La estimulación cerebral profunda (DBS) es un tratamiento que se realiza mediante la implantación quirúrgica de electrodos de estimulación controlada [8][9][10][11]. La implantación del electrodo DBS se realiza sobre algunos de los núcleos subcorticales (e.g. Tal, STN, GPi), y es alimentado con un dispositivo generador de pulsos eléctricos [9][12]. Este dispositivo se implanta en la región subclavicular para producir pulsos de alta frecuencia sobre las estructuras durante la estimulación con el fin de inhibir trastornos a través de la activación de terminales presinápticos mientras que el axón de la misma celda se excita [8][10][12]. La variación del campo eléctrico alrededor del electrodo DBS en diferentes frecuencias o también llamados potenciales de campo locales (LFPs), son señales de realimentación captadas durante la DBS mediante microelectrodos de registro (MER). Los LFPs tienen el fin de simular la actividad sincronizada de un conjunto de neuronas en el tejido circundante estimulado [8][11][12].
La DBS, ha resultado ser un método muy efectivo para el tratamiento de los síntomas asociados a la enfermedad de Parkinson (PD) [1][2], además es un tratamiento prometedor para otros trastornos como epilepsia y desórdenes neurosiquiátricos [13]. Si bien, el propósito fundamental de la DBS consiste en modular la actividad neuronal con campos eléctricos [3][4], y a pesar del éxito clínico de este procedimiento, se conoce muy poco acerca de la distribución de voltaje generado en el cerebro mediante la implantación de electrodos DBS. También es muy difícil predecir con exactitud, cuáles áreas se ven afectadas directamente por la estimulación, y no se puede determinar fácilmente el volumen de tejido activo (VTA) en el cerebro, siendo el VTA la cantidad de tejido cerebral que presenta excitación o respuesta eléctrica a la estimulación de los electrodos. Esto ha llevado a que no se abordan cuestiones que implican factores relacionados con el beneficio terapéutico de la DBS y sus efectos secundarios [5]. Estudios previos [6][7][14] han encontrado relación entre los parámetros de estimulación (contacto, impedancia, voltaje, frecuencia, tamaño y geometría del electrodo) y la respuesta terapéutica a la DBS pero sólo hasta hace poco se han desarrollado herramientas metodológicas que enlazan análisis científico y modelamiento eléctrico de la DBS, con la intención de predecir o determinar VTA [15][16].
La neurocirugía es uno de los campos médicos que quizás se ha beneficiado en mayor escala, debido al uso constante de imágenes médicas para el respectivo análisis de los casos clínicos presentados [17]. Además, este campo específico requiere de una alta precisión en la elaboración de un plan para la localización de determinadas estructuras anatómicas y posicionamiento de los equipos quirúrgicos. La exactitud es fundamental para definir la trayectoria, evitar estructuras críticas e identificar con precisión la estructura objetivo. En el caso de los procedimientos neuroquirúrgicos, una de las herramientas de mayor importancia para el análisis clínico son los atlas cerebrales [18]. Un atlas cerebral consta de imágenes del cerebro. En ellas, un experto ha identificado las distintas estructuras anatómicas y/o funcionales, etiquetándolas en una serie de cortes con el fin de definir la región cerebral a analizar [19][20]. En el procedimiento DBS, la correcta localización de las estructuras cerebrales en un ambiente 3D es un aspecto fundamental, debido a que permite al médico especialista identificar el estado actual del procedimiento y la ubicación real del dispositivo neuroestimulador [22][21]. Además, en la estimación del VTA es necesaria una herramienta que permita una visualización interactiva de la propagación eléctrica del dispositivo en la región del STN, con lo cual se puedan derivar de este proceso la estimación de los parámetros adecuados para la estimulación eléctrica del área de interés [23][24].
