Artigo de método

Um protocolo para estimulação magnética transcraniana neuronavegada assistida por robô visando redes cerebrais individualizadas no transtorno bipolar

DOI:

10.3791/68987

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30 de setembro de 2025

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1Zhejiang Chinese Medical University, 2Department of Psychiatry, the First Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine, 3Huzhou Third Municipal Hospital, The Affiliated Hospital of Huzhou University, 4Taizhou Hospital of Zhejiang Province affiliated to Wenzhou Medical University, 5Department of Psychiatry, Affiliated Xiaoshan Hospital, Hangzhou Normal University

Neste artigo

Resumo

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Este estudo propõe um método para melhorar o comprometimento cognitivo durante a remissão do transtorno bipolar por estimulação magnética transcraniana neuronavegada robótica.

Resumo

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

A estimulação magnética transcraniana (EMT) é uma técnica de neuromodulação não invasiva capaz de modular a plasticidade cortical e tem sido cada vez mais aplicada no tratamento de transtornos psiquiátricos. No entanto, a EMT convencional geralmente tem como alvo uma única região do cérebro e pode sofrer de posicionamento impreciso da bobina, potencialmente limitando sua eficácia terapêutica. A estimulação magnética transcraniana neuronavegada robótica (RNNMS) é uma modalidade de intervenção TMS precisa, que se baseia nos dados de ressonância magnética estrutural (MRI) do cérebro humano para formular alvos de estimulação individualizados e melhorar a precisão da estimulação com a ajuda da orientação do braço robótico. Por meio da análise de imagens cerebrais, selecionamos o alvo de estimulação com base em regiões cerebrais com conectividade funcional anormal em pacientes com transtorno bipolar (TB) e alvos de intervenção personalizados com base na ressonância magnética estrutural de cada paciente, e usamos TMS neuronavigado robótico para intervir com precisão nos alvos correspondentes dos pacientes para reduzir a possibilidade de estimulação ineficaz devido ao deslocamento da bobina durante todo o processo de intervenção, melhorando assim os prejuízos cognitivos dos pacientes com TB. Este protocolo descreve nossa abordagem para direcionar pacientes com base em suas imagens de rede cerebral e demonstra em detalhes o procedimento para realizar intervenções robóticas de EMT neuronavegadas em pacientes.

Introdução

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A estimulação magnética transcraniana repetitiva (EMTr) é atualmente a técnica de neuromodulação não invasiva mais amplamente utilizada para estimular áreas corticais do cérebro, principalmente por meio de breves pulsos de campo magnético. Atualmente, a EMTr foi aprovada pela Food and Drug Administration (FDA) para o tratamento do transtorno depressivo maior (TDM). A EMTr tem uma taxa de resposta e remissão de < 50% e < 20%, respectivamente, em pacientes com TDM que não respondem à medicação1. Vários estudos sobre depressão TMS no transtorno bipolar (TB) alcançaram eficácia positiva, mas o número de estudos que abordam o comprometimento cognitivo no TB é pequeno e precisa ser mais explorado2.

Embora os parâmetros da EMTr possam ser ajustados, como local, modo, frequência, intensidade e número de pulsos de estimulação, os padrões de parâmetros usados principalmente em estudos anteriores, bem como em aplicações clínicas atuais, são mais fixos, como a escolha principalmente de estimulação de 10 Hz do córtex pré-frontal dorsolateral esquerdo (DLPFC), estimulação de explosão (TBS), e estimulação de 1 Hz do DLPFC direito3. A seleção de alvos de estimulação no córtex é um fator importante na estimulação magnética transcraniana (EMT), e os alvos corticais eficazes podem variar dependendo da doença, bem como de diferentes indivíduos. Foi demonstrado que a eficácia da EMTr na depressão refