Długoterminowa stabilność LFP zarejestrowana z STN i skutków DBS

Projekt badania i metody

Zrekrutowanych zostanie dziesięciu pacjentów z chorobą Parkinsona (PD), których zaplanowano na obustronną STN DBS. Operacja DBS zostanie przeprowadzona w Toronto Western Hospital zgodnie ze standardową opieką kliniczną. Badania będą prowadzone w dwóch ośrodkach: Toronto Western Hospital i London Mobility Laboratory na Western University. Rejestracja STN LFP przy użyciu zewnętrznych elektrod DBS, wpływ DBS przy różnych częstotliwościach na objawy ruchowe PD będzie badany w Toronto Western Hospital. Badania chodu z pomiarami kinematyki całego ciała, rejestracją LFP i wpływem różnych częstotliwości stymulacji będą badane w London Mobility Laboratory (LML) na Western University.

Zarys harmonogramu badania przedstawiono w tabeli (2, 3 i 4). Wykonane standaryzowane zadania przedstawiono w Tabeli 5. Dziesięciu pacjentów z PD z obustronnym DBS w STN zostanie poddanych sześciu wizytom w każdym ośrodku (TWH i LML). Odbędzie się również przedoperacyjna wizyta wyjściowa w LML. Pacjenci będą badani po raz pierwszy 1-3 dni po wszczepieniu elektrody DBS i przed wszczepieniem generatora impulsów. Lokalny potencjał pola (LFP) będzie rejestrowany z obustronnych elektrod STN DBS za pomocą zewnętrznych odprowadzeń. Po internalizacji elektrod DBS i włożeniu generatora impulsów (Activa PC+S, Medtronic), pacjenci zostaną zbadani w ciągu 7 dni na drugą wizytę. Programowanie DBS zostanie przeprowadzone zgodnie ze zwykłą praktyką kliniczną. Pacjenci będą następnie badani po 1, 2, 6, 12 i 18 miesiącach po operacji.

Wizyty w Toronto Western Hospital (TWH)

Wizyta 1 (TWH V1) Podczas tej wizyty uzyskany zostanie „ostry” zapis LFP w celu porównania z zapisami przewlekłymi. Pacjenci będą badani 1-3 dni po włożeniu elektrody, gdy elektrody zostaną wysunięte na zewnątrz. Jest to dwudniowa wizyta, z jednym dniem w stanie braku leku (odstawienie na noc) i jednym dniem w stanie przyjmowania leku w przypadkowej kolejności. W stanie przyjmowania leku zostanie podane 125% ekwiwalentu lewodopy pierwszej porannej dawki przedoperacyjnej, aby zwiększyć prawdopodobieństwo zarejestrowania dyskinezy wywołanej lewodopą.

Etap 1: LFP będzie rejestrowane z obustronnych elektrod STN DBS wraz z EEG skóry głowy. Fig. 3 przedstawia schematyczną reprezentację konfiguracji zapisu. Powierzchniowe EMG i akcelerometria zostaną wykorzystane do pomiaru częstotliwości drżenia i dyskinez wywołanych lewodopą. Zostaną przeprowadzone oceny mUPDRS i skali oceny dyskinezy Rush (do rejestracji leków). Nagrania będą wykonywane w spoczynku oraz podczas wykonywania przez pacjentów samodzielnych ruchów prostowania nadgarstka. Najbardziej widoczne częstotliwości LFP w oscylacjach pasma θ, β i γ w spoczynku i podczas dowolnych ruchów zarówno w stanach przyjmowania leku, jak i jego braku (częstotliwości zindywidualizowane), a także kontakt elektrody, który wykazuje najbardziej widoczne oscylacje LFP, zostaną określone dla każdego pacjenta . To nagranie zajmie około godziny. Analiza danych zajmie godzinę, podczas której pacjent będzie miał przerwę.

Etap 2: Będzie to wymagało stymulacji. Przewody DBS zostaną podłączone do zewnętrznego stymulatora i urządzenia „filtrującego DBS” w celu rejestrowania LFP podczas DBS. Zbadane zostaną cztery warunki DBS w losowej kolejności:

1) wysoka częstotliwość (185 Hz), 2) zindywidualizowana częstotliwość γ, która wykazuje maksymalny szczyt w spoczynku (spoczynek γ, określony na podstawie etapu 1), 3) zindywidualizowana częstotliwość γ, która wykazuje maksymalny wzrost przy ruchach dowolnych (ruch γ, określony z etap 1) i 4) brak stymulacji. Kontakt zostanie wybrany na podstawie lokalizacji w STN z pooperacyjnego MRI przy użyciu metod opublikowanych przez naszą grupę i maksymalnych zmian w prążkach θ i β przy dowolnych ruchach (Etap 1). Wybranym kontaktem DBS będzie katoda (-ve), a anodą (+ve) będzie elektroda powierzchniowa umieszczona na ścianie klatki piersiowej (podobnie jak kontakt -ve, case +ve powszechnie stosowany w terapeutycznym DBS). Szerokość impulsu zostanie ustawiona na 100 μs, a prąd będzie najwyższy (maksymalnie 5 mA) bez wywoływania negatywnego efektu. LFP będzie rejestrowane ze styków elektrod sąsiadujących ze stykami używanymi do DBS przy użyciu montażu bipolarnego, aby umożliwić maksymalne usunięcie artefaktów bodźca. Na przykład, jeśli kontakt 2 jest używany do DBS, LFP zostanie nagrany z kontaktów 1 i 3. W przypadku każdego stanu po 15 minutach DBS podczas odpoczynku nastąpi ocena mUPDRS, podczas gdy DBS jest zachowany. Pacjenci będą rejestrowani na wideo, aby umożliwić późniejszą ocenę wideo mUPDRS i skali oceny dyskinezy Rush przez zaślepionych oceniających. DBS dla prawego i lewego STN będą badane w losowej kolejności, z jedną stroną rano i jedną stroną po południu. Badacze przeprowadzili bardziej złożone protokoły stymulacji u pacjentów z PD z STN DBS.

Drugi dzień nauki nastąpi następnego dnia. Procedura będzie taka sama jak w dniu 1., z tym wyjątkiem, że stan leczenia (leczenie przyjmowane lub nie) będzie się zmieniać z dniem 1. w przypadkowej kolejności.

Wizyta 2 (TWH-V2) Celem tej wizyty jest uzyskanie wczesnej rejestracji LFP z urządzenia Activa PC+S przed rozpoczęciem programowania DBS. Wizyta ta zostanie przeprowadzona w ciągu 4 tygodni od internalizacji odprowadzeń DBS i włożenia generatora impulsów (Activa PC+S), ale przed włączeniem generatora impulsów w celu programowania. Wizyta będzie prowadzona przez dwa dni, jeden dzień w stanie bez leku (odstawienie na noc) i jeden dzień w stanie na leczeniu w losowej kolejności jak na Wizycie 1. Procedura jest identyczna dla Wizyty 1 z rejestracją LFP w spoczynku i podczas zadania wyprostu nadgarstka we własnym tempie, po którym następuje testowanie 4 różnych warunków stymulacji. Jednak LFP będzie rejestrowane z urządzenia Activa PC+S przy użyciu trybu uplink w czasie rzeczywistym, aby zapewnić ciągłe nagrywanie, a nie z zewnętrznych odprowadzeń. Ponieważ urządzenie może rejestrować LFP tylko z jednej pary styków z każdej elektrody (prawej i lewej) na raz, w przypadku rejestracji w stanie spoczynku w celu zbadania różnicy między lekami włączonymi i wyłączonymi, badacze użyją trybu „przemiatania montażu”, który będzie rejestrować na przemian ze wszystkich sześciu możliwych kombinacji styków bipolarnych (0-1, 1-2, 2-3, 0-2, 0-3, 1-3) dla każdej elektrody. W przypadku ruchów wyprostnych nadgarstka zapiszemy z dwubiegunowej pary kontaktowej, która spowodowała największą zmianę oscylacji γ z lekami dopaminergicznymi i ruchami dobrowolnymi na podstawie wyników Wizyty 1. Dodatkowo będziemy nagrywać z sąsiedniej pary styków. Na przykład, jeśli stwierdzono, że styk 1-2 wytwarza maksymalny pik γ, zbadane zostaną styki 1-2, a także styki 0-1 i 2-3. Każda para styków elektrod będzie badana w osobnych przebiegach. Po rejestracji LFP (etap 1) zostaną ustalone poszczególne szczyty częstotliwości γ. Na etapie 2 zbadane zostaną efekty DBS przy wysokiej częstotliwości, spoczynku γ, ruchu γ i braku stymulacji oceniane w losowej kolejności z zapisem STN LFP podczas stymulacji, tak jak podczas wizyty 1. Ten sam styk użyty dla DBS w Wizycie 1 zostanie użyty przy montażu monopolarnym (styk -ve, obudowa +ve). LFP należy rejestrować z sąsiednich styków z montażem bipolarnym, jak opisano na Wizycie 1, ale wszczepione urządzenie Activa PC+S będzie używane do rejestracji LFP

Wizyty 3-6 (TWH-V3, V4, V5 i V6) Po wizycie 2 programowanie DBS zostanie przeprowadzone zgodnie ze zwykłą praktyką kliniczną i potrwa około 2-4 tygodni. Pacjenci będą następnie badani po 2, 6, 12 i 18 miesiącach po operacji. Procedura oceny będzie identyczna jak w przypadku wizyty 2, z tym wyjątkiem, że ustawienie stymulacji „wysokiej” częstotliwości będzie ustawieniem zwykle używanym przez pacjenta w celu uzyskania korzyści klinicznej (130–185 Hz) zamiast 185 Hz.

Wizyty w London Mobility Laboratory (Western University) Wizyta 1 odbędzie się przed zabiegiem chirurgicznym w celu uzyskania podstawowych danych dotyczących chodu i pomiarów kinematycznych w stanach włączenia i wyłączenia leku. W przypadku wizyt 2, 3 i 7 wizyty TWH odbędą się 1-5 dni przed wizytami London Mobility Laboratory. Stymulacja częstotliwością γ, która ma być stosowana podczas wizyt w London Mobility Laboratory, będzie częstotliwością „ruchu γ” określoną na podstawie odpowiedniej wizyty TWH.