STEREO-DBS 연구: 뇌심부 자극을 위한 7-Tesla MRI 뇌 네트워크 분석 (STEREO-DBS)

서론 및 이론적 근거

파킨슨병에 대한 뇌심부자극술 심부뇌자극술(DBS)은 쇠약해지는 신경 장애인 파킨슨병(PD)에 효과적인 치료법입니다. DBS의 효과는 뇌간 깊숙이 위치한 시상하 핵 내에 전기 펄스를 전달하고 수 밀리미터(STN; 커피 콩 크기와 비슷함) 크기로 오작동하는 뇌 네트워크의 변조에 의존합니다. 그러나 DBS 후 개별 개선은 가변적이며 환자의 50%는 불충분한 이점을 나타냅니다. 구조적 7-Tesla 자기 공명 영상(7T MRI) 연결을 사용하여 오작동하는 네트워크를 시각화함으로써 DBS 전극 배치 및 활성화를 개별화할 수 있습니다.

고도로 연결된 STN의 현재 DBS 전극 배치 및 설정은 1.5-Tesla 또는 3-Tesla MR 이미지를 기반으로 합니다. 이러한 저해상도 양식은 이 작은 핵에 대한 다중 뇌 네트워크를 시각화할 수 없으며 피질 투영으로 향하는 전극 활성화를 방지할 수 없습니다. 통합 구조(7T MRI) 네트워크 맵은 뇌 네트워크 기반 및 환자별 DBS를 가능하게 하여 운동 증상과 삶의 질을 향상시킵니다.

7T MRI 뇌 네트워크 분석 1980년대부터 PD를 위한 DBS는 심부 회백질 뇌핵인 STN을 표적으로 삼았습니다. DBS 분야의 현재 강조점은 뇌의 개별 핵보다는 신경망에 있습니다. 여러 연구에서 PD가 시상하부-피질 투영에서 병리학적 네트워크 활동으로 인해 발생하는 것으로 나타났습니다. 최근 몇 년 동안 여러 DBS 그룹에서 MRI 연결을 사용하여 PD용 DBS에서 시상하-피질 투영을 시각화하는 방법에 대해 보고했습니다.

작은 STN은 여러 개의 큰 뇌 네트워크의 일부입니다. DBS는 모터 네트워크를 조절하는 것만으로 PD 환자의 UDPRS 및 삶의 질을 개선하는 데 효과적입니다. DBS 배치 및 활성화를 개선하려면 네트워크와 자극의 조절 효과를 이해하는 것이 필수적입니다. 지금까지 이러한 네트워크의 시각화는 낮은 해상도와 구조적 연결성 부족(확산 가중 MRI 및 확률적 연결성을 사용하여 시상 피질 투영 시각화)으로 인해 제한되었습니다.

따라서 연구자들은 Spinoza Center에서 7T T2 및 확산 가중 시퀀스를 추가했으며 확률론적 시상 하부 네트워크 분석(STN 세분화)이 PD 환자에서 운동 네트워크와의 연결 밀도가 가장 높은 STN 내의 영역을 성공적으로 식별한다는 것을 보여주었습니다. 최근 파일럿 연구에서 조사관은 STN 세분화를 위한 7T MRI의 구현이 기존 수술 워크플로우 내에서 매우 적합하다는 것을 보여주었습니다. STN(컬러) 모터 세분화를 보여주는 7-Tesla MRI를 생성함으로써 이 기술은 이 새로운 DBS 타겟을 명확하게 시각화했습니다. 소급 분석은 기존의 MRI 표적 전략에 대해 DBS 전극의 소수만이 모터 STN에 배치되었음을 보여주었습니다. 또한, 모터 STN에 배치된 DBS 전극은 훨씬 더 높은 평균 개선(80% 대 50%, UPDRS-III 점수로 측정)을 가져왔습니다.

DBS용 7T MRI 네트워크 맵 생성 STN과 그 피질 연결은 7T T2 가중 및 확산 가중 이미징을 사용하여 시각화됩니다. STN의 세 가지 주요 투영이 시각화됩니다: 기본 및 보조 운동 피질(운동)에 연결되는 투영, 전두엽 피질(연관)에 대한 투영 및 기저전두피질(변연계)에 대한 투영. 전극의 위치(컴퓨터 단층촬영 사용)는 STN의 3개 세그먼트 세분에 상대적으로 시각화됩니다.

T2와 확산 가중 MRI를 결합하여 생성된 7T MRI 네트워크 맵은 STN(컬러) 세분 및 해당 피질 투영을 보여줍니다. 결과는 DBS-전극 접촉이 있는 STN 세분화(들)와 STN 세분화가 투사하는 피질 영역을 보여줍니다. 그러면 전극 접촉의 임상 테스트 점수가 네트워크 맵과 연관됩니다. 7T MRI 네트워크 맵을 기반으로 한 자극 매개변수는 유익한 임상 효과(억제 떨림, 운동완서, 경직) 및 부작용(말, 보행, 무감동) 측면에서 결과를 최적화하고 예측하는 데 사용됩니다. 모든 네트워크 맵이 MRI에서 시각화되므로 개인 및 그룹 분석(여러 환자의 공동 등록 맵)을 모두 쉽게 사용할 수 있습니다.

역효과 조사관이 현재까지 수행한 350개의 7T MR 스캔에서 우리는 호환되지 않는 임플란트 또는 심각한 폐소공포증을 거의 접하지 못했습니다. 모든 환자는 MRI 안전 설문지 및 MRI 금속 탐지기로 검사를 받습니다(MRI에 강자성 물질이 들어가는 것을 방지). 7T MRI는 통증을 유발하지 않는 비침습적 기술이며, 중요한 것은 전자기장이 어떤 종류의 알려진 조직 손상도 일으키지 않는다는 것입니다. MR 시스템은 시술 중 때때로 큰 두드림, 노크 또는 기타 소음을 낼 수 있습니다. 스캐너에서 발생하는 소음과 관련될 수 있는 문제를 방지하기 위해 귀마개가 제공됩니다. 항상 환자를 (시각적으로) 모니터링하고 인터콤 시스템을 사용하여 7T MRI 기술자와 대화할 수 있습니다. 환자는 누름 버튼을 사용하여 언제든지 획득을 중지(요청)할 수 있습니다(환자가 계속 누르고 있음).

요컨대, 7T MRI 뇌 네트워크 분석 구현으로 인해 이제 STN의 운동 부분을 직접 시각화할 수 있게 되었습니다. 현재 관찰 연구에서 이 기술은 PD를 위한 환자별 뇌 네트워크 유도 DBS를 도입하여 고유하고 지금까지 사용할 수 없는 데이터 세트를 제공하는 전향적 방식으로 평가될 것입니다. 7T MRI는 각 개별 DBS 전극 접촉에 대한 STN의 해부학적 연결을 시각화합니다. 하나의 DBS가 모든 모델에 맞는 대신 맞춤형 네트워크 분석을 통해 DBS에서 개인화된 정밀 모델링이 가능합니다.