Application of Advanced Imaging and Visualization to Clinical Deep Brain Stimulation

先进成像和可视化在临床深部脑刺激中的应用

基本信息

  • 批准号:
    10539431
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2025-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Subthalamic deep brain stimulation (DBS) for the treatment of Parkinson’s disease (PD) can be highly effective at improving motor symptoms and enhancing the patient’s quality of life. However, DBS surgical targeting technology and post-operative programming practices have been relatively stagnant over the ~20 year history of the therapy. Nonetheless, substantial scientific advances have been made in MRI acquisition protocols, patient-specific DBS modeling methods, and 3D visualization technologies. Therefore, the goal of this Bioengineering Research Grant (PAR-19-159) is to apply the latest advances in MR imaging, DBS modeling, and holographic visualization to the clinical practice of subthalamic DBS for PD. The first step of this project is to apply the scientific advances of quantitative MRI to the clinical problem of subthalamic nucleus (STN) identification in patients with PD. Magnetic Resonance Fingerprinting (MRF) is a completely new approach to MR acquisition, reconstruction, and post processing. Our group has used MRF to simultaneously acquire quantitative maps of T1, T2, and T2* in a single, inherently co-registered, whole-brain 3D acquisition, with 0.6 mm3 image resolution, lasting only ~15 min. The key advantage of multi-dimensional MRF data is that provides the best possible information for performing volumetric segmentation of the STN. The second step of this project is to take the patient-specific MRF data, with our STN segmentations, and integrate them with the coordinate system of the stereotactic frame via holographic visualization for the neurosurgeon. Our group developed the first fully functional neurosurgical navigation system within the Microsoft HoloLens visualization platform and this system is directly compatible with the Leksell stereotactic frame. This study will apply that tool we call HoloDBS to the creation of the pre-operative surgical plan for our research subjects. The third step of this project is to take the patient-specific holographic model of DBS and put it into the hands of the programming neurologist. Modern DBS devices consist of electrodes with 8 contacts and a nearly infinite parameter space of stimulus amplitudes, pulse durations, and frequencies. This study will provide our patient-specific DBS models, which also run within the HoloLens platform, to the neurologist who can then use holographic visualization to help customize the treatment to patient.
项目概要 丘脑深部脑刺激(DBS)治疗帕金森病(PD)的效果非常显着 然而,DBS 手术可有效改善运动症状并提高患者的生活质量。 靶向技术和术后编程实践在近 20 年间相对停滞不前。 然而,MRI 采集方面已经取得了实质性的科学进步。 因此,目标是:协议、患者特定的 DBS 建模方法和 3D 可视化技术。 这项生物工程研究补助金 (PAR-19-159) 旨在应用 MR 成像、DBS 的最新进展 模型和全息可视化应用于丘脑底脑 DBS 治疗 PD 的临床实践。 该项目的第一步是将定量 MRI 的科学进展应用于临床问题 PD 患者的丘脑底核 (STN) 识别是磁共振指纹图谱 (MRF)。 我们的团队使用 MRF 进行 MR 采集、重建和后处理的全新方法。 在单个、本质上共同配准的全脑中同时获取 T1、T2 和 T2* 的定量图 3D 采集,图像分辨率为 0.6 mm3,持续时间仅为约 15 分钟 多维的关键优势。 MRF 数据为执行 STN 体积分割提供了最佳信息。 该项目的第二步是利用我们的 STN 分段获取患者特定的 MRF 数据,以及 通过全息可视化将它们与立体定向框架的坐标系集成 我们的团队开发了第一个功能齐全的神经外科导航系统。 微软HoloLens可视化平台,该系统与Leksell立体定向系统直接兼容 这项研究将应用我们称为 HoloDBS 的工具来为我们制定术前手术计划。 研究课题。 该项目的第三步是将患者特定的 DBS 全息模型放入 现代 DBS 设备由带有 8 个触点的电极和一个电极组成。 本研究将提供近乎无限的刺激幅度、脉冲持续时间和频率的参数空间。 向神经科医生提供我们针对患者的 DBS 模型,该模型也在 HoloLens 平台内运行 然后可以使用全息可视化来帮助为患者定制治疗。

项目成果

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