Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

3D-Neuronavigation Published: June 2, 2014 doi: 10.3791/50682
Automatic Translation
*1,2,3, *1, *3, 1, 1,3, 3, 1, 1, 1, 4, 5, 5, 5, 6, 3
1Headache & Orofacial Pain Effort (H.O.P.E.), Biological & Materials Sciences Department, University of Michigan School of Dentistry, 2Michigan Center for Oral Health Research (MCOHR), University of Michigan School of Dentistry, 3Translational Neuroimaging Laboratory, Molecular & Behavioral Neuroscience Institute, University of Michigan, 4PET Physics Section, Division of Nuclear Medicine, Radiology Department, University of Michigan, 53DLab, University of Michigan, 6Department of Obstetrics and Gynecology, University of Michigan
* These authors contributed equally

Summary

במחקר זה, החוקרים מדווחים בפעם הראשונה רומן 3D-Immersive & האינטראקטיבי Neuronavigation (3D-IIN) דרך ההשפעה של התקף מיגרנה ספונטני במערכת μ-אופיואידים של המוח של מטופל בגוף חי.

Abstract

גוף הולך וגדל של מחקר, שנוצר בעיקר ממחקרים מבוססי MRI, מראה כי מיגרנה מופיעה להתרחש, ואולי לסבול, בשל השינוי של תהליכים עצביים ספציפיים במערכת העצבים המרכזית. עם זאת, מידע שחסר בהשפעה המולקולרית של שינויים אלה, במיוחד במערכת אופיואידים אנדוגניים במהלך מיגרנה, וneuronavigation דרך שינויים אלה לא נעשה. מחקר זה נועד לחקור, באמצעות 3D רומן סוחף וגישת neuronavigation האינטראקטיבי (3D-IIN), שידור μ-אופיואידים אנדוגניים במוח בזמן התקף מיגרנה in vivo. זה הוא ללא ספק אחד neuromechanisms המרכזי ביותר הקשורים לויסות כאב, המשפיע על אלמנטים רבים של ניסיון כאב ושיכוך כאבים. נקבה בת 36, שכבר סובל ממיגרנה ל10 שנים, נסרקה בכאב הראש הטיפוסי (ictal) וnonheadache שלבי מיגרנה (interictal) באמצעות פוזיטרונים Emissיון פוזיטרונים (PET) עם carfentanil radiotracer סלקטיבית [11 C], אשר אפשר לנו למדוד זמינות קולטן μ-אופיואידים במוח (הפוטנציאל מחייב שאינו displaceable - μOR BP ND). Radiotracer קצרי החיים הופק על ידי מנגנון סינתזת הציקלוטרון וכימי בקמפוס הממוקם בסמיכות למתקן ההדמיה. שתי סריקות PET, interictal וictal, היו אמורים במהלך שלבי זקיקים נפרדים האמצע מאוחר של המחזור החודשי של המטופל. במהלך פגישת PET ictal התקף כאב הראש הספונטני שלה הגיע לרמות עוצמת חמורות; התקדמתי לבחילות והקאות בסוף פגישת הסריקה. היו הפחתות בμOR BP ND באזורי כאב הוויסות של מערכת μ-אופיואידים אנדוגניים בשלב ictal, כולל קליפת cingulate, גרעין הנסמך (NAcc), התלמוס (Thal), ומשנה periaqueductal האפור (PAG); המציין כי μORs כבר נכבשו על ידי אופיואידים אנדוגניים שוחררובתגובה לכאב המתמשך. למיטב ידיעתנו, זו הפעם הראשונה ששינויים בμOR BP ND במהלך התקף מיגרנה כבר neuronavigated באמצעות גישת 3D רומן. שיטה זו מאפשרת לחקר מחקר וחינוכי אינטראקטיבי של התקף מיגרנה בבסיס נתוני הדמייה של מטופל בפועל.

Introduction

מיגרנה היא הפרעת כאב trigeminal כרונית המשפיעה על כמעט 16% מהנשים ו -6% מהגברים בארצות הברית ובעולם 1-3. יש להם התקפי מיגרנה חוזרים ונשנים השפעה על חלק גדול מקיומו של החולה, דבר הפוגע באיכות חיים ובביצועים, בהיקף של מיליארדים דולרים בימי בית הספר / עבודה החמיצו ובריאות ניצול 4. במהלך התקפות כאב הראש המתישה, יש הסובלים שלה רגישות מוגברת בולטת לרעיל (hyperalgesia) ואפילו גירויי nonnoxious (אלודיניה) 5.

המערכת העצבית μ-אופיואידים היא אחד ממנגנוני ויסות כאב אנדוגני העיקריים במוח שלנו. הוא מעורב בוויסות של תפיסת כאב ניסויית וקלינית, כמו גם בפעולת משכך כאבים של תרופות אופיואידים 6-9 אשר היה קשורה עם chronification של התקפי מיגרנה 10. ההתקדמות שחלה באחרונה בפליטת פוזיטרונים טומוgraphy (PET) מאפשרת הדמיה מולקולרית לחקר מנגנונים מולקולריים חשובים במוח של חולי כאב כרוניים in vivo 11. במחקר זה, למרות הלוגיסטיקה המאתגרת של סנכרון תלוי במזל ובמתיש אופי ההתקפות אפיזודי עם המורכבות של הגדרה של הפעלת PET / radiotracer, neuronavigation 3D היה בשימוש בפעם הראשונה לחקור זמינה μOR באזורי כאב מטריצה ​​המרכזיים של מטופל המוח במהלך מיגרנה ספונטנית.

