genomgå genomsökningen. Ge transport om motivet inte är bekväm körning eller om ingen utsedd förare är tillgänglig. </li></ol></li><li> Förbereda Subject för Scan <ol><li> När deltagaren kommer till sjukhuset, eskortera henne till PET-sviten för förlängning av diagnos baserad på internationell klassificering av huvudvärk Disorders. Före genomsökningen, utföra ett urin drogtest för att bekräfta att ämnet inte intag något ämne som skulle kunna interagera med spårämnet [11 C] karfentanil, följt av en uringraviditetstest. </li><li> Bekräfta att deltagaren förstår PET förfarandet, risker och fördelar. </li><li> Leverera en kopia av den information lämnats Form, som tidigare undertecknats av forsknings volontär under den inledande granskningen, till nuklearmedicin teknikern. </li><li> Efter ledning av nuklearmedicin teknikern, hjälpa motivet bosätta sig i skannern. </li><li> Har ämnet genomgå 1 90 min PET-skanning med en Siemens HR + skanner i 3D-läge (rekonstruerade bilder har en full bredd vid halva maximala (FWHM) upplösning på ~ 5,5 mm-i-planet och 5,0 mm axiellt). </li> &lt;li&gt; För varje [11 C] karfentanil dos (555 MBq ≤ 0,03 mikrogram / ​​kg), administrera femtio procent som en bolus med resten kontinuerligt infunderas under loppet av skanningen för att uppnå steady-state spårnivåer cirka 35 minuter efter spår administration . </li><li> Interiktal PET session. </li><li> Upprepa steg från 2,2 till 2,6 under icke-huvudvärksfasen. </li></ol></li></ol> 3. PET Data återuppbyggnad <ol><li> Rekonstruera PET-bilder med hjälp av interaktiva algoritmer i en 128 x 128 pixel matris i ett synfält (FOV) 28,8 cm i diameter. </li><li> Förvärva 21 bildramar samt co-register till varandra för att korrigera för rörelse under genomsökningen. </li><li> Skaffa en 6 min transmission (68Ge källa) skanna före PET-undersökning i syfte att dämpningskorrigering. </li><li> Konvertera dynamiska bilddata för varje skanning på en voxel-för-voxel basis i två uppsättningar av parametriska bilder (10-40 min): <ol><li> Använd en spårtransportåtgärd (K1 ratio) för coregistration och normaliseringsförfaranden; och </li><li> Använd en receptor relaterad åtgärd, BP ND, i proportion till Bmax (receptorkoncentration) för att dividera med Kd (receptor affinitet). </li></ol></li><li> Uppskatta dessa åtgärder med hjälp av referensområdet baserade Logan grafisk analys med occipital cortex som referensområdet 12. </li></ol> 4. PET Dataanalys OBS: Anatomiskt standardisera bilder till mallen rymden med hjälp av Statistiska Parametrisk Mapping (SPM8) mjukvara följa sekvensen nedan. <ol><li> Co-registrera MR scan och K1 skanningar. </li><li> Normalisera MR-skanning av Montreal Neurologisk Institute (MNI) mall hjärnan med Dartel. </li><li> Applicera den erhållna deformationen matrisen till PET-bilder. </li><li> Verifiera co-registrering och normalisering noggrannhet genom att jämföra de transformerade MR-och PET-bilder till MNI atlas mallen. </li><li> Region of Interest (ROI) analys. </li&gt; </ol> Undersök aktiviteten av flera bilaterala regioner som är engagerade under behandlingen av smärta, inklusive: <ul><li> A. Anterior / medial / bakre cingulum </li><li> B. Insula </li><li> C. Hippocampus </li><li> D. Amygdala </li><li> E. caudatus huvud / kropp </li><li> F. Nucleus accumbens </li><li> G. Putamen </li><li> H. Lateral / mediala globus pallidus </li><li> I. Thalamus kärnor (ventrala