Construção tridimensional de atlas dos núcleos anteriores do tálamo a partir de cortes de um bloco de encéfalo

Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Nos últimos anos, a neuromodulação com a estimulação do Núcleo Anterior do tálamo (NAT) tem ganho maior interesse por se ter verificado que é um dos melhores alvos para estimulação cerebral profunda no tratamento paliativo de epilepsias refratárias. No entanto, a sua visualização por ressonância magnética não é muito simples nem rigorosa. O objetivo deste estudo consiste na identificação, delimitação tridimensional e determinação de coordenadas estereotáxicas do NAT em relação às estruturas vizinhas, em cérebro humano. Foram estudados dois blocos encefálicos. No primeiro foram efectuados cortes coronais, sendo que foi utilizado para uma fase preparatória de optimização do método experimental e identificação de dificuldades técnicas. No segundo foram realizados cortes axiais. Este bloco continha ambos os tálamos, corpos mamilares e as comissuras brancas anterior e posterior. Os cortes foram executados no criomicrótomo sendo fotografados a cada 500 µm, com uma câmara fotográfica de alta resolução. Após o alinhamento das imagens em MATLAB®, foi criada uma pilha de imagens no ImageJ®, delimitados os NAT, corpos mamilares e feixes mamilotalâmicos no GIMP® e feita segmentação, com reconstrução 3D, cálculo de volumes e determinação de coordenadas no Amira®. Foi definido um sistema de coordenadas de referência, sendo que as coordenadas são expressas relativamente ao plano médio comissural. Foram obtidas imagens nos outros planos ortogonais a partir dos cortes axiais executados criando-se também um modelo tridimensional com as estruturas de interesse. Foram desenvolvidas duas interfaces gráficas, no MATLAB®: a primeira que permite o alinhamento automático de imagens e a gravação das mesmas; a segunda que possibilita a visualização e gravação de cortes sagitais e coronais a partir das imagens axiais obtidas. Com este estudo conclui-se que é possível criar um atlas estereotáxico do NAT de ambos os hemisférios utilizando este método. Para melhorar e validar a precisão dos dados para a prática clínica deverá ser efectuada ressonância magnética ao cérebro antes da execução dos cortes e o estudo deverá ser replicado em mais cérebros.

There is a growing interest on the Anterior Nucleus of Thalamus (ANT) as this seems to be a good target for stimulation in refractory limbic epilepsy patients. However, its Magnetic Resonance Imaging (MRI) is not always clear and stereotactic 3 dimensional atlases are not available. The main purpose of this study was to identify the ANT in a human brain and build a 3D model in order to calculate its stereotactic. Two brain blocks were studied. In the first one, coronal cuts were made to prepare and improve the experimental method. In the second one, horizontal sections were made. This block contained both thalamus, mammillary bodies and anterior and posterior commissures. The block was cut in a cryomicrotome and the sections were photographed every 500 µm with a high-resolution camera. After aligning the pictures in MATLAB®, a stack of images was created with ImageJ R. GIMP® was used to delineate ANT, mammillary bodies and mammillothalamic tracts of both cerebral hemispheres and Amira® used for segmentation, 3D reconstruction, calculation of volumes and determination of coordinates. It was set a reference coordinate system. The coordinates are given relatively to the position of the midcomissural plane. Orthogonal views of the block were obtained from 3D reconstructed images with superimposed objects created. Two graphical user interfaces were developed in MATLAB®: the first one allow the automatical images alignment. The second one enables the sagital and coronal visualization derived from the images obtained from axial cuts. With this study it can be concluded that it is possible to create a stereotactic atlas of both hemispheres simultaneously using this method. To further validate and improve accuracy and for extrapolation of data to clinic applications, a brain MRI should be acquired before cutting the block and the study must be replicated with more brains.