STEREO-DBS-undersøgelsen: 7-Tesla MRI hjernenetværksanalyse til dyb hjernestimulation (STEREO-DBS)

INTRODUKTION OG RATIONALE

Dyb hjernestimulation til Parkinsons sygdom Dyb hjernestimulation (DBS) er en effektiv behandling af Parkinsons sygdom (PD), en invaliderende neurologisk lidelse. Effekten af ​​DBS er afhængig af moduleringen af ​​fejlfungerende hjernenetværk ved at levere elektriske impulser inden i den subthalamiske kerne, dybt placeret i hjernestammen og på størrelse med nogle få millimeter (STN; sammenlignelig med størrelsen af ​​en kaffebønne). Individuel forbedring efter DBS forbliver dog variabel, og 50 % af patienterne viser utilstrækkelig fordel. Ved at bruge strukturel 7-Tesla magnetisk resonansbilleddannelse (7T MRI) tilslutning til at visualisere fejlfungerende netværk, kan DBS-elektrodeplacering og aktivering individualiseres.

Nuværende DBS-elektrodeplacering og -indstillinger i det stærkt tilsluttede STN er baseret på 1,5-Tesla eller 3-Tesla MR-billeder. Disse lavopløsningsmodaliteter er ude af stand til at visualisere de flere hjernenetværk til denne lille kerne og forhindre elektrodeaktivering rettet mod dens kortikale projektioner. Integrerede strukturelle (7T MRI) netværkskort vil muliggøre hjernenetværksbaseret og patientspecifik DBS, hvilket forbedrer motoriske symptomer og livskvalitet.

7T MR-hjernenetværksanalyse Siden 1980'erne var DBS for PD rettet mod STN, en dybtliggende gråstof-hjernekerne. Aktuel vægt inden for DBS er på neurale netværk snarere end separate kerner i hjernen. Adskillige undersøgelser viste, at PD stammer fra patologisk netværksaktivitet i subthalamus-kortikale projektioner. I de senere år rapporterede flere DBS-grupper om brug af MR-forbindelse til at visualisere de subthalamus-kortikale projektioner i DBS for PD.

Den lille STN er en del af flere store hjernenetværk. DBS er effektivt til at forbedre UDPRS og livskvalitet for PD-patienter kun ved at modulere dets motoriske netværk. For at forbedre DBS-placering og aktivering er det vigtigt at forstå netværkene og den modulerende effekt af stimulering. Indtil videre var visualisering af disse netværk begrænset på grund af lav opløsning og manglen på strukturel forbindelse (visualisering af subthalamus-kortikale projektioner ved hjælp af diffusionsvægtet MRI og probabilistisk forbindelse).

Forskerne tilføjede derfor 7T T2 og diffusionsvægtede sekvenser ved Spinoza-centret og viste, at probabilistiske subthalamiske netværksanalyser (STN-segmentering) med succes identificerer det område inden for STN, der har den højeste tæthed af forbindelser med det motoriske netværk hos PD-patienter. I en nylig pilotundersøgelse viste efterforskerne, at implementeringen af ​​7T MRI til STN-segmentering er velegnet inden for den eksisterende kirurgiske arbejdsgang. Ved at generere en 7-Tesla MRI, der viser STN (farvet) motoropdeling, visualiserede denne teknik tydeligt dette nye DBS-mål. Den retrospektive analyse viste for konventionelle MRI-målretningsstrategier, at kun et mindretal af DBS-elektroder var placeret i motorens STN. Desuden resulterede DBS-elektroderne, der blev placeret i motorens STN, i en signifikant højere gennemsnitlig forbedring (80 % versus 50 %, målt ved UPDRS-III-score).

Generering af 7T MRI-netværkskortene til DBS STN'et og dets kortikale forbindelser vil blive visualiseret ved hjælp af 7T T2-vægtet og diffusionsvægtet billeddannelse. Tre store projektioner af STN vil blive visualiseret: projektioner, der forbinder til primær og supplerende motorisk cortex (motorisk), projektioner til den præfrontale cortex (associativ) og projektioner til den basofrontale cortex (limbisk). Placeringen af ​​elektroden (ved hjælp af computertomografi) vil blive visualiseret i forhold til de tre segmenterede underafdelinger af STN.

7T MRI netværkskortet, genereret ved at kombinere T2 og diffusionsvægtet MRI, viser STN (farvede) underafdelingerne og deres kortikale projektioner. Resultatet vil så vise, i hvilken eller hvilke STN-underafdeling(er) DBS-elektrodekontakten er placeret, og til hvilket kortikalt område STN-underafdelingen projekterer. Kliniske testresultater for elektrodekontakten vil derefter blive korreleret til netværkskortene. Stimuleringsparametre baseret på 7T MRI-netværkskort bruges til at optimere og forudsige resultatet i form af gavnlige kliniske effekter (suppression tremor, bradykinesi, rigiditet) og bivirkninger (tale, gang, apati). Da alle netværkskort er visualiseret på MR, vil dette let muliggøre både individuelle og gruppeanalyser (samregistrering af kort over flere patienter).

Bivirkninger I de 350 7T MR-scanninger, efterforskerne har udført til dato, stødte vi sjældent på ikke-kompatible implantater eller svær klaustrofobi. Hver patient gennemgår screening med et MR-sikkerhedsspørgeskema og MR-metaldetektor (forhindrer at tage ferromagnetiske materialer ind i MR). 7T MRI er en ikke-invasiv teknik, som ikke forårsager smerte, og vigtigst af alt, de elektromagnetiske felter producerer ingen kendt vævsskade af nogen art. MR-systemet kan til tider lave høje banke-, banke- eller andre lyde under proceduren. Ørepropper medfølger for at forhindre problemer, der kan være forbundet med støj genereret af scanneren. Patienten vil til enhver tid blive (visuelt) overvåget og vil være i stand til at kommunikere med 7T MR-teknologen ved hjælp af et samtaleanlæg. Patienten kan (anmode om) at standse indsamlingen til enhver tid ved at bruge trykknappen (hold patienten konstant).

Kort sagt, på grund af implementering af 7T MRI hjernenetværksanalyse, er det nu muligt direkte at visualisere den motoriske del af STN. I den nuværende observationsundersøgelse vil denne teknik blive evalueret på en prospektiv måde, der introducerer patientspecifik hjernenetværksstyret DBS til PD med levering af et unikt og hidtil utilgængeligt datasæt: 7T MRI visualiserer de anatomiske forbindelser af STN for hver enkelt DBS-elektrodekontakt. I stedet for en one-DBS-fits all-model muliggør de skræddersyede netværksanalyser personlig præcisionsmodellering i DBS.