Die STEREO-DBS-Studie: 7-Tesla-MRT-Gehirnnetzwerkanalyse für die tiefe Hirnstimulation (STEREO-DBS)

EINFÜHRUNG UND BEGRÜNDUNG

Tiefenhirnstimulation bei Parkinson Die Tiefenhirnstimulation (THS) ist eine wirksame Behandlung der Parkinson-Krankheit (PD), einer schwächenden neurologischen Erkrankung. Die Wirkung von DBS beruht auf der Modulation von gestörten Gehirnnetzwerken durch Abgabe elektrischer Impulse innerhalb des subthalamischen Kerns, der tief im Hirnstamm sitzt und nur wenige Millimeter groß ist (STN; vergleichbar mit der Größe einer Kaffeebohne). Die individuelle Verbesserung nach DBS bleibt jedoch variabel und 50 % der Patienten zeigen einen unzureichenden Nutzen. Durch die Verwendung der strukturellen 7-Tesla-Magnetresonanztomographie (7T-MRT)-Konnektivität zur Visualisierung von fehlerhaften Netzwerken kann die DBS-Elektrodenplatzierung und -Aktivierung individualisiert werden.

Die aktuelle DBS-Elektrodenplatzierung und -einstellungen im hochvernetzten STN basieren auf 1,5-Tesla- oder 3-Tesla-MR-Bildern. Diese Modalitäten mit niedriger Auflösung sind nicht in der Lage, die multiplen Gehirnnetzwerke zu diesem kleinen Kern zu visualisieren und eine Elektrodenaktivierung zu verhindern, die auf seine kortikalen Projektionen gerichtet ist. Integrierte strukturelle (7T-MRT) Netzwerkkarten ermöglichen eine netzwerkbasierte und patientenspezifische DBS des Gehirns und verbessern die motorischen Symptome und die Lebensqualität.

7T-MRT-Gehirnnetzwerkanalyse Seit den 1980er Jahren zielte DBS für PD auf den STN ab, einen tief sitzenden Gehirnkern der grauen Substanz. Der gegenwärtige Schwerpunkt auf dem Gebiet der DBS liegt eher auf neuronalen Netzwerken als auf separaten Kernen im Gehirn. Mehrere Studien zeigten, dass PD aus pathologischer Netzwerkaktivität in subthalamisch-kortikalen Projektionen entsteht. In den letzten Jahren berichteten mehrere DBS-Gruppen über die Verwendung von MRI-Konnektivität zur Visualisierung der subthalamisch-kortikalen Projektionen in DBS für PD.

Das kleine STN ist Teil mehrerer großer Gehirnnetzwerke. DBS ist bei der Verbesserung von UDPRS und der Lebensqualität von PD-Patienten nur durch die Modulation seines motorischen Netzwerks wirksam. Um die DBS-Platzierung und -Aktivierung zu verbessern, ist es wichtig, die Netzwerke und die modulierende Wirkung der Stimulation zu verstehen. Bisher war die Visualisierung dieser Netzwerke aufgrund der geringen Auflösung und des Mangels an struktureller Konnektivität (Visualisierung subthalamisch-kortikaler Projektionen unter Verwendung von diffusionsgewichteter MRT und probabilistischer Konnektivität) begrenzt.

Die Forscher fügten daher 7T-T2- und diffusionsgewichtete Sequenzen am Spinoza-Zentrum hinzu und zeigten, dass probabilistische subthalamische Netzwerkanalysen (STN-Segmentierung) bei Parkinson-Patienten erfolgreich den Bereich innerhalb des STN identifizieren, der die höchste Dichte an Verbindungen mit dem motorischen Netzwerk aufweist. In einer kürzlich durchgeführten Pilotstudie zeigten die Forscher, dass die Implementierung der 7-Tonnen-MRT für die STN-Segmentierung innerhalb des bestehenden chirurgischen Arbeitsablaufs gut geeignet ist. Durch die Generierung eines 7-Tesla-MRT, das die STN- (farbige) motorische Unterteilung zeigt, hat diese Technik dieses neue DBS-Ziel deutlich sichtbar gemacht. Die retrospektive Analyse zeigte, dass für konventionelle MRT-Targeting-Strategien nur eine Minderheit der DBS-Elektroden im motorischen STN platziert wurden. Darüber hinaus führten die DBS-Elektroden, die im motorischen STN platziert wurden, zu einer signifikant höheren mittleren Verbesserung (80 % gegenüber 50 %, gemessen anhand des UPDRS-III-Scores).

