Methodenartikel

-Neuronavigatie geleide Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation voor Afasie

DOI:

10.3791/53345

⸱

6 mei 2016

 ,  ,  , 
1Department of Rehabilitation Medicine, Inje University of Medicine, Haeundae Paik Hospital, 2Department of Rehabilitation Medicine, Seoul National University College of Medicine, Seoul National University Bundang Hospital

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit onderzoek is ontworpen om de hypothese te testen dat neuronavigatorisch systeem-gestuurde transcraniële magnetische stimulatie een hogere nauwkeurigheid heeft voor het targeten van het beoogde doelwit, zoals blijkt uit het veroorzaken van een grotere mate van virtuele afasie bij gezonde proefpersonen, gemeten door vertraging in reactietijd bij het benoemen van afbeeldingen.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) wordt veel gebruikt voor verschillende neurologische aandoeningen, zoals het bevestiging heeft gekregen vanwege de mogelijke therapeutische effecten. Brain prikkelbaarheid is non-invasief gemoduleerd door rTMS en rTMS de taalgebieden is de mogelijke gevolgen voor de behandeling van afasie bewezen. In ons protocol, streven wij ernaar om kunstmatig opwekken virtuele afasie bij gezonde proefpersonen door het remmen Brodmann gebied 44 en 45 met behulp van neuronavigational TMS (NTM), en F3 van het Internationale 10-20 EEG-systeem voor conventionele TMS (CTMS). Om de mate van afasie te meten, worden veranderingen in de reactietijd van een foto naamgeving taak pre- en post-stimulatie gemeten en vergelijk de vertraging in reactietijd tussen NTM en CTMS. Nauwkeurigheid van de twee TMS stimulatiemethoden wordt vergeleken met het gemiddelde van de Talairach-coördinaten van het doel en de feitelijke stimulering. Consistentie van stimulatie blijkt uit het foutenbereik van het doel. Het doel van deze stuDY wordt gebruikt NTM tonen en de voordelen en beperkingen van de NTM vergeleken met die van CTMS beschrijven.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) activeert niet-invasieve neuronale circuits in het centrale en perifere zenuwstelsel. 1 rTMS moduleert hersenen prikkelbaarheid 2 en heeft potentieel therapeutische effecten in verschillende psychiatrische en neurologische aandoeningen, zoals spierzwakte, afasie, verwaarlozing, en pijn . 3 de beoogde locaties voor andere doeleinden dan de motorische cortex worden gewoonlijk geïdentificeerd met behulp van het Internationale 10-20 EEG-systeem rTMS of door het meten van afstanden van bepaalde externe bezienswaardigheden.

Echter interindividuele verschillen in grootte, de anatomie en morfologie van de hersenen cortex geen rekening gehouden, waardoor optimale doel lokalisatie uitdagend. 3 ander kritisch punt voor rTMS toepassingen is de discordantie tussen plaatsing van de magneetspoel en de corticale regio bestemd stimulatie.

Optisch gevolgd navigatie neurochirurgie heeft expANDed deze toepassingen aan de cognitieve neurowetenschappen veld met inbegrip van rTMS voor de begeleiding van de magnetische spoel omvatten. Het neuronavigational systeem helpt bij het ​​identificeren van de optimale doelwit structuren voor rTMS. 4,5 Deze divergentie in de spoel positionering op het doelgebied vaak optreedt met de conventionele methode tot vaststelling van de 10-20 EEG-systeem, en dit zal naar verwachting worden overwonnen door neuronavigatie.

Deze studie protocol wordt een methode om virtuele afasie bij gezonde proefpersonen door neuronavigational rTMS targeting het gebied van Broca, met behulp van individuele anatomische mapping induceren. De mate van virtuele afasie in termen van verandering in reactietijd op foto naamgeving wordt gemeten en vergeleken met die van de conventionele stimulatie methode. Het neuronavigatie geleide methode nauwkeuriger bij het afleveren magnetische impulsen aan de hersenen, en dus naar verwachting meer klinische verandering dan die van de conventionele werkwijze tonen. Het doel van deze study was om een ​​meer nauwkeurige en effectieve methode van de stimulatie in te voeren voor patiënten met afasie in de klinische setting.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ethiek statement: Deze studie werd goedgekeurd door de institutionele review board van een geblindeerde ziekenhuis.

