Studie STEREO-DBS: 7-Tesla MRI analýza mozkové sítě pro hlubokou mozkovou stimulaci (STEREO-DBS)

ÚVOD A ODŮVODNĚNÍ

Hluboká mozková stimulace u Parkinsonovy choroby Hluboká mozková stimulace (DBS) je účinnou léčbou Parkinsonovy choroby (PD), oslabující neurologické poruchy. Účinek DBS se opírá o modulaci chybně fungujících mozkových sítí dodáváním elektrických pulzů do subtalamického jádra, hluboko usazeného v mozkovém kmeni a velikosti několika milimetrů (STN; srovnatelné s velikostí kávového zrna). Individuální zlepšení po DBS však zůstává variabilní a 50 % pacientů vykazuje nedostatečný přínos. Použitím strukturální konektivity 7-Tesla magnetické rezonance (7T MRI) k vizualizaci nefunkčních sítí lze umístění a aktivaci elektrod DBS individualizovat.

Aktuální umístění a nastavení elektrod DBS ve vysoce propojené STN jsou založeny na 1,5-Tesla nebo 3-Tesla MR-obrazích. Tyto modality s nízkým rozlišením nejsou schopny vizualizovat mnohočetné mozkové sítě k tomuto malému jádru a zabránit aktivaci elektrody zaměřené na jeho kortikální projekce. Integrované strukturální (7T MRI) síťové mapy umožní DBS založenou na mozkové síti a specifické pro pacienta, zlepšující motorické symptomy a kvalitu života.

7T MRI analýza mozkové sítě Od 80. let 20. století se DBS pro PD zaměřovala na STN, hluboko zakořeněné mozkové jádro šedé hmoty. Současný důraz na poli DBS je spíše na neuronové sítě než na samostatná jádra v mozku. Několik studií ukázalo, že PD vzniká z patologické síťové aktivity v subtalamo-kortikálních projekcích. V posledních letech několik skupin DBS informovalo o použití MRI konektivity k vizualizaci subtalamo-kortikálních projekcí v DBS pro PD.

Malá STN je součástí několika velkých mozkových sítí. DBS je účinný při zlepšování UDPRS a kvality života pacientů s PD pouze modulací své motorické sítě. Pro zlepšení umístění a aktivace DBS je nezbytné porozumět sítím a modulačnímu účinku stimulace. Dosud byla vizualizace těchto sítí omezená kvůli nízkému rozlišení a chybějící strukturální konektivitě (vizualizace subtalamokortikálních projekcí pomocí difúzně vážené MRI a pravděpodobnostní konektivity).

Výzkumníci proto přidali 7T T2 a difuzně vážené sekvence ve Spinoza Center a ukázali, že pravděpodobnostní analýzy subtalamické sítě (segmentace STN) úspěšně identifikují oblast v rámci STN, která má nejvyšší hustotu spojení s motorickou sítí u pacientů s PD. V nedávné pilotní studii výzkumníci prokázali, že implementace 7T MRI pro segmentaci STN je vhodná v rámci stávajícího chirurgického pracovního postupu. Generováním 7Tesla MRI zobrazující STN (barevné) motorické dělení tato technika jasně vizualizovala tento nový cíl DBS. Retrospektivní analýza ukázala, že pro konvenční strategie cílení MRI byla do motorické STN umístěna pouze menšina elektrod DBS. Navíc elektrody DBS, které byly umístěny v motorické STN, vedly k významně vyššímu průměrnému zlepšení (80 % oproti 50 %, měřeno skóre UPDRS-III).

Generování síťových map 7T MRI pro DBS STN a její kortikální spojení budou vizualizovány pomocí 7T T2-váženého a difuzně váženého zobrazování. Budou vizualizovány tři hlavní projekce STN: projekce navazující na primární a doplňkovou motorickou kůru (motorická), projekce do prefrontální kůry (asociativní) a projekce na bazofrontální kůru (limbická). Umístění elektrody (pomocí počítačové tomografie) bude vizualizováno vzhledem ke třem segmentovým pododdělením STN.

Síťová mapa 7T MRI, vytvořená kombinací T2 a difúzně vážené MRI, ukazuje STN (barevné) pododdělení a jejich kortikální projekce. Výsledek pak ukáže, ve kterém dělení STN se nachází kontakt DBS-elektroda a do které kortikální oblasti se dělení STN projektuje. Výsledky klinických testů kontaktu elektrod pak budou korelovány s mapami sítě. Parametry stimulace založené na mapách sítě 7T MRI se používají k optimalizaci a predikci výsledku z hlediska příznivých klinických účinků (supresivní třes, bradykineze, rigidita) a vedlejších účinků (řeč, chůze, apatie). Protože všechny síťové mapy jsou vizualizovány na MRI, umožní to snadno individuální i skupinové analýzy (spoluregistrující mapy více pacientů).

Nežádoucí účinky Při 350 7T MR skenech, které vyšetřovatelé dosud provedli, jsme se zřídka setkali s nekompatibilními implantáty nebo těžkou klaustrofobií. Každý pacient absolvuje screening s MRI bezpečnostním dotazníkem a MRI detektorem kovů (zabraňující vnesení feromagnetických materiálů do MRI). 7T MRI je neinvazivní technika, která nezpůsobuje žádnou bolest a co je důležité, elektromagnetická pole nevyvolávají žádné známé poškození tkáně jakéhokoli druhu. Systém MR může během procedury občas vydávat hlasité klepání, klepání nebo jiné zvuky. Špunty do uší jsou dodávány, aby se předešlo problémům, které mohou být spojeny s hlukem generovaným skenerem. Po celou dobu bude pacient (vizuálně) monitorován a bude moci komunikovat s technologem 7T MRI pomocí interkomového systému. Pacient může (požádat o) kdykoli zastavit získávání dat pomocí tlačítka (nepřetržitě držet u pacienta).

Sečteno a podtrženo, díky implementaci analýzy 7T MRI mozkové sítě je nyní možné přímo vizualizovat motorickou část STN. V současné observační studii bude tato technika vyhodnocena prospektivním způsobem a zavede pacientem specifickou mozkovou síť řízenou DBS pro PD s poskytnutím jedinečného a dosud nedostupného souboru dat: 7T MRI vizualizuje anatomická spojení STN pro každý jednotlivý kontakt elektrody DBS. Namísto jediného modelu DBS-fits all umožňují přizpůsobené síťové analýzy personalizované přesné modelování v DBS.