Robotmatig toegediende fMRI-geleide gepersonaliseerde transcraniële magnetische stimulatietherapie voor therapieresistente depressie

Dit protocol demonstreert de workflow van FMRI-geleide, robotmatig toegediende, gepersonaliseerde TMS voor depressie. FMRI-geleide TMS pakt de nauwkeurigheids- en precisieproblemen aan die samenhangen met standaard targeting op de hoofdhuid. Na het omzetten van de MRI DICOM-bestanden van de patiënt naar NIFTI-formaat en het uitvoeren van RSFC-analyse, identificeer je de standaard ruimte-hersencoördinaten, gelegen in het zwaartepunt van de linker dorsolaterale prefrontale cortex of DLPFC anti-gecorreleerd cluster in X, Y, Z-formaat.

Verkrijg vervolgens de standaard ruimte DLPFC SGC functionele connectiviteitskaart die in NIFTI-formaat is geproduceerd. Identificeer de standaard ruimte-hersencoördinaat die overeenkomt met het rechter abductor pollicis brevis motorische gebied om het doel voor rustmotorische drempel, of RMT-test, te benaderen. Warp de DLPFC- en M1-coördinaten, en de functionele connectiviteit van DLPFC SGC brengt van standaardruimte naar de native ruimte van de patiënt met behulp van transformaties die zijn gegenereerd door de initiële pre-processing pipeline die eerder is voorbereid.

Geef de psychiater die de TMS-targeting uitvoert de coördinaten van de native ruimtehersenen voor DLPFC, en M1, en DLPFC SGC functionele connectiviteitskaart. Om naar de opslaglocatie van de native T1W-beelden van de patiënt te navigeren, klik je op bestand en selecteer je nieuwe sessie in de Neuronavigatie. Maak een sessiemap aan en kies DICOM of NIFTI, afhankelijk van het opslagformaat van de T1W-images.

Pas de oppervlaktedrempel op de hoofdhuid aan op de T1W-afbeelding met de optie 'oppervlaktedrempel aanpassen', die je in de menubalk van de Neuronavigation-software vindt. Gebruik de optie om de hoofdhuid aan te passen om de drempel van het hoofdhuidoppervlak aan te passen om op te blazen of te leeglopen. Zorg ervoor dat de epidurale ruimte of de hoofdhuid te veel opblazen wordt geminimaliseerd volgens de definiëring van het hoofdhuidoppervlak.

Om hersenweefsel te segmenteren van niet-hersenweefsel, kies je met de optie hersensegmentatie een groot witstofkanaal en klik op berekenen, zodat de software relatieve contrastwaarden van hersenen en niet-hersenweefsel bepaalt, en vervolgens controleert of het gedefinieerde hersenoppervlak goed overeenkomt met het grijze stofoppervlak. Vervolgens definieer je met de patiëntregistratieoptie vooraf anatomische herkenningspunten. Markeer de linker tragus, rechter tragus en nasion op het native space T1W-beeld van de patiënt ter voorbereiding op co-registratie met de daadwerkelijke hoofdhuidkenmerken van de patiënt.

De tragus, de tragus helix-kruising of elk gemakkelijk herkenbaar herkenningspunt kan worden gebruikt zolang co-registratie in een latere stap nauw wordt overeengestemd. Voer vervolgens het native space DLPFC-doel en de M1-coördinaten in in X-, Y- en Z-formaat in met rechts anterior superior oriëntatie en de planningsoptie in de menubalk. Herplaats het DLPFC-doel naar de dichtstbijzijnde gyrus als deze binnen een sulcus valt.

Om te verifiëren dat de herpositioneerde hersencoördinaat binnen het geselecteerde anti-gecorreleerde cluster blijft, legt u de native space DLPFC SGC functionele connectiviteitskaart over de native space T1W-afbeelding van de patiënt en voert u de coördinaten van het geherpositioneerde hersendoel in in de MRI-visualisatiesoftware. Herpositioneer indien nodig de M1-coördinaat naar de precentrale gyrus. Bereken de loodrechte ingangspunten van de TMS-spoel op de hoofdhuid voor de DLPFC- en M1-coördinaten.

