ロチェスター大学医療センターにおける翻訳脳マッピング:パーソナライズされた脳マッピングによる心の維持

ビデオに示され、ここに記載されている活動は、ロチェスター大学医療センターで最小限のリスクIRBの中に入ります. 1. 採用 術前の認知およびMRIベースの評価のための高スループットプログラムを確立し、すべての参照プロバイダーから患者をタイムリーかつ効率的な方法でキャッチします。より広範な取り組みに、管理スタッフと臨床スタッフを巻き込みます。注:効果的であることが証明された具体的なステップは、新しい患者が脳への募集の候補である可能性のあるクリニックに新しい患者を提示したときに、出席外科医(またはサポートスタッフの誰か)によって自動的に送信されるグループ電子メールリストの確立でした。マッピング プログラム。 2. 術前MRIマッピング ロチェスター医科大学の高度脳イメージング神経生理学センター(正式には「脳イメージングのためのロチェスターセンター」として知られている)で64チャンネルのヘッドコイルを備えた3T MRIスキャナでMRIデータを取得します。以前の出版物7、8、9、10、11、12、13で説明したように、BOLD MRIおよびDTIの標準配列を使用して、完全な脳イメージングを可能にする ,14,15,16,17,18,19,20,21,22 ,23,24,25. 固定を監視し、ノイズの回帰のためにすべてのfMRIの間に収集された呼吸および心拍数を記録し、26、27を混乱させる。注:過去10年間にわたり、言語(話し言葉、聴覚、単一の単語、文章全体)、運動機能(非推移的な指、舌、足の動きから高レベルの推移的な行動まで)、音楽をマッピングするための機能的MRI実験のライブラリを開発しました。能力、数学および数の知識、および基本的な感覚機能(例えば、低レベルの視覚処理11、14、24の地図へのレチノトピックマッピング)。すべての実験、材料、および分析スクリプトは、www.openbrainproject.orgで入手できます。 3. 神経心理学的検査 すべての認知テスト中に注意を払い、患者が快適であることを確認し、人工学的に最適化されたセットアップ(図1)を使用し、すべてのテストの構造に頻繁な休憩(8分ごと)を構築することによって保証します。 すべての低グレード腫瘍患者に、手術の1ヶ月前、手術後1ヶ月、手術後6ヶ月の検査を完了させる(検査12と13は術前および6ヶ月の術後の時点でのみ完了する)28、29 、30、31、32。 自発的なスピーチ(クッキー盗難画像33、シンデレラストーリー34、35、36)。 カテゴリ流暢 (アクション、セマンティック カテゴリ、F、A、S で始まる単語)。 単語の読み取りと繰り返し (名詞、動詞、形容詞、単語以外、長さと頻度で一致)。 スノドグラス オブジェクトの名前付け(n = 260 37)。 聴覚命名 (n =60 38)。 ハイクローズ文完成(30分) バーミンガムオブジェクト認識バッテリー(BORB、長さを含む |サイズ |オリエンテーション |ギャップマッチング |重なり合うフィギュア |予言ビュー |オブジェクトの現実の決定 39)。 聴覚最小ペア差別(例えば、pa対da、ga対ta 31、40)。 文画像マッチング(可逆的なパッシブ40を含む)。 カラーネーミングとファーンズワースマンセル色相ソート41. ケンブリッジフェイステスト30、42 . カリフォルニア州言語学習テスト (43) ウェシュラーIQ (44,45,46)言語の結果を評価するための重要な手段は、テスト 4 – 6 です。より広範な能力を特徴付けることは、命名テストの障害が一般的なパフォーマンス低下によるものではないことを保証します 47 .注:過去には、ソフトウェアプレゼンテーションプラットフォームの組み合わせを使用して、術前および術後のテスト中に刺激プレゼンテーションと応答記録を制御しました。現在、機能的MRI中のすべての認知テスト(術前、術後試験)、刺激プレゼンテーションと応答記録をサポートする単一のプラグアンドプレイプラットフォームを設計しています(StrongView TMの説明については以下を参照)。).StrongViewは、組み込みの神経心理学的テストと共に、www.openbrainproject.orgでダウンロード(オープンライセンス)を利用できるようになります。 4. 神経麻酔と術中言語マッピングの人間工学 目を覚ます頭蓋切開術 48,49,50のための麻酔技術を使用します。;ロチェスター大学では、覚醒頭蓋は通常、眠覚醒アプローチを使用して行われます。 