Studie mozkových map-DBS: Analýza mozkové sítě pomocí 7-Tesla MRI a magnetoencefalografie pro hlubokou stimulaci mozku (BRAINMAP-DBS)

Hluboká mozková stimulace pro Parkinsonovu chorobu a základní třes Účinek hluboké mozkové stimulace (DBS) se spoléhá na modulaci nefunkčních motorických mozkových sítí.1,2 V průměru je dosaženo 50% zlepšení motoru pomocí standardizovaných hodnocení motoru. Přibližně 20% pacientů však vykazuje nedostatečný prospěch, s méně než 30% zlepšením.3,4 Pro zlepšení těchto výsledků je zapotřebí lepší umístění a výběr DBS programování DBS.5 To vyžaduje pokročilejší vizualizaci složitých motorových sítí; jak anatomické (7-tesla MRI), tak funkční (MEG) .11,12,13 Současné implantace DBS jsou založeny na 1,5 nebo 3-tesla MR skenování. Rozlišení těchto skenování však nestačí k vizualizaci mozkových sítí a zabrání přesnému umístění elektrod přímo na motorové části v malém (velikosti kávového zrna) mozku. Kromě umístění elektrody vedené 7-TESLA bude programování zaměřeno na ovlivňování kortikálních motorových oblastí pomocí MEG, což má za následek celkové snížení nefunkční síťové aktivity; Místo modelu „jednoho mozku“ pro všechny se DBS stává specifickým pro trpělivost, zaměřená na vlastní mozkovou síť.

Analýza mozkové sítě pomocí MRI 7-TESLA MRI a MEG Protokoly 7-TESLA MRI a MEG již vyvinuté naší skupinou a uvedené v (pět) studiích budou použity.6,7,8,9,10 V těchto studiích jsme prokázali nedistotou vizualizaci mozkových sítí pomocí MRI 7-TESLA MRI a MEG u pacientů s Parkinsonovou chorobou, kteří podstoupili DBS, a potenciál ke zvýšení zlepšení fungování motoru nejméně o 10%. Síťová analýza MRI 7-Tesla, generovaná kombinací MRI T2 a difúzní vážená, ukazuje (barevné) subdivize mozkového jádra a související kortikální projekce. Analýza sítě MEG, generovaná z záznamů MEG, ukazuje, které kortikální oblasti jsou ovlivněny (zvýšení nebo snížení aktivity, což má za následek různé barvy) pro každý ze čtyř jednotlivých elektrodových kontaktů. Společná registrace sítě MRI 7-TESLA, Meg Network a CT skenování bude provedeno pro přesnou lokalizaci elektrod. Výsledek ukáže, ve kterém subdivizi je umístěn DBS elektroda (umístění), na které kortikální oblast jsou projekty dělení a jaké vzorce aktivity a změny v něm jsou indukovány v kortikálních oblastech (aktivace) .16 Skóre klinických testů elektrodového kontaktu pak bude korelovat (regresní analýzy) se síťovou analýzou. Protože celá síťová analýza bude vizualizována integrována na MRI, jsou možné jak jednotlivé analýzy, tak skupinové analýzy (koregistrace sítí více pacientů), jakož i aplikaci pro variabilní autoencodér. Umístění a programování DBS založené na analýze sítě MRI 7-TESLA MRI a MEG bude použito k optimalizaci výsledku pro prospěšné klinické účinky (potlačení tremoru, bradykineze) s minimalizací vedlejších účinků (apatie, řeč) .15

U každého pacienta bude celkový záznam MEG trvat 55 minut. Devět krátkých období jednostranné stimulace bude provedeno s jedním z osmi jednotlivých elektrodových kontaktů a jedním záznamem během DBS vypnuto v randomizované sekvenci. Účinek DBS na motorickou funkci (Tremor, Bradykinesie, rigidita, řeč) je obvykle okamžitý a doba hodnocení je krátká (minuty). Nastavení DBS lze dočasně upravit během záznamů MEG spolu s klinickým hodnocením.

Po dokončení tohoto procesu pro všech osm kontaktů elektrody se provádí síťová analýza a zobrazí DBS elektroda-kontakt (vlevo a vpravo), který (pouze) moduluje motorovou mozkovou síť. Když se elektrodový kontakt (program DBS), který měl pacient před zápisem, liší od nového programu „Brain Network Indimed Program“, jak je stanoveno analýzou sítě, tento nový program se přidá do systému DBS. V novém programu jsou okraje pro úpravu amplitudy stimulace nastaveny pro pozdější úpravy. Program, který měl pacient před zápisem do studie, je uchováván jako jeden z programů na zařízení, který může pacienta použít jako „únikovou možnost“, pokud nově programované konfigurace mají horší klinický účinek. Po třech měsících sítí vedených DBS standardizovaných hodnocení motorických dovedností (UPDRS-III, TETRAS) se provádí jako součást standardní klinické péče.

Tento projekt byl vytvořen v úzké spolupráci s pěti pacienty s DBS (pacienty-výzkumníci). Označili opětovné získání nezávislosti jako nejdůležitější účinek DBS. Jako hlavní obavy citovali možný nepříznivý dopad na poznání a náladu (paměť, řeč, apatie) od DBS. Diskutované obavy byly do projektu přímo začleněny.

Pouze několik center po celém světě má skenování 7-TESLA MRI a MEG, a proto tyto znalosti zpřístupníme prostřednictvím databáze otevřeného přístupu. Analýzy sítě použijeme v variabilním autoencoderu (Algoritmus strojového učení, typ umělé inteligence) pro generování predikčních modelů pomocí oddělení biomedicínského inženýrství a fyziky (Amsterdam UMC) .14 Aplikace strojového učení na velké množství skenování s vysokým rozlišením umožňuje generování síťových modelů (Connectomes) označovat nejoptimálnější umístění a programování pro elektrodu DBS; přímo použitelné pro všechny skupiny DBS.

Proveditelnost Každý pacient podstupující DBS v Amsterdamu UMC podléhá předoperační MRI 7-Tesla jako součást standardní péče. Ve 450 7-Tesla MR-skenácích, které jsme dosud provedli, jsme se zřídka setkali s nekompatibilními implantáty nebo těžkou klaustrofobií. Každý pacient podléhá screeningu s bezpečnostním dotazníkem MRI a detektorem MRI kovů (zabrání tomu, aby se ferromagnetické materiály do MRI). 7-Tesla MRI je neinvazivní technika, která nezpůsobuje žádnou bolest, a co je důležité, elektromagnetická pole nevytváří žádné známé tkáňové poškození jakéhokoli druhu. Systém MR může během procedury občas provést hlasité klepání, klepání nebo jiné zvuky. Učistí jsou poskytovány, aby se zabránilo problémům, které mohou být spojeny s hlukem generovaným skenerem. Pacient bude vždy monitorován (vizuálně) a bude moci komunikovat s technologem MRI 7-TESLA pomocí interkomového systému. Pacient může (žádost) zastavit získávání kdykoli pomocí tlačítka (držte pacienta nepřetržitě).

MEG nahrávky jsou neinvazivní, bez bolesti a mají zanedbatelná rizika. Na základě literatury a našich vlastních zkušeností u 40 pacientů jsou záznamy MEG během DBS bezpečným postupem. Účastníci se dostanou do dalšího výletu do centra MEG na místě VUMC. Změna nastavení DBS v rámci limitů uvedených v jednotlivých Passport DBS účastníků je bezrizikovým postupem. Vzhledem k tomu, že účastníci během záznamů MEG jsou v pozici na zádech na pohodlném posteli, neočekáváme, že zažijí nepřijatelné motorické příznaky.

Poprvé bude 7-TESLA MRI a Meg Network analýza kombinována ve velkém prospektivním módě; Představujeme pacientovou specifickou síťovou síťovou DBS umístění a programování.