främre, ventrala bakre lateral / medial, lateral bakre, mittlinjen, lateral / medial rygg) </li><li> J. periaqueductal grå materia (PAG) </li></ul><ol><li> Definiera MarsBaR (i standardiserad plats för var och en av dessa regioner, med undantag för PAG Generera PAG ROI genom att placera en 3 mm sfär på koordinater: höger: 4, -28, -6, och vänster:. -2, -28 , -6. Denna PAG plats har tidigare visat sig ha diffusions-och anslutnings förändringar i migrän patienter jämfört med friska kontroller 13,14. OBS: Test-retest studier med [11 C] Karfentanil visa reproducerbarhet BP ND åtgärder av väl mindre än 10%, med de flesta kortikala regioner är 3-5% 15. De största variationskoefficienterna (CoV = Std.Dev. / Mean) är oftast observeras i de regioner med den lägsta bindande, men även i de kortikala regioner med lägst bindande BP ND CoV talet var ~ 0,5. Därför är procentuella förändringar i ROI μOR BP ND mellan skanningar bara betraktas som betydande, när över 10%. </li></ol> 5. 3D-neuro <ol><li> Förberedelser för en 3D-Iin Experience <ol><li> Organisera uppgifterna i NIfTI volymetriska dataformat som en bunt med bilder med densitet och aktiveringsnivåer som definieras som 16 bitar. </li><li> Bär aktiva LCD-slutarglasögon för att göra det möjligt för den tid sekventiella stereoskopisk 3D-effekt. De shutter glasögon verkar genom blockering av ett öga medan bilden för det andra ögat visas på skärmen. Processen upprepas sedan för det andra ögat. Denna shuttering effekt uppstår vid 110 Hz. </li><li> Använd en joystick för interaktioner med simuleringen efter att ha instruktioner om dess användning. </li><li> Utrusta slutaren glasögon och joystick med reflekterande markörer för att möjliggöra exakt 6DOF spårning av objekt i rymden via en Vicon motion capture-system. </li></ol></li><li> Display Aubject aktiveringsinformationen <ol><li> Använd XML-konfigurationsfiler för att definiera färgmappningar av densitet och aktiveringsnivåer, som laddas när programmet börjar och delas med varje dator i klustret. </li><li> Förvärva 3-dimensionella volym celler från de som NIfTIdata fastställts genom hals interna lastfunktioner och &quot;Niftilib&quot; öppen källkod bibliotek. </li><li> Dela resulte volymetriska celler med varje dator i klustret för att förbättra hastigheten. </li><li> Tolka Klistermärken och celler från en OpenGL shader (GLSL) som bedriver ray marschera och visning av voxlar med varierande färger och OH definieras avtidigare delade färg kartläggning XML-konfigurationsfiler. </li></ol></li><li> Skaffa platsen genom Vicon-systemet och använda detta för att uppdatera ritade perspektiv av volymuppgifter på varje skärm. </li><li> Rekord interaktioner och använda dem för att dynamiskt justera och skär plan genom de uppgifterna för att navigera i den virtuella rymden. </li></ol> 6. 3D-Immersive &amp; Interactive neuro (3D-IIN) <ol><li> Affär ämne aktiveringsdata i NIfTI dataformat, en volyme datatyp som tolkas med hjälp av Niftilib biblioteket. </li><li> Skaffa interaktioner och platsen genom ett Vicon tracking system, en joystick-enhet, och gest ingång. Använd denna information för att se till att den visade bilden är den rätta utsiktspunkt, vilket möjliggör realtids utforskning av datamängden, och möjliggör dynamisk styrning för upp till 3 godtyckliga skärplan med välbekanta rörelser och kontrollsystem (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>

