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3D-Karte des menschlichen Hirnstamms könnte tiefe Hirnstimulation sicherer machen

Die Tiefenhirnstimulation - die Implantation von Elektroden in bestimmte Hirnareale zur Regulierung abnormaler Impulse - wird zur Behandlung einer Reihe von Bewegungsstörungen eingesetzt, wobei die Bestimmung der genauen Zielbereiche für die Elektroden schwierig sein kann. Jetzt haben Forscher von Duke Medicine eine hochauflösende 3D-Karte des menschlichen Hirnstamms erstellt, die den Chirurgen bei der Durchführung des Verfahrens helfen soll und sie für Patienten sicherer macht.
Forscher haben eine 3D-Karte des dentatoriothrothalamischen Trakts erstellt - einen Pfad innerhalb des Thalamus -, der helfen könnte, die tiefe Hirnstimulation zu unterstützen und sicherer zu machen.
Bildnachweis: Duke Medicine

Dr. Nandan Lad vom NeuroOutcomes Centre bei Duke und Kollegen veröffentlichen die Details ihrer Karte in der Zeitschrift Menschliche Gehirnkartierung.

Die Tiefenhirnstimulation (DBS) ist ein Verfahren zur Behandlung von Parkinson-Krankheit, Dystonie, essentiellem Tremor und einigen anderen neurologischen Zuständen, die die Bewegung eines Individuums beeinflussen. Es wird normalerweise Patienten verabreicht, die ihre Symptome nicht mit Medikamenten kontrollieren können.

Während des Eingriffs implantiert ein Chirurg dünne Metallelektroden in Bereiche des Thalamus des Patienten - der Bereich, der die motorischen Funktionen steuert - von dem angenommen wird, dass er an der Auslösung der Symptome des Patienten beteiligt ist. Die implantierten Elektroden erzeugen elektrische Impulse, die entweder abnormale steuern oder bestimmte Zellen oder Chemikalien stimulieren, um die Symptome zu lindern.

Um Gehirnziele für die Elektroden während des DBS zu finden, stützen sich viele Neurochirurgen auf Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) mit niedrigerer Auflösung, kombiniert mit geographischen Koordinaten, die sie zum dentatoruprothalamischen Trakt (DRT) des Thalamus führen .

Dr. Lad et al. Weisen jedoch darauf hin, dass Neurochirurgen die Elektroden oft während der DBS entfernen und wieder einsetzen müssen, um Impulsfrequenzen zu testen und die genauen Bereiche zu finden, die für die Symptome der Patienten verantwortlich sind.

Wiederholtes Entfernen und erneutes Einsetzen von Elektroden kann riskant sein; Jedes Mal, wenn eine Elektrode bewegt wird, muss ein Neurochirurg durch feines Hirngewebe navigieren. Dies kann das Risiko von Komplikationen für den Patienten erhöhen, einschließlich Blutungen, Krampfanfällen und Gedächtnisstörungen.

Das Duke-Team sagt, ihre neue Karte könnte jedoch helfen, diese Risiken zu beseitigen. "Diese Karte wird uns möglicherweise beim ersten Mal helfen, das optimale Ziel zu erreichen", sagt Dr. Lad. "Es könnte Versuch und Irrtum beseitigen und die Operation sicherer machen."

3D-Karte 1.000-mal detaillierter als klinische MRT

Um die Karte zu erstellen, verwendeten die Forscher einen 10-tägigen Scan eines postmortalen Hirnstamms von einem gesunden Spender. Der Scan wurde mit einem 7-Tesla-MRT-System durchgeführt.

Als nächstes verwendete das Team eine MRT-Technik namens Diffusions-Traktographie, um den Scan in eine 3D-Karte des menschlichen Hirnstamms umzuwandeln, die mit Hilfe eines "High-Performance-Computing-Clusters" auf die Gehirnanatomie jedes Individuums skaliert werden kann.

Laut dem leitenden Studienautor G. Allan Johnson, Direktor des Duke Centers für In-vivo-Mikroskopie, erzeugt die Karte Bilder, die 1000-mal detaillierter sind als eine klinische MRT.

"Sie können tatsächlich die Nervenfasern im Gehirn sehen", fügt er hinzu, "wie sie sich kreuzen, und die Feinheiten des Kontrastes zwischen grauer und weißer Substanz im Gehirn, weit jenseits dessen, was ein klinischer Scan bieten könnte."

Das Team testete die Karte an 12 Patienten, die bereits eine erfolgreiche DBS für Zittern erlitten hatten. Sie verwendeten die Karte, um die Zielbereiche für die Elektrodenplatzierung bei jedem Patienten zu bestimmen, und verglichen die identifizierten Bereiche mit denen, in denen die Elektroden bereits plaziert worden waren.

Über alle Probanden hinweg stimmten die Elektrodenplatzierungsvorhersagen, die aus der Karte entnommen wurden, 22 der 24 Elektroden zu, die erfolgreich platziert worden waren.

Das Team ist der Ansicht, dass seine Ergebnisse vielversprechend für die Verbesserung der Ergebnisse von Patienten sind, die sich einer DBS unterziehen, und sie planen, eine prospektive Studie durchzuführen, um die Wirksamkeit des 3D-Modells bei der Führung von DBS-Operationen weiter zu untersuchen.

Außerdem sagen sie, dass ihre Studie die Tür für neue Behandlungen für eine Reihe anderer Bedingungen öffnen könnte. Lead-Studie Autor Dr. Evan Calabrese erklärt:

"Wir haben jetzt eine Anleitung, um diese komplexen neuronalen Verbindungen sichtbar zu machen, die sonst unmöglich zu sehen wären. Dies wird uns helfen, Anwendungen für die Behandlung von Alzheimer, neuropathischen Schmerzen, Depressionen und sogar Zwangsstörungen weiter zu erforschen."

Im September 2014 Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine in der Zeitschrift veröffentlichte klinische Leitlinie Neurochirurgie, in denen Experten DBS für Patienten mit Zwangsstörungen (OCD) empfehlen, die auf Medikamente nicht ansprechen.

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