Name: 적응 깊은 뇌 자극으로 파킨슨 병을 제어 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-07-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 12 s
Description: 배우세요 적응형 심부뇌자극(aDBS)을 이용한 파킨슨병 치료법을 실시간 베타 진폭 모니터링으로 운동 기능을 개선하고 배터리 소모를 줄이는 효율적인 신경과학 기법입니다.

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이 방법은 웰컴 트러스트 (Wellcome Trust), 의학 연구위원회, 건강 연구 옥스포드 바이오 메디컬 연구 센터에 대한 국립 연구소 및 Rosetrees 신탁 기금을 사용하여 개발되었습니다. 기능 신경 외과의 UCL 단위는 영국 파킨슨 매력과 기념물들에 의해 지원된다.

1. 동의 및 바이오 마커 확인 이 프로토콜을 검토하고 국가 연구 윤리 서비스위원회 사우스 센트럴에 의해 승인되었습니다 - 옥스포드 A. <ol><li> 연구에 적합한 주제를 식별 : 주제는 임상 적으로 깊은 뇌 자극 (의학적으로 다루기 힘든 파킨슨 병)에 적합한 것으로 확인 된 사람들이다. 참고 : 전선 동안 배터리 / 자극 배치 (일 7)이 구체화되기 전에 전극 주입 (1 일) 후 실험을 수행합니다. </li><li> 자극 테스트와 하룻밤 파킨슨 약물 금단 증상에 대한 환자 동의합니다. </li><li> 파킨슨 약물의 12 시간의 철수에 따라, (증폭기, 설계해야한다 안전 시험 및 인간의 두개 내 신경 생리 학적 사용을 위해 유효) 16 적절한 앰프에 외부화 DBS 전극을 연결합니다. </li><li> BIL 모든 연락처에서 휴식 레코드 지역 현장 잠재력 (LFP)aterally (L 0-3 &amp; R 0-3.) </li><li> 인접 연락처에서 녹음의 감산에 의해 양극 몽타주 (0.2 및 1.3)를 만듭니다. </li><li> 자극 테스트를위한 가장 높은 베타 진폭 환자 특정 베타 피크 주파수와 바이폴라 접촉 쌍을 식별하기 위해 전력 스펙트럼 분석을 수행합니다. 주 : 약물 오프 PD 환자의 대부분은 베타 피크 2가있다. 제공된 베타 피크가 떨어져 약물 식별 할 수없는 경우, 환자는이 DBS 타겟팅 합병증을 나타낼 수 있으므로 상기 분석에서 제외한다. </li><li> 가장 높은 베타 진폭 바이폴라 접촉 쌍 (0.2 또는 1.3)에 의해 가교되는 단극 자극에 대한 연락처를 선택합니다. </li></ol> ADBS 설치에 대한 환자의 2. 연결 <ol><li> 아날로그 증폭기와 필터에 DBS 전극을 연결합니다. 참고 : 3 사이의 대역 통과 필터 - X 9,100 이득 37 Hz에서. </li><li> 환자에 대한 참조를 연결합니다. 참고 : 참고는 5cm 스탄로 연결 × 5 센티미터 신경 자극기 젤 전극 패드해야다드 2mm 모노 폴라 전극 와이어. 왼쪽 쇄골에 전극을 배치합니다. </li><li> A / D 컨버터와 휴대용 컴퓨터의 실행 신호 분석 소프트웨어에 아날로그 앰프를 연결합니다. 두 번째 단계는 디지털 4 Hz에서 통과 대역으로 환자 특정 베타 피크 주변의 신호를 필터링 할 수 있습니다. 베타 진폭을 모니터링하고 사전 설정된 임계 값과 자극을 제어하기 위해 사용합니다. 스무딩 창 부드러운 베타 진폭 (400 밀리 초는이 설정에서 경험적으로 효과가 있었다.) </li><li> D / 자극에 대한 트리거를 연결합니다. </li><li> 앰프를 통해 환자에 자극을 연결합니다. 참고 : 안전을 위해, 충전 밀도는 &lt;30 μQ / ㎠와 자극이 선형 입력이 제한됩니다 확인 - 출력 기능. 광학적으로 환자에 대한 모든 연결을 분리. 자극 설계 및 기준 EN60601-1 의료 안전 표준을 테스트해야합니다. </li></ol> 기존의 연속 자극 3. 