Scalar Closed Loop Intraoperative Study

Tutkija mittaa DBS:n paikalliset herätepotentiaalit (DLEP) ja/tai paikalliset kenttäpotentiaalit (LFP) yhdessä motoristen oireiden (vapina ja/tai bradykinesia) kanssa vasteena syväaivojen stimulaatiolle (DBS). Tutkimus suoritetaan Duke University Medical Centerin leikkaussalissa. Ylimääräiset leikkaussalin kustannukset katetaan Duken institutionaalisilla resursseilla. Tutkimus suoritetaan koehenkilöillä, joille tehdään DBS-järjestelmän istutus hereillä olevan stereotaktisen PD-toimenpiteen aikana.

Kohderyhmään kuuluvat vain potilaat, joille tehdään DBS-implanttitoimenpiteet PD:n vuoksi. Kirurginen toimenpide etenee Parkinsonin taudin (PD) hoidon tarpeen mukaan, mukaan lukien DBS-elektrodin istuttaminen (yksi STN-elektrodiin tai kaksi elektrodia STN- ja GPi/GPe-alueisiin) aivojen kohdealueille. Tätä tutkimusta varten koehenkilöt saavat väliaikaiset (noin 45 min) perkutaaniset pidennykset DBS-elektrodeihin ja DBS-johtokanyyliin implantaation jälkeen. Nämä väliaikaiset laajennukset yhdistetään sekä Duke-stimulaatio- ja -tallennusjärjestelmäämme että Medtronic RC+S -testien tallennusjärjestelmään tarpeen mukaan vuorotellen mahdollistaakseen hermoston DLEP-vasteiden ja/tai LFP:n tallennuksen ja suoran vertailun käyttämällä kahta erilaista stimulaatio-/tallennusjärjestelmää. Yksityiskohtaiset tiedot stimulaatio- ja tallennusjärjestelmästä on annettu Study Interventions -osiossa. Kun tutkimus on suoritettu, toinen DBS-elektrodi (jos sijoitetaan) ja väliaikaiset perkutaaniset pidennykset poistetaan. Tämän jälkeen toimenpiteen normaali kliininen suorittaminen jatkuu potilaan liikehäiriön hoidossa.

Tutkija mittaa vapinaa ja/tai bradykinesiaa henkilöillä, joilla on PD DBS:n aikana. Koehenkilöt perehtyvät ja osaavat harjoitella arviointitehtäviä ennen leikkaukseen valmistautumista. Lisäksi heitä pyydetään lopettamaan dopaminergisten ja/tai vapinaa ehkäisevien lääkkeiden käyttö yöksi ennen tutkimusta (kuten kliinisen rutiinin tapaan), jotta voidaan vähentää lääkkeiden kulumisesta johtuvaa motoristen oireiden vaihtelua. Tutkija suorittaa arvioinnit käyttämällä yksipuolista stimulaatiota, jolloin raajaa käytetään stimulaation puolelle vastakkaiseen suuntaan motoristen oireiden mittaamiseen. Koehenkilöitä voidaan myös pyytää arvioimaan kokemansa sivuvaikutukset asteikolla 0–10.

Kohteen DBS-elektrodissa olevia kontakteja käytetään stimulaatioon ja tallentamiseen. Neljä DBS-kosketinta on merkitty numeroiksi 0-1-2-3 vatsa-dorsaalisuunnassa. Monopolaarisessa stimulaatiossa käytetään yhtä kosketinta katodiseen stimulaatioon (1- tai 2-), ja henkilön iholle steriilin kentän ulkopuolelle asetetaan johtava tyyny toimimaan paluuelektrodina. Tallennuskontaktit ovat kaksi muuta DBS-johdon kosketinta. Bipolaarisessa stimulaatiossa DBS-pulsseja syötetään kahden elektrodikoskettimen väliin, ja tallennuskoskettimet ovat kaksi jäljellä olevaa vapaata kosketinta. Ärsykeaaltomuoto on varaustasapainotettu kaksivaiheinen pulssi, jonka varaus on rajoitettu alle valmistajan asettaman rajan, 30 µC/cm2. Toinen johtava tyyny asetetaan kohteen päälle tallennuksen referenssiksi. Kohteilla, joille tehdään DBS-implantaatioleikkaus, DBS:n lyijykanyylia tai kirurgista kelauslaitetta, joka tavallisesti sijoitetaan kallon viiltokohtaan, voidaan myös käyttää tallennuksen referenssi- tai paluuelektrodina.

