STEREO-DBS-tutkimus: 7 Teslan MRI-aivoverkostoanalyysi syväaivojen stimulaatiota varten (STEREO-DBS)

JOHDANTO JA PERUSTELUT

Syväaivostimulaatio Parkinsonin taudin hoitoon Deep brain stimulation (DBS) on tehokas hoito Parkinsonin taudin (PD) hoidossa, joka on heikentävä neurologinen sairaus. DBS:n vaikutus perustuu viallisten aivoverkkojen modulaatioon välittämällä sähköpulsseja subtalamuksen ytimeen, joka on syvällä aivorungossa ja joiden koko on muutaman millimetrin kokoinen (STN; verrattavissa kahvipavun kokoon). Yksilöllinen paraneminen DBS:n jälkeen on kuitenkin vaihtelevaa, ja 50 % potilaista ei osoittanut riittävää hyötyä. Käyttämällä rakenteellista 7-Teslan magneettikuvausta (7T MRI) viallisten verkkojen visualisoimiseen, DBS-elektrodien sijoittelu ja aktivointi voidaan yksilöidä.

Nykyinen DBS-elektrodien sijoitus ja asetukset pitkälle kytketyssä STN:ssä perustuvat 1,5-Teslan tai 3-Teslan MR-kuviin. Nämä matalaresoluutioiset modaliteetit eivät pysty visualisoimaan useita aivoverkkoja tähän pieneen ytimeen ja estämään sen aivokuoren projektioihin kohdistuvaa elektrodien aktivaatiota. Integroidut rakenteelliset (7T MRI) verkkokartat mahdollistavat aivoverkkopohjaisen ja potilaskohtaisen DBS:n parantaen motorisia oireita ja elämänlaatua.

7T MRI aivoverkon analyysi 1980-luvulta lähtien PD:n DBS kohdistui STN:ään, syvälle juurtuneeseen harmaan aineen aivoytimeen. Nykyinen painopiste DBS:n alalla on hermoverkoissa pikemminkin kuin erillisissä ytimissä aivoissa. Useat tutkimukset osoittivat PD:n johtuvan patologisesta verkkotoiminnasta subtalamus-kortikaalisissa projektioissa. Viime vuosina useat DBS-ryhmät ovat raportoineet MRI-yhteyden käyttämisestä subtalamuksen ja aivokuoren projektioiden visualisoimiseksi DBS:ssä PD:ssä.

Pieni STN on osa useita suuria aivoverkkoja. DBS parantaa tehokkaasti UDPRS:ää ja PD-potilaiden elämänlaatua vain moduloimalla sen moottoriverkkoa. DBS:n sijoittelun ja aktivoinnin parantamiseksi on tärkeää ymmärtää verkot ja stimulaation moduloiva vaikutus. Toistaiseksi näiden verkkojen visualisointi on ollut rajoitettua alhaisen resoluution ja rakenteellisen liitettävyyden puutteen vuoksi (visualisoimalla subtalamus-kortikaaliset projektiot käyttämällä diffuusiopainotettua MRI:tä ja todennäköisyyspohjaista yhteyttä).

Siksi tutkijat lisäsivät 7T T2- ja diffuusiopainotetut sekvenssit Spinoza-keskukseen ja osoittivat, että todennäköisyyspohjaiset subtalamisen verkkoanalyysit (STN-segmentointi) tunnistavat onnistuneesti STN:n alueen, jolla on suurin yhteyksien tiheys motoriseen verkkoon PD-potilailla. Äskettäisessä pilottitutkimuksessa tutkijat osoittivat, että 7T MRI:n käyttöönotto STN-segmentointia varten sopii hyvin olemassa olevaan kirurgiseen työnkulkuun. Luomalla 7 Teslan MRI, joka näyttää STN (värillisen) moottorin alajaon, tämä tekniikka visualisoi selvästi tämän uuden DBS-kohteen. Retrospektiivinen analyysi osoitti, että tavanomaisissa MRI-kohdistusstrategioissa vain pieni osa DBS-elektrodeista asetettiin moottorin STN:ään. Lisäksi DBS-elektrodit, jotka asetettiin moottorin STN:ään, johtivat merkittävästi korkeampaan keskimääräiseen parantumiseen (80 % vs. 50 % mitattuna UPDRS-III-pisteellä).

7T MRI-verkkokarttojen luominen DBS:lle STN ja sen aivokuoren yhteydet visualisoidaan käyttämällä 7T T2-painotettua ja diffuusiopainotettua kuvantamista. STN:n kolme pääprojektiota visualisoidaan: projektiot, jotka liittyvät ensisijaiseen ja täydentävään motoriseen aivokuoreen (motorinen), projektiot prefrontaaliseen aivokuoreen (assosiatiivinen) ja projektiot basofrontaaliseen aivokuoreen (limbinen). Elektrodin sijainti (käyttäen tietokonetomografiaa) visualisoidaan suhteessa STN:n kolmeen segmentoituun osa-alueeseen.

7T MRI -verkkokartta, joka on luotu yhdistämällä T2- ja diffuusiopainotettu MRI, näyttää STN-alajaot (värilliset) ja niiden aivokuoren projektiot. Tulos näyttää sitten missä STN-alaosastossa (-osissa) DBS-elektrodikosketin sijaitsee ja mille aivokuoren alueelle STN-alaosasto heijastaa. Elektrodikontaktin kliiniset testitulokset korreloidaan sitten verkkokarttoihin. 7T MRI-verkkokarttoihin perustuvia stimulaatioparametreja käytetään optimoimaan ja ennustamaan tuloksia hyödyllisten kliinisten vaikutusten (vapinan suppressio, bradykinesia, jäykkyys) ja sivuvaikutusten (puhe, kävely, apatia) suhteen. Koska kaikki verkkokartat visualisoidaan MRI:llä, tämä mahdollistaa helposti sekä yksilö- että ryhmäanalyysit (useiden potilaiden yhteisrekisteröintikartat).

Haittavaikutukset Tutkijoiden tähän mennessä suorittamissa 350 7T MR-skannauksissa havaitsimme harvoin yhteensopimattomia implantteja tai vakavaa klaustrofobiaa. Jokaiselle potilaalle tehdään seulonta MRI-turvallisuuskyselyllä ja MRI-metallinpaljastimella (estää ferromagneettisten materiaalien pääsyn magneettikuvaukseen). 7T MRI on ei-invasiivinen tekniikka, joka ei aiheuta kipua ja mikä tärkeintä, sähkömagneettiset kentät eivät aiheuta minkäänlaisia ​​tunnettuja kudosvaurioita. MR-järjestelmästä saattaa kuulua kovaa koputusta, koputusta tai muita ääniä toisinaan toimenpiteen aikana. Mukana on korvatulpat estämään ongelmia, jotka voivat liittyä skannerin aiheuttamaan meluun. Potilasta seurataan (visuaalisesti) koko ajan, ja hän pystyy kommunikoimaan 7T MRI -tekniikan asiantuntijan kanssa sisäpuhelinjärjestelmän avulla. Potilas voi (pyytää) pysäyttää kuvanoton milloin tahansa painamalla painiketta (potilas pitää sitä jatkuvasti painettuna).

Yhteenvetona voidaan todeta, että 7T MRI:n aivoverkkoanalyysin toteutuksen ansiosta on nyt mahdollista visualisoida suoraan STN:n motorinen osa. Nykyisessä havaintotutkimuksessa tätä tekniikkaa arvioidaan prospektiivisella tavalla, ottamalla käyttöön potilaskohtaisen aivoverkko-ohjatun DBS:n PD:lle ja toimittamalla ainutlaatuisen ja toistaiseksi käyttämättömän tietojoukon: 7T MRI visualisoi STN:n anatomiset liitännät jokaiselle yksittäiselle DBS-elektrodikontaktille. Yksi-DBS-sopii kaikille -mallin sijaan räätälöidyt verkkoanalyysit mahdollistavat yksilöllisen tarkkuusmallinnuksen DBS:ssä.