Vakiovirran ja vakiojännitestimuloinnin vertailu Parkinsonin taudin subtalamisen syvästimulaatiossa

Deep brain stimulation (DBS) on vakiintunut hoitomuoto neurologisille ja psykiatrisille häiriöille, ja se on tähän mennessä yksi tärkeimmistä hoidoista toiminnallisessa neurokirurgiassa. Luokan I todisteet osoittavat, että subtalaminen tumastimulaatio (STN) Parkinsonin taudin (PD) hoidossa on tehokkaampaa kuin paras lääkehoito (1,2). Globus pallidus internus -stimulaatio primaarisessa dystoniassa parantaa jopa 70 %(4), ja sitä pidetään tämän patologian pääkirurgisena hoitona. Essentiaalivapinan oireiden paraneminen on dokumentoitu hyvin. Kipu, epilepsia, psykiatriset häiriöt, kuten Touretten oireyhtymä, pakko-oireinen häiriö ja masennus, ovat lupaavia DBS:n sovelluksia. Liikalihavuus, muistin paraneminen, aggressiivisuus, huumeriippuvuus, minimaalinen tajunnantila ja verenpainetauti ovat aloja, joita tutkitaan jatkuvasti DBS:n mahdollisina sovelluksina.

DBS:n kliiniset vaikutukset johtuvat sähkövarauksen toimittamisesta aivokudokseen. Tapa, jolla tämä sähkövaraus välitetään, riippuu implantoitavien pulssigeneraattoreiden (IPG) elektroniikasta. IPG:t käyttävät sähköstimulaatiopulsseja, joissa jännite tai virta kasvaa nollasta maksimiarvoon tietyn ajan (kymmenien mikrosekuntien luokkaa) ja palaa sitten nollaan.

IPG:itä on kahta tyyppiä, jotka vaihtelevat sen mukaan, ohjataanko jännitettä vai sähkövirtaa (3).

1. Vakiojännite IPG:t: tämän tyyppisissä IPG:issä ohjataan kuhunkin pulssiin liittyvää maksimijännitettä. Maksimivirta vaihtelee impedanssin mukaan. Tietty jännite ohjelmoidaan. Vakiojännitteellä toimitettavan sähkövirran määrä riippuu kudoksen ja elektrodien impedanssista. Siten jännite ei osoita, kuinka paljon sähkövirtaa annetaan; vastus määrää tämän parametrin.
2. Vakiovirtaiset IPG:t: tuottavat tietyn sähkövirran ja säätävät jännitettä automaattisesti impedanssin mukaan. Stimuloinnin voimakkuus pysyy samana impedanssin muutoksista huolimatta. Kunkin elektrodin impedanssien ero ja impedanssien subjektien välinen vaihtelu eivät muuta sähkövirtaa jännitettä muuttamalla.

Viime aikoihin asti käytössä on ollut vain vakiojännitteisiä IPG:itä. Uuden sukupolven IPG:itä on ollut saatavilla yli vuoden, ja ne voivat tarjota joko vakiojännitteen tai vakiovirran lääkärin ja potilaan mieltymysten mukaan. Toistaiseksi ei ole näyttöä yhden muodon suosimisesta toiseen verrattuna.

TUTKIMUKSEN MERKITYS DBS-elektrodien implantoinnin jälkeen saman potilaan impedanssit voivat vaihdella suuresti. Kirurginen implantaatio muuttaa kudosimpedanssia, joka on yleensä korkeampi välittömästi leikkauksen jälkeen. Tässä tapauksessa potilas tarvitsee suurempia sähkövirtoja. Kun alkuperäinen kudosreaktio on laantunut, impedanssin pieneneminen lisää varaustiheyttä. Tästä syystä on yleistä odottaa vähintään 2 viikkoa elektrodin implantoinnin jälkeen ennen IPG:n ohjelmointia.

Lisäksi saman DBS-johdon eri koskettimilla voi olla hyvin erilaisia ​​impedansseja. Yhden elektrodin koskettimen stimulaatioon liittyviä vaikutuksia tai sivuvaikutuksia ei useinkaan voida soveltaa eri koskettimeen samassa DBS-johdossa samalla potilaalla, koska impedanssit voivat vaihdella.

Mitattavissa olevien impedanssien alue riippuu jännitteen valinnasta. Joillakin potilailla terapeuttisesti käytetty jännite ei välttämättä riitä impedanssien tarkkaan mittaamiseen, mikä aiheuttaa sekaannusta IPG:n rakenteellisesta ja sähköisestä eheydestä.

Kaikkien edellä mainittujen tekijöiden osalta kliiniset tulokset potilailla, joilla on vakiojännite IPG:t, riippuvat käyttäjän kokemuksesta käsitellä kudosten ja elektrodien impedansseihin liittyviä eri näkökohtia halutun virran saavuttamiseksi. Vakiovirtaisten IPG:iden elektronisten ominaisuuksien ansiosta järjestelmä voi säätää jännitettä halutun virran ja sitä seuraavan kliinisen vaikutuksen ylläpitämiseksi. Tämä on ollut teoreettinen tausta vakiovirtaisten IPG:iden kehittämiselle; onko tämä teoria totta käytännössä, on tämän tutkimuksen aihe.