Polarizované zobrazování světla zvyšuje přesnost hluboké stimulace mozku

Hluboká stimulace mozku (DBS) je široce používaná chirurgická léčba neurologických poruch, jako je Parkinsonova choroba, esenciální třes a obsedantní – kompulzivní porucha. Postup zahrnuje implantování elektrod do specifických oblastí mozku k regulaci abnormální aktivity.

Úspěch do značné míry závisí na umístění těchto elektrod s přesností na úrovni milimetrů. Aktuální zobrazovací nástroje však jako Magnetická rezonance Zobrazování (MRI) často nedosahují jasně identifikace malých hlubokých struktur mozku, což ztěžuje přesné cílení.

Nedávná studie Publikováno v Neurofotonika Zkoumá slibné řešení: Optická polarizace založená na katétru Koherence tomografie (PS-OCT).

PS-OCT je technika optického zobrazování, která používá polarizované světlo k detekci jemných strukturálních rozdílů v tkáni. Na rozdíl od MRI, která poskytuje rozlišení milimetru, může PS-OCT vizualizovat mozkové struktury na úrovni mikrometrů. To mu umožňuje detekovat jemné detaily ve vláknových tratích bílé hmoty – manipuláře nervových vláken, která jsou rozhodujícími orientačními body pro cílení DBS.

Studie, kterou provedli vědci z Laval University (Kanada) a Harvard Medical School (USA), testovala PS-OCT v postmortem zvířecího modelu a porovnávala jeho výkon s MRI při vizualizaci tří běžných cílů DBS.

Pro simulaci postupu DBS vědci vložili do mozku PS-OCT sondu podél plánovaných trajektorií. Sonda shromáždila data, když byla protažena zpět tkáň a zachytila obrazy vnitřní struktury mozku s vysokým rozlišením. Tyto obrazy byly poté porovnány s MRI skenováním a anatomickými odkazy na posouzení přesnosti. Systém PS-OCT používal rotující katétr s malým čočkou a hranolem, aby nasměroval světlo do tkáně, a měřil, jak se polarizace světla změnila, když procházela různými strukturami. Tato změna, známá jako birefringence, odráží vyrovnání a hustotu vláken v bílé hmotě.

Výsledky ukázaly, že PS-OCT dokáže rozlišovat mezi bílou a šedou hmotou jasněji než MRI. Rovněž odhalila jemné vláknité struktury, které MRI zmeškala, jako je vnitřní kapsle – hustý svazek vláken důležitý pro plánování DBS. V jednom případě PS-OCT identifikoval vysoce organizované vlákniny poblíž GPE, které byly neviditelné při skenování MRI. Tato zjištění naznačují, že PS-OCT by mohl chirurgům poskytnout intraoperační zpětnou vazbu během postupů DBS, zlepšit přesnost a snížit riziko nesprávného umístění.

Pro porovnání obou zobrazovacích metod tým použil zjednodušený přístup segmentace. Průměrovali data podél cesty sondy a aplikovali shlukování pro oddělené typy tkání. To jim umožnilo vytvořit „tkáňové čárové kódy“ vykazující přechody mezi bílou a šedou hmotou. PS-OCT produkoval ostřejší a konzistentnější čárové kódy než MRI, což zdůraznilo jeho potenciál pro vedení umístění elektrod.

Zatímco PS-OCT nabízí jasné výhody, v současné době měří orientaci vláken pouze ve dvou rozměrech. Budoucí vylepšení by mohla umožnit úplné 3D mapování, což dále zvyšuje jeho užitečnost. Vědci také poznamenali, že sonda PS-OCT použitá ve studii byla o něco větší než standardní elektrody DBS, ale menší sondy jsou již k dispozici a mohly být přizpůsobeny pro klinické použití.

Odpovídající autor Shadi Masoumi z Laval University poznamenal: „PS-OCT na bázi katétru ukazuje silný slib jako nástroj doplňující MRI v neurochirurgii DBS. Poskytováním strukturálních informací s vysokým rozlišením a vizualizací kritických vláken může pomoci chirurgům přesněji zaměřit se na mozkové oblasti.“

Mezi další kroky patří živé testování, integrace do chirurgických pracovních postupů a přímé srovnání s difúzní MRI, další technika používaná k mapování mozkových vláken. Pokud by byl úspěšný, PS-OCT by se mohl stát cenným doplňkem neurochirurgické sady nástrojů, což zlepšilo výsledky u pacientů podstupujících DBS.