테스트 <ol><li> 기존의 고주파 stimula를 켭니다기,하지만 처음에 제로 전압에서 (100 밀리, 130 Hz에서, 0 V)​​. 가장 높은 베타 진폭 바이폴라 접촉 쌍의 다리를 접촉에서 단극 자극을 적용합니다. 예상대로 전달하는 자극 보장하기 위해 실험을하는 동안 지속적으로 자극 판독을 모니터링합니다. </li><li> 천천히 임상 효과 임계 값을 찾고, 0.5 V 단위로 몇 분 간격으로 자극 전압을 증가시킨다. 같은 감각 이상 등없이 또는 최소한의 부작용과 함께 임상 적으로 유용한 자극 전압 (일반적으로 1.5-3.0 V)를 설정합니다. </li></ol> 4. 온 / 오프 스위칭 및 트리거와 임계 값의 테스트 설정 <ol><li> 임상 적으로 효과적인 전압의 자극으로, 250 밀리 초 아래로 올렸과 자극을 끕니다. </li><li> 임상 적으로 효과적인 전압의 자극으로, 250 밀리가 잘되어있는에 자극을 전환합니다. </li><li> 감각 이상 및 기타 가능한 부작용에 ​​대해 하구 오프에 자극 전환에 경험했다. &lt;/ 리&gt; <li> 부작용이있는 경우, 0.25 V로 전압을 감소 및 반복 / 오프 전환 임계 값에 따라 감각 이상 아래까지 4.3 4.1 단계를 반복합니다. </li><li> 적정에 의해 온 / 오프 다시 전환과 감각 이상에 대한 임계 값을 찾아 바로 아래에 추가 시험이 임계 값을 (0.1 V)에 전압을 설정합니다. 이 임상 적으로 효과가 있다면 다른 접촉을 시도 (연락처 1을 선택 2). 참고 : 전환에 자극 오프는 일부 환자에서 가능한 조직 전극 계면에서 충전 용 용량 관련 스파이크 이슈가 발생할 수 있습니다. 신호가 통과 대역 베타 대역에서 필터링을 트리거 레벨을 설정하기 전에되면서,이 유물은 크게 약화되었다. 그럼에도 불구하고, 몇 가지 경우에이 유물은 자체 트리거링을 야기하기에 충분했다. 이러한 경우에이 문제를 해결하기 위해, 우리는 자극의 전압을 감소, 자기 트리거링을 탈출 트리거 임계 값을 증가했다. 필요한 경우이 미래에 부딪히는 될 수있는 또 다른 방법은 혼입 통해자체 트리거링을 방지하기 위해 각 트리거 발병 후 기간을 잠급니다. </li><li> 바로 위의 결정 ON / OFF 스위치 감각 이상 임계 값에 따라 전압에 자극을 켭니다. </li><li> 임상 효과를 유지하면서 자극의 최소 시간에 결과 수준으로 베타 진폭 트리거 임계 값을 늘립니다. 자극에 시간을 50 % 이상 감소를 목표로하고 있습니다. </li><li> 10 분 자극 효과를 희미하게하는 자극을 끄고 자극없이 환자를 남겨 (다음 설정 및 테스트 블록 사이). </li></ol> 다른 자극 조건에 걸쳐 환자의 5. 테스트 <ol><li> 조건 (적응 DBS, 오프 종래 &amp;)를 테스트하기 위해 환자의 눈을 멀게을 확인합니다. </li><li> 임상 테스트 시작 전에 실행 조건으로 5 분간의 안정화 기간의 최소 각 테스트 조건을 적용한다. 주제에 걸쳐 평형 시험 조건 순서. 전압, 펄스 폭 및 자극 주파수 identi 수정유일한 차이점은 베타 진폭과 관련 자극의 타이밍에 관한되도록 시험 조건에 걸쳐 캘리. </li><li> 자극의 개시 후 소정의 고정 점 (최소 300 초 등의 예)에서, UPDRS의 평가 척도를 통해 효과에 대한 임상 적으로 환자를 평가합니다. </li><li> 영상 기록 평가와 독립적 인 전문가를 오프라인으로 다음 블라인드 속도 (강성을 제외.) </li><li> 객관적인 측정 (accelerometry 또는 actigraphy)를 사용하여 임상 평가를 수행합니다. </li></ol>

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</ol>

LZ, MH : 컨설팅, 여행 지원, 말하기, 수수료, 메드 트로닉, 세인트 주드. TF : 컨설팅, AbbVie 제약, 세인트 주드, 메드 트로닉; PL : 컨설팅, 말하기, 수수료, 메드 트로닉, 세인트 주드. PB : 컨설팅, 메드 트로닉, 사피엔스.

