Langtidsstabilitet af LFP optaget fra STN og virkningerne af DBS

Studiedesign og metoder

Ti Parkinsons sygdom (PD) patienter, der er planlagt til bilateral STN DBS, vil blive rekrutteret. DBS-kirurgi vil blive udført på Toronto Western Hospital i henhold til standard klinisk behandling. Undersøgelserne vil blive udført på to steder: Toronto Western Hospital og London Mobility Laboratory ved Western University. Optagelse af STN LFP ved hjælp af eksternaliserede DBS-ledninger, virkningerne DBS ved forskellige frekvenser på PD motoriske symptomer vil blive undersøgt på Toronto Western Hospital. Gangstudier med kinematiske målinger af hele kroppen, registrering af LFP og effekter af forskellige stimulationsfrekvenser vil blive studeret på London Mobility Laboratory (LML) ved Western University.

En oversigt over undersøgelsens tidslinje findes i tabel (2, 3 og 4). Standardiserede opgaver, der udføres, er angivet i tabel 5. Ti PD-patienter med bilateral DBS i STN vil blive undersøgt for seks besøg på hvert sted (TWH og LML). Der vil også være et prækirurgisk baseline besøg på LML. Patienterne vil først blive undersøgt 1-3 dage efter DBS-elektrodeimplantation og før implantation af pulsgeneratoren. Lokalt feltpotentiale (LFP) vil blive registreret fra bilaterale STN DBS-elektroder ved hjælp af eksternaliserede ledninger. Efter internalisering af DBS-afledningerne og indsættelse af pulsgeneratoren (Activa PC+S, Medtronic), vil patienterne blive undersøgt inden for 7 dage for et andet besøg. DBS programmering vil blive udført som sædvanlig klinisk praksis. Patienterne vil derefter blive undersøgt 1, 2, 6, 12 og 18 måneder postoperativt.

Besøg på Toronto Western Hospital (TWH)

Besøg 1 (TWH V1) Dette besøg vil opnå "akut" LFP-registrering til sammenligning med kroniske optagelser. Patienterne vil blive undersøgt 1-3 dage efter elektrodeindsættelse, når ledningerne er eksternaliseret. Dette er et to-dages besøg, med en dag uden medicin (afvænning natten over) og en dag i tilstanden på medicin i tilfældig rækkefølge. For behandlingstilstanden vil 125 % af levodopa-ækvivalenten af ​​den første morgen præoperative dosis blive administreret for at øge chancen for at registrere levodopa-induceret dyskinesi.

Trin 1: LFP vil blive optaget fra bilaterale STN DBS-elektroder sammen med hovedbunds-EEG. Fig. 3 viser en skematisk repræsentation af optageopsætningen. Overflade-EMG og accelerometer vil blive brugt til at måle tremorfrekvenser og levodopa-inducerede dyskinesier. mUPDRS og Rush dyskinesia vurderingsskalaen (til medicinoptagelser) vurderinger vil blive udført. Optagelser vil blive foretaget i hvile, og mens patienterne udfører håndledsforlængelser i eget tempo. De mest fremtrædende LFP-frekvenser i θ-, β- og γ-båndoscillationerne i hvile og under frivillige bevægelser i både tændt og slukket medicintilstand (individualiserede frekvenser) samt elektrodekontakten, der viser de mest fremtrædende LFP-oscillationer, vil blive bestemt for hver patient . Denne optagelse vil tage omkring en time. Dataanalysen vil tage en time, hvor patienten vil have en pause.

Trin 2: Dette vil involvere stimulering. DBS-ledningerne vil blive forbundet til en ekstern stimulator og en "filter DBS"-enhed for at optage LFP under DBS. Fire DBS-betingelser vil blive undersøgt i tilfældig rækkefølge:

1) højfrekvens (185 Hz), 2) den individualiserede γ-frekvens, der viser maksimal peak i hvile (γ-hvile, bestemt fra trin 1), 3) den individualiserede γ-frekvens, der viser maksimal stigning med frivillige bevægelser (γ-bevægelse, bestemt fra trin 1), og 4) ingen stimulering. Kontakten vil blive udvalgt baseret på placering i STN fra postoperativ MR ved hjælp af metoder offentliggjort af vores gruppe og maksimale ændringer i θ- og β-båndene med frivillige bevægelser (stadie 1). Den valgte DBS-kontakt vil være katoden (-ve), og anode (+ve) vil være en overfladeelektrode placeret på brystvæggen (svarende til kontakt -ve, case +ve almindeligvis brugt i terapeutisk DBS). Pulsbredden indstilles til 100 μs, og strømmen vil være den højeste (maks. 5 mA) uden at inducere negativ effekt. LFP vil blive optaget fra elektrodekontakterne ved siden af ​​den, der bruges til DBS ved hjælp af en bipolar montage for at tillade maksimal annullering af stimulusartefakter. For eksempel, hvis kontakt 2 bruges til DBS, vil LFP blive optaget fra kontakt 1 og 3. For hver tilstand vil 15 minutter af DBS under hvile blive efterfulgt af mUPDRS-vurdering, mens DBS opretholdes. Patienterne vil blive videooptaget for at muliggøre efterfølgende videoscoring af mUPDRS og Rush dyskinesia-vurderingsskalaen af ​​blindede bedømmere. DBS for højre og venstre STN vil blive undersøgt i tilfældig rækkefølge, med en side om morgenen og en side om eftermiddagen. Efterforskere har udført mere komplekse stimuleringsprotokoller hos PD-patienter med STN DBS.

