STN:stä tallennetun LFP:n pitkäaikainen vakaus ja DBS:n vaikutukset

Tutkimuksen suunnittelu ja menetelmät

Rekrytoidaan kymmenen Parkinsonin tautia (PD) sairastavaa potilasta, jotka on varattu kahdenväliseen STN DBS:ään. DBS-leikkaus suoritetaan Toronton läntisessä sairaalassa normaalin kliinisen hoidon mukaisesti. Tutkimukset suoritetaan kahdessa paikassa: Toronto Western Hospital ja London Mobility Laboratory at Western University. STN LFP:n tallennus ulkoistettuja DBS-johtoja käyttäen, DBS:n vaikutuksia eri taajuuksilla PD-motorisiin oireisiin tutkitaan Toronton läntisessä sairaalassa. Länsi-yliopiston London Mobility Laboratoryssa (LML) tutkitaan kävelytutkimuksia koko kehon kinemaattisilla mittauksilla, LFP:n kirjaamista ja eri stimulaatiotaajuuksien vaikutuksia.

Taulukossa (2, 3 ja 4) on pääpiirteet opiskelun aikajanasta. Suoritetut standardoidut tehtävät on esitetty taulukossa 5. Kymmenen PD-potilasta, joilla on kahdenvälinen DBS STN:ssä, tutkitaan kuudella käynnillä kussakin paikassa (TWH ja LML). LML:ssä tehdään myös esikirurginen peruskäynti. Potilaita tutkitaan ensin 1-3 päivää DBS-elektrodin implantoinnin jälkeen ja ennen pulssigeneraattorin implantointia. Paikallinen kenttäpotentiaali (LFP) tallennetaan kahdenvälisistä STN DBS -elektrodeista käyttämällä ulkoisia johtoja. DBS-johtojen sisäistämisen ja pulssigeneraattorin (Activa PC+S, Medtronic) asettamisen jälkeen potilaita tutkitaan 7 päivän kuluessa toista käyntiä varten. DBS-ohjelmointi suoritetaan tavallisen kliinisen käytännön mukaisesti. Potilaita tutkitaan sitten 1, 2, 6, 12 ja 18 kuukauden kuluttua leikkauksesta.

Vierailut Toronton läntisessä sairaalassa (TWH)

Käynti 1 (TWH V1) Tämä käynti saa "akuutin" LFP-tallenteen vertailua varten kroonisiin tallenteisiin. Potilaita tutkitaan 1-3 päivää elektrodin asettamisen jälkeen, kun johdot on ulkoistettu. Tämä on kahden päivän käynti, jossa yksi päivä on poissa lääkityksestä (yön ylitys) ja yksi päivä on lääkitystilassa satunnaisessa järjestyksessä. Lääkitystilassa 125 % levodopa-ekvivalenttisesta levodopa-arvosta ensimmäisestä leikkausta edeltävästä aamuannoksesta annetaan levodopan aiheuttaman dyskinesian kirjaamisen todennäköisyyden lisäämiseksi.

Vaihe 1: LFP tallennetaan kahdenvälisistä STN DBS -elektrodeista yhdessä päänahan EEG:n kanssa. Kuvio 3 esittää kaavamaisen esityksen tallennusjärjestelystä. Pinta-EMG:tä ja kiihtyvyysmittaria käytetään vapinataajuuksien ja levodopan aiheuttamien dyskinesioiden mittaamiseen. mUPDRS- ja Rush-dyskinesian arviointiasteikko (lääkkeiden tallennuksiin) suoritetaan. Tallenteet tehdään levossa ja kun potilaat tekevät omatoimisia ranteen ojennusliikkeitä. Näkyvimmät LFP-taajuudet θ-, β- ja γ-vyöhykkeiden värähtelyissä levossa ja vapaaehtoisten liikkeiden aikana sekä lääkityksen päälle että pois päältä (yksilölliset taajuudet) sekä elektrodikontakti, joka osoittaa näkyvimmät LFP-värähtelyt, määritetään jokaiselle potilaalle. . Tämä tallennus kestää noin tunnin. Tietojen analysointi kestää tunnin, jonka aikana potilaalla on tauko.

Vaihe 2: Tämä sisältää stimulaation. DBS-johdot liitetään ulkoiseen stimulaattoriin ja "suodatin DBS" -laitteeseen LFP:n tallentamiseksi DBS:n aikana. Neljää DBS-ehtoa tutkitaan satunnaisessa järjestyksessä:

1) korkea taajuus (185 Hz), 2) yksilöllinen γ-taajuus, joka näyttää maksimihuipun levossa (γ lepo, määritetty vaiheesta 1), 3) yksilöllinen γ-taajuus, joka osoittaa maksimaalisen kasvun vapaaehtoisilla liikkeillä (y-liike, määritetty vaihe 1) ja 4) ei stimulaatiota. Kontakti valitaan STN:n sijainnin perusteella leikkauksen jälkeisestä MRI:stä käyttämällä ryhmämme julkaisemia menetelmiä ja θ- ja β-vyöhykkeiden maksimimuutoksia vapaaehtoisilla liikkeillä (vaihe 1). Valittu DBS-kosketin on katodi (-ve) ja anodi (+ve) on pintaelektrodi, joka on sijoitettu rintakehän seinämään (samanlainen kuin kontakti -ve, kotelo +ve, jota käytetään yleisesti terapeuttisessa DBS:ssä). Pulssin leveydeksi asetetaan 100 μs ja virta on suurin (enintään 5 mA) aiheuttamatta haitallisia vaikutuksia. LFP tallennetaan DBS:ssä käytetyn kontaktin viereisistä elektrodien koskettimista käyttämällä bipolaarista asennusta, mikä mahdollistaa ärsykeartefaktien maksimaalisen kumoamisen. Jos esimerkiksi kontaktia 2 käytetään DBS:lle, LFP tallennetaan kontakteista 1 ja 3. Jokaisen tilan kohdalla 15 minuuttia DBS:ää levossa seuraa mUPDRS-arviointi DBS:n ollessa yllä. Potilaat tallennetaan videolle, jotta sokeat arvioijat voivat myöhemmin pisteyttää mUPDRS:n ja Rushin dyskinesian luokitusasteikon. Oikean ja vasemman STN:n DBS tutkitaan satunnaisessa järjestyksessä, toinen puoli aamulla ja toinen puoli iltapäivällä. Tutkijat ovat suorittaneet monimutkaisempia stimulaatioprotokollia PD-potilaille, joilla on STN DBS.

