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Real Time Intraoperative Functional Brain Mapping Based on RGB Imaging - 22/05/21

Doi : 10.1016/j.irbm.2020.04.004 
C. Caredda a, , L. Mahieu-Williame a, R. Sablong a, M. Sdika a, J. Guyotat b, B. Montcel a,
a Université de Lyon, INSA-Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, UJM-Saint Etienne, CNRS, Inserm, CREATIS UMR 5220, U1206, F69100, Lyon, France 
b Service de Neurochirurgie D, Hospices Civils de Lyon, Bron, France 

Corresponding authors.

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Graphical abstract

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Highlights

Optical imaging is particularly adapted for intraoperative translational works.
The brain activity can be monitored with the quantification of cortical hemoglobin.
A functional model was implemented to identify the activated cortical areas.
Patient's cortical activity is monitored in real time (during data acquisition).

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Abstract

Intraoperative optical imaging is a localization technique for the functional areas of the human brain cortex during neurosurgical procedures. However, it still lacks robustness to be used as a clinical standard. In particular new biomarkers of brain functionality with improved sensitivity and specificity are needed. We present a method for the real time identification of the activated cortical areas based on the analysis of the cortical hemodynamic using a RGB camera and a white light source. We measure the quantitative oxy and deoxy-hemoglobin concentration changes in the human brain cortex with the modified Beer-Lambert law and Monte Carlo simulations. A functional model has been implemented to define in real time a binary biomarker of the cortical activation following neuronal activation by physiological stimuli. The results show a good correlation between the computed activation maps and the brain areas localized by electrical brain stimulation. We demonstrate that a RGB camera combined with a quantitative modeling of brain hemodynamics biomarkers can evaluate in real time the functional areas during neurosurgery and serve as a tool of choice to complement electrical brain stimulation.

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Keywords : Functional brain mapping, Real time processing, Intraoperative imaging, Optical imaging, RGB camera


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Vol 42 - N° 3

P. 189-197 - juin 2021 Retour au numéro
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