Zorg ervoor dat de naderingshoek van de TMS-spoel, ten opzichte van de linkerkant van de kop, tijdens de berekening van het ingangspunt op 45 graden is ingesteld. Leg een zes bij vier ingangs- of doelrooster over elkaar heen dat op vijf bij vijf millimeter afstanden is geplaatst in de ingangs- of doeloptie in het controlegebied om extra doelen te creëren voor RMT-testen. Plaats de patiënt in een gemotoriseerde behandelstoel met een neksteun, zodat hoofd en nek goed worden ondersteund.

Leg de patiënt achterover en breng de benen naar een comfortabele positie. Gebruik een hoofdband of dubbelzijdig tape om de referentietracker van de patiënt op het rechtervoorhoofd van de patiënt te bevestigen. Plaats het hoofd van de patiënt met de gemotoriseerde stoel zodat het binnen het gezichtsveld van de neuronavigatiecamera valt.

Ga vervolgens terug naar de patiëntregistratieoptie in de menubalk om de anatomische herkenningspunten en het hoofdhuidoppervlak van de patiënt te co-registreren met de vooraf gedefinieerde anatomische herkenningspunten en het hoofdhuidoppervlak op de T1W-afbeelding. Raak de aanwijzer aan op de daadwerkelijke hoofdhuidherkenningspunten van de patiënt en meet elk herkenningspunt door op de groene knop van de voet of handschakelaar te drukken. Raak de wijzer op de hoofdhuid en laat hem voorzichtig over de hoofdhuid van de patiënt glijden om 300 herkenningspunten op de hoofdhuid te vinden terwijl je op de groene knop op de voet of handschakelaar drukt.

Controleer de ruimtelijke uitlijningsnauwkeurigheid tussen de daadwerkelijke en vooraf gedefinieerde anatomische herkenningspunten en het hoofdhuidoppervlak aan het einde van de patiëntregistratieprocedure, gerapporteerd als wortelgemiddelde kwadraatafwijking in millimeters. Zorg ervoor dat de wortelgemiddelde kwadraatwaarden onder de drie millimeter liggen, anders herhaal je de registratiestappen totdat dit is bereikt. Herpositioneer de cobot zodat de patiëntreferentietracker op een optimale afstand en hoek binnen het gezichtsveld van de neuronavigatiecamera staat.

Zorg ervoor dat het gezichtsveld van de neuronavigatiecamera ook een van de cobot-referentiepunten kan detecteren. Controleer het gezichtsveld door in de menubalk op Check Tracking System te selecteren. Het paarse vizier geeft zichtbare referentiepunten aan.

Schakel de handmatige modus in in de cobot-optie in het controlegebied om de op de spoel gemonteerde robotarm handmatig naar de werkruimte te bewegen. Klik op 'Beweeg naar de parkeerstand' in het cobot-optiepaneel om de spoel in de neutrale positie te zetten. Plaats de cobot handmatig, of stel de gemotoriseerde stoel zo aan, dat de spoel direct boven het hoofd van de patiënt zit met een afstand van enkele centimeters.

Kalibreer vervolgens de coil force sensorfunctie in de cobot-optie binnen het controlegebied van de Neuronavigation-software om een sensor pop-up venster met vier druklampjes te activeren. Plaats een vinger op de spoel en verhoog geleidelijk, verlaag daarna de druk zodat alle vier de druklampjes achter elkaar aan- en weer uitgaan. Zorg dat de lampjes van links naar rechts aangaan, en schakel dan rechts naar links uit om de oké-knop klikbaar te maken.

Plaats drie elektromyograafelektroden die zijn verbonden met de MEP-monitor langs de ventrale lengte van de rechter abductor pollicis brevis. Selecteer het MEP-protocol op de TMS-machine en stel de gevoeligheid in op 200 microvolt per deling. Selecteer terugroepen, en selecteer vervolgens timing om de MEP-interface weer te geven.

