STEREO-DBS-studien: 7-Tesla MRI hjernenettverksanalyse for dyp hjernestimulering (STEREO-DBS)

INNLEDNING OG BEGRUNDELSE

Dyp hjernestimulering for Parkinsons sykdom Dyp hjernestimulering (DBS) er en effektiv behandling ved Parkinsons sykdom (PD), en svekkende nevrologisk lidelse. Effekten av DBS er avhengig av modulering av feilfungerende hjernenettverk ved å levere elektriske pulser i den subthalamiske kjernen, dypt plassert i hjernestammen og på størrelse med noen få millimeter (STN; sammenlignbar med størrelsen på en kaffebønne). Individuell forbedring etter DBS forblir imidlertid variabel og 50 % av pasientene viser utilstrekkelig nytte. Ved å bruke strukturell 7-Tesla magnetisk resonansavbildning (7T MRI)-tilkobling for å visualisere feilfungerende nettverk, kan DBS-elektrodeplassering og aktivering individualiseres.

Gjeldende DBS-elektrodeplassering og innstillinger i det høyt tilkoblede STN er basert på 1,5-Tesla eller 3-Tesla MR-bilder. Disse lavoppløsningsmodalitetene er ikke i stand til å visualisere de flere hjernenettverkene til denne lille kjernen og forhindre elektrodeaktivering rettet mot dens kortikale projeksjoner. Integrerte strukturelle (7T MRI) nettverkskart vil muliggjøre hjernenettverksbasert og pasientspesifikk DBS, og forbedre motoriske symptomer og livskvalitet.

7T MR-hjernenettverksanalyse Siden 1980-tallet var DBS for PD rettet mot STN, en dyptliggende gråstoffhjernekjerne. Nåværende vekt innen DBS er på nevrale nettverk i stedet for separate kjerner i hjernen. Flere studier viste at PD oppsto fra patologisk nettverksaktivitet i subthalamus-kortikale projeksjoner. De siste årene rapporterte flere DBS-grupper om bruk av MR-tilkobling for å visualisere de subthalamiske-kortikale projeksjonene, i DBS for PD.

Den lille STN er en del av flere store hjernenettverk. DBS er effektivt for å forbedre UDPRS og livskvalitet for PD-pasienter bare ved å modulere motornettverket. For å forbedre DBS-plassering og aktivering er det viktig å forstå nettverkene og den modulerende effekten av stimulering. Så langt var visualisering av disse nettverkene begrenset på grunn av lav oppløsning og mangel på strukturell tilkobling (visualisering av subthalamisk-kortikale projeksjoner ved bruk av diffusjonsvektet MR og sannsynlighet).

Etterforskerne la derfor til 7T T2 og diffusjonsvektede sekvenser ved Spinoza-senteret og viste at probabilistiske subthalamiske nettverksanalyser (STN-segmentering) med suksess identifiserer området innenfor STN som har den høyeste tettheten av forbindelser med det motoriske nettverket hos PD-pasienter. I en nylig pilotstudie viste etterforskerne at implementeringen av 7T MR for STN-segmentering er godt egnet innenfor den eksisterende kirurgiske arbeidsflyten. Ved å generere en 7-Tesla MRI som viser STN (farget) motorinndeling, visualiserte denne teknikken tydelig dette nye DBS-målet. Den retrospektive analysen viste for konvensjonelle MR-målrettingsstrategier bare et mindretall av DBS-elektrodene ble plassert i motorens STN. Dessuten resulterte DBS-elektrodene som ble plassert i motorens STN i en signifikant høyere gjennomsnittlig forbedring (80 % versus 50 %, målt ved UPDRS-III-poengsummen).

Generering av 7T MR-nettverkskart for DBS STN og dets kortikale forbindelser vil bli visualisert ved hjelp av 7T T2-vektet og diffusjonsvektet avbildning. Tre store projeksjoner av STN vil bli visualisert: projeksjoner som kobles til primær og supplerende motorisk cortex (motorisk), projeksjoner til prefrontal cortex (assosiativ) og projeksjoner til basofrontal cortex (limbisk). Plasseringen av elektroden (ved hjelp av datatomografi) vil bli visualisert i forhold til de tre segmenterte underavdelingene av STN.

7T MR-nettverkskartet, generert ved å kombinere T2 og diffusjonsvektet MR, viser STN (fargede) underavdelinger og deres kortikale projeksjoner. Resultatet vil da vise i hvilken(e) STN-underavdeling(er) DBS-elektrodekontakten befinner seg og til hvilket kortikalt område STN-underavdelingen projiserer. Kliniske testresultater for elektrodekontakten vil da bli korrelert til nettverkskartene. Stimuleringsparametere basert på 7T MR-nettverkskart brukes til å optimalisere og forutsi utfall når det gjelder gunstige kliniske effekter (suppresjon tremor, bradykinesi, rigiditet) og bivirkninger (tale, gang, apati). Ettersom alle nettverkskart er visualisert på MR, vil dette enkelt muliggjøre både individuelle og gruppeanalyser (samregistrering av kart over flere pasienter).

Bivirkninger I de 350 7T MR-skanningene etterforskerne har utført til dags dato, møtte vi sjelden ikke-kompatible implantater eller alvorlig klaustrofobi. Hver pasient gjennomgår screening med et MR-sikkerhetsspørreskjema og MR-metalldetektor (forhindrer å ta ferromagnetisk materiale inn i MR). 7T MR er en ikke-invasiv teknikk som ikke forårsaker smerte og, viktigere, de elektromagnetiske feltene produserer ingen kjent vevsskade av noe slag. MR-systemet kan lage høye banking, banking eller andre lyder til tider under prosedyren. Ørepropper leveres for å forhindre problemer som kan være assosiert med støy som genereres av skanneren. Pasienten vil til enhver tid være (visuelt) overvåket og vil kunne kommunisere med 7T MR-teknologen ved hjelp av et intercomsystem. Pasienten kan (be om å) stoppe innsamlingen når som helst ved å bruke trykknappen (hold pasienten kontinuerlig).

I sum, på grunn av implementering av 7T MR-hjernenettverksanalyse, er det nå muligens direkte å visualisere den motoriske delen av STN. I nåværende observasjonsstudie vil denne teknikken bli evaluert på en prospektiv måte, og introdusere pasientspesifikk hjernenettverksveiledet DBS for PD med å levere et unikt og hittil utilgjengelig datasett: 7T MRI visualiserer de anatomiske forbindelsene til STN for hver individuelle DBS-elektrodekontakt. I stedet for en one-DBS-fits all-modell, muliggjør de skreddersydde nettverksanalysene personlig presisjonsmodellering i DBS.