Robotergesteuerte fMRT-gesteuerte personalisierte transkranielle Magnetstimulationstherapie bei therapieresistenter Depression

Dieses Protokoll demonstriert den Arbeitsablauf von FMRI-geführtem, robotergesteuert durchgeführtem, personalisiertem TMS bei Depressionen. FMRI-geführtes TMS adressiert die Genauigkeits- und Präzisionsprobleme der Standard-Kopfhaut-basierten Zielerfassung. Nach der Umwandlung der MRI-DICOM-Dateien des Patienten in das NIFTI-Format und der Durchführung einer RSFC-Analyse identifizieren Sie die Standard-Raum-Gehirnkoordinaten, die sich im Schwerpunkt des linken dorsolateralen präfrontalen Kortex oder DLPFC-antikorrelierten Clusters im X-, Y- und Z-Format befinden.

Dann erhalten Sie die Standardraum-DLPFC-SGC-funktionale Konnektivitätskarte, die im NIFTI-Format erstellt wird. Identifizieren Sie die Standard-Raum-Gehirn-Koordinate, die dem rechten motorischen Bereich des Abductor pollicis brevis entspricht, um das Ziel für den Ruhemotor-Schwellenwert oder RMT-Test zu approximieren. Warp die DLPFC- und M1-Koordinaten sowie die funktionale Konnektivität des DLPFC SGC von Standardraum in den nativen Raum des Patienten mithilfe von Transformationen, die durch die zuvor vorbereitete Vorverarbeitungspipeline erzeugt wurden.

Stellen Sie dem Psychiater, der das TMS-Targeting durchführt, die nativen Raum-Gehirnkoordinaten für DLPFC, sowie M1 und DLPFC SGC-funktionelle Konnektivitätskarten bereit. Um zum Speicherort der native T1W-Bilder des Patienten zu navigieren, klicken Sie auf Datei und wählen Sie neue Sitzung in der Neuronavigation. Erstelle einen Session-Ordner und wähle je nach Speicherformat der T1W-Bilder entweder DICOM oder NIFTI aus.

Passen Sie die Oberflächenschwelle auf der Kopfhaut auf dem T1W-Bild mit der Option "Oberflächenschwellenwerte anpassen" in der Menüleiste der Neuronavigation-Software an. Mit der Option "Kopfhautschwelle anpassen" kannst du die Kopfhautoberfläche anpassen, um aufzublähen oder entleeren zu können. Achten Sie auf eine Minimierung des epiduralen Raums oder der Kopfhaut über Aufblasung durch die Definition der Kopfhautoberfläche.

Um Hirngewebe von Nicht-Hirngeweben zu segmentieren, wählen Sie mit der Segmentierungsoption einen großen Trakt der weißen Substanz aus und klicken Sie auf Berechnen, sodass die Software relative Kontrastwerte von Gehirn- und Nicht-Gehirngewebe bestimmt, und dann überprüft, ob die definierte Gehirnoberfläche angemessen mit der grauen Substanzoberfläche übereinstimmt. Dann definieren Sie mit der Patientenregistrierungsoption anatomische Orientierungspunkte vor. Markieren Sie den linken Tragus, den rechten Tragus und die Nase auf das T1W-Bild des Patienten im natürlichen Raum zur Vorbereitung auf die Ko-Registrierung mit den tatsächlichen Kopfhautmarken des Patienten.

Der Tragus, der Tragus-Helix-Kreuzung oder jedes leicht identifizierbare Wahrzeichen können verwendet werden, solange die Mitregistrierung in einem späteren Schritt eng übereinstimmt. Als Nächstes geben Sie das native Space DLPFC-Ziel und die M1-Koordinaten im X-, Y- und Z-Format mit rechts anteriorer superiorer Ausrichtung und der Planungsoption im Menüleiste ein. Verschieben Sie das DLPFC-Ziel auf den nächstgelegenen Gyrus, falls es innerhalb eines Sulkus liegt.

Um zu überprüfen, dass die neu positionierte Gehirnkoordinate im ausgewählten antikorrelierten Cluster verbleibt, überlagern Sie die funktionale Konnektivitätskarte des native Space DLPFC SGC auf das Native Space T1W-Bild des Patienten und geben die Koordinaten des neu positionierten Gehirnziels in der MRT-Visualisierungssoftware ein. Verschieben Sie bei Bedarf die M1-Koordinate zum präzentralen Gyrus. Berechnen Sie die senkrechten Eintrittspunkte der TMS-Spirale auf der Kopfhaut für die DLPFC- und M1-Koordinaten.

Stellen Sie sicher, dass der Anflugwinkel der TMS-Spule relativ zur linken Seite des Kopfes bei der Berechnung des Eintrittspunkts auf 45 Grad eingestellt wird. Überlagern Sie ein sechs mal vier Eingangs- oder Zielgitter, das in fünf mal fünf Millimetern Abständen im Eintritts- oder Zielbereich im Kontrollbereich angeordnet ist, um zusätzliche Ziele für RMT-Tests zu erstellen. Setzen Sie den Patienten in einen motorisierten Behandlungsstuhl mit Nackenstütze, um Kopf und Hals angemessen zu stützen.

Legen Sie den Patienten zurück und heben Sie die Beine in eine bequeme Position. Mit einem Stirnband oder doppelseitigem Klebeband befestigen Sie den Patienten-Referenztracker an der rechten Stirn des Patienten. Positioniere den Kopf des Patienten mit dem motorisierten Stuhl so, dass er im Gesichtsfeld der Neuronavigationskamera liegt.

Kehren Sie dann zur Patientenregistrierungsoption in der Menüleiste zurück, um die anatomischen Orientierungspunkte und die Kopfhautoberfläche des Patienten mit den vordefinierten anatomischen Orientierungspunkten und der Kopfhautoberfläche auf dem T1W-Bild zu registrieren. Setzen Sie den Zeiger auf die tatsächlichen Kopfhautmarken des Patienten und erhalten Sie jedes Orientierungszeichen, indem Sie den grünen Knopf am Fuß oder am Handschalter drücken. Berühren Sie den Zeiger auf die Kopfhaut und fahren Sie vorsichtig über die Kopfhaut des Patienten, um 300 Kopfhaut-Landmarken zu erhalten, während Sie den grünen Knopf am Fuß oder am Handschalter drücken.

Überprüfen Sie die räumliche Ausrichtungsgenauigkeit zwischen den tatsächlichen und vordefinierten anatomischen Orientierungspunkten sowie der Kopfhautoberfläche am Ende des Patientenregistrierungsverfahrens, die als Wurzel-Mittelquadratabweichung in Millimetern gemeldet wird. Stellen Sie sicher, dass die Wurzelmittelquadratwerte unter drei Millimetern liegen, andernfalls wiederholen Sie die Registrierungsschritte, bis dies erreicht ist. Positioniere den Cobot so um, dass der Patienten-Referenztracker in einem optimalen Abstand und Winkel innerhalb des Gesichtsfelds der Neuronavigationskamera ist.

Stellen Sie sicher, dass das Gesichtsfeld der Neuronavigationskamera auch einen der Cobot-Referenzpunkte erkennen kann. Überprüfen Sie das Gesichtsfeld, indem Sie im Menü das Tracking System prüfen auswählen. Das violette Fadenkreuz zeigt sichtbare Bezugspunkte an.

Manuellen Modus in der Cobot-Option im Steuerbereich aktivieren, um den spulenmontierten Roboterarm manuell in den Arbeitsbereich zu bewegen. Klicken Sie im Cobot-Optionspanel auf Parkposition, um die Spule in die Neutralstellung zu stellen. Positionieren Sie den Cobot manuell oder stellen Sie den motorisierten Stuhl so ein, dass die Spirale direkt über dem Kopf des Patienten mit mehreren Zentimetern Abstand liegt.

Dann kalibrieren Sie die Funktion des Coil-Force-Sensors in der Cobot-Option im Steuerbereich der Neuronavigation-Software, um ein Sensorfenster mit vier Druckleuchten auszulösen. Legen Sie einen Finger auf die Spule und erhöhen Sie den Druck allmählich, dann verringern Sie den Druck, sodass alle vier Druckleuchten nacheinander ein- und wieder ausschalten. Stelle sicher, dass die Lichter von links nach rechts aktiviert werden, dann deaktiviere rechts nach links, damit die Okay-Taste anklickbar ist.

Platzieren Sie drei Elektromyographenelektroden, die entlang der ventralen Länge des rechten Abductor pollicis brevis mit dem MEP-Monitor verbunden sind. Wählen Sie das MEP-Protokoll auf der TMS-Maschine und stellen Sie die Empfindlichkeit auf 200 Mikrovolt pro Division ein. Wählen Sie Rückruf und dann Timing, um die MEP-Schnittstelle anzuzeigen.

Um den spulenmontierten Roboterarm anzuweisen, zum ersten M1-Ziel im Gitter zu bewegen, wählen Sie das Ziel im Eingangs- und Zieloptionsfeld im Steuerbereich aus. Wählen Sie die Ausrichtung der Spirale im Cobot-Optionspanel, um die Spirale auf der Kopfhaut des Patienten zu positionieren. Wählen Sie die Stimulator-Option im Kontrollbereich der Neuronavigation-Software und stellen Sie die anfängliche Stimulationsintensität in der Amplitudenoption auf 40 % ein.

Klicken Sie auf einen einzelnen Impuls, um einen Impuls abzugeben, während Sie sich sequentiell zu jedem der Ziele im M1-Raster bewegen. Eine präzise Positionierung der TMS-Spule ist für motorische Ziele nicht erforderlich. Erhöhen Sie die Stimulationsintensität bei Bedarf, um einen MEP oder sichtbare Daumenbeugung zu beobachten.

Identifizieren Sie das Ziel, das den stärksten MEP erzeugt, zusammen mit der größten Amplitudenbeugung des rechten Daumens, der Finger oder des Handgelenks. Wählen Sie das optimale M1-Ziel im Eingangs- und Zielpanel aus und klicken Sie auf Coil-Ausrichtung im Cobot-Optionspanel, um die Spirale auf der Kopfhaut des Patienten zu positionieren. Stellen Sie die Stimulationsintensität einzelner Impulse an diesem Ziel in festgelegten Abständen an, bis die RMT bestimmt ist.

Im Stimulationspanel zeigen MEP-Maximalwerte über 50 Millivolt einen MEP an. Identifizieren Sie die RMT als die minimale Stimulationsintensität, die erforderlich ist, um fünf von zehn Bewegungen mit einem MEP von mehr als 50 Millivolt auf der Elektromyographie auszulösen. Weisen Sie den Patienten an, die Augen zu schließen, sich zu entspannen und sich nicht auf bestimmte Gedanken zu konzentrieren, um über FMRI und TMS hinweg konsistente Gehirnzustände aufrechtzuerhalten.

Weisen Sie den spulenmontierten Roboterarm an, sich zum DLPFC-Ziel zu bewegen, indem Sie das Ziel im Eingangs- und Zieloptionsfeld im Steuerbereich auswählen. Wählen Sie die Ausrichtung der Spirale im Cobot-Optionspanel, um die Spirale auf der Kopfhaut des Patienten zu positionieren. Wählen Sie das programmierte dreiminütige intermittierende Theta-Burst-Stimulationsprotokoll im Menü auf dem TMS-Gerät aus.

Wählen Sie den Rückruf und dann den Zeitpunkt, um das Gerät auf die Durchführung des dreiminütigen intermittierenden Theta-Burst-Stimulationsprotokolls vorzubereiten. Wählen Sie die Stimulator-Option im Kontrollbereich und stellen Sie die Stimulationsintensität für die erste Sitzung auf 80 % des RMT, für die zweite Sitzung 100 % und für die folgenden Sitzungen 120 % ein. Klicken Sie auf Start oder Stopp auf Züge, um den vollen Zug an wiederholenden TMS-Impulsen zu liefern.

Jeder Impuls wird im Stimulationspanel angezeigt. Führen Sie täglich eine Stimulation des linken dorsolateralen präfrontalen Cortex für bis zu 20 bis 30 Sitzungen an Werktagen durch. In einer offenen Studie mit diesem Protokoll lag die Gesamtansprechrate bei 52 % und die Remissionsrate bei 33 %. Die a priori Untergruppen zeigten unterschiedliche Profile der Antwort- und Remissionsrate, was darauf hindeutet, dass die Depressionsgruppe ohne Komorbidität, Gruppe eins, besser ansprach als die mit Komorbidität oder bipolarer Depression, Gruppen zwei bzw. drei.

Vor der Behandlung betrug die durchschnittliche funktionelle Konnektivität des SGC DLPFC bei minus 0,25. Die funktionelle Verbindung zwischen dem DLPFC und dem restlichen Gehirn veränderte sich durch die TMS-Behandlung nicht. In der Teilgruppe der Patienten, die sich vor und nach TMS FMRI unterzogen hatten, wurde eine spezifische Reduktion des antikorrelierten RSFC von der Vorbehandlung zur Nachbehandlung beobachtet, wobei die funktionelle Konnektivität des negativen Ruhezustands nahe Null lag.

Dieses Protokoll demonstriert die Machbarkeit, funktionelle Konnektivität zu nutzen, um das Behandlungsziel für TMS bei Depressionen zu personalisieren. Dieses Protokoll erfordert erhebliche Ressourcen und spezialisierte Expertise, insbesondere für MRT, bildgebende Analyse sowie den Einsatz von Neuronavigation und robotischen Systemen. Zukünftige Protokolle werden die Machbarkeit durch Technologien verbessern, die Neuronavigation, Robotik und Bildgebungs-Workflows integrieren.