STEREO-DBS ET-studien: 7-Tesla MRI Brain Network Analysis for Deep Brain Stimulation in Essential Tremor (STEREO-ET)

INNLEDNING OG BEGRUNDELSE

Deep brain stimulation (DBS) er en effektiv behandling ved essensiell tremor (ET), en sakte progressiv nevrologisk lidelse. Effekten av DBS er avhengig av modulering av feilfungerende hjernenettverk ved å levere elektriske pulser i thalamus. Individuell forbedring etter DBS forblir imidlertid variabel og 20 % av pasientene opplever bivirkninger. 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 den høyt tilkoblede thalamus 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.

Siden 1980-tallet var DBS for ET rettet mot thalamus, en dyptliggende hjernekjerne av grå substans. Nåværende vekt innen DBS er på nevrale nettverk i stedet for separate kjerner i hjernen. Flere studier viste at ET oppsto fra patologisk nettverksaktivitet i cerebellar-thalamus-kortikale projeksjoner; dentato-rubro-thalamus-kanal. I de siste årene rapporterte flere DBS-grupper om bruk av MR for å visualisere thalamus-tilkobling og dentato-rubro-thalamus-kanalen, i DBS for ET.

Thalamus er en del av flere store hjernenettverk. DBS er effektivt for å forbedre skjelving og livskvalitet for ET-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 cerebellar-thalamisk-kortikale projeksjoner ved bruk av diffusjonsvektet MR og sannsynlighet).

Etterforskerne la derfor til 7T T2, FGATIR ​​(rask gråstoff-inversjonsgjenopprettingssekvens) og diffusjonsvektede sekvenser ved Spinoza-senteret og viste at probabilistiske thalamus-nettverksanalyser (thalamus-segmentering) med suksess identifiserer området innenfor thalamus som har den høyeste tettheten av forbindelser. med det motoriske nettverket hos ET-pasienter. I en nylig pilotstudie viste etterforskerne at implementeringen av 7T MR-talamisk segmentering er godt egnet innenfor den eksisterende kirurgiske arbeidsflyten. Ved å generere en 7-Tesla MRI som viser thalamus (farget) motorisk underinndeling, visualiserte denne teknikken tydelig dette nye DBS-målet.

Thalamus og dens forbindelser vil bli visualisert ved hjelp av 7T T2, FGATIR ​​og diffusjonsvektet avbildning. De viktigste projeksjonene av thalamus vil bli visualisert, inkludert projeksjoner som kobles til primærmotorisk og sentorisk cortex. Plasseringen av elektroden (ved hjelp av datatomografi) vil bli visualisert i forhold til de segmenterte underavdelingene av thalamus.

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

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 thalamus. I nåværende observasjonsstudie vil denne teknikken bli evaluert på en prospektiv måte, og introdusere pasientspesifikk hjernenettverksveiledet DBS for ET med å levere en unik og hittil utilgjengelig behandling og datasett: 7T MR visualiserer de anatomiske forbindelsene til thalamus for hver enkelt DBS-elektrodekontakt . I stedet for en one-brain-fits all-modell, muliggjør de skreddersydde nettverksanalysene personlig presisjonsmodellering i DBS.