Badanie STEREO-DBS: analiza sieci mózgowej 7-Teslowego rezonansu magnetycznego do głębokiej stymulacji mózgu (STEREO-DBS)

WPROWADZENIE I UZASADNIENIE

Głęboka stymulacja mózgu w chorobie Parkinsona Głęboka stymulacja mózgu (DBS) jest skutecznym sposobem leczenia choroby Parkinsona (PD), wyniszczającego zaburzenia neurologicznego. Działanie DBS opiera się na modulacji wadliwie działających sieci mózgowych poprzez dostarczanie impulsów elektrycznych w jądrze podwzgórza, głęboko osadzonych w pniu mózgu i wielkości kilku milimetrów (STN; porównywalne z wielkością ziarna kawy). Jednak indywidualna poprawa po DBS pozostaje zmienna, a 50% pacjentów wykazuje niewystarczające korzyści. Wykorzystując łączność strukturalnego rezonansu magnetycznego 7 T (7T MRI) do wizualizacji nieprawidłowo działających sieci, można zindywidualizować umieszczanie i aktywację elektrod DBS.

Obecne rozmieszczenie i ustawienia elektrod DBS w silnie połączonym STN są oparte na obrazach MR o mocy 1,5 Tesli lub 3 Tesli. Te modalności o niskiej rozdzielczości nie są w stanie zwizualizować wielu sieci mózgowych w tym małym jądrze i zapobiec aktywacji elektrod skierowanej na jego projekcje korowe. Zintegrowane mapy sieci strukturalnej (7T MRI) umożliwią opartą na sieci mózgowej i specyficzną dla pacjenta DBS, poprawiając objawy motoryczne i jakość życia.

Analiza sieci mózgowej 7T MRI Od lat 80-tych DBS dla PD był ukierunkowany na STN, głęboko osadzone jądro szarej mózgu. Obecny nacisk w dziedzinie DBS kładzie się na sieci neuronowe, a nie na oddzielne jądra w mózgu. Kilka badań wykazało, że PD wynika z patologicznej aktywności sieci w projekcjach podwzgórzowo-korowych. W ostatnich latach kilka grup DBS poinformowało o wykorzystaniu łączności MRI do wizualizacji projekcji podwzgórzowo-korowych w DBS dla PD.

Mały STN jest częścią wielu dużych sieci mózgowych. DBS skutecznie poprawia UDPRS i jakość życia pacjentów z PD tylko poprzez modulację swojej sieci motorycznej. Aby poprawić umieszczanie i aktywację DBS, konieczne jest zrozumienie sieci i modulującego efektu stymulacji. Jak dotąd wizualizacja tych sieci była ograniczona ze względu na niską rozdzielczość i brak połączeń strukturalnych (wizualizacja projekcji podwzgórzowo-korowych za pomocą rezonansu magnetycznego ważonego dyfuzją i łączności probabilistycznej).

W związku z tym badacze dodali 7T T2 i sekwencje ważone dyfuzją w Spinoza Center i wykazali, że probabilistyczna analiza sieci podwzgórza (segmentacja STN) z powodzeniem identyfikuje obszar w STN, który ma największą gęstość połączeń z siecią motoryczną u pacjentów z PD. W niedawnym badaniu pilotażowym badacze wykazali, że wdrożenie 7T MRI do segmentacji STN jest dobrze dopasowane do istniejącego schematu pracy chirurgicznej. Dzięki wygenerowaniu 7-Teslowego MRI pokazującego podpodział motoryczny STN (kolorowy), technika ta wyraźnie zwizualizowała ten nowy cel DBS. Analiza retrospektywna wykazała, że ​​w przypadku konwencjonalnych strategii celowania MRI tylko mniejszość elektrod DBS została umieszczona w STN silnika. Ponadto elektrody DBS, które zostały umieszczone w silniku STN, spowodowały znacznie wyższą średnią poprawę (80% w porównaniu do 50%, mierzone za pomocą wyniku UPDRS-III).

Generowanie map sieci 7T MRI dla DBS STN i jego połączenia korowe zostaną zwizualizowane za pomocą obrazowania 7T T2-ważonego i ważonego dyfuzją. Zostaną zwizualizowane trzy główne projekcje STN: projekcje łączące się z pierwotną i dodatkową korą ruchową (motoryczną), projekcje z korą przedczołową (asocjacyjne) oraz projekcje z korą podstawno-czołową (limbic). Położenie elektrody (za pomocą tomografii komputerowej) zostanie zwizualizowane w odniesieniu do trzech segmentowanych podpodziałów STN.

Mapa sieci 7T MRI, wygenerowana przez połączenie T2 i MRI ważonego dyfuzją, pokazuje podpodziały STN (kolorowe) i ich projekcje korowe. Wynik pokaże następnie, w którym podpodziale STN znajduje się kontakt elektrody DBS i do którego obszaru korowego rzutuje podpodział STN. Wyniki testów klinicznych kontaktu elektrody zostaną następnie skorelowane z mapami sieci. Parametry stymulacji oparte na mapach sieciowych 7T MRI wykorzystywane są do optymalizacji i przewidywania wyników pod kątem korzystnych efektów klinicznych (drżenie tłumiące, spowolnienie ruchowe, sztywność) oraz skutków ubocznych (mowa, chód, apatia). Ponieważ wszystkie mapy sieci są wizualizowane na obrazie MRI, umożliwi to zarówno analizę indywidualną, jak i grupową (współrejestrowanie map wielu pacjentów).

Działania niepożądane W 350 skanach MR 7T, które badacze wykonali do tej pory, rzadko napotykaliśmy niekompatybilne implanty lub ciężką klaustrofobię. Każdy pacjent poddawany jest badaniu przesiewowemu z wykorzystaniem kwestionariusza bezpieczeństwa rezonansu magnetycznego oraz detektora metali rezonansu magnetycznego (zapobiegającego wprowadzeniu materiałów ferromagnetycznych do rezonansu magnetycznego). 7T MRI jest techniką nieinwazyjną, która nie powoduje bólu, a co ważne, pola elektromagnetyczne nie powodują żadnych znanych uszkodzeń tkanek. Podczas zabiegu system MR może czasami wydawać głośne stukanie, pukanie lub inne dźwięki. Dostarczane są zatyczki do uszu, aby zapobiec problemom, które mogą być związane z hałasem generowanym przez skaner. Przez cały czas pacjent będzie monitorowany (wizualnie) i będzie mógł komunikować się z technikiem 7T MRI za pomocą systemu interkomu. Pacjent może (poprosić) o przerwanie akwizycji w dowolnym momencie za pomocą przycisku (ciągłe przytrzymanie przez pacjenta).

Podsumowując, dzięki wdrożeniu analizy sieci mózgowej 7T MRI możliwa jest teraz bezpośrednia wizualizacja motorycznej części STN. W bieżącym badaniu obserwacyjnym ta technika zostanie oceniona w sposób prospektywny, wprowadzając specyficzną dla pacjenta DBS kierowaną siecią mózgową dla PD z dostarczeniem unikalnego i dotychczas niedostępnego zestawu danych: 7T MRI wizualizuje anatomiczne połączenia STN dla każdego indywidualnego kontaktu elektrody DBS. Zamiast jednego uniwersalnego modelu DBS, dostosowane analizy sieci umożliwiają spersonalizowane precyzyjne modelowanie w DBS.