Den anden studiedag finder sted næste dag. Proceduren vil være den samme som dag 1, bortset fra at medicinstatus (til eller fra medicin) vil veksle med dag 1 i tilfældig rækkefølge.

Besøg 2 (TWH-V2) Formålet med dette besøg er at opnå tidlig LFP-optagelse fra Activa PC+S-enheden, før DBS-programmering begynder. Dette besøg vil blive gennemført inden for 4 uger efter internalisering af DBS-afledningerne og indsættelse af pulsgeneratoren (Activa PC+S), men før pulsgeneratoren tændes til programmering. Besøget vil foregå over to dage, én dag uden medicin (afvænning natten over) og én dag i tilstanden på medicin i tilfældig rækkefølge som i besøg 1. Proceduren er identisk for besøg 1 med registrering af LFP i hvile og under en håndledsforlængelse i eget tempo, efterfulgt af test af 4 forskellige stimulationsforhold. LFP vil dog blive optaget fra Activa PC+S-enheden ved hjælp af real-time uplink-tilstanden for at give kontinuerlig optagelse snarere end fra eksternaliserede ledninger. Da enheden kun kan optage LFP fra et par kontakter fra hver elektrode (højre og venstre) ad gangen, vil efterforskere bruge "montage sweep"-tilstanden til optagelser i hviletilstand for at undersøge forskellen mellem tændt og slukket medicin. vil optage skiftevis fra alle seks mulige kombinationer af bipolære kontakter (0-1, 1-2, 2-3, 0-2, 0-3, 1-3) for hver elektrode. For håndledsforlængelsebevægelserne vil vi optage fra det bipolære kontaktpar, der producerede den største ændring i γ-oscillationer med dopaminerge medikamenter og frivillige bevægelser baseret på resultaterne af besøg 1. Derudover vil vi optage fra det tilstødende kontaktpar. For eksempel, hvis kontakt 1-2 viste sig at producere den maksimale γ-top, vil kontakt 1-2 såvel som kontakt 0-1 og 2-3 blive undersøgt. Hvert par elektrodekontakter vil blive undersøgt i separate kørsler. Efter LFP-optagelsen (trin 1) vil de individuelle γ-frekvenstoppe blive etableret. Trin 2 vil studere effekterne af DBS ved høj frekvens, γ hvile, γ bevægelse og ingen stimulering vurderet i tilfældig rækkefølge med registrering af STN LFP under stimulering som i besøg 1. Den samme kontakt brugt til DBS i Besøg 1 vil blive brugt med monopolær montage (kontakt -ve, case +ve). LFP skal optages fra de tilstødende kontakter med bipolar montage som beskrevet i besøg 1, men den implanterede Activa PC+S-enhed vil blive brugt til LFP-optagelse

Besøg 3-6 (TWH-V3, V4, V5 og V6) Efter besøg 2 vil DBS-programmering blive udført som sædvanlig klinisk praksis og tager omkring 2-4 uger at gennemføre. Patienterne vil derefter blive undersøgt 2, 6, 12 og 18 måneder efter operationen. Vurderingsproceduren vil være identisk med den for besøg 2, bortset fra at indstillingen for "høj" frekvensstimulering vil være den indstilling, som patienten normalt bruger til klinisk fordel (130-185 Hz) i stedet for 185 Hz.

Besøg på London Mobility Laboratory (Western University) Besøg 1 vil finde sted før operationen for at indhente data om baseline gang og kinematiske målinger i tilstandene til og fra medicinering. For besøg 2, 3 og 7 vil TWH-besøgene finde sted 1-5 dage før London Mobility Laboratory-besøgene. γ-frekvensstimuleringen, der skal bruges i London Mobility Laboratory-besøg, vil være "γ-bevægelses"-frekvensen bestemt ud fra det tilsvarende TWH-besøg.