Lo studio STEREO-DBS: analisi della rete cerebrale MRI a 7 Tesla per la stimolazione cerebrale profonda (STEREO-DBS)

INTRODUZIONE E RAZIONALE

Stimolazione cerebrale profonda per la malattia di Parkinson La stimolazione cerebrale profonda (DBS) è un trattamento efficace nella malattia di Parkinson (MdP), un disturbo neurologico debilitante. L'effetto della DBS si basa sulla modulazione delle reti cerebrali malfunzionanti fornendo impulsi elettrici all'interno del nucleo subtalamico, profondamente radicato nel tronco cerebrale e della dimensione di pochi millimetri (STN; paragonabile alla dimensione di un chicco di caffè). Tuttavia, il miglioramento individuale dopo DBS rimane variabile e il 50% dei pazienti mostra un beneficio insufficiente. Utilizzando la connettività di risonanza magnetica strutturale a 7 Tesla (7T MRI) per visualizzare reti malfunzionanti, è possibile personalizzare il posizionamento e l'attivazione degli elettrodi DBS.

L'attuale posizionamento e le impostazioni dell'elettrodo DBS nell'STN altamente connesso si basano su immagini MR da 1,5 Tesla o 3 Tesla. Queste modalità a bassa risoluzione non sono in grado di visualizzare le molteplici reti cerebrali in questo piccolo nucleo e impedire l'attivazione dell'elettrodo diretto alle sue proiezioni corticali. Le mappe della rete strutturale integrata (7T MRI) consentiranno la DBS basata sulla rete cerebrale e specifica per il paziente, migliorando i sintomi motori e la qualità della vita.

Analisi della rete cerebrale 7T MRI Dagli anni '80, la DBS per il PD ha preso di mira l'STN, un nucleo cerebrale di materia grigia profondamente radicato. L'attuale enfasi nel campo della DBS è sulle reti neurali piuttosto che sui nuclei separati nel cervello. Diversi studi hanno dimostrato che il PD deriva dall'attività patologica della rete nelle proiezioni subtalamico-corticali. Negli ultimi anni diversi gruppi DBS hanno riferito di utilizzare la connettività MRI per visualizzare le proiezioni subtalamico-corticali, in DBS per PD.

Il piccolo STN fa parte di più grandi reti cerebrali. La DBS è efficace nel migliorare l'UDPRS e la qualità della vita dei pazienti con PD solo modulando la sua rete motoria. Per migliorare il posizionamento e l'attivazione della DBS, è essenziale comprendere le reti e l'effetto modulatorio della stimolazione. Finora, la visualizzazione di queste reti era limitata a causa della bassa risoluzione e della mancanza di connettività strutturale (visualizzazione delle proiezioni subtalamico-corticali mediante risonanza magnetica pesata in diffusione e connettività probabilistica).

I ricercatori hanno quindi aggiunto 7T T2 e sequenze pesate in diffusione presso il Centro Spinoza e hanno dimostrato che le analisi probabilistiche della rete subtalamica (segmentazione del STN) identificano con successo l'area all'interno del STN che ha la più alta densità di connessioni con la rete motoria nei pazienti con PD. In un recente studio pilota, i ricercatori hanno dimostrato che l'implementazione della risonanza magnetica 7T per la segmentazione STN è adatta all'interno del flusso di lavoro chirurgico esistente. Generando una risonanza magnetica a 7 Tesla che mostra la suddivisione motoria STN (colorata), questa tecnica ha visualizzato chiaramente questo nuovo bersaglio DBS. L'analisi retrospettiva ha mostrato che per le tradizionali strategie di targeting MRI solo una minoranza di elettrodi DBS è stata posizionata nel STN del motore. Inoltre, gli elettrodi DBS posizionati nel STN motorio hanno determinato un miglioramento medio significativamente più elevato (80% contro 50%, misurato dal punteggio UPDRS-III).

Generazione delle mappe di rete 7T MRI per DBS L'STN e le sue connessioni corticali saranno visualizzate utilizzando immagini 7T pesate in T2 e pesate in diffusione. Saranno visualizzate tre proiezioni principali del STN: proiezioni che si collegano alla corteccia motoria primaria e supplementare (motoria), proiezioni alla corteccia prefrontale (associativa) e proiezioni alla corteccia basofrontale (limbica). La posizione dell'elettrodo (utilizzando la tomografia computerizzata) sarà visualizzata rispetto alle tre suddivisioni segmentate del STN.

La mappa della rete 7T MRI, generata combinando T2 e MRI pesata in diffusione, mostra le suddivisioni STN (colorate) e le loro proiezioni corticali. Il risultato mostrerà quindi in quale suddivisione/i STN si trova il contatto dell'elettrodo DBS e su quale area corticale proietta la suddivisione STN. I punteggi dei test clinici del contatto dell'elettrodo saranno quindi correlati alle mappe di rete. I parametri di stimolazione basati sulle mappe di rete 7T MRI vengono utilizzati per ottimizzare e prevedere l'esito in termini di effetti clinici benefici (soppressione tremore, bradicinesia, rigidità) ed effetti collaterali (discorso, andatura, apatia). Poiché tutte le mappe di rete sono visualizzate sulla risonanza magnetica, ciò consentirà prontamente analisi sia individuali che di gruppo (mappe di co-registrazione di più pazienti).

Effetti avversi Nelle 350 scansioni RM 7T che i ricercatori hanno eseguito fino ad oggi, raramente abbiamo riscontrato impianti non compatibili o grave claustrofobia. Ogni paziente viene sottoposto a screening con un questionario di sicurezza MRI e un metal detector MRI (prevenendo l'introduzione di materiali ferromagnetici nella MRI). La risonanza magnetica 7T è una tecnica non invasiva che non provoca dolore e, soprattutto, i campi elettromagnetici non producono danni ai tessuti noti di alcun tipo. Il sistema RM può emettere forti colpetti, colpi o altri rumori a volte durante la procedura. I tappi per le orecchie vengono forniti per evitare problemi che potrebbero essere associati al rumore generato dallo scanner. In ogni momento, il paziente sarà monitorato (visivamente) e sarà in grado di comunicare con il tecnico della risonanza magnetica 7T utilizzando un sistema di interfono. Il paziente può (richiedere di) interrompere l'acquisizione in qualsiasi momento utilizzando il pulsante (mantenuto continuamente dal paziente).

In sintesi, grazie all'implementazione dell'analisi della rete cerebrale 7T MRI, ora è possibile visualizzare direttamente la parte motoria del STN. Nell'attuale studio osservazionale questa tecnica sarà valutata in modo prospettico, introducendo la DBS guidata dalla rete cerebrale specifica del paziente per il PD con la fornitura di un set di dati unico e finora non disponibile: 7T MRI visualizza le connessioni anatomiche dell'STN per ogni singolo contatto dell'elettrodo DBS. Invece di un modello DBS adatto a tutti, le analisi di rete su misura consentono una modellazione di precisione personalizzata in DBS.