הצגת מקרה

נקבת אסיה 36 בן שהשתתפה במחקר. היא הציגה עם היסטוריה 10 שנה של מיגרנה עם אאורה ויזואלית. מיגרנה ימנית צדדית-התרחשה בממוצע 12 ימים לחודש, בדרגה בינונית עד עוצמת כאב קשה, כי בדרך כלל תימשך 72 שעה (אם לא מטופל או מטופל ללא הצלחה). הייתה תדירות מוגברת של התקפות כאב ראש סביב המחזור החודשי שלה, אשרהיה דפוס קבוע לאורך כל תקופת המחקר. סימפטומים הקשורים כללו: בחילות, הקאות, פוטופוביה, וphonophobia. במהלך התקפות כאב הראש הרגילות שהיא לא הציגה כל סימפטומים אוטונומיים. כטיפול, שהיא טיפול בתסמיניה עם טיפול תרופתי כושל בלבד, שהיה מבוסס על תרופות נוגדות דלקת שאינן סטרואידים, ולא ניכרו שום סימנים של שימוש יתר בתרופות או צריכת אופיואידים. הבדיקה הקלינית במהלך ביקור ההקרנה הייתה חסרת ייחוד וללא הפרעות, וביקורת של מערכות הייתה בגבולות נורמלים. היא הייתה רווקה ללא ילדים, ולא היה שימוש בתרופות למניעת הריון.

Protocol

המחקר צריך להיות מאושר על ידי דירקטוריון סקירה המוסדית המקומי, ועל ידי ועדת מחקר תרופות רדיואקטיבי. נושא המחקר נותן כתב הסכמה מדעת להשתתפות במחקר. הפרוטוקול מחולק לשלושה שלבים כרונולוגיים:

  1. מושב ה-MRI
  2. מפגש PET בשלב ictal (כאב הראש) של מיגרנה
  3. מפגש PET בשלב interictal (לא כאב ראש) של מיגרנה

המטופל הוא אחראי למילוי יומן כאבי ראש, ומאשר עם קבוצת מחקר ההתרחשות של התקף מיגרנה ביום פגישת הדמיה. שניהם, interictal וictal, צריכה להיות מתוזמנת סריקות PET במהלך שלבים נפרדים האמצע מאוחר זקיקים של המטופל (5 10 ימים לאחר היום הראשון של דימום וסת), אשר במקרה זה היה במעקב ומחושבים מראש על ידי רופא נשים עם מומחיות בתחום (שנים).

1. MRI מושב

  1. מראשקילוף לניסוי
    1. לפני הכנת הנושא עבור הסריקה, יש צורך לעקוב אחר הוראות בטיחות נאותות עקב השדה המגנטי של סורק MR. כל אנשי המחקר חייבים להיות לפני שנכנסתי לחדר הליך MR ללא מתכת.
    2. לספק עותק של טופס הסכמה מדעת, שנחתם בעבר על ידי מתנדב המחקר במהלך סינון ראשוני, לטכנולוג MR.
  2. הכנת נושא עבור הסריקה
    1. ביום של ה-MRI, לשאול את נושא המחקר כדי למלא טופס הקרנת בטיחות ה-MRI. טופס זה נדרש עבור כל MRI שנערך באוניברסיטת מישיגן - המעבדה fMRI. השאלון מחזק כי הנושא הוא גם נטולת מתכת ואין לו מצב רפואי הדורש שיקול דעת מעמיקה ומיוחדת (למשל, שברים זרים מתכתיים, מכשיר מכאני / חשמלי מושתל).
    2. להרגיע כי המשתתף מבין את MR הליך, סיכונים ויתרונות.
    3. Delivאה השלים טופס הקרנה לטכנולוג MR שיהיה סיוע בהליך.
  3. לרכוש סריקת MRI אנטומיים T1-משוקלל בשלב interictal עבור המטופל על סורק 3 טסלה.
    1. השתמש בפרמטרי הרצף הבאים לרכישת ה-MRI:
      • א הצירי מפונק שיפוע נזכר רכישת 3D (SPGR)
      • ב רוחב פס = 15.63
      • זמן ג חזרה [TR] = 9.2 msec
      • זמן ד אקו [TE] = 1.9 msec
      • msec 500 הכנת התאוששות א היפוך
      • זווית פליפ פ = 15 °
      • ג 25/26 FOV
      • ח מספר העירורים [NEX] = 1
      • 144 פרוסות רציפות I.
      • עובי פרוס 1.0 מ"מ J.
      • ק 256 x 256 מטריצה

2. Ictal PET מושב

  1. הכנות לקראת הניסוי
    1. לפני שאישרתי את הסריקה בבית החולים האוניברסיטאי, פנה בנושא כדי לוודא שבphASE של המחזור היא תהיה ביום הסריקה. מומלץ לבצע סריקת PET בשלב האמצע מאוחר זקיקים (5-10 ימים הבאים תחילת דימום וסת).
    2. להגיש בקשה לבית החולים כדי לייצר carfentanil [11 C], radiotracer קצר חיים עם זיקה סלקטיבית לקולטניים μ-אופיואידים, באמצעות מאיץ חלקיקים באזור הסריקה. נותב חייב להיות מיוצר 2 שעות לפני הבדיקה.
    3. ביום סריקת PET ictal הפוטנציאלית, פנה שעות 2 הנושא לפני מינויו כדי לאשר את קיומו של התקף מיגרנה ספונטני. אם התקף מיגרנה קיים, לאמת את אבחנת המיגרנה בעקבות הסיווג הבינלאומי להפרעות כאב ראש. לאחר אבחון, מבטיח כי המשתתף הוא מסוגל לקבל בשלום לבית החולים כדי לעבור את הסריקה. לספק תחבורה אם הנושא הוא לא נהיגה נוחה או אם לא נהג מיועד הוא זמין.
  2. הכנת סוbject לסריקה
    1. כאשר משתתף מגיע לבית החולים, ללוות אותה לחבילת PET לולידציה חוזרת של אבחון המבוססת על הסיווג הבינלאומי להפרעות כאב ראש. לפני הסריקה, לבצע בדיקת סמים בשתן כדי לוודא שהנושא לא עשה הצריכה כל חומר שעלולה ליצור אינטראקציה עם carfentanil נותב [11 C], ואחרי בדיקת הריון בשתן.
    2. מאשרים מחדש כי המשתתף מבין את הליך PET, סיכונים ויתרונות.
    3. לספק עותק של טופס הסכמה מדעת, שנחתם בעבר על ידי מתנדב המחקר במהלך הסינון הראשוני, לטכנולוג הרפואה הגרעינית.
    4. בעקבות הדרכתו של טכנולוג הרפואה הגרעינית, לעזור בנושא להתיישב לתוך הסורק.
    5. האם הנושא יעבור סריקת PET 90 1 דקות באמצעות משאבי אנוש סימנס + סורק במצב 3D (יש תמונות משוחזרות ברוחב מלא במחצית המרבית (רזולוציה FWHM) של ~ מ"מ 5.5 מ"מ במטוס ו5.0 axially).
      6. <li> לכל מנת carfentanil [11 C] (555 MBq ≤ 0.03 מיקרוגרם / קילוגרם), לנהל חמישים אחוזים כמו בולוס עם שאר חדור ברציפות במהלך הסריקה כדי להשיג רמות נותב מצב יציב כ 35 דקות לאחר מתן נותב .
    6. מפגש PET Interictal.
    7. חזור על שלבי 2.2-2.6 בשלב שאינו כאב ראש.

3. PET נתונים שיקום

  1. לשחזר תמונות חיות מחמד באמצעות אלגוריתמים אינטראקטיביים לתוך מטריצת פיקסל 128 x 128 בשדה קוטר 28.8 סנטימטר ראייה (FOV).
  2. לרכוש 21 מסגרות תמונה ושיתוף מרשם אחד לשני כדי לתקן את תנועה במהלך הסריקה.
  3. השג שידור 6 דקות (מקור 68Ge) סריקה לפני סריקת PET לצורך תיקון הנחתה.
  4. להמיר את נתוני תמונה הדינמיים עבור כל סריקה על בסיס voxel-by-voxel לשני סטים של תמונות פרמטרית (10-40 דקות):
    1. השתמש באמצעי תחבורה נותב (K1 רטיo) לנהלי coregistration ונורמליזציה; ו -
    2. השתמש במידה הקשורות להקולט, BP ND, פרופורציונלית לBmax (ריכוז רצפטור) לחלק ידי Kd (זיקת קולטן).
  5. מעריך אמצעים אלה באמצעות הניתוח הגרפי לוגן מבוסס אזור התייחסות עם הקליפה העורפית של אזור ההתייחסות 12.

4. PET ניתוח נתונים

הערה: מבחינה אנטומית לתקן תמונות לתוך חלל תבנית באמצעות תוכנה סטטיסטי מיפוי פרמטרית (SPM8) בעקבות הרצף להלן.

  1. שיתוף לרשום את סריקת MR וסריקות K1.
  2. לנרמל את סריקת MR למוח תבנית מונטריאול נוירולוגית המכון (משרד תשתיות) באמצעות DARTEL.
  3. להחיל את מטריצת עיוות שנוצרה לתמונות חיות מחמד.
  4. ודא שיתוף רישום ודיוק נורמליזציה על ידי השוואת תמונות MR וPET הפכו לתבנית אטלס משרד התשתיות הלאומית.
  5. ניתוח אזור של העניין (ROI).

    לבחון את הפעילות של כמה אזורים בין שתי המדינות העוסקים בעיבוד של כאב, ובכלל זה:

    • א Anterior / המדיאלי / cingulate האחורי
    • ב Insula
    • ג ההיפוקמפוס
    • ד האמיגדלה
    • ראש ה caudate / גוף
    • האקומבנס פ הגרעין
    • ג putamen
    • H. רוחב / pallidus גלובוס המדיאלי
    • גרעיני I. תלמוס (קדמי הגחון, לרוחב / המדיאלי אחורי הגחון, אחורי לרוחב, קו האמצע, לרוחב גב / המדיאלי)
    • חומר אפור ג'Periaqueductal (PAG)
    1. הגדר MarsBaR (בחלל סטנדרטי לכל אחד מהאזורים אלה, למעט PAG ליצור את ההחזר על ההשקעה PAG על ידי הנחת כדור 3 מ"מ בקואורדינטות: ימין: 4, -28, -6; ושמאל:. -2, -28 , -6. מיקום PAG זה הראה בעבר שיש שינויי diffusional וקישוריות בחולי מיגרנה, בהשוואה לנבדקים בריאים 13,14.
      הערה: מחקרי מבחן חוזר עם [11 C] Carfentanil להראות שחזור של צעדי BP ND של גם פחות מ -10%, עם רוב האזורים בקליפת המוח להיות 3 - 5% 15. המקדמים הגדולים ביותר של וריאציה (CoV = Std.Dev. / ממוצע) הם נצפו בדרך כלל באזורים עם מחייב הנמוך ביותר, עם זאת, גם באזורים בקליפת המוח עם הנמוך ביותר מחייב BP ND CoV של היו ~ 0.5. לפיכך, שינויים באחוז ההחזר על ההשקעה μOR BP ND בין הסריקות נחשבים כמשמעותיים כאשר מעל 10% בלבד.

    5. 3D-Neuronavigation

    1. מתכונן לחווית 3D-IIN
      1. ארגן את הנתונים שסופקו בפורמט נתונים נפחית NIfTI כערימה של תמונות עם רמות צפיפות וההפעלה המוגדרות כ16 קצת.
      2. יש להרכיב משקפיים LCD תריס פעילים כדי לאפשר זמן אפקט 3D סטריאוסקופית רציף. המשקפיים התריס פועלים באמצעות החסימה של עין אחת בעוד שהתמונה לעיניים האחרות מוצגת על מסך. התהליך לאחר מכן חוזר לעיניים האחרות. shutteri זההשפעת ng מתרחשת ב110 הרץ.
      3. השתמש בג'ויסטיק לאינטראקציות עם הסימולציה לאחר שהורה על השימוש בו.
      4. תלבושת המשקפיים התריס וג'ויסטיק עם סמנים רעיוני כדי לאפשר מעקב 6DOF מדויק של העצמים במרחב באמצעות מערכת לכידת תנועת Vicon.
    2. להציג Aubject הפעלת נתונים
      1. השתמש בקבצי XML תצורה להגדיר מיפויי צבע של רמות צפיפות וההפעלה, שנטענו בעת היישום מתחיל ומשותף עם כל אחד ממחשבים באשכול.
      2. לרכוש תאי נפח 3 ממדים מNIfTIdata סיפק נקבע בדרך של פונקציות הטעינה הפנימיות של וריד הצוואר ו" Niftilib "ספריית תוכנות קוד פתוח.
      3. שתף וכתוצאה מכך תאי נפח עם כל מחשב באשכול כדי לשפר את המהירות.
      4. לפרש תאי נפחית ידי Shader OpenGL (GLSL) שמקיים מצעדי ray ומוצגות של voxels עם צבעים ושקפים שהוגדרו על ידי השינויקבצי תצורת XML מיפוי הצבע שיתפו בעבר.
    3. השג את המיקום באמצעות מערכת Vicon ולהשתמש בזה כדי לעדכן את נקודות מבט מצוירות של נתוני נפח בכל מסך.
    4. שיא אינטראקציות ולהשתמש בם כדי להתאים באופן דינמי ולחתוך מטוסים באמצעות נתונים כדי לנווט במרחב הווירטואלי.

    6. 3D-Immersive & האינטראקטיבי Neuronavigation (3D-IIN)

    1. נתוני הפעלת נושא החנות בפורמט נתונים NIfTI, סוג נתוני נפח שמתפרש באמצעות ספריית Niftilib.
    2. השג אינטראקציות ומיקום באמצעות מערכת מעקב Vicon, התקן ג'ויסטיק, וקלט המחוות. השתמש במידע זה כדי להבטיח את התמונה המוצגות מייצגת את נקודת המבט הנכונה, המאפשרת חקר של ערכת הנתונים בזמן אמת, ומאפשר שליטה דינמית לתקופה של עד 3 מטוסי חיתוך שרירותיים באמצעות תנועות מוכרות וערכות שליטה (איור 1).

Representative Results

המטופל שהוצג לבית החולים עם כאב ראש זמני ועורפי תקין פועם, בעוצמה של 6 בסולם כאב 0-10. היא סבלתי מכאבי מיגרנה הטיפוסית שלה, עם זאת, ללא הילה. זה שיזם על התעוררות 5 שעות לפני הישיבה (ictal) PET, והיא הצליחה לסבול את זה ללא כל טיפול תרופתי כושל. למיטב ידיעתה, את כאב הראש לא עורר על ידי כל גורם מפעילה (למשל, אלכוהול, מניעת שינה). אין סימפטומים אוטונומיים דווחו, אבל פוטופוביה וphonophobia היו נוכחים. בעקבות חניכה של פגישת PET ictal את עוצמת כאב הראש הסלימה, להגיע לרמות חמורות (9 בסולם כאב 0-10) 60 דקות למחקר; התקדמתי לבחילות והקאות בסוף פגישת הסריקה. ירידה בμOR BP ND הייתה שם לב במוח של המטופל בעת כאב ראש המיגרנה הספונטני (שלב ictal), בהשוואה לתחילת המחקר (שלב interictal) (איור 2). יש לנומחדש הפחתת פטנט בμOR BP ND באזורים העיקריים כאב המטריצה ​​של מערכת μ-אופיואידים אנדוגניים, כוללים גרעיני התלמוס הבאים: גב ימין לרוחב (11, -19, -16: 10.2%), הגבי מדיאלי תקין (6, -17, -8: 11.1%), קו האמצע תקין (8, -19, -16: 27%), וקדמי הגחון (9, -9, -12: 12.0%). בנוסף, נמצאו שינויים בקדמיים הימני (8, 35, 14: 13.7%) והשאירו את קליפת cingulate אחורי (-5, -44, 23: 11.8%), גוף השמאלי caudate (-11, 6, 15: 12.0 %), Pallidus המדיאלי גלובוס (מימין: 16, -4, -3: 16.2%; שמאל: -14, -4, -3: 22.6%), גרעין האקומבנס עזב (-9, -11, -7: 10.5% ,) וההיפוקמפוס (מימין: 30, -22, -14: 12.6%; שמאל: -30, -22, -14: 11.5%). חל גידול בμOR BP ND רק באמיגדלה השמאל (-23, -4, -19: 11.7%). בגזע המוח, הפחתת ictal המשמעותית בμOR BP ND הוארכה ממקורית לזנב חומר אפור periaqueductal (PAG) (מימין: 4, -28, -6: 15.1%; שמאל: -2, -28, -6: 14.6 %) (איוריור 3). עם זאת, השינויים הגלובליים אחוז חצאי המוח בμOR BP ND במהלך התקף המיגרנה היו צנועים (מימין: 8.5%; שמאל: 8.29%), מצביעים על כך שהירידות בμOR BP ND היו ספציפיות למבני כאב המטריצה ​​במוח .

איור 1
איור 1. מציאות מדומה מלאה 3D נתונים ניווט של מוח למיגרנה. בפעם הראשונה נתונים הדמייה מיגרנה בפועל נחקרו במציאות באופן מלא immersive 3D וירטואלי, הכוללת ניווט בלתי מוגבל באמצעות נתונים (על ידי סטודנטים, רופאים, וחוקרים) בנוגע לזמינות של קולטני μ-אופיואידים (μOR BP ND) במוח במהלך התקפת מיגרנה in vivo.

איור 2 .. איור 2 פרופיל מוח μ-אופיואידים של מיגרנה in vivo שלב ictal (בשורה תחתונה) - שלב כאב ראש - מראה ירידה בזמינות קולטן μ-אופיואידים (μOR BP ND) באזורי כאב המטריצה ​​(ערך סף, DV = 4.50). תוצאה זו אולי מייצגת עלייה בשחרור μ-אופיואידים אנדוגניים במהלך התקף המיגרנה, כתגובה הרגולטורית לכאב הראש החמור המתמשך. מילות מפתח: התלמוס (Thal), גרעין נסמך (NAC), וקליפת המוח קדמי סינגולר (ACC).

איור 3
איור 3. מוח תיכון / פונס / לשד μ-אופיואידים זמינים קולטן בעת התקף מיגרנה in vivo. שלב ictal (מימיןטור) - שלב כאב ראש - מראה ירידה בזמינות קולט μ-אופיואידים לאורך החומר האפור periaqueductal (PAG) (ערך סף, DV = 4.50), בהשוואה לשלב interictal (בעמודה שמאלית) - שלב שאינו כאב הראש. מילות מפתח: PAG: r - מקורי; מ '- מדיאלי; ג - הזנב.

Discussion

במקרה דוח זה, נתוני הדמייה מיגרנה בפועל שנחקרו בפעם הראשונה, במציאות באופן מלא immersive 3D וירטואלי, אשר הדגימה ירידה בזמינות קולטן μ-אופיואידים (μOR BP ND). ירידות בμOR BP ND רומזות שיש תפוסה גבוהה יותר ו / או אובדן של קולטני μ-אופיואידים במערכת העצבים המרכזית. ירידות חריפות בμOR BP ND באזורי כאב מטריקס במהלך סריקת ictal בהשוואה לסריקה interictal, צפויות להתרחש כתוצאה מהשחרור של חומרים דמויים אופיום אנדוגני אינטראקציה עם μORs כתגובה הרגולטורית לכאב המתמשך, מה שהופך פחות μORs נגיש לradiotracer.

החידוש של מחקר הדמייה ictal מיגרנה טמון בגישת neuronavigation 3D החדשה לחקור נתונים המוח בפועל של חולה במציאות וירטואלית. טכנולוגית radiotracer PET שימשה למדידת שינויים בμORsזמינה עם carfentanil [11 C]. כאשר נבדקו במהלך אירוע כאב הראש, את מוחם של מיגרנות הם בדרך כלל סריקה הבאה הדק התקפה (למשל., Trinitrate glyceryl, photostimulation) 16,17, או על פי הדרישה הטכנית של ספציפי עורר גירוי (למשל., כאב, מברשת, אור , וריח) 18-20. כל מחקרים אלה מאששים את הידיעה שההפרעה קשורה לרגשנות יתר בקליפת המוח וקורטיקליים בשלב כאב הראש. עם זאת, שפע כזה של גירויים בפרוטוקולים הדמייה מציג גורמים רבים שמערפלים את הבנתנו את השפעתו הבלעדית של התקף מיגרנה חריף על מערכת העצבים המרכזית שלנו. מהמחקרים תפקודיים הקודמים כמה ללא הנוכחות של גירוי חיצוני, יש אינדיקציה של זרימה מוחית אזורית מוגברת בתחומים כגון קליפת cingulate, ההיפותלמוס, וגזע המוח 21, שיכול להימשך גם לאחר טיפול אקוטי 22. עד כה, טכנולוגיות הדמייה מיושמות לא אפשרו לאפיון המולקולרי של תהליכי הנוירוטרנסמיטר / קולטן המעורב בהתקף המיגרנה, כגון מנגנון μ-אופיואידים אנדוגניים, אחד משאבים החשובים ביותר לשיכוך כאבים במוח. יתר על כן, השיטה שלנו אפשרה את התהליכים האלה כדי להיחקר באמצעות neuronavigation 3D בסביבה וירטואלית.

מערכת ויסות כאב יורד היא רשת מורכבת המווסתת את עיבוד כאב במידה רבה באמצעות קולטני μ-אופיואידים בכל רחבי המוח, כולל בעמוד השדרה לאזורים הנ"ל, בעמוד השדרה. אזורים אלה ידועים להיות מעורבים באנטי nociception, שיכוך כאבים שנגרם עקב מתח אנדוגני, ובפעולה של תרופות אופיואידים משמשים בדרך כלל לכאב כרוני וטיפול במיגרנה. למעשה, התרחבות נוירוגנית dural קשורים מיגרנה יכולה להיות מעוכבת על ידי מורפיום ולאחר מכן התהפכה על ידי נלוקסון אנטגוניסט אופיואידים, מצביעה על כך שההשפעות של מורפין על נוירוגניתדלקת מתווכת במיוחד באמצעות הפעלה של קולטני μ-אופיואידים 23. מעניין, את סדר הגודל של הפעלות האזוריות אופיואידים / μORs אנדוגני בבני האדם קשור ליכולתו של הפרט כדי לדכא אלמנטים חושיים ורגשיים של חווית כאב 24.

במחקר שלנו, האזורים במוח שהראו ירידה בזמינותם קולטן μ-אופיואידים בשלב ictal אחראים לשני האלמנטים של ניסיון מיגרנה והאפנון שלה. הם ACC, התלמוס, גרעיני בסיס (לדוגמא., NAcc), ההיפוקמפוס, וPAG. בנוסף לרגישות בשל תנועה מביא trigeminal נורמלי, השערה אחת מוצקה לפתופיזיולוגיה מיגרנה היא תפקוד לקוי של מערכת הוויסות. במקרה זה, תחזיות מ / אל מבני גזע המוח, כגון PAG, שבם יש ביטוי גבוה של קולטנים אופיואידים, היינו לא יעילה לייצר האפקט אנטי nociceptive על ASCEnding עצב סנסורי. בנוסף, מבנים בקליפת המוח גבוהים יותר אחרים להשתתף במנגנון כאב ויסות לקוי זה במיגרנה. לימוד מנוחת מדינת interictal האחרון דיווח על שינויים בקישוריות של מיגרנות לעומת נבדקים בריאים בPAG ventrolateral ורוב (המשנה) מבנים בקליפת המוח במערכת ויסות הכאב ומתואם אלה עם התדירות של התקפי כאבי ראש 13. האזורים עם קישוריות שינויים שנמצאו במחקר זה הם זהים לאלה עם שינויים בμOR BP ND מצאו במחקר שלנו. אותו מיקום PAG דווח במקור כמקיף neuroplasticity microstructural במיגרנות 14, וכאן הייתה ירידה ניכרת בμOR BP ND במהלך ההתקפה.

מחקרים נוספים עם קבוצות גדולות יותר נדרשים כדי לאשר ולהרחיב את הממצאים שהוצגו בדו"ח במקרה זה. כך, למשל, אינה ידוע כרגע מדוע המערכת אינה מגיבה כראוילשימוש לטווח הארוך של אופיואידים אקסוגניים בתדירות שנקבעו במרפאות מיגרנה. עם זאת, המחקר שלנו מספק מידע מכניסטית חשוב, על ההשפעה של מיגרנה במערכת μ-אופיואידים, ומשתמש 3D רומן סוחף וגישת neuronavigation האינטראקטיבי (3D-IIN) בפעם הראשונה. בעתיד, שיטת 3D גישוש זה יכול לספק הרבה יותר immersive ואינטראקטיבי נקודת מבט לבחינת מוחם של חולים במחקר ובקליניקה.

Disclosures

יש המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי המענקים הבאים (DaSilva AF): המכון לאומי לבריאות - מכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ - K23 NS062946, המוח של דנה הקרן וחיסוני-Imaging פרס, וקרן מחקר למחקר גרנט פרס המיגרנה. המחברים מודים טכנולוגים PET המרכז לרפואה גרעינית (ג'יל מ 'Rothley, אדוארד ג'מק' קנה, אנדרו ר Weeden, פול Kison, וקייטלין הנדריקס) ואנשים של ה-MRI מעבדה פונקציונלית (סקוט אלקטריים וקית' ניוהאם). ד"ר אלכסנדר DaSilva, החוקר הראשי, היה לו גישה מלאה לכל הנתונים במחקר, ולוקח אחריות על שלמות הנתונים והדיוק של ניתוח נתונים. המחברים מצהירים שום ניגודי עניינים הקשורים למחקר זה.

References

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

Tags

רפואה גיליון 88 μ-אופיואידים אופיום מיגרנה כאבי ראש כאבים פליטת פוזיטרונים טומוגרפיה הדמייה מולקולרית 3D neuronavigation
3D-Neuronavigation<em&gt; בVivo</em&gt; דרך המוח של חולה במהלך מיגרנה ספונטנית
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

DaSilva, A. F., Nascimento, T. D.,… More

DaSilva, A. F., Nascimento, T. D., Love, T., DosSantos, M. F., Martikainen, I. K., Cummiford, C. M., DeBoer, M., Lucas, S. R., Bender, M. A., Koeppe, R. A., Hall, T., Petty, S., Maslowski, E., Smith, Y. R., Zubieta, J. K. 3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache. J. Vis. Exp. (88), e50682, doi:10.3791/50682 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