彼らは認知機能を損ない、出現せん妄に貢献することができるので、抗けいれん薬や抗不安薬などの前投薬を避けてください。. 標準モニタ(EKG、NIBP、パルスオキシメトリー)を適用し、静脈内フェンタニル(0.5 mg/kg)、リドカイン(1-1.5mg/kg)およびプロポフォール(1-2 mg/kg)で全身麻酔を誘導する。 機械的換気のために上気道を使用してください。 固定されたフレームで固定された頭部で患者を横または半横に置きます。ビデオで説明されているように、患者の位置決めは病変の位置と計画された開頭術の窓に依存する一方で、患者が手術中に一度目を覚ますと、患者が認知検査の種類を考慮に入れる。 ピンおよび切開部位に鎮食薬を塗布する(0.5%リドカインの30mL、0.5%センサカインプレーンの30mL、重炭酸ナトリウム6mL)。この期間中、テスト機器(小型モニター、ビデオカメラ、指向性マイク)を配置します。 患者の脳の術前臨床マッピングの結果、機能的な脳マッピング研究、および術中マッピング計画の結果に従って重み付けが異なる複数の要因によって開頭窓のサイズを決定する。ビデオで説明されている場合、出席外科医(ピルチャー博士)は、支配的な半球の肯定的な言語と運動部位をマップするための完全なアクセスを持つために大きな頭蓋摘出術を選択しました。 覚醒期の開始時に、鎮痛を中止する(局所鎮痛薬は切開前に適用される)。 患者が意識を取り戻したら、上隔性気道を取り除く。覚醒段階の間に、または最小限の下降の間に、または最小限の間のすできはありません。 電気皮質検査(ECoG)を使用して、放電後(皮質刺激によって誘発されるサブ臨床てんかん放出)を監視し、DESレベルが排出後閾値のすぐ下に設定されていることを確認します。DES マッピング手順は、放電後のしきい値を見つけ、刺激振幅を調整します (.5 ミリアプのステップ)。 出席外科医の裁量でマッピングセッション全体(2~15 mA)全体の刺激振幅を調整します。患者はモニターで刺激を見て、話し、彼らの前腕および手を動かすことができる。 5. 術中直接電気刺激マッピング中に研究グレードのデータを取得する手順 www.openbrainproject.orgで利用可能な「StrongView」と呼ばれるカスタム構築されたハードウェア/ソフトウェアシステム上で、術中認知テストをすべて実行します。ハードウェアフットプリントは、小さなカートに自己完結型で、独立したバックアップバッテリ電源、スピーカー、キーボード、タッチディスプレイが装備されています。認知テストの実行を担当する人は、ケースの間に継続的に記録(オーディオとビデオ)しながら、刺激プレゼンテーションを開始、停止、および一時停止することができます。 カートのオーディオシステムを使用して、患者の口の上で訓練された指向性マイクがスプリッタを通して供給されます。スプリッタから出てくる1つのチャンネルは、アンプを通過し、スピーカーに直接行きます。これにより、外科医や研究者は、知覚遅延ゼロ(すなわち「エコー」効果を排除する)で手術室のバックグラウンドノイズに対する患者の反応を容易に聞くことができます。スプリッタからの2番目のチャネルは、タイムスタンプが付け、記録され、保存されているモバイルカート上のPCに移動します(これらのファイルはオフライン分析に使用されます)。StrongViewはまた、患者に訓練された第二方向マイク、外科医に訓練された指向性マイク、および部屋のトーンをサンプリングするために手術室の隅に「ノイズ」マイクで構成される独立した(スタンドアロン)オーディオシステムを持っていますメインオーディオファイルから減算します。これらの 3 つのオーディオ チャンネルは、MIDI にフィードし、各チャンネルを個別に記録する 2 台目のコンピュータにフィードします。この第2のオーディオシステムは、プライマリシステムが故障した場合に冗長性を提供し、患者のすべての口頭応答がオフライン分析に利用できるようになります。 ORテーブルクランプを使用して、市販のエーテルスクリーンLブラケットを手術室(OR)テーブルに取り付けます。アーティキュレーションアーム(例えば、マンフロット244可変摩擦マジックアーム)をエーテルスクリーンLブラケットに取り付け、それらの関節アームは患者モニター、指向性マイク、患者の顔に訓練されたビデオカメラ、および補助モニターをサポートします。研究チームのメンバーまたは手術室の看護師が患者と対話している間に患者が見るものを容易に見ることを可能にする。 腕に沿って画面、マイク、カメラに必要なすべてのケーブルを実行し、ベルクロで固定されたプラスチックチューブで保護します。注:この装置のどれも、フィールドの非滅菌側にある(これまでにない)ように殺菌する必要はありません(図1)。刺激のプレゼンテーションおよび応答記録装置をサポートするこの方法は、ケースによって異なる患者の位置決めに従って認知テストの異なるアーゴノミックスを考慮に入れる最大の柔軟性を提供し、まだ信頼性の高い提供します機器を取り付ける安定したプラットフォーム。また、重要なのは、すべてのモニタ、マイク、カメラが単一のデバイス(エーテルスクリーンLブラケット)を介してORテーブルに取り付けられているため、ケースの間にテーブルの位置が調整された場合、これはテストセットアップに影響を与えません。(図1に示すセットアップは、床に取り付けられたスタンドが患者の画面、マイク、ビデオカメラをサポートしていた以前の世代のセットアップから、そのフロアマウントスタンドはエーテルスクリーンLブラケットに2018年から交換されています)。また、患者の安全のために重要なことは、認知検査のセットアップ全体を、患者への完全かつ妨害のないアクセスを義務付ける緊急の状況が存在する場合(例えば、患者に対して、例えば、患者に対して)を存在する場合、ケースの間に20秒以内に分解することができます。気道)。 StrongViewの心臓部は、i)患者に刺激(視覚、聴覚)を提示し、患者の応答(口頭、ボタン応答、ビデオ)を記録するための柔軟なソフトウェアシステムであり、すべての実験的に関連するイベントを一時的に登録し、対策(刺激、ECoG、直接電気刺激プローブの脳との接触、患者の応答);iii)および頭蓋ナビゲーションシステムとの通信は、直接電気刺激の適用ごとに3次元座標を得る。StrongViewは刺激持続時間、刺激間間隔、ランダム化、繰り返しまたは刺激のブロックの数、および患者のビデオおよびオーディオチャネルの制御のような実験変数のオンライン再校正を可能にする。StrongViewは患者のビデオカメラ、オンラインECoGデータ、および患者が現在見ている/聴覚している刺激をデスクトップディスプレイにストリーミングし、外科医の視線にある大型モニターにもミラーリングされる。 患者モニターにフォトダイオードを取り付け、ECoGアンプの開いているチャネルに供給する。これにより、各刺激のプレゼンテーションとオフライン分析用の ECoG の間の時間的な同期が提供されます。 術前MRIに基づく術中頭蓋骨ナビゲーションのための外科チームによるすべての場合(ロチェスター大学、ブレインラボ社、ドイツ、ドイツ)の頭蓋ナビゲーションハードウェアとソフトウェアを使用してください。これは、手術場を表示し、手術台に貼付された固定登録星を介して患者の頭部を登録する一連のカメラからなる光学系です(図1参照)。 具体的には、患者がヘッドホルダーに設定された後、ドレープする前に、患者の顔面生理学を使用して、患者の頭部を術前MRIに登録する。これは手術前のMRI(機能および構造)が手術台の患者の脳と直接整列するように持って来ることを可能にする。 双極刺激器(図1参照)に2つ目の(はるかに小さい)登録星を取り付け、刺激器の長さとフィールドの位置を登録するために使用します。これにより、研究チームは、術前MRIに対する刺激の各点の正確な位置と切除の余白を取得することができます。前述のように、StrongViewは頭蓋ナビゲーションシステム(ロチェスター大学、BrainLab、IGTリンクによる接続)と接続され、直接電気刺激マッピングの座標のリアルタイムストリーミング(およびタイムスタンプ)を可能にします。StrongViewは現在、他の頭蓋骨ナビゲーションシステム(例えば、ストライカー)とインターフェースするために開発されています。注:認知およびfMRI実験中の管理とデータ収集をサポートするStrongViewの側面は、テストのライブラリと共に、OpenBrainProject.orgで利用可能になります(オープンアクセス)。ベータ版は、対応する著者に連絡して、完全なリリースの前に利用可能です。Electrocorticographyおよび頭蓋ナビゲーションソフトウェアと統合するハードウェアシステムを含むStrongViewスイート全体は、対応する著者に連絡することで臨床医や科学者に利用可能です。これらのデータ取得ツールは、後処理パイプラインとオープンデータコンソーシアムと組み合わされ、2020年にOpenBrainProject.orgで開始される予定です。