Koehenkilöillä, joilla on vapinaa hallitseva PD, tutkija tallentaa sekä vapina että DLEP- ja/tai LFP-vasteet DBS-elektrodista. Useita kokeita suoritetaan erilaisilla stimulaatioamplitudeilla, taajuuksilla (≤185 Hz), ajallisilla kuvioilla ja kontaktikonfiguraatioilla. Stimuloinnin amplitudi on pienempi kuin se, joka on todettu olevan epämiellyttävä kohteelle tai joka aiheuttaa sivuvaikutuksia, kuten neurologi ja/tai neurokirurgi on määrittänyt implantaation jälkeisen alkutestausvaiheen aikana. Eri stimulaatioparametrit toimitetaan satunnaisessa järjestyksessä, ja koehenkilö sokennetaan parametreille. Mittaukset tehdään 2 minuutin kokeiden aikana, jolloin stimulaatio on pois päältä kokeilun ensimmäisen minuutin ajan ja päällä jäljellä olevan minuutin ajan. Vapina mitataan 20 sekunnin ajan 30 sekuntia sekä off- (perustaso) että kokeen vaiheissa. Neuraalinen aktiivisuus mitataan myös elektrodista sekä pois- että päälle-vaiheen aikana. Tiedonkeruun kokonaisaika on noin 45 minuuttia.

Vapina mitataan käyttämällä kiihtyvyysanturia, joka on teipattu kohteen käden takaosaan, ja ranne ojennettuna siten, että käsi on samansuuntainen kyynärvarren kanssa. Kyynärpää voi olla tuettu tai ei tuettu sen mukaan, kumpi aiheuttaa suurempaa vapinaa (määritetään ennen tutkimuksia kullakin koehenkilöllä). Vapina mitattuna kiihtyvyysmittarilla korreloi hyvin kliinisen vapinaluokitusasteikon kanssa [Elble et al, 2006].

Parkinsonin tautia sairastavilla koehenkilöillä, joilla ei ole hallitsevia vapinaoireita, tutkija kirjaa sekä bradykinesian testivasteet että DLEP- ja/tai LFP-potentiaalit. Useita kokeita suoritetaan erilaisilla stimulaatioamplitudeilla, keskitaajuuksilla (≤185 Hz), ajallisilla kuvioilla ja kontaktikonfiguraatioilla. Suurin toimitettu amplitudi määritetään edellä kuvatulla tavalla. Eri stimulaatioparametrit toimitetaan satunnaisessa järjestyksessä, ja koehenkilö sokennetaan parametreille. Mittaukset tehdään 10 minuutin kokeissa, joissa stimulaatio on pois päältä kokeilun viiden ensimmäisen minuutin ajan ja päällä loput viisi minuuttia. Noin 90, 210 ja 250 sekuntia kokeen sekä off- (perustaso) että -vaiheessa bradykinesiaa mitataan 20 sekunnin ajan. Neuraalinen aktiivisuus mitataan myös elektrodista kokeen sekä off- että on-vaiheiden aikana. Tiedonkeruun kokonaisaika on noin 45 minuuttia.

Bradykinesian mittauksia varten koehenkilöä ohjeistetaan painamaan vuorotellen tietokoneen hiiren oikeaa ja vasenta painiketta kätensä etu- ja keskisormella mahdollisimman nopeasti ja säännöllisesti. Bradykinesia mitataan vuorottelevien sormenpainallusten ajoituksena, validoituna bradykinesian testinä [Taylor-Tavares et al., 2005].

Ennen DBS-leikkausta potilaan patologiset motoriset oireet voidaan arvioida ennen leikkausta, jotta potilas perehdytetään tehtävään ennen implantointia. Vapina tai bradykinesia mitataan käyttämällä aiemmin kuvattua kiihtyvyysmittarin mittausta tai hiiren napsautustehtävää. Tämä tehtävä kestää noin 5 minuuttia, ja se suoritetaan DBS-off-tilassa. Sedaatiota ei anneta ennen kuin tämä on suoritettu.

DBS-leikkauksen jälkeen kohteen ennen leikkausta MRI- ja postoperatiivisia korkearesoluutioisia CT-skannauksia voidaan käyttää DBS-elektrodien kontaktien sijainnin määrittämiseen aivoissa. Tutkimus ei muuta elektrodin sijoitusta DBS-implanttileikkauksen aikana.