Författarna har ingenting att lämna ut.

I detta fall rapporten, var faktiskt migrän neuroimaging data som utforskas för första gången, i en helt omslutande virtuell 3D verklighet, som visade en minskning i μ-opioid receptor tillgänglighet (μOR BP ND). Minskningar i μOR BP ND innebär att det finns en högre beläggning och / eller en förlust av μ-opioida receptorer i det centrala nervsystemet. Akuta minskningar av μOR BP ND i smärta-matrisregioner under ictal skanning jämfört med Interiktal scan, förväntas uppstå som en följd av lanseringen av endogena opioider som interagerar med μORs som ett reglerande svar på den pågående smärta, vilket gör mindre μORs tillgängliga för radiotracer. Det nya i vår ictal migrän neuroradiologiska studie ligger i den nya 3D-neuro metod för att undersöka en patients faktiska hjärndata i virtuell verklighet. PET radiotracer teknik användes för att mäta förändringar i μORstillgänglighet med [11 C] karfentanil. Vid undersökning under huvudvärks evenemanget, är hjärnan hos migränpatienter oftast skannas efter en attack trigger (t.ex.., Glyceryltrinitrat, fotostimulering) 16,17, eller under den tekniska efterfrågan av en specifik framkallade stimulus (t.ex.., Smärta, pensel, ljus och lukt) 18-20. Alla dessa studier bekräftar den kunskap att sjukdomen är associerad med kortikala och subkortikala hyperexcitabilitet under huvudvärksfasen. Men en sådan uppsjö av stimuli i neuroradiologiska protokoll introducerar flera faktorer som moln vår förståelse av den enda effekten av en akut migränattack på det centrala nervsystemet. Av de få tidigare funktionella studier utan närvaro av exogen stimulering, det finns tecken på ökad regionalt cerebralt flöde i områden såsom cingulate cortex, hypotalamus och hjärnstammen 21, som kan kvarstå även efter akut terapi 22. Hittills, Den neuroradiologiska tekniker som tillämpas har inte tillåtet för molekylär karakterisering av signalsubstansen / receptor processer i migränattack, som den endogena μ-opioid mekanism, en av de viktigaste smärtstillande medel i hjärnan. Dessutom får vår metod dessa processer att utforskas med hjälp av 3D-neuro i en virtuell miljö. Den nedåt smärta moduler systemet är ett komplext nätverk som reglerar smärta bearbetning i stor utsträckning via μ-opioidreceptorer i hela hjärnan, inklusive ryggrads till supraspinalområden. Dessa områden är kända för att vara inblandade i endogena anti-nociception, stress-inducerad smärtlindring, och i handling av opioida läkemedel som vanligen används för kronisk smärta och migrän behandling. I själva verket kan den dural neurogen kärlutvidgning i samband med migrän hämmas av morfin och därefter vändas genom opioidantagonisten naloxon, vilket tyder på att effekterna av morfin på neurogeninflammation medieras specifikt via aktivering av μ-opioidreceptorer 23. Intressant, är omfattningen av endogena opioider / μORs regionala aktive hos människor med anknytning till den enskildes förmåga att undertrycka sensoriska och affektiva delar av smärtupplevelse 24. I vår studie, de hjärnregioner som visade minskningar av μ-opioid receptor tillgänglighet under ictal fas är ansvariga för båda delarna av migrän erfarenhet och dess modulering. De är ACC, thalamus, basala ganglierna (t ex., NACC), hippocampus, och PAG. Förutom allergi på grund av onormal trigeminala afferenta trafik, är en solid hypotes för migrän patofysiologi på dysfunktion i modulerande systemet. I detta fall är utsprång från / till hjärnstammen strukturer, såsom PAG, där det finns ett högt uttryck av opioidreceptorer, skulle ineffektivt producera deras anti-nociceptiv effekt på ASCEENDE sensoriska neuroner. Dessutom andra högre kortikala strukturer delta i denna felaktiga smärtmodulerande mekanismen vid migrän. En nyligen Interiktal vila-statlig studie rapporterade förändringar i anslutning av migränpatienter kontra friska kontroller i ventrolaterala PAG och de flesta av de (sub) kortikala strukturer i modulerande smärtsystemet och korrelerar dessa med frekvensen av huvudvärk attacker 13. Regionerna med förändringar anslutnings som finns i denna studie är de samma som de med förändringar i μOR BP ND funnit i vår egen studie. Samma PAG plats ursprungligen rapporterades som omfattar mikro neuroplasticityen i migrän 14, och här hade en avsevärd minskning i μOR BP ND under attacken. Ytterligare studier med större grupper av individer är nödvändigt att bekräfta och utvidga de resultat som presenteras i denna fallbeskrivning. Till exempel är det för närvarande okänd varför systemet inte riktigt svaraatt den långsiktiga användningen av exogena opioider ofta föreskrivs i migrän kliniker. Ändå ger vår studie viktig mekanistisk information om effekterna av en migrän i μ-opioida systemet, och använder en ny 3D uppslukande och interaktiv neuro (3D-IIN) metod för första gången. I framtiden kan detta förberedande 3D-metod ger en mycket mer engagerande och interaktiv perspektiv för att undersöka hjärnan hos patienter inom forskning och kliniken.