Generierung der 7T-MRT-Netzwerkkarten für DBS Das STN und seine kortikalen Verbindungen werden mithilfe von 7T T2-gewichteter und diffusionsgewichteter Bildgebung visualisiert. Drei Hauptprojektionen des STN werden visualisiert: Projektionen, die mit dem primären und ergänzenden motorischen Kortex (motorisch) verbunden sind, Projektionen zum präfrontalen Kortex (assoziativ) und Projektionen zum basofrontalen Kortex (limbisch). Die Position der Elektrode (unter Verwendung von Computertomographie) wird relativ zu den drei segmentierten Unterteilungen des STN visualisiert.

Die 7-T-MRT-Netzwerkkarte, die durch Kombination von T2- und diffusionsgewichteter MRT erstellt wurde, zeigt die (farbigen) STN-Unterteilungen und ihre kortikalen Projektionen. Das Ergebnis zeigt dann, in welcher STN-Unterteilung(en) sich der DBS-Elektrodenkontakt befindet und in welchen kortikalen Bereich die STN-Unterteilung projiziert. Klinische Testergebnisse des Elektrodenkontakts werden dann mit den Netzwerkkarten korreliert. Stimulationsparameter, die auf 7T-MRT-Netzwerkkarten basieren, werden verwendet, um das Ergebnis in Bezug auf positive klinische Wirkungen (Unterdrückung, Tremor, Bradykinesie, Rigidität) und Nebenwirkungen (Sprache, Gang, Apathie) zu optimieren und vorherzusagen. Da alle Netzwerkkarten im MRT visualisiert werden, ermöglicht dies problemlos sowohl Einzel- als auch Gruppenanalysen (Koregistrierungskarten mehrerer Patienten).

Nebenwirkungen Bei den 350 7-T-MRT-Untersuchungen, die die Untersucher bisher durchgeführt haben, sind wir selten auf nicht kompatible Implantate oder schwere Klaustrophobie gestoßen. Jeder Patient wird einem Screening mit einem MRT-Sicherheitsfragebogen und einem MRT-Metalldetektor unterzogen (um zu verhindern, dass ferromagnetische Materialien in das MRT gelangen). Die 7-T-MRT ist eine nicht-invasive Technik, die keine Schmerzen verursacht, und, was noch wichtiger ist, die elektromagnetischen Felder verursachen keine bekannten Gewebeschäden jeglicher Art. Das MR-System kann während des Eingriffs zeitweise laute Klopf-, Klopf- oder andere Geräusche machen. Ohrstöpsel werden mitgeliefert, um Probleme zu vermeiden, die mit dem vom Scanner erzeugten Rauschen verbunden sein können. Der Patient wird jederzeit (visuell) überwacht und kann über eine Gegensprechanlage mit dem MRT-Techniker von 7T kommunizieren. Der Patient kann die Erfassung jederzeit stoppen (auffordern), indem er die Drucktaste verwendet (durch den Patienten dauerhaft gedrückt halten).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es durch die Implementierung der 7T-MRT-Gehirnnetzwerkanalyse jetzt möglich ist, den motorischen Teil des STN direkt zu visualisieren. In einer aktuellen Beobachtungsstudie wird diese Technik prospektiv evaluiert, wobei ein patientenspezifisches Gehirnnetzwerk-geführtes DBS für PD eingeführt wird, das einen einzigartigen und bisher nicht verfügbaren Datensatz liefert: 7T-MRT visualisiert die anatomischen Verbindungen des STN für jeden einzelnen DBS-Elektrodenkontakt. Anstelle eines One-DBS-fits-all-Modells ermöglichen die maßgeschneiderten Netzwerkanalysen eine personalisierte Präzisionsmodellierung in DBS.