光谱学探针可增强帕金森病的脑深部刺激治疗

深部脑刺激(DBS)已经成为晚期帕金森病患者越来越普遍的治疗方法，但该手术仍然存在重大风险。一种可以执行两种光谱学的新探针可以帮助医生更准确地导航大脑内的仪器，从而使手术更安全，提高成功率。研究小组使用主成分分析(PCA)识别了白质和灰质，证明了光谱测量可能适用于神经导航。

　　

   

   

图像:左右半球的组织切片显示两个电极插入(a)大脑右半球的偏离目标部分(使用CARS)和(b)大脑左半球的丘脑下核(STN)(使用DRS)。从组织学切片(HISTO)中视觉识别组织类型，生成由黑色(灰质)和白色(白质)区域组成的条形码。该条形码与光学探针获得的数据进行比较，并使用PCA算法(probe条形码)进行分析。

图片来源:Mireille Quémener，来自CERVO大脑研究中心Daniel教授C?té实验室的研究工程师(Université Laval)。该项目由加拿大自然科学与工程研究委员会(NSERC)和加拿大卫生研究院(CIHR)资助。

脑深部刺激(DBS)已经成为晚期帕金森病患者越来越普遍的治疗方法，但该手术仍然存在重大风险。一种可以执行两种光谱学的新探针可以帮助医生更准确地导航大脑内的仪器，从而使手术更安全，提高成功率。研究小组使用主成分分析(PCA)识别了白质和灰质，证明了光谱测量可能适用于神经导航。

对于DBS，外科医生在大脑中放置电极，以破坏导致衰弱性震颤和与晚期帕金森病相关的僵硬的错误信号。对于那些不再从现有药物中获益的患者来说，这可能是一种非常有效的治疗方法，但将电极放置在错误的位置会降低效果，并导致心理障碍。

来自CERVO大脑研究中心(Université Laval) Québec的Mireille Quémener将详细介绍在不列颠哥伦比亚省温哥华举行的Optica生物光子学大会上的新研究，并于2023年4月23日至27日在线。Quémener的演讲安排在4月27日星期四12:15 PDT (UTC - 07:00)。

“改善DBS电极植入的神经外科指导将简化手术过程，减少手术时间，降低整体健康治疗成本，并预防不良的神经心理后果，”Quémener说。

实时导航支持

DBS分为两部分，其中一个手术是将电极放置在大脑的特定部位，另一个手术是植入电池组，将电流输送到电极上。在第一个过程中，医生通常依靠术前磁共振成像(MRI)扫描来规划他们将在哪里插入电极。然而，这有时会导致不准确的位置，因为在通过颅骨钻孔的过程中，大脑可能会移动2毫米。

在这项新工作中，研究人员创造了一种DBS电极，该电极通过光学探针增强，在插入过程中对脑组织进行相干反斯托克斯拉曼散射光谱(CARS)和漫反射光谱(DRS)。探头安装在DBS电极内，包含两根用于CARS和DRS照明的光纤和第三根用于收集信号的光纤。一旦电极到达目标位置，当电极停留在原位时，光学探针就可以移动。

确认准确性

为了测试这种新型探针，一名神经外科医生用它在一具人类尸体大脑的六个区域植入电极。在大脑的两个半球分别收集了总长50毫米的CARS和DRS测量数据。手术结束后，研究人员提取了大脑，并通过视觉识别了探测器所经过的白质和灰质。

将CARS和DRS测量的读数与大脑结构的视觉记录进行比较，研究人员发现CARS和DRS方法可以非常准确地识别脑组织。这些发现证实了光谱学可能是帮助神经外科医生导航大脑的有用工具。

研究人员计划研究这种方法是否可以用于收集更详细的光谱信息，例如测量提供大脑活动化学特征的神经递质。

“我们的团队目前正致力于将光学探针用于接受DBS手术的患者的临床试验。我们相信光学方法在外科指导方面有巨大的潜力，并希望我们的技术将出现在临床，以协助外科医生进行各种脑部手术，”Quémener说。