Om de op de spoel gemonteerde robotarm te instrueren naar het eerste M1-doel in het raster te bewegen, selecteer je het doel in het intree- en doeloptiepaneel in het controlegebied. Selecteer de spiraaluitlijning in het cobot-optiepaneel om de spiraal op de hoofdhuid van de patiënt te plaatsen. Selecteer de stimulatoroptie in het controlegebied van de Neuronavigation-software en stel de initiële stimulatieintensiteit in op 40% in de amplitude-optie.

Klik op een enkele puls om een puls af te geven terwijl je sequentieel naar elk van de doelen in het M1-raster beweegt. Nauwkeurige positionering van de TMS-spoel is niet vereist voor motordoelen. Verhoog de stimulatieintensiteit indien nodig om een MEP of zichtbare duimflexie te observeren.

Identificeer het doel dat de sterkste MEP produceert samen met de grootste amplitudeflexie van de rechterduim, vingers of pols. Selecteer het optimale M1-doel in het ingangs- en doelpaneel en klik op spoeluitlijning in het cobot-optiepaneel om de spiraal op de hoofdhuid van de patiënt te positioneren. Pas de stimulatieintensiteit van enkele pulsen bij dit doel aan op vaste intervallen totdat de RMT is bepaald.

In het stimulatiepaneel duiden MEP-maximumwaarden boven 50 millivolt op een MEP. Identificeer de RMT als de minimale stimulatieintensiteit die nodig is om vijf van de tien bewegingen op te roepen met een MEP groter dan 50 millivolt op elektromyografie. Instrueer de patiënt om de ogen te sluiten, te ontspannen en te vermijden zich op specifieke gedachten te concentreren om consistente hersentoestanden te behouden bij FMRI en TMS.

Geef de op de spoel gemonteerde robotarm opdracht om naar het DLPFC-doel te bewegen door het doel te selecteren in het ingangs- en doeloptiepaneel in het controlegebied. Selecteer de spiraaluitlijning in het cobot-optiepaneel om de spiraal op de hoofdhuid van de patiënt te plaatsen. Selecteer het geprogrammeerde drie minuten durende intermitterende theta burst stimulatieprotocol in het menu op het TMS-apparaat.

Selecteer terugroepen en vervolgens de timing om de machine voor te bereiden op het drie minuten durende intermitterende theta burst stimulatieprotocol. Selecteer de stimulatoroptie in het controlegebied en stel de stimulatieintensiteit in op 80% van RMT voor de eerste sessie, 100% voor de tweede sessie en 120% voor volgende sessies. Klik op start of stop treinen om de volledige reeks repetitieve TMS-pulsen te leveren.

Elke puls wordt aangegeven in het stimulatiepaneel. Voer dagelijks stimulatie van de linker dorsolaterale prefrontale cortex uit gedurende maximaal 20 tot 30 sessies op weekdagen. In een open-label studie met dit protocol was er een totale responsrate van 52% en een remissiepercentage van 33%. De a priori subgroepen vertoonden verschillende profielen van respons en remissie, wat aangeeft dat de depressiegroep zonder comorbiditeit, groep één, beter reageerde dan de groepen met comorbiditeit of bipolaire depressie, respectievelijk groep twee en drie.

Voor de behandeling was de groepsgemiddelde functionele connectiviteit van de SGC DLPFC min 0,25. De functionele connectiviteit tussen het DLPFC en de rest van de hersenen veranderde niet als gevolg van de TMS-behandeling. In de subgroep patiënten die pre- en post-TMS FMRI ondergingen, werd een specifieke vermindering van anti-gecorreleerd RSFC waargenomen van pre-behandeling tot post-behandeling, waarbij de functionele connectiviteit in negatieve rusttoestand naderde aan nul.

Dit protocol toont de haalbaarheid aan van het gebruik van functionele connectiviteit om het behandeldoel voor TMS bij depressie te personaliseren. Dit protocol vereist aanzienlijke middelen en gespecialiseerde expertise, met name voor MRI, beeldvormingsanalyse en het gebruik van neuronavigatie- en robotsystemen. Toekomstige protocollen zullen de haalbaarheid verbeteren met technologie die neuronavigatie, robotica en beeldvormingsworkflows integreert.