Toinen opintopäivä on seuraavana päivänä. Toimenpide on sama kuin päivä 1, paitsi että lääkityksen tila (on tai off lääkitys) vuorottelee päivän 1 kanssa satunnaisessa järjestyksessä.

Vierailu 2 (TWH-V2) Tämän vierailun tarkoituksena on hankkia varhainen LFP-tallennus Activa PC+S -laitteelta ennen DBS-ohjelmoinnin alkamista. Tämä käynti suoritetaan 4 viikon sisällä DBS-johtimien sisäistämisestä ja pulssigeneraattorin (Activa PC+S) asettamisesta, mutta ennen kuin pulssigeneraattori käynnistetään ohjelmointia varten. Käynti kestää kaksi päivää, yksi päivä lääkkeettömässä tilassa (yön yli vieroitus) ja yksi päivä lääkitystilassa satunnaisessa järjestyksessä kuten käynnissä 1. Menettely on identtinen vierailulla 1: LFP:n tallentaminen levossa ja omatoimisen ranteen pidennystehtävän aikana, minkä jälkeen testataan 4 erilaista stimulaatiotilaa. LFP kuitenkin tallennetaan Activa PC+S -laitteesta käyttämällä reaaliaikaista uplink-tilaa jatkuvan tallennuksen tarjoamiseksi ulkoisten johtojen sijaan. Koska laite voi tallentaa LFP:tä vain yhdestä kontaktiparista kustakin elektrodista (oikeasta ja vasemmasta) kerrallaan, lepotilassa olevissa tallennuksissa tutkijat käyttävät "montaasipyyhkäisy"-tilaa. tallentaa vuorotellen kaikista kuudesta mahdollisesta bipolaaristen kosketinten yhdistelmästä (0-1, 1-2, 2-3, 0-2, 0-3, 1-3) jokaiselle elektrodille. Ranteen ojennusliikkeitä varten tallennetaan bipolaarisesta kontaktiparista, joka sai suurimman muutoksen γ-värähtelyissä dopaminergisten lääkkeiden ja vapaaehtoisten liikkeiden osalta käynnin 1 tulosten perusteella. Lisäksi tallennamme viereisestä kontaktiparista. Esimerkiksi, jos koskettimen 1-2 havaittiin tuottavan maksimaalisen γ-huipun, tutkitaan koskettimet 1-2 sekä koskettimet 0-1 ja 2-3. Jokainen elektrodikosketinpari tutkitaan erillisissä ajoissa. LFP-tallennuksen jälkeen (vaihe 1) määritetään yksittäiset γ-taajuushuiput. Vaiheessa 2 tutkitaan DBS:n vaikutuksia korkealla taajuudella, γ lepoa, γ-liikettä ja ei stimulaatiota arvioituna satunnaisessa järjestyksessä, tallentamalla STN LFP stimulaation aikana kuten käynnissä 1. Samaa kontaktia, jota käytettiin DBS:lle Visit 1:ssä, käytetään monopolaarisen asennuksen kanssa (kosketin -ve, kotelo +ve). LFP tallennetaan viereisistä kontakteista bipolaarisen montaasin avulla, kuten on kuvattu käynnissä 1, mutta implantoitua Activa PC+S -laitetta käytetään LFP-tallennukseen

Käynnit 3-6 (TWH-V3, V4, V5 ja V6) Vierailun 2 jälkeen DBS-ohjelmointi suoritetaan tavallisen kliinisen käytännön mukaisesti ja kestää noin 2-4 viikkoa. Potilaita tutkitaan sitten 2, 6, 12 ja 18 kuukauden kuluttua leikkauksesta. Arviointimenettely on identtinen käynnin 2 kanssa, paitsi että "korkeataajuinen" stimulaatioasetus on asetus, jota potilas tavallisesti käyttää kliinisen hyödyn saavuttamiseksi (130-185 Hz) 185 Hz:n sijaan.

Vierailut Lontoon liikkuvuuslaboratoriossa (Western University) Vierailu 1 suoritetaan ennen leikkausta, jotta saadaan perustason kävely- ja kinemaattiset mittaustiedot lääkityksen päällä ja pois päältä. Vierailuilla 2, 3 ja 7 TWH-käynnit tehdään 1-5 päivää ennen Lontoon liikkuvuuslaboratorion vierailuja. Lontoon liikkuvuuslaboratorion käynneissä käytettävä γ-taajuusstimulaatio on "y-liikkeen" taajuus, joka on määritetty vastaavasta TWH-käynnistä.