Migrän är en kronisk trigeminala smärta sjukdom som drabbar nästan 16% av kvinnorna och 6% av män i USA och hela världen 1-3. Repetitiva migrän huvudvärk attacker påverka en stor del av patientens existens, försämrar livskvaliteten och prestanda, som kostar miljarder dollar i missade skola / arbetsdagar och sjukvårdsutnyttjande 4. Under de försvagande huvudvärk attacker, sitt lidande har en markant ökad känslighet för skadliga (hyperalgesi) och till och med nonnoxious stimuli (allodyni) 5. Den μ-opioida neurotransmittorsystemet är en av de viktigaste endogena smärtmodulerande mekanismer i vår hjärna. Det är involverade i regleringen av experimentell och klinisk smärtupplevelse, liksom i den smärtstillande effekten av opiater 6-9 som har associerats med den chronification av migränattacker 10. Senaste framstegen inom Positron Emission Tomografi (PET) molekylär avbildning möjliggöra studier av viktiga molekylära mekanismer i hjärnan hos patienter med kronisk smärta in vivo 11. I denna studie, trots de utmanande logistiken för att synkronisera aleatorisk och funktionsnedsättning, vilket de episodiska attacker med komplexiteten i PET / radiotracer Sessionen var 3D neuro används för första gången för att undersöka μOR tillgänglighet i centrala smärtmatris regioner i en patients hjärnan under en spontan migränhuvudvärk. Case Presentation En 36-årig asiatisk kvinna var inskriven i studien. Hon presenteras med en 10 årig historia av migrän med visuell aura. Högersidig migrän inträffade i genomsnitt 12 dagar per månad, med måttlig till svår smärta intensitet som vanligtvis skulle pågå i 72 timmar (om det inte behandlas eller utan framgång behandlats). Det fanns en ökad frekvens av huvudvärk attacker runt hennes menstruationscykel, somhade ett regelbundet mönster under hela studien. Associerade symtom inkluderade: illamående, kräkningar, fotofobi, och fonofobi. Under de vanliga huvudvärk attacker hon inte några autonoma symtom. Som behandling fick hon hantera sina symtom med endast farmakologisk misslyckade behandlingen, som var baserad på icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel, och det fanns inga tecken på medicinering överanvändning eller opioid intag. Den kliniska undersökningen under screening besöket var utmärker och utan avvikelser, samt en översyn av systemen var inom normala gränser. Hon var ensamstående utan barn, och inte använder preventivmedel medicinering.