PLAYLIST
Neurology

  • Research • Medicine
    Digital Handwriting Analysis of Characters in Chinese Patients with Mild Cognitive Impairment
  • Research • Medicine
    Magnetic Resonance Imaging of Multiple Sclerosis at 7.0 Tesla
  • Research • Medicine
    Involving Individuals with Developmental Language Disorder and Their Parents/Carers in Research Priority Setting
  • Research • Medicine
    A Computerized Functional Skills Assessment and Training Program Targeting Technology Based Everyday Functional Skills
  • Research • Medicine
    Updated Technique for Reliable, Easy, and Tolerated Transcranial Electrical Stimulation Including Transcranial Direct Current Stimulation
  • Research • Medicine
    Integration of Brain Tissue Saturation Monitoring in Cardiopulmonary Exercise Testing in Patients with Heart Failure
  • Research • Medicine
    Structured Motor Rehabilitation After Selective Nerve Transfers
  • Research • Medicine
    Testing of all Six Semicircular Canals with Video Head Impulse Test Systems
  • Research • Medicine
    Development and Implementation of a Multi-Disciplinary Technology Enhanced Care Pathway for Youth and Adults with Concussion
  • Research • Medicine
    Targeting Gray Rami Communicantes in Selective Chemical Lumbar Sympathectomy
  • Research • Medicine
    Vagus Nerve Stimulation As an Adjunctive Neurostimulation Tool in Treatment-resistant Depression
  • Research • Medicine
    Semi-quantitative Assessment Using [18F]FDG Tracer in Patients with Severe Brain Injury
  • Research • Medicine
    Autonomic Function Following Concussion in Youth Athletes: An Exploration of Heart Rate Variability Using 24-hour Recording Methodology
  • Research • Medicine
    Objective Nociceptive Assessment in Ventilated ICU Patients: A Feasibility Study Using Pupillometry and the Nociceptive Flexion Reflex
  • Research • Medicine
    Home-Based Transcranial Direct Current Stimulation Device Development: An Updated Protocol Used at Home in Healthy Subjects and Fibromyalgia Patients
  • Research • Medicine
    In Vivo Morphometric Analysis of Human Cranial Nerves Using Magnetic Resonance Imaging in Menière's Disease Ears and Normal Hearing Ears
  • Research • Medicine
    Electrophysiological Measurement of Noxious-evoked Brain Activity in Neonates Using a Flat-tip Probe Coupled to Electroencephalography
  • Research • Medicine
    A Detailed Protocol for Physiological Parameters Acquisition and Analysis in Neurosurgical Critical Patients
  • Research • Medicine
    Using Retinal Imaging to Study Dementia
  • Research • Medicine
    Application of an Amplitude-integrated EEG Monitor (Cerebral Function Monitor) to Neonates
  • Research • Neuroscience
    Comprehensive Endovascular and Open Surgical Management of Cerebral Arteriovenous Malformations
  • Research • Medicine
    Subcutaneous Trigeminal Nerve Field Stimulation for Refractory Facial Pain
  • Research • Medicine
    Network Analysis of Foramen Ovale Electrode Recordings in Drug-resistant Temporal Lobe Epilepsy Patients
  • Research • Medicine
    A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans
  • Research • Medicine
    Interictal High Frequency Oscillations Detected with Simultaneous Magnetoencephalography and Electroencephalography as Biomarker of Pediatric Epilepsy
  • Research • Medicine
    Drug-Induced Sleep Endoscopy (DISE) with Target Controlled Infusion (TCI) and Bispectral Analysis in Obstructive Sleep Apnea
  • Research • Behavior
    A Protocol of Manual Tests to Measure Sensation and Pain in Humans
  • Research • Medicine
    A Choroid Plexus Epithelial Cell-based Model of the Human Blood-Cerebrospinal Fluid Barrier to Study Bacterial Infection from the Basolateral Side
  • Research • Medicine
    A Multimodal Imaging- and Stimulation-based Method of Evaluating Connectivity-related Brain Excitability in Patients with Epilepsy
  • Research • Medicine
    Measuring Cardiac Autonomic Nervous System (ANS) Activity in Toddlers - Resting and Developmental Challenges
  • Research • Medicine
    Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function
  • Research • Medicine
    A Pipeline for 3D Multimodality Image Integration and Computer-assisted Planning in Epilepsy Surgery
  • Research • Medicine
    Adapted Resistance Training Improves Strength in Eight Weeks in Individuals with Multiple Sclerosis
  • Research • Medicine
    Stereo-Electro-Encephalo-Graphy (SEEG) With Robotic Assistance in the Presurgical Evaluation of Medical Refractory Epilepsy: A Technical Note
  • Research • Medicine
    A Protocol for the Use of Remotely-Supervised Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) in Multiple Sclerosis (MS)
  • Research • Medicine
    Design, Fabrication, and Administration of the Hand Active Sensation Test (HASTe)
  • Research • Neuroscience
    Investigating the Function of Deep Cortical and Subcortical Structures Using Stereotactic Electroencephalography: Lessons from the Anterior Cingulate Cortex
  • Research • Medicine
    A Multicenter MRI Protocol for the Evaluation and Quantification of Deep Vein Thrombosis
  • Research • Medicine
    Single-stage Dynamic Reanimation of the Smile in Irreversible Facial Paralysis by Free Functional Muscle Transfer
  • Research • Medicine
    Minimally Invasive Thumb-sized Pterional Craniotomy for Surgical Clip Ligation of Unruptured Anterior Circulation Aneurysms
  • Research • Medicine
    A Neuroscientific Approach to the Examination of Concussions in Student-Athletes
  • Research • Medicine
    A Multi-Modal Approach to Assessing Recovery in Youth Athletes Following Concussion
  • Research • Medicine
    Clinical Assessment of Spatiotemporal Gait Parameters in Patients and Older Adults
  • Research • Medicine
    Multi-electrode Array Recordings of Human Epileptic Postoperative Cortical Tissue
  • Research • Medicine
    Network Analysis of the Default Mode Network Using Functional Connectivity MRI in Temporal Lobe Epilepsy
  • Research • Medicine
    EEG Mu Rhythm in Typical and Atypical Development
  • Research • Medicine
    Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation
  • Research • Medicine
    The Multiple Sclerosis Performance Test (MSPT): An iPad-Based Disability Assessment Tool
  • Research • Medicine
    Utility of Dissociated Intrinsic Hand Muscle Atrophy in the Diagnosis of Amyotrophic Lateral Sclerosis
  • Research • Medicine
    Lesion Explorer: A Video-guided, Standardized Protocol for Accurate and Reliable MRI-derived Volumetrics in Alzheimer's Disease and Normal Elderly
  • Research • Medicine
    3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache
  • Research • Medicine
    Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in the Analysis of Neurodegenerative Diseases
  • Research • Medicine
    Technique and Considerations in the Use of 4x1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation (HD-tDCS)
  • Research • Medicine
    Utilizing Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to Improve Language Function in Stroke Patients with Chronic Non-fluent Aphasia
  • Research • Medicine
    Breathing-controlled Electrical Stimulation (BreEStim) for Management of Neuropathic Pain and Spasticity
  • Research • Medicine
    Deep Neuromuscular Blockade Leads to a Larger Intraabdominal Volume During Laparoscopy
  • Research • Medicine
    Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants
  • Research • Medicine
    The Use of Primary Human Fibroblasts for Monitoring Mitochondrial Phenotypes in the Field of Parkinson's Disease
  • Research • Medicine
    Eye Tracking Young Children with Autism
  • Research • Medicine
    Real-time fMRI Biofeedback Targeting the Orbitofrontal Cortex for Contamination Anxiety
  • Research • Medicine
    Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System
  • Research • Medicine
    Probing the Brain in Autism Using fMRI and Diffusion Tensor Imaging
  • Research • Medicine
    Examining the Characteristics of Episodic Memory using Event-related Potentials in Patients with Alzheimer's Disease
  • Research • Medicine
    A Protocol for Comprehensive Assessment of Bulbar Dysfunction in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)
  • Research • Medicine
    An Investigation of the Effects of Sports-related Concussion in Youth Using Functional Magnetic Resonance Imaging and the Head Impact Telemetry System
  • Research • Medicine
    Intra-Operative Behavioral Tasks in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Surgery
  • Research • Medicine
    An Experimental Paradigm for the Prediction of Post-Operative Pain (PPOP)
  • Research • Biology
    Microsurgical Clip Obliteration of Middle Cerebral Aneurysm Using Intraoperative Flow Assessment
  • Research • Biology
    Bioelectric Analyses of an Osseointegrated Intelligent Implant Design System for Amputees
  • Research • Biology
    Demonstration of Cutaneous Allodynia in Association with Chronic Pelvic Pain

    • Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter