STN에서 기록된 LFP의 장기 안정성과 DBS의 영향

연구 설계 및 방법

양측성 STN DBS가 예정된 10명의 파킨슨병(PD) 환자를 모집합니다. DBS 수술은 표준 임상 치료에 따라 Toronto Western Hospital에서 수행됩니다. 이 연구는 토론토 웨스턴 병원과 웨스턴 대학의 런던 모빌리티 연구소의 두 곳에서 수행될 것입니다. 외부화된 DBS 리드를 사용한 STN LFP의 기록, PD 운동 증상에 대한 다양한 주파수의 DBS 효과는 Toronto Western Hospital에서 연구될 것입니다. 전신 운동학적 측정, LFP 기록 및 다양한 자극 주파수의 효과를 사용한 보행 연구는 Western University의 LML(London Mobility Laboratory)에서 연구할 예정입니다.

연구 일정의 개요는 표(2, 3 및 4)에 제공됩니다. 수행된 표준화된 작업은 표 5에 제공됩니다. STN에서 양측 DBS가 있는 10명의 PD 환자는 각 사이트(TWH 및 LML)를 6회 방문하여 연구할 것입니다. LML에 대한 수술 전 기준선 방문도 있을 것입니다. 환자는 DBS 전극 이식 후 1-3일 및 펄스 발생기 이식 전에 먼저 연구됩니다. 로컬 필드 전위(LFP)는 외부화된 리드를 사용하여 양측 STN DBS 전극에서 기록됩니다. DBS 리드를 내재화하고 펄스 발생기(Activa PC+S, Medtronic)를 삽입한 후 두 번째 방문을 위해 환자를 7일 이내에 연구합니다. DBS 프로그래밍은 일반적인 임상 실습에 따라 수행됩니다. 그런 다음 수술 후 1, 2, 6, 12 및 18개월에 환자를 연구합니다.

토론토 웨스턴 병원(TWH) 방문

방문 1(TWH V1) 이 방문은 만성 기록과 비교하기 위해 "급성" LFP 기록을 얻을 것입니다. 환자는 리드가 외부화될 때 전극 삽입 후 1-3일에 연구될 것입니다. 이것은 2일 방문으로, 무작위 순서로 하루는 투약 중단 상태(밤새 중단)이고 하루는 투약 중단 상태입니다. 약물 투여 상태의 경우, 레보도파 유발 운동이상증을 기록할 기회를 증가시키기 위해 수술 전 첫 번째 아침 용량의 125% 레보도파 등가물을 투여할 것입니다.

1단계: LFP는 두피 EEG와 함께 양측 STN DBS 전극에서 기록됩니다. 그림 3은 녹음 설정의 개략도를 보여줍니다. 표면 근전도 및 가속도계는 떨림 빈도와 레보도파 유도 이상운동증을 측정하는 데 사용됩니다. mUPDRS 및 Rush 운동 이상증 등급 척도(약물 기록용) 평가가 수행됩니다. 기록은 쉬는 동안 그리고 환자가 스스로 손목 확장 운동을 수행하는 동안 이루어집니다. θ, β 및 γ 밴드 진동에서 가장 두드러진 LFP 주파수는 안정 시 및 온/오프 투약 상태(개별화된 주파수) 모두에서 수의적 움직임 동안 뿐만 아니라 가장 두드러진 LFP 진동을 나타내는 전극 접촉이 각 환자에 대해 결정됩니다. . 이 녹음은 약 1시간 정도 소요됩니다. 데이터 분석은 환자가 휴식을 취하는 동안 1시간이 소요됩니다.

2단계: 여기에는 자극이 수반됩니다. DBS 리드는 DBS 중에 LFP를 기록하기 위해 외부 자극기와 "필터 DBS" 장치에 연결됩니다. 네 가지 DBS 조건이 무작위 순서로 연구됩니다.

1) 고주파수(185Hz), 2) 휴식 시 최대 피크를 보이는 개별 γ 주파수(γ rest, 1단계에서 결정), 3) 자발적인 움직임에 따라 최대 증가를 보이는 개별 γ 주파수(γ 움직임, 에서 결정) 1단계) 및 4) 자극 없음. 연락처는 우리 그룹에서 발표한 방법을 사용하여 수술 후 MRI에서 STN 내의 위치와 자발적인 움직임으로 θ 및 β 밴드의 최대 변화를 기반으로 선택됩니다(1단계). 선택한 DBS 접점은 음극(-ve)이 되고 양극(+ve)은 흉벽에 배치된 표면 전극이 됩니다(치료 DBS에서 일반적으로 사용되는 접점 -ve, 케이스 +ve와 유사). 펄스 폭은 100μs로 설정되고 전류는 역효과를 유발하지 않고 가장 높을 것입니다(최대 5mA). LFP는 바이폴라 몽타주를 사용하여 DBS에 사용되는 것과 인접한 전극 접점에서 기록되어 자극 아티팩트를 최대한 취소할 수 있습니다. 예를 들어 접점 2가 DBS에 사용되는 경우 LFP는 접점 1과 3에서 기록됩니다. 각 조건에 대해 DBS가 유지되는 동안 휴식하는 동안 DBS의 15분 후에 mUPDRS 평가가 이어집니다. 맹검 평가자에 의한 mUPDRS 및 Rush 운동 이상증 등급 척도의 후속 비디오 채점을 허용하기 위해 환자를 비디오로 녹화할 것입니다. 오른쪽 및 왼쪽 STN에 대한 DBS는 오전에 한쪽, 오후에 한쪽으로 무작위 순서로 연구됩니다. 연구자들은 STN DBS가 있는 PD 환자에서 더 복잡한 자극 프로토콜을 수행했습니다.

2일차 공부는 다음날 진행됩니다. 절차는 투약 상태(투약 중 또는 투약 해제)가 무작위 순서로 1일과 번갈아 나타나는 것을 제외하고 1일과 동일합니다.

방문 2(TWH-V2) 이 방문의 목적은 DBS 프로그래밍이 시작되기 전에 Activa PC+S 장치에서 초기 LFP 기록을 얻는 것입니다. 이 방문은 DBS 리드의 내재화 및 펄스 발생기(Activa PC+S) 삽입 후 4주 이내에 수행되지만 프로그래밍을 위해 펄스 발생기가 켜지기 전에 수행됩니다. 방문은 방문 1에서와 같이 임의의 순서로 2일에 걸쳐 수행될 것이며, 하루는 투약 해제 상태(밤새 금단) 및 투약 상태에서 하루가 될 것이다. 절차는 4개의 다른 자극 조건의 테스트가 뒤따르는 자가 진도 손목 확장 작업 동안 휴식 중 LFP를 기록하는 방문 1과 동일합니다. 그러나 LFP는 실시간 업링크 모드를 사용하여 외부화된 리드가 아닌 지속적인 녹화를 제공하는 Activa PC+S 장치에서 녹화됩니다. 이 장치는 한 번에 각 전극(오른쪽 및 왼쪽)의 한 쌍의 접점에서만 LFP를 기록할 수 있으므로 휴식 상태에서 기록하여 켜짐과 꺼짐 약물의 차이를 조사하기 위해 조사관은 "몽타주 스윕" 모드를 사용합니다. 각 전극에 대한 양극성 접촉(0-1, 1-2, 2-3, 0-2, 0-3, 1-3)의 가능한 모든 6개 조합에서 교대로 기록합니다. 손목 신전 움직임의 경우, 우리는 방문 1의 결과에 기초하여 도파민성 약물 및 수의적 움직임으로 γ 진동에서 가장 큰 변화를 생성한 양극성 접촉 쌍으로부터 기록할 것입니다. 또한 인접한 연락처 쌍에서 기록합니다. 예를 들어, 접촉 1-2가 최대 γ 피크를 생성하는 것으로 밝혀지면 접촉 1-2와 접촉 0-1 및 2-3이 연구됩니다. 각 쌍의 전극 접촉은 별도의 실행에서 연구됩니다. LFP 기록(1단계)에 이어 개별 γ 주파수 피크가 설정됩니다. 단계 2는 방문 1에서와 같이 자극 동안 STN LFP의 기록과 함께 무작위 순서로 평가된 고주파수, γ 휴식, γ 운동 및 자극 없음에서 DBS의 효과를 연구할 것입니다. 방문 1에서 DBS에 사용된 것과 동일한 접촉이 모노폴라 몽타주와 함께 사용될 것입니다(접촉 -ve, 케이스 +ve). LFP는 방문 1에서 설명한 바와 같이 바이폴라 몽타주로 인접한 접촉부에서 기록되지만 이식된 Activa PC+S 장치는 LFP 기록에 사용됩니다.

방문 3-6(TWH-V3, V4, V5 및 V6) 방문 2 후 DBS 프로그래밍은 일반적인 임상 실습에 따라 수행되며 완료하는 데 약 2-4주가 소요됩니다. 환자들은 수술 후 2, 6, 12, 18개월에 연구될 것입니다. 평가 절차는 "고주파" 자극 설정이 185Hz 대신 임상적 이점(130-185Hz)을 위해 환자에 의해 일반적으로 사용되는 설정이라는 점을 제외하고 방문 2에 대한 것과 동일할 것입니다.

London Mobility Laboratory(Western University)에서의 방문 방문 1은 투약이 켜진 상태와 꺼진 상태에서 기준 보행 및 운동학적 측정 데이터를 얻기 위해 수술 전에 발생할 것입니다. 방문 2, 3 및 7의 경우 TWH 방문은 London Mobility Laboratory 방문 1~5일 전에 이루어집니다. London Mobility Laboratory 방문에 사용되는 γ 주파수 자극은 해당 TWH 방문에서 결정된 "γ 움직임" 주파수입니다.