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

En växande mängd forskning, som genereras i första hand från MR-baserade studier, visar att migrän tycks uppträda, och möjligen uthärda, på grund av förändring av specifika neurala processer i centrala nervsystemet. Dock är informationen saknas på den molekylära effekten av dessa förändringar, i synnerhet på den endogena opioida systemet vid migrän, och neuro genom dessa förändringar har aldrig gjorts. Denna studie syftade till att undersöka, med hjälp av en ny 3D uppslukande och interaktiv neuro (3D-IIN) tillvägagångssätt, den endogena μ-opioid transmission i hjärnan under en migrän attack in vivo. Det här är utan tvekan ett av de mest centrala neuromechanisms förknippade med smärta reglering, som påverkar flera delar av smärtupplevelse och smärtlindring. En 36-årig kvinna, som har lidit med migrän i 10 år, har skannats i den typiska huvudvärk (ictal) och nonheadache (Interiktal) migrän faser med hjälp av Positron Emission Tomography (PET) med selektiva radiotracer [11 C] karfentanil, som tillät oss att mäta μ-opioid receptor tillgänglighet i hjärnan (icke förskjutbara bindande potential - μOR BP ND). Den korta liv radiotracer producerades av en cyklotron och kemisk syntes apparat på campus som ligger i nära anslutning till bildanläggningen. Både PET, Interiktal och ictal, var planerad under skilda mitten-slutet av follikulära faser av patientens menstruationscykeln. Under ictal PET sessionen nådde hennes spontana huvudvärk attack svår intensitetsnivåer; att fortskrida till illamående och kräkningar i slutet av avsökningsperiod. Det fanns minskningar i μOR BP ND i smärtmodulerande regionerna av endogena μ-opioida systemet under ictal fasen, inklusive cingulatecortexen, nucleus accumbens (NACC), talamus (Thal), och periaqueductal grå materia (PAG); vilket indikerar att μORs redan ockuperades av endogena opioider släpptsom svar på den pågående smärta. Såvitt vi vet är detta första gången att förändringar i μOR BP ND under en migrän attack har neuronavigated med hjälp av en ny 3D-strategi. Denna metod möjliggör interaktiv forskning och pedagogisk utforskning av en migränattack i en verklig patientens neuroradiologiska dataset.

Patienten presenteras till sjukhuset med en rätt temporal och occipital pulserande huvudvärk, med intensitet av 6 på en 0-10 smärtskala. Hon hade sin typiska migrän, dock utan aura. Det hade inletts när de vaknar 5 timmar innan (ictal) PET-session, och hon lyckades tolerera det utan några misslyckade läkemedelsbehandling. Till sin kunskap, var huvudvärken inte framkallade av någon utlösande faktor (t.ex. alkohol, sömnbrist). Inga autonoma symptom rapporterades, men fotofobi och fonofobi var närvarande. Efter initiering av ictal PET session huvudvärk intensitet eskalerade och nådde svåra nivåer (9 på en 0-10 smärtskala) 60 min in i studien; att fortskrida till illamående och kräkningar i slutet av avsökningsperiod. Minskning i μOR BP ND märktes i hjärnan hos patienten under den spontana migrän (ictal fas), jämfört med baslinjen (Interiktal fas) (Figur 2). Där vire minskningar patent i μOR BP ND i de huvudsakliga smärtmatris regioner av endogena μ-opioida systemet, bland annat följande Thalamus kärnor: höger lateral rygg (11, -19, -16: 10,2%), höger medial rygg (6, -17, -8: 11,1%), höger mittlinjen (8, -19, -16: 27%) och ventrala främre (9, -9, -12: 12,0%). Dessutom har förändringar som finns i den högra främre (8, 35, 14: 13,7%) och vänster bakre cingulum cortex (-5, -44, 23: 11,8%), vänstra caudatus kropp (-11, 6, 15: 12,0 %), mediala globus pallidus (höger: 16, -4, -3: 16,2%; vänster: -14, -4, -3: 22,6%), accumbens kvar kärna (-9, -11, -7: 10,5% ), och hippocampus (höger: 30, -22, -14: 12,6%; vänster: -30, -22, -14: 11,5%). Det fanns en ökning av μOR BP ND endast i den vänstra amygdala (-23, -4, -19: 11,7%). I hjärnstammen, den betydande ictal minskning μOR BP ND förlängts från rostralt till stjärtfenan periaqueductal grå materia (PAG) (höger: 4, -28, -6: 15,1%; vänster: -2, -28, -6: 14,6 %) (Figurure 3). Men de globala hemispheric procentuella förändringar i μOR BP ND under migränattack var blygsam (höger: 8,5%; vänster: 8,29%), vilket indikerar att de minskningar i μOR BP ND var specifika för de smärtmatrisstrukturer i hjärnan . <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig1highres.jpg" width="500" /> Figur 1. Fullständig Virtual Reality 3D Data sjöfarten en Migrainous hjärna. För första gången själva migränneuroradiologiska uppgifter undersöktes i ett helt uppslukande 3D ​​virtuell verklighet, som inkluderar obegränsad navigering genom datan (av studenter, kliniker och forskare) om tillgängligheten μ-opioida receptorer (μOR BP ND) i hjärnan under migrän attacken in vivo. <img alt="Figur 2" fo: innehåll-width = &quot;5in&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/50682/50682fig2highres.jpg&quot; width = &quot;500&quot; /&gt; .. Figur 2 μ-opioida Brain profil av en Migrän Huvudvärk in vivo Den ictal fasen (nedre raden) - huvudvärksfasen - visar en minskning i μ-opioid receptor tillgänglighet (μOR BP ND) i smärtmatrisregioner (Tröskelvärde, DV = 4,50). Detta resultat innebär möjligen en ökad endogen μ-opioid frisättning under migränattack, som ett reglerande svar på den pågående svår huvudvärk. Nyckelord: thalamus (Thal), nucleus accumbens (NAC) och främre Cingular cortex (ACC). <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50682/50682fig3highres.jpg" width="500" /> Figur 3. Mitthjärnan / Pons / Medulla μ-opioid receptor tillgänglighet under en migränattack in vivo. Den ictal fas (högerkolumn) - huvudvärksfasen - visar en minskning i μ-opioid receptor tillgängligheten längs periaqueductal grå materia (PAG) (Tröskelvärde, DV = 4,50), jämfört med den Interiktal fas (vänster kolumn) - icke-huvudvärksfasen. Nyckelord: PAG: r - rostral; m - medial; c - stjärtfenan.

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 denna studie, författarna rapporterar för första gången en ny 3D-Immersive &amp; Interactive neuro (3D-IIN) genom inverkan av en spontan migrän attack i μ-opioida system av en patients hjärna in vivo.

3D-neuro<em&gt; In Vivo</em&gt; Genom ett patientens hjärna under en spontan Migrän Huvudvärk

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

In vivo bioluminescence avbildning av tumör Hypoxi Dynamics i bröstcancer metastaser i hjärnan i en musmodell

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

In vivo Dual Substrat 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 Inledande<em&gt; In Vivo</em&gt; Genom en polerad och förstärkt Thin-skalle Kranial fönster

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 Tredimensionell<em&gt; In Vitro</em&gt; Modellering av Stromal-Epithelial interaktioner Under äggstockscancer Inledande och 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

Använda en Kranial fönster för att visualisera den mellersta cerebrala artären under Endotelin-1 inducerad Middle cerebral artärocklusion

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 Högupplöst<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging teknik för att studera dynamiska svaret för intrakraniell Structures till tumörtillväxt och 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

Sekventiell<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging av Osteogena Stem / progenitorceller Under Fracture 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

Excitotoxisk Stimulering av Brain 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 Telemetry att mäta Mouse kontraktila 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

Trigg Reaktiv Glios<em&gt; In Vivo</em&gt; Vid en framhjämeselektiv Stab skada

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