1. Voorbereiding Materials (tabel 1)

  1. Gebruik TMS-apparatuur met maximaal vermogen van 3,0 Tesla en een voeding van 200-240 Vac 50/60 Hz 5A bij een pulsbreedte van 350 psec.
  2. Verwerven rust motor drempel (RMT) in elke patiënt door elektromyografie (EMG) bepalen de motor evoked potential (MEP) met de TMS-systeem en de actieve elektrode (zie stap 3.1 voor details). Stel de RMT als individuele intensiteit voor de eigenlijke TMS studieprotocol (figuur 1).
    Opmerking: De neuronavigational systeem omvat een computerscherm, subjectieve tracker, spoel tracker, wijzer, kalibratie blok, camera, en TMS stoel zitsysteem. (Figuren 2-4)
  3. Gebruik de superlab programma voor het opzetten van het beeld naamgeving taak en presenteren de stimulans om de onderwerpen aan de mate van geïnduceerde Virtu testenal afasie.
  4. Neem reactietijd voor elk beeld met een voice recording systeem in meer detail beschreven in stap 4.
  5. Analyseer latentie en duur van het beeld benoemen reactie van een voice analysesysteem, nader beschreven in stap 4.

2. Controle van de onderzoeksopzet

  1. Gebruik rTMS Virtual Afasie induceren.
    1. Vraag het onderwerp om de foto naamgeving taak, in meer detail beschreven in stap 4. Foto naamgeving taak uit te voeren.
    2. Toepassen, hetzij-neuronavigatie begeleide rTMS (NTM) of conventionele rTMS (CTM) tijdens het beeld naamgeving taak. De data van CTMS worden beschreven in de stappen 5.3.2 en 5.5.
  2. Meet reactietijd en foutenpercentage voor foto naamgeving en vergelijken de resultaten onder beide omstandigheden, zoals in meer detail beschreven in stap 4.

3. Bereiding van de TMS protocol

  1. Bepaal RMT
    1. Plaats de actieve elektrode aan de linker dorsale eerste interosseous (FDI) spier.
    2. Lever 10 opeenvolgende stimulaties rechts M1 gebied op een 4-6 sec interstimulus interval controleren van de samentrekking van de linker FDI spier.
    3. Bepaal subject RMT met de minimale intensiteit TMS waarbij een piek-tot-piek MEP amplitude groter dan 50 uV minstens vijf keer wordt geproduceerd.
  2. TMS Mapping
    1. Verkrijgen van een hoge resolutie T1-gewogen magnetische resonantie (MR) anatomische beelden met behulp van een 3-T MR-scanner van het voorwerp voor gebruik van het systeem neuronavigational. De parameters voor de MRI-scan worden samengevat in tabel 1.
      Opmerking: Breng de hersenen MR beelden naar de neuronavigatie programma, dat de kromlijnige hersenen en huid van elk individu met behulp anatomische geleiding van de voorste commissure (AC) en posterior commissure (PC) reconstrueert, zie figuur 5.
      1. Reconstrueren de huidstructuur
        1. Het verkrijgen van het dossier van de hersenen MR van het onderwerpafbeelding in de standaard Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM). formaat. Omzetten imago van de MR door "bekeerling studie". Stel de telefoongids van waaruit het bestand wordt overgebracht naar de neuronavigatie computer. Converteren soort worden geselecteerd door DICOM moet worden gebruikt in het neuronavigatie programma.
        2. Breng het DICOM bestand naar de computer waarop het programma wordt geïnstalleerd neuronavigatie. Implementeren van het navigatieprogramma. De standaard icoon is "Anatomische." Voor een nieuw patiëntendossier, selecteert u een van de afbeelding DICOM-bestanden.
        3. Klik op "Atlas ruimten". Deze stap is het referentiepunt ingesteld op elke afbeelding te reconstrueren. Druk op "nieuw" in de dropbox en zet de verwijzing anatomische structuur door te klikken op "manual (AC-PC box)".
        4. Vind AC van het corpus callosum de patiënt, slechts de scheiding van beide hemisferen geplaatst voor de kolommen van de fornix. Mark AC imago van de MR op en klik op "set AC".
        5. Vind PC van de patiënt, de middellijn van de twee hersenhelften in het dorsale aspect van het boveneinde van de cerebrale aquaduct. Mark PC imago van de MR op en klik op "set PC".
        6. Klik op "Reconstructies" om de huidstructuur te maken. Druk op "nieuw" in de dropbox op "Skin" te selecteren. Stel het bereik voor de wederopbouw op de MR-beelden. Zorg ervoor dat u de hele schedel met de nasale tip en beide oren bevatten.
        7. Klik op "compute skin" in de nieuwe structuur. Wacht totdat het proces wordt uitgevoerd. Na voltooiing van de huid de bouw, moet de huid morfologie worden weergegeven.
      2. "Volledig brain kromlijnige" in het hoofdstuk "Reconstruction" naar de hersenen kromlijnige volgende 3.2.1.1 reconstrueren. Net als bij de vorige stap, stelt het bereik voor de wederopbouw op de MR-beelden met de nasale tip. Klik op "compute kromlijnige". Volledige hersenen gebogen moet worden weergegeven na de bouw is voltooid.
    2. Markeer de nasion, nasale tip, en beide tragus om de anatomische oriëntatiepunten te registreren. Deze stap is om de anatomische punt tussen de patiënt en de gereconstrueerde huidstructuur voor de configuratie van de relatieve positie van het doel op de hersenschors (figuur 6) overeenkomen.
      1. Klik op het pictogram "Landmark". De plaatsbepaling configureren, markeer de nasion (tussen het voorhoofd neus, op de kruising van de nasale botten) op de berekende huidstructuur. Registreer door "nieuwe" te klikken en op te slaan als "Landmark 1"
      2. Mark de nasale tip na registratie nasion als landmark 1. Registreer de nasale tip door "nieuwe" te klikken en op te slaan als "Landmark 2"
      3. Markeer elk tragus op de huid structuur. De tragus is de kleine puntige eminentie van het uitwendige oor, gelegen in de voorzijde van de oorschelp. Registreer elk tragus na het markeren en te klikken op "nieuwe" bezienswaardigheden. Voor dit protocol, het recht tragus is regponeerde als "Landmark 3" en de linker wordt geregistreerd als "Landmark 4".
    3. Doe de hoofdband met de persoonlijke tracker op het hoofd van de deelnemer. IJk de spoel tracker met de kalibratie blok van de navigatie-zitsysteem in elke sessie voor elk onderwerp. Zorg ervoor dat de navigatie-camera detecteert en toont alle van het volgsysteem van het onderwerp, de stoel, de spoel en de aanwijzer op het scherm voordat u verder gaat.
      1. Het kalibreren van de spoel met het zitsysteem.
        1. IJk de spoel tracker voor elke NTM stimulatie. Op de belangrijkste computer menu, selecteer "Window". Klik op "TMS spoel calibration" in de dropbox. Klik op "nieuwe kalibreren". Tijdens de tweede sessie, selecteert u de naam spoel gebruikt de eerste keer in en klik op "Re-kalibreren".
        2. Plaats de TMS spoel op de standaard punt achterste van de kalibratie blok. Zorg ervoor dat de spoel is horizontaal geplaatst. Controleer of decamera is het opsporen van zowel de kalibratie blok en spoel tracker (in het groen). Klik vervolgens op "Begin kalibratie countdown", en een 5 seconden aftellen begint. Houd de spoel nog tijdens het aftellen.

4. Picture Naming Task

  1. Stel de foto naamgeving programma om elke stimulus te dienen voor 3000 msec voordat automatisch bewegen naar de volgende foto.
  2. Vraag het aan de deelnemer aan het gepresenteerde beeld zo nauwkeurig en snel mogelijk te noemen.
  3. Meet reactietijd (latency van pop-up van de stimulus op het scherm om het eerste geluid gemaakt door de deelnemer) voor elk beeld door het detecteren van het geluid van het onderwerp door de microfoon van de headset met behulp van de freeware stemanalyse programma.
    1. Veertig foto geëvenaard in de naam van de lengte en segmenten van 2-3 uit het beeld databank van de Koreaanse versie van de Boston Naming Test (K-BNT) worden gepresenteerd op het schermvoor en na stimulatie, zoals in het onderzoek van Kim et al., (2014).

5. TMS Mapping Protocol

  1. Deliver1 Hz stimulatie met een intensiteit van 90% van RMT gedurende 10 minuten, met een totaal van 600 TMS pulsen.
  2. Houd de achtvormige spoel tangentieel naar de schedel met de spoel loodrecht op het doel.
  3. TMS Mapping (figuur 7)
    1. Identificeer de anatomische inferior frontale gyrus (IFG) gebaseerd op het oppervlak van de hersenen genormaliseerd voor NTM.
      1. Registreer het IFG als NTM doel.
        1. Klik op "Target" en druk op "targets Configure". Markeer de IFG op het venster met de hersenen gebogen. Gedetailleerde doelstelling instelling wordt bereikt door zich te richten elk dwars- en sagittale MR-beelden. Sla het punt als "Traject".
      2. Registreer bezienswaardigheden met de onderwerpen hoofdhuid.
        1. Klik op "Sessions" in kaart te brengen. creëreneen nieuwe sessie door het selecteren van "Online zitting" in de nieuwe dropbox. Een venster "Sessie 1" wordt gecreëerd, waarbinnen de standaard pictogram is "targets". Selecteer het doel naam opgeslagen in stap 3.2.2.2. (Selecteer "Traject 1"). Klik op de knop "Add", en ga naar de volgende stap.
        2. Klik op "Registratie". Deze stap is het gereconstrueerde hersenen kromlijnige met het onderwerp. De geregistreerde mijlpaal in stap 3.2.2.1. wordt gebruikt voor het afstemmen van de anatomische station echte anatomische structuur.
        3. Zorg ervoor dat de camera identificeert zowel de aanwijzer en het onderwerp tracker, weergegeven in groene kleur. Wijzen op nasion het onderwerp met de wijzer. Klik op 'Sample% Ga naar Volgende Landmark ". Wijs naar neustop van het onderwerp en proef het. Herhaal dit totdat alle vier de bezienswaardigheden zijn op elkaar afgestemd.
    2. Plaats de spoel op F3 van de internationale 10-20 EEG-systeem 7 voor CTMS.
  4. Kijken naar het scherm om te zorgen voor de spoel op de gewenste target en gedurende de NTM wordt gehandhaafd. Het scherm moet hersenen oppervlak van het onderwerp, beoogde doel, en de spoel, evenals de fout bereik weergegeven als de spoel beweegt weg van het doel getoond door de bull's eye (figuur 8). Verwijzend naar het scherm, past de bediener de spoel op het doel als het wordt verplaatst.
    1. Voer NTM over de geregistreerde doelgroep
      1. Klik op "uitvoeren" op het scherm na het registreren van monumenten van het onderwerp, zoals beschreven in stap 5.3.1.1. Om de standaardinstelling van de camera om de aanwijzer te detecteren wijzigen, kiest u de spoel naam opgeslagen tijdens stap 3.2.3.1. aan de onderkant van de "Driver" dropbox. Zorg ervoor dat de camera identificeert zowel het onderwerp tracker en spoel tracker.
      2. Controleer of het scherm de relatieve afstand en de hoek van de TMS spoel van de geregistreerde doelgroep (IFG). Als de spoel beweegt weg van het doel, deafstand wordt gemarkeerd in het rood, terwijl het is gemarkeerd in groen als de spoel binnen het beoogde doel bereik. Probeer de hoek tussen de spoel en het doel als de roos krijgen zoveel mogelijk.
  5. Draai het scherm weg van de operator voor de CTMS procedure blindelings de TMS te leveren. De spoel wordt gehandhaafd als het begin van de sessie.

6. Topografische Data Acquisition

  1. Record spoel locatie per stimulatie door handmatig te drukken op de "record" knop op de afstandsbediening.
  2. Bij opname elk stimulatiekanaal verkrijgt Taliarach coördinaten in het x, y, z voor het aangewezen doel en de werkelijke gestimuleerd gebied.
  3. Verbeelden de coördinaten op één genormaliseerd hersenen met behulp van de freeware beeldbewerkingsprogramma (MRIcro, http://www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricro/index.html).
  4. Verwerven overeenkomstige anatomische hersengebieden, met inbegrip van de Brodmann gebied, de gyrus, kwab, en halfrond regio labels aan de Talairach coördinaten met behulp van een freeware etiketteringsprogramma (Talairachclient, http://www.talairach.org/client.html).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kim et al. Toonden een superieur effect van TMS met neuronavigational systeem begeleiding vergeleken met de niet-genavigeerde conventionele methode minder dispersie van stimulus en focale stimulatie rechts M1 gebied 8 zoals weergegeven in figuur 9. Verder bewijs ter ondersteuning opnemen het neuronavigational systeem met TMS blijkt uit een gerandomiseerde crossover experiment om virtuele afasie bij gezonde personen opwekken door zich te richten Brodma...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

TMS wordt veel gebruikt, zowel in de klinische praktijk en fundamenteel onderzoek. 10 Waardevolle therapeutische effecten worden aangeboden door de fysiologische invloed van rTMS, met inbegrip van een remmend neuromodulatory effect op de corticale prikkelbaarheid met een lage frequentie rTMS voor de behandeling van afasie. 11 voorbijgaande verstoring van de neurale verwerking of virtuele laesie geïnduceerd door rTMS kan gedrags performance vervangen. 12 de gewenste effect van rTMS kan wo...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle auteurs verklaren geen belangenconflict.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie werd ondersteund door een subsidie ​​(A101901) van de Korea Healthcare Technology R & D Project, Ministerie van Volksgezondheid en Welzijn, de Republiek Korea. Wij danken Dr Ji-Young Lee voor het verlenen van technische bijstand in de gehele procedure.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Medtronic MagPro X100MagVenture9016E0711
MCF-B65 Butterfly coilMagVenture9016E042
Brainsight TMS NavigationRogue Research
KITBSF1003 

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Barker, A. T., Jalinous, R., Freeston, I. L. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet. 11 (1), 1106-1107 (1985).
  2. Pape, T. L., Rosenow, J., Lewis, G. Transcranial magnetic stimulation: a possible treatment for TBI. J Head Trauma Rehabil. 21 (5), 437-451 (2006).
  3. Ruohonen, J., Karhu, J. Navigated transcranial magnetic stimulation. Neurophysiol Clin. 40 (1), 7-17 (2010).
  4. Dell'Osso, B., et al. Augmentative repetitive navigated transcranial magnetic stimulation (rTMS) in drug-resistant bipolar depression. Bipolar Disord. 11 (1), 76-81 (2009).
  5. Herbsman, T., et al. More lateral and anterior prefrontal coil location is associated with better repetitive transcranial magnetic stimulation antidepressant response. Biol Psychiatry. 66 (5), 509-515 (2009).
  6. Schuhmann, T., Schiller, N. O., Goebel, R., Sack, A. T. The temporal characteristics of functional activation in Broca's area during overt picture naming. Cortex. 45 (9), 1111-1116 (2009).
  7. Danner, N., Julkunen, P., Kononen, M., Saisanen, L., Nurkkala, J., Karhu, J. Navigated transcranial magnetic stimulation and computed electric field strength reduce stimulator-dependent differences in the motor threshold. J Neurosci Methods. 174 (1), 116-122 (2008).
  8. Bashir, S., Edwards, D., Pascual-Leone, A. Neuronavigation increases the physiologic and behavioral effects of low-frequency rTMS of primary motor cortex in healthy subjects. Brain Topogr. 24 (1), 54-64 (2011).
  9. Kim, W. J., Min, Y. S., Yang, E. J., Paik, N. J. Neuronavigated vs. conventional repetitive transcranial magnetic stimulation method for virtual lesioning on the Broca's area. Neuromodulation. 17 (1), 16-21 (2014).
  10. Lioumis, P., et al. A novel approach for documenting naming errors induced by navigated transcranial magnetic stimulation. J Neurosci Methods. 204 (2), 349-354 (2012).
  11. Hamilton, R. H., Chrysikou, E. G., Coslett, B. Mechanisms of aphasia recovery after stroke and the role of noninvasive brain stimulation. Brain Lang. 118 (1-2), 40-50 (2011).
  12. Pascual-Leone, A., Walsh, V., Rothwell, J. Transcranial magnetic stimulation in cognitive neuroscience--virtual lesion, chronometry, and functional connectivity. Curr Opin Neurobiol. 10 (2), 232-237 (2000).
  13. Julkunen, P., et al. Comparison of navigated and non-navigated transcranial magnetic stimulation for motor cortex mapping, motor threshold and motor evoked potentials. Neuroimage. 44 (3), 790-795 (2009).
  14. Chrysikou, E. G., Hamilton, R. H. Noninvasive brain stimulation in the treatment of aphasia: exploring interhemispheric relationships and their implications for neurorehabilitation. Restor Neurol Neurosci. 29 (6), 375-394 (2011).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Neuronavigatie gestuurde rTMSbehandeling van afasieBrodmann gebied 44 45internationaal 10 20 EEGplaatjesbenoemingstaakTalairach co rdinatenbepaling van de motorische drempelT1 gewogen MRITMS spoelkalibratie

Gerelateerde artikelen