STEREO-DBS ET-undersøgelsen: 7-Tesla MRI hjernenetværksanalyse for dyb hjernestimulation ved essentiel tremor (STEREO-ET)

INTRODUKTION OG RATIONALE

Dyb hjernestimulering (DBS) er en effektiv behandling af essentiel tremor (ET), en langsomt fremadskridende neurologisk lidelse. Effekten af ​​DBS er afhængig af moduleringen af ​​defekte hjernenetværk ved at levere elektriske impulser i thalamus. Individuel forbedring efter DBS forbliver dog variabel, og 20 % af patienterne oplever bivirkninger. 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 den stærkt forbundne thalamus 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.

Siden 1980'erne var DBS for ET rettet mod thalamus, en dybtliggende grå substans hjernekerne. Aktuel vægt inden for DBS er på neurale netværk snarere end separate kerner i hjernen. Adskillige undersøgelser viste, at ET stammer fra patologisk netværksaktivitet i cerebellar-thalamus-kortikale projektioner; dentato-rubro-thalamus-kanal. I de seneste år rapporterede flere DBS-grupper om brug af MR til at visualisere thalamus-forbindelse og dentato-rubro-thalamus-kanalen i DBS for ET.

Thalamus er en del af flere store hjernenetværk. DBS er effektivt til at forbedre tremor og livskvalitet for ET-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 cerebellar-thalamus-kortikale projektioner ved hjælp af diffusionsvægtet MRI og probabilistisk forbindelse).

Forskerne tilføjede derfor 7T T2, FGATIR ​​(hurtig gråstof-inversionsgendannelsessekvens) og diffusionsvægtede sekvenser på Spinoza-centret og viste, at probabilistiske thalamus-netværksanalyser (thalamus-segmentering) med succes identificerer det område i thalamus, der har den højeste tæthed af forbindelser med det motoriske netværk hos ET patienter. I en nylig pilotundersøgelse viste efterforskerne, at implementeringen af ​​7T MRI thalamisk segmentering er velegnet inden for den eksisterende kirurgiske arbejdsgang. Ved at generere en 7-Tesla MRI, der viser den thalamus (farvede) motoriske underopdeling, visualiserede denne teknik tydeligt dette nye DBS-mål.

Thalamus og dens forbindelser vil blive visualiseret ved hjælp af 7T T2, FGATIR ​​og diffusionsvægtet billeddannelse. De store projektioner af thalamus vil blive visualiseret, herunder projektioner, der forbinder til primær motorisk og sendebark. Placeringen af ​​elektroden (ved hjælp af computertomografi) vil blive visualiseret i forhold til de segmenterede underafdelinger af thalamus.

7T MRI-netværkskortet, genereret ved at kombinere T2 og diffusionsvægtet MRI, viser thalamus (farvede) underafdelinger og deres kortikale projektioner. Resultatet vil så vise, i hvilke(n) thalamiske underafdeling(er) DBS-elektrodekontakten er placeret, og til hvilket kortikalt område denne projicerer. 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) og bivirkninger (tale, gang). Da alle netværkskort er visualiseret på MR, vil dette nemt muliggøre både individuelle og gruppeanalyser (samregistrering af kort over flere patienter).

I de 350 7T MR-scanninger, efterforskerne har udført til dato, stødte vi sjældent på ikke-kompatible implantater eller alvorlig 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 thalamus. I nuværende observationsstudie vil denne teknik blive evalueret på en prospektiv måde, der introducerer patientspecifik hjernenetværksstyret DBS for ET med levering af en unik og hidtil utilgængelig behandling og datasæt: 7T MRI visualiserer de anatomiske forbindelser af thalamus for hver enkelt DBS-elektrodekontakt . I stedet for en one-brain-fits all-model muliggør de skræddersyede netværksanalyser personlig præcisionsmodellering i DBS.