De STEREO-DBS-studie: 7-Tesla MRI-hersennetwerkanalyse voor diepe hersenstimulatie (STEREO-DBS)

INLEIDING EN RATIONALE

Diepe hersenstimulatie bij de ziekte van Parkinson Diepe hersenstimulatie (DBS) is een effectieve behandeling bij de ziekte van Parkinson (PD), een slopende neurologische aandoening. Het effect van DBS berust op de modulatie van slecht functionerende hersennetwerken door elektrische pulsen af ​​te geven in de nucleus subthalamicus, diep in de hersenstam geworteld en enkele millimeters groot (STN; vergelijkbaar met de grootte van een koffieboon). De individuele verbetering na DBS blijft echter variabel en 50% van de patiënten vertoont onvoldoende voordeel. Door gebruik te maken van structurele 7-Tesla magnetische resonantie beeldvorming (7T MRI) connectiviteit om defecte netwerken te visualiseren, kan de plaatsing en activering van DBS-elektroden worden geïndividualiseerd.

De huidige plaatsing en instellingen van de DBS-elektrode in het sterk verbonden STN zijn gebaseerd op 1,5 Tesla of 3 Tesla MR-beelden. Deze modaliteiten met lage resolutie zijn niet in staat om de meerdere hersennetwerken naar deze kleine kern te visualiseren en elektrodeactivering gericht op de corticale projecties ervan te voorkomen. Geïntegreerde structurele (7T MRI) netwerkkaarten zullen hersennetwerkgebaseerde en patiëntspecifieke DBS mogelijk maken, waardoor motorische symptomen en kwaliteit van leven worden verbeterd.

7T MRI-hersennetwerkanalyse Sinds de jaren tachtig richtte DBS voor PD zich op de STN, een diepgewortelde hersenkern van grijze stof. De huidige nadruk op het gebied van DBS ligt op neurale netwerken in plaats van afzonderlijke kernen in de hersenen. Verschillende onderzoeken toonden aan dat PD voortkomt uit pathologische netwerkactiviteit in subthalamus-corticale projecties. In de afgelopen jaren rapporteerden verschillende DBS-groepen over het gebruik van MRI-connectiviteit om de subthalamus-corticale projecties te visualiseren, in DBS voor PD.

De kleine STN maakt deel uit van meerdere grote hersennetwerken. DBS is alleen effectief in het verbeteren van UDPRS en de kwaliteit van leven van PD-patiënten door het motorische netwerk te moduleren. Om de plaatsing en activering van DBS te verbeteren, is het essentieel om de netwerken en het modulerende effect van stimulatie te begrijpen. Tot nu toe was de visualisatie van deze netwerken beperkt vanwege de lage resolutie en het gebrek aan structurele connectiviteit (visualisatie van subthalamus-corticale projecties met behulp van diffusiegewogen MRI en probabilistische connectiviteit).

De onderzoekers voegden daarom 7T T2 en diffusiegewogen sequenties toe aan het Spinoza Centrum en toonden aan dat probabilistische subthalamische netwerkanalyses (STN-segmentatie) met succes het gebied binnen de STN identificeerden dat de hoogste dichtheid van verbindingen met het motorische netwerk heeft bij PD-patiënten. In een recente pilotstudie toonden de onderzoekers aan dat de implementatie van 7T MRI voor STN-segmentatie zeer geschikt is binnen de bestaande chirurgische workflow. Door een 7-Tesla MRI te genereren die de STN (gekleurde) motorische onderverdeling laat zien, bracht deze techniek dit nieuwe DBS-doel duidelijk in beeld. De retrospectieve analyse toonde aan dat voor conventionele MRI-richtstrategieën slechts een minderheid van de DBS-elektroden in de motor-STN was geplaatst. Bovendien resulteerden de DBS-elektroden die in de motor-STN waren geplaatst in een significant hogere gemiddelde verbetering (80% versus 50%, gemeten door de UPDRS-III-score).

Het genereren van de 7T MRI-netwerkkaarten voor DBS De STN en zijn corticale verbindingen zullen worden gevisualiseerd met behulp van 7T T2-gewogen en diffusiegewogen beeldvorming. Drie belangrijke projecties van de STN zullen worden gevisualiseerd: projecties die aansluiten op de primaire en aanvullende motorische cortex (motor), projecties op de prefrontale cortex (associatief) en projecties op de basofrontale cortex (limbisch). De locatie van de elektrode (met behulp van computertomografie) wordt gevisualiseerd ten opzichte van de drie gesegmenteerde onderverdelingen van de STN.

De 7T MRI-netwerkkaart, gegenereerd door T2 en diffusiegewogen MRI te combineren, toont de STN (gekleurde) onderverdelingen en hun corticale projecties. Het resultaat zal dan laten zien in welke STN-onderverdeling(en) het DBS-elektrodecontact zich bevindt en naar welk corticaal gebied de STN-onderverdeling projecteert. Klinische testscores van het elektrodecontact worden vervolgens gecorreleerd aan de netwerkkaarten. Stimulatieparameters op basis van 7T MRI-netwerkkaarten worden gebruikt om de uitkomst te optimaliseren en te voorspellen in termen van gunstige klinische effecten (tremoronderdrukking, bradykinesie, rigiditeit) en bijwerkingen (spraak, lopen, apathie). Aangezien alle netwerkkaarten op MRI worden gevisualiseerd, zijn zowel individuele als groepsanalyses (co-registratie van kaarten van meerdere patiënten) gemakkelijk mogelijk.

Bijwerkingen In de 350 7T MR-scans die de onderzoekers tot nu toe hebben uitgevoerd, zijn we zelden niet-compatibele implantaten of ernstige claustrofobie tegengekomen. Elke patiënt ondergaat een screening met een MRI-veiligheidsvragenlijst en een MRI-metaaldetector (voorkomen dat er ferromagnetische materialen in de MRI terechtkomen). 7T MRI is een niet-invasieve techniek die geen pijn veroorzaakt en, belangrijker nog, de elektromagnetische velden produceren voor zover bekend geen enkele vorm van weefselschade. Het MR-systeem kan tijdens de procedure soms luid tikken, kloppen of andere geluiden maken. Er worden oordoppen meegeleverd om problemen te voorkomen die kunnen worden geassocieerd met ruis die door de scanner wordt gegenereerd. De patiënt wordt te allen tijde (visueel) gemonitord en kan via een intercomsysteem communiceren met de 7T MRI-technoloog. De patiënt kan op elk moment de acquisitie (verzoeken) stoppen door middel van de drukknop (door de patiënt continu vasthouden).

Kortom, dankzij de implementatie van 7T MRI-hersennetwerkanalyse is het nu mogelijk om het motorische deel van de STN direct te visualiseren. In de huidige observationele studie zal deze techniek op een prospectieve manier worden geëvalueerd, waarbij patiëntspecifieke hersennetwerkgestuurde DBS voor PD wordt geïntroduceerd met een unieke en tot nu toe niet beschikbare dataset: 7T MRI visualiseert de anatomische verbindingen van de STN voor elk individueel DBS-elektrodecontact. In plaats van een one-DBS-fits-all-model, maken de op maat gemaakte netwerkanalyses gepersonaliseerde precisiemodellering in DBS mogelijk.