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:
    10117774
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2021-06-30
  • 项目状态:
    已结题

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.
项目摘要 用于治疗帕金森氏病(PD)的丘脑深脑刺激(DBS)可以很高 有效改善运动症状并提高患者的生活质量。但是,DBS手术 在〜20中,针对技术和术后编程实践相对停滞 治疗的一年历史。但是,在MRI获取中已经取得了重大的科学进步 方案,特定于患者的DBS建模方法和3D可视化技术。因此,目标的目标 这项生物工程研究赠款(Par-19-159)是应用MR成像的最新进展,DBS 对PD的丘脑DBS的临床实践进行建模和全息视觉化。 该项目的第一步是将定量MRI的科学进步应用于临床问题 PD患者的丘脑下核(STN)鉴定。磁共振指纹(MRF)是 全新的方法来获取,重建和后处理。我们的小组已经使用MRF 单个固有共同注册的T1,T2和T2*的类似获得的定量图 3D采集,具有0.6 mm3图像分辨率,仅持续约15分钟。多维的关键优势 MRF数据是为执行STN的体积分割的最佳信息。 该项目的第二步是使用特定于患者的MRF数据,我们的STN细分,以及 通过全息可视化将它们与立体定向框架的坐标系整合在一起 神经外科医生。我们的小组开发了第一个功能齐全的神经外科导航系统 Microsoft Hololens可视化平台和该系统与Leksell Stereotactic直接兼容 框架。这项研究将应用我们称Holodbs的工具来为我们的术前手术计划的创建 研究对象。 该项目的第三步是采用DBS特定患者的全息模型,并将其放入 编程神经科医生的手。现代DBS设备由带有8个触点和A的电子组成 刺激放大器,脉冲持续时间和频率的几乎无限参数空间。这项研究会 提供我们的患者特异性DBS模型,该模型也在Hololens平台内运行,向神经科医生提供 然后可以使用全息视觉化来帮助对患者进行自定义治疗。

项目成果

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