이 문서는 수술 후 환자의 적응 깊은 뇌 자극의 연구와 검증을위한 새로운 방법을 설명합니다. DBS 처리는 PD위한 표준 치료 필수 떨림과 근긴장의 일부로서 도입 발성 두통, 간질, 질 드 라 뚜렛 증후군, 강박 장애 및 우울증을 포함하는 다른 조건의 범위에서 시험되고있다. 현재, 모든 임상 자극 패러다임 연속 오픈 루프 자극을 채택하고 이러한 간단한 자극 패러다임은 종종 효과적이지만, 그들이 크게 질병 적절한 생체에이 반응하게함으로써, 알림, 환자에 자극을 최적화함으로써 개선 될 수 있다는 희망 특정 방식. 방법은 여기에 설명, 허용 이전에 내면화 전지와 자극의 주입에 첫 수술 (전극 주입), 후 외부화 환자 ADBS의 테스트. 이 방법을 사용하면, 거기 희망연구자 DBS가 사용되는 질환의 스펙트럼에 걸쳐 생체의 범위를 사용 ADBS의 효능을 조사 할 수 이물. 이 후 만성적으로 이식 임상 시험에서 발생할 수 있습니다. 우리가 사용하고 성공을 발견 프로토콜은 위의 설명되어 있습니다. 우리는 성공적인 ADBS을 달성하기 위해 프로세스를 미세 조정을위한 중요한 단계의 수를 식별. 이 간단한 ADBS 설정에서 제어 할 수있는 매개 변수는 전압, 트리거 임계 값, 자극 접촉 및 램핑 기간 (가) 있습니다. 이 모든 (감각 이상) 및 해제 자극 전환의 부작용에 ​​대해 균형을 이루어야한다, 기술적 인 문제가 (재발 &#39;자기&#39;트리거) 및 임상 효능. 에 자극을 전환하고 off로 필터링에도 불구하고, 잠재적으로 관심의 주파수 범위로 유출 할 수있는 LFP의 전압 의존하는 이슈가 발생합니다. 이 심각한 경우에, 그것도의 부재 자체 트리거를 일으킬 수 있음바이오 마커 신호의 상승, - 여기에 지역 현장 잠재적 인 베타 활동. 효과적으로 ADBS 모든 시간에 존재하기 때문에 안전한 것으로 알려져있다 CDBS을 흉내 낸 결과로이 안전 문제를 나타내지 않습니다. 그러나 베타 진폭 반응의 부족과 CDB를 통해 ADBS의 잠재적 인 이익 때문에 손실이 발생할 않습니다. 우리는 필요한 경우 자기 트리거링은, 자극 전압을 감소시키는 임계 값을 높이거나, 자극 접촉을 변경함으로써 회피 될 수 있다는 것을 발견 할 수 있었다. 오프는 ADBS의 응답 성을 유지하면서 감각 이상을 방지에 관한 만족스러운 타협 것으로 나타났다에 자극을 250 밀리 초 램핑. 현재 파라미터는 개별 환자에 최선의 응답 프로파일을 달성하기 위해 경험적으로 조정될 우리는 아직 확실이를 위해 그룹 레벨에서 적용 가능한 일관된 규칙을 식별되지 않은이. 그럼에도 불구하고, 지금까지 공부 모든 환자에서, 우리는 발견했다전압, 트리거 임계 값과 자극 접촉의 발견 조정 효과가 ADBS를 사용하고, 최적의 매개 변수보다 30 분으로 확인되었다. 그것은 부작용 (ON / OFF 동작에서 감각 이상) 및 유물 오염 (아마도 조직 전극 커패시턴스와 관련된)의 관리를 더 조사하고 더 나은 자신의 최소화에 대한 자세한 일반화 된 규칙을 도출하는 것으로 이해 될 수 있다는 기대된다. 탐사 전위 파라미터 공간도 크게 성장 생체 자극 알고리즘의 복잡성과 같은 더 복잡해질 것이다. 예를 들어, 고주파 전력 비율, 위상 진폭 커플 링 및 베타 가변성 모두 파킨슨 상태 9,10,12,17에 관해서 보여왔다. 이 문서에서 설명하는 방법은 매개 변수와 그 부작용 프로파일뿐만 아니라 자극의 임상 효능에 미치는 영향을 체계적으로 조사를 활성화해야합니다. 그러나, thorough 향후 모든 파라미터의 최적화는 오히려 임상 효과보다 바이오 마커의 반응에 초점 DBS 모델 및 알고리즘 최적화 루틴은 매개 변수의 제한은 경험적으로 검색 할 범위를 허용하면 용이하게 될 가능성이있다. 이 방법은 기존의 DBS에 비해 향상된 전력 소비 및 임상 효능을 입증하고 상기 생체 자극 패터닝에 대한 우리의 이해 진보와 PD 향상시킬 수있는 잠재력을 가지고있다. DBS가 사용하는 훨씬 더가 기본 병태 생리에 대한 알려져있다, 따라서 대응하는 생체가 완전히 아직 결정되지 않은 다른 조건. 상당한 추가 연구가 완전히 파킨슨에서 ADBS의 잠재력을 활용하고, 정도와 손상은 시간이 지남에 따라 변동하는 다른 잠재적 인 신경 및 신경 정신 조건의 숫자에 그 가능성을 탐구하는 데 필요합니다.

파킨슨 병은 장기적인 치료가 1 불만족하는 일반적인 심각하지 않도록 퇴행성 운동 장애입니다. DBS는 고급 의료 내화물 PD에 효과적입니다 만, 효능, 부작용이 한정되어 있으며 2 비용입니다. 기존의 자극은 운동 장애 전문가에 의해 경험적으로 설정하고 다음 병원 방문까지 변화없이 지속적으로 실행 남아 있습니다. 일반적인 자극 매개 변수는 60 밀리 초 펄스 폭, 3 V 강도, 130 Hz에서 반복합니다. 그러나이 지속적으로 높은 전압의 자극은 일반 모터의 기능 3을 방해 할 수 있습니다. 적응 DBS (ADBS) 4 - 심장 페이싱 등의 대부분은 성공적 결과에 관련된 개선, 그것은 DBS 마찬가지로 기본 뇌의 리듬이 반응함으로써 개선 될 수 있다는 희망, 복잡한 응답 폐쇄 루프 시스템에 간단한 루프 시스템에서 전환 된 5. ORD에서ADBS을 실현하기 위해 어, 그것은 질병의 믿을 수있는 생체를 식별하기 위해 첫째로 중요하다. 파킨슨 병은 눈에 띄는 베타 (13-33 Hz에서) 진동이 기저핵 회로 2를 통해 기록 된 것을 특징으로한다. 이 베타 진동 임상 상태 6,7 향상에 비례하여 레보도파와 DBS에 의해 억제된다. 이들은 안정적이고 장기적으로 견고하고 그들에게 생체 08 매력적인 표적을 만드는 임상 DBS에 사용되는 동일한 전극으로부터 기록 될 수있다. 베타 진동 외에도, 더 복잡한, 잠재적 인 바이오 마커의 범위는 증상 2,9-12의 심각도와 관련하는 것으로 나타났다 발견되었습니다. PD (13)의 영장류 모델 - ADBS의 원칙의 증거는 지금 비에 증명되었다. 이것은 고정 된 지연 후에 DBS 자극을 유발 신경 세포의 소성으로 자극을 제어하는​​ 단일 피질 운동 신경 세포를 사용했다. 연구는 적응보고필자의 자극은 기존의 DBS보다 더 효과적이었다. 최근 작품은 이후 성공적으로 인간이 조브 제 14 조에서 제시되는 방법을 ADBS을 확장했다. 이 연구는 이전에 자신의 전선의 국제화와 그 배터리 팩 / 자극기에 연결하는 즉시 수술 후 기간에 PD 환자를 조사 하였다. 베타 진동은 온라인 실시간 모니터링 및 고주파 자극의 타이밍을 제어하는​​ 데 사용 하였다. 이것은 소비 전력의&gt; 50 % 감소와 표준 자극에 비해 모터 손상의 25 % 개선되었다. 이러한 결과는 임계 값과 효과적인 자극 매개 변수를 변경뿐만 아니라 약물의 수준 수있는 만성 이식 상태로 복제해야합니다. 따라서, 생체 및 제어 알고리즘을 적절하게 조정하고 일치해야하고 참 잘이 다른 매개 변수 풍경에 적응하기 위해 복잡성을 더 필요로 할 수있다. 장기 성을 위해 장착 된 장치imulation 녹화는 현재 개발 및 15을 설정 연구의 상용화에 박차를 가하고되고있다. 한편 성능을 뒷받침 적응 DBS 및 알고리즘의 가능한 이점은 더욱 평가되고 품위 될 수 있도록 플랫폼이 필요하다. 오류 및 차선의 방법은 시스템이 만성 사용을 위해 내장되어 한 번 반전하는 것이 더 어렵 기 때문에 이것은 중요한 단계입니다. 또한, 급성 연구는 만성 내면화 적응 DBS 시스템 개발에 암시 적 도전을 극복 노력에 동기를 부여하는 것이 필요하다. 이 방법보고의 목적은 효능을 최대화하고 부작용 / 전력 소비를 최소화하기 위해 DBS 환자에서 다른 생체 자극 패러다임의 범위를 탐색하고, 매개 변수를 최적화하기 위해 연구를 가능하게하는 것이다. 그것은 파킨슨 환자에서 효과가 최초의 방법이며 아직 상대적으로 간단하고 쉽게 적용 할 수 있습니다. 이 방법은 t을 설계누구를위한이 알려진 LFP 바이오 마커이고 수술 후 (전극 와이어 전에 배터리 / 자극기 삽입에 추가 두개골과 실험에 사용할 수있는 최대 1 주일의 기간을) 구체화의 기간을 가진 사람 O 어떤 DBS 환자를 조사.

<table><tbody><tr><td>StimRecord 앰프 (3-37 Hz)</td><td>사내</td><td>NA</td><td>공통 모드 제거, 3-37 Hz (대역통과), x9500 앰프. 참조 - Eusebio, A et al16.</td></tr><tr><td>1401 디지털 수집 장치</td><td>CED</td><td>Micro 1401-3</td><td></td></tr><tr><td>Spike 2 소프트웨어</td><td>CED</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>자극기</td><td>사내</td><td>NA</td><td>Biphase, 가변, 경사 자극기. 참조 - Little et al14.</td></tr><tr><td>젤 전극 참조 패드</td><td>Axelgaard</td><td>895220</td><td>5 x 5cm PALS 백금 젤 전극 패드</td></tr></tbody></table>

적응 깊은 뇌 자극으로 파킨슨 병을 제어

Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

적응 깊은 뇌 자극 (ADBS)는 질병 및 약물 상태의 변동에 따라 실시간으로 자극을 최적화하여 파킨슨 병의 치료를 향상시킬 수있는 잠재력을 갖는다. 적응 DBS의 현재 실현에서 우리는 기록하고 초기 수술 후 기간에 파킨슨 병 환자의 시상 하부 핵 이식 DBS 전극에서 자극한다. 로컬 필드 전위들이 디지털, 환자 특정 베타 피크 주위 다시 여과 정류 및 베타 진폭 온라인 판독을 수득 평활화되는 데이터 취득 부에 전달되기 전에 3 및 47 Hz에서 사이 여과 유사체이다. 베타 진폭 임계 값을 교차하는 경우, 자극기에 트리거 신호를 전달하는, 경험적으로 설정된다. 자극은 250 밀리 초 동안 미리 정해진 임상 적으로 효과적인 전압에 자극을 경사로 및​​ 베타 진폭이 다시 임계 값 아래로 아래로 떨어질 때까지 자극하고 있습니다.자극이 고조 베타 전원의 기간 동안 경 사진 DBS의 짧은 에피소드와 함께 이러한 방식으로 계속됩니다. 임상 효능은 통합 파킨슨 병 평가 척도 (UPDRS)에서 점수의 선택을 사용하여 운동 기능의 맹검 및 눈을 멀게 비디오 평가를 통해 안정화 (5 분)의 최소 기간 후에 평가된다. 최근 작품은 ADBS와 전력 소비의 감소뿐만 아니라 기존의 DBS에 비해 임상 점수의 향상을 보여 주었다. 만성 ADBS 지금은 파킨슨 병에서의 상용화에 박차를 가하고 될 수있다.

이 방법을 사용하여 결과는 최근 베타 진폭이 프로토콜 (그림 1) (14)를 사용하여 게시되었습니다. 이 연구는 임상 적으로 효과가있는 자극이 자극에 시간&gt; 50 % 감소 (p &lt;0.001)에도 불구하고 달성 할 수 있다는 것을 보여 주었다. 그것은 점진적으로 일정한 트리거 임계 값 (1 - 표본 t 검정, t 7 = 3.2, P = 0.01에게 2 꼬리)에도 불구하고 하락하는 경향이 또한 자극에 그 시간을 기록했다. 모터 점수는 각각 맹검 및 눈을 멀게 조건 ADBS 동안 66 %, 50 % 향상되었다. 총 자극의 양을 감소에도 불구하고 - 임상 결과는 29 %였다 (P는 = 0.03) 및 기존의 DBS 그룹 (맹검 각각 맹검, 그림 2)에 비해 ADBS 군에서 27 % (p = 0.005) 더. <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg"SRC = &quot;/ files/ftp_upload/51403/51403fig1.jpg&quot;/&gt; 구체화 된 주제에 적응 깊은 두뇌 자극을위한 그림 1. 실험 설정. 실험 설정. 바이폴라 현지 필드 잠재력 (LFP)는 (3-37 Hz에서)와 증폭 (X9, 100)를 필터링하는 사용자 지정 구축 StimRecord의 앰프를 통해 전달됩니다. 아날로그 (A)의 출력은 휴대용 컴퓨터에 표시되는 디지털 (D) 신호로 변환 된 데이터 취득 부에 전달된다. 디지털 신호는 실시간으로 베타 피크 주위 여과하고, 정류 및 평활하여 베타 진폭으로 변환된다. 임계 값은 베타 전력이 임계 값을 초과 2 바이폴라 기록 전극 사이 단극 몽타주에 자극을 유발하는 설정된다. 베타 전원이 임계 값 이하로 다시 떨어질 때 자극이 종료됩니다. (신경과 실록의 허가 재판.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg" target="_blank">LAR를 보려면 여기를 클릭하세요</a>이 그림의 게르 버전. <img alt="그림 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2.jpg" /> 눈을 멀게 전문가 (B)에 의해 실험 세션 (A) 동안 또는 비디오 녹화에서 맹검 평가로 그림 2. 임상 개선. 다른 자극 조건에 ± SEM의 %의 hemibody의 UPDRS 점수의 변화 (항목 20, 22, 23)을 의미한다. Asterixes은 거짓 발견 속도 절차에 의해 다중 비교를위한 보정을 다음과 같은 중요한 차이를 나타낸다. 모든 변경은 임의의 자극에 대한 눈을 멀게 점수를 제외하고, 비자극 상태에서 의미가 있었다 (신경과 실록의 허가 재판.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" target="_blank">더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요</a>이 그림의.

적응 깊은 뇌 자극 (ADBS)는 증상을 개선하고, 종래의 깊은 뇌 자극 (CDBS)에 비해 소비 전력을 감소시키는, 파킨슨 병에 대해 효과적이다. ADBS에서는 실시간 로컬 필드 잠재적 바이오 마커 (베타 진동 진폭)을 추적하고, 자극의 타이밍을 제어하기 위해이를 사용한다.

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) has the potential to improve the treatment of Parkinson&#39;s disease by optimizing stimulation in real time ...

다음 실험의 전체적인 목표는 적응형 뇌심부자극술의 임상적 효과를 관찰 및 정량화하고 이를 표준 자극술과 비교하는 것입니다. 이는 수술 후 파킨슨병 환자의 뇌심부자극술(DBS) 전극으로부터 수동 기록을 수행하고, 바이폴라 몽타주(bipolar montages)에 대한 스펙트럼 분석을 실시하여 자극과 기록을 동시에 수행하기 위한 최적의 접점을 식별함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 식별된 접점에서 표준의 지속적인 임상적 모노폴라 자극을 수행하여 떨림 억제와 같은 임상적 개선을 가져오는 파라미터를 결정합니다.다음으로, 적응형 자극에 적절한 트리거 임계값을 식별하기 위해 베타 진폭에 따라 간헐적 자극을 수행하며, 이후 이를 표준 지속적 자극과 비교하여 테스트할 수 있습니다. 결과에 따르면, 전기 전하 전달량과 자극 시간이 크게 감소했음에도 불구하고 적응형 자극이 표준 고주파 자극에 비해 임상적 결과가 개선된 것으로 나타났습니다. 기존의 일반적인 고주파 자극과 같은 방법보다 이 기술이 갖는 주요 장점은 급성 연구에서 전체적인 자극량을 줄여 배터리를 절약하는 동시에 운동 성능을 향상시킨다는 점입니다.이 기술의 시사점은 DBS로 치료하는 다른 신경 및 신경정신 질환의 치료로 확장될 수 있는데, 이는 떨림(tremor)과 같은 다른 질환 또한 변동성을 보이며 따라서 적응형 자극 접근 방식의 적용이 가능할 수 있기 때문입니다. 이 방법의 아이디어는 여러 연구 그룹이 파킨슨병의 병태생리에서 과도한 동기화, 특히 베타 진동(beta oscillations)의 중요성을 인식함에 따라 시간이 흐르며 서서히 발전되었습니다. 우선, 약물 불응성 파킨슨병 환자로부터 실험에 대한 고지된 동의를 얻는 것으로 시작하십시오.DBS 전극 식립 후, 각각 4개의 접점이 있는 2D BS 전극이 배치됩니다. 하나의 접점에 자극을 전달하고, 인접한 두 개의 접점에서 기록을 얻을 수 있습니다. 자극 전달에 사용되는 접점은 원하는 대로 변경할 수 있으며, 실험 절차 전날 밤에 설정합니다. 다음 날 아침 환자가 검사를 위해 도착하면 환자의 파킨슨병 약물 복용을 중단시키고, 먼저 손을 씻는 것으로 시작하십시오.그런 다음 전극 와이어를 보호 커버에서 조심스럽게 꺼냅니다. 이어서 외부로 노출된 DBS 전극을 커넥터 케이블에 연결합니다. 그런 다음 전극을 증폭기에 연결합니다.마지막으로 환자의 왼쪽 쇄골 위에 기준 전극을 연결합니다. 그런 다음 환자가 휴식 상태일 때 가장 심하게 영향을 받은 쪽의 반대편에 있는 0번과 2번 접점으로부터 양극 국소 전위 또는 LFP를 기록합니다. 이어서 1번과 3번 접점으로부터 양극 기록을 반복합니다.전력 스펙트럼 분석을 수행하여 환자별 베타 피크 주파수와 자극 테스트를 위해 베타 진폭이 가장 높은 양극 접점 쌍을 확인합니다. 여기서는 L 0, L 2 전극이 이에 해당합니다. 본 예시에서는 베타 진폭이 가장 높은 양극 접점 쌍(이 경우 0번과 2번)을 결정한 후, 이 두 접점 사이에 위치한 접점을 단극 자극을 위한 접점으로 선택합니다. 이를 통해 환자를 적응형 DBS 설정에 연결합니다.아날로그 증폭기를 A/D 컨버터 및 신호 분석 소프트웨어가 실행 중인 휴대용 컴퓨터에 연결합니다. 2단계에서는 4 Hz 통과 대역을 사용하여 환자의 특정 베타 피크 주변의 신호를 디지털 필터링합니다. 소프트웨어는 베타 진폭을 모니터링하고 이를 이용해 자극을 제어합니다. 설정된 임계값에 따라 베타 진폭은 400 milliseconds의 평활화 창(smoothing window)을 통해 평활화됩니다.다음으로, D를 자극기의 트리거에 연결하십시오. 다음 단계는 초기 전압을 0으로 설정하여 일반적인 고주파 자극을 켜는 것입니다. 그런 다음 증폭기를 통해 광학적으로 자극기를 환자에게 연결하고, 환자로 연결되는 모든 연결 부위를 절연하십시오.앞서 확인한 접점에 단극 자극을 가합니다. 예상되는 자극이 서서히 전달되는지 확인하기 위해 실험 전반에 걸쳐 자극기 판독값을 지속적으로 모니터링하십시오. 몇 분마다 자극 전압을 0.5 volt씩 단계적으로 높입니다.임상적 효과 임계값을 확인합니다. 예를 들어, 떨림, 강직 또는 서동의 개선 여부를 확인합니다. 일반적으로 1.5~3 V 사이이며, 임상적으로 효과적인 전압으로 자극했을 때 감각 이상과 같은 부작용이 최소화되거나 없는, 임상적으로 유용한 자극 전압을 설정합니다.250밀리초의 램프 다운(ramp down)과 함께 자극기를 끕니다. 그런 다음 자극 전압을 임상적으로 효과적인 수준으로 유지한 상태에서, 250밀리초의 램프 업(ramp up)과 함께 자극기를 켭니다. 부작용이 있는 경우, 자극을 끄고 켤 때 나타나는 이상감각(paresthesia)이나 기타 부작용에 대해 환자에게 문의하십시오.전압을 0.25 volts씩 단계적으로 계속 낮추고, 더 이상 감각이상(paresthesia)이 느껴지지 않을 때 자극을 껐다 켜면서 감각이상을 테스트합니다. 전압을 이 임계값보다 0.1 volts 낮게 설정하고 자극을 켭니다. 다음으로, beta 진폭 트리거 임계값을 높여 임상적 효과가 유지되는지 확인하며, 자극 지속 시간이 최소가 되는 수준까지 beta 진폭 트리거 임계값을 점진적으로 계속 높입니다.임상적 효과를 유지하면서, 자극 시간의 비율이 최대 50%가 되도록 목표로 합니다. 자가 트리거링(self triggering) 없이 적절한 적응형 DBS가 이루어지도록 트리거 임계값과 자극 파라미터를 조정하는 것이 매우 중요한 단계입니다. 이를 달성하려면 환자를 면밀히 모니터링하면서 임계값과 자극 전압을 신중하고 천천히 조절해야 합니다.트리거 임계값과 자극 파라미터 설정이 완료되면, 자극 효과를 씻어내기 위해 자극을 10분 동안 중단합니다. 이때 환자가 테스트 조건을 알 수 없도록 블라인드 처리를 확실히 합니다. 이후 적응형 DBS, 기존 DBS 또는 무자극 상태의 자극 전달을 시작합니다.테스트 조건을 5분간 유지하여 안정화 시간을 갖습니다. 5분 후, 임상 테스트를 시작하십시오. 통합 파킨슨병 등급 척도(unified Parkinson's Disease Rating Scale)를 사용하여 환자를 평가합니다.가속도계 또는 액티그래피와 같은 객관적인 평가 지표를 사용할 수도 있습니다. 한 가지 테스트 조건을 완료한 후, 10분 동안 자극을 끄고 휴식 시간을 갖습니다. 그런 다음 다음 유형의 자극을 가합니다. 평가를 수행하기 전, 다시 한번 5분간의 안정화 시간을 가집니다.전압 펄스 폭과 자극 빈도를 모든 테스트 조건에서 동일하게 고정하여, 자극 타이밍만이 유일한 차이점이 되도록 합니다. 임상 테스트 영상 전반의 베타 진폭과 관련하여, 추후 독립적인 전문가가 눈가림 평가를 수행할 수 있도록 과제 수행 과정을 녹화합니다. 실험 세션 동안 비눈가림 관찰자가 평가한 무자극 상태 대비 운동 개선율(%)이 기존 DBS, 적응형 DBS 및 무작위 자극에 대해 여기에 표시되어 있습니다. 운동 수행 영상을 평가하여 눈가림 평가 또한 수행되었습니다.비맹검 및 맹검 조건에서 적응형 DBS를 시행하는 동안 운동 점수가 각각 66% 및 50% 개선되었습니다. 총 자극량의 감소에도 불구하고, 적응형 DBS 그룹의 임상 결과는 기존 DBS 그룹에 비해 비맹검 시 29%, 맹검 시 27% 더 우수했습니다. 이 절차를 수행할 때는 절차 완료 후 잠재적인 부작용이나 임상 상태의 변화가 있는지 환자를 지속적으로 관찰하는 것이 중요합니다.다양한 가능한 적응형 DBS 패러다임을 탐구하기 위해, 서로 다른 잠재적 바이오마커를 트리거하거나 다른 트리거 수준 또는 형태를 사용하는 것과 같은 다른 접근 방식들을 수행할 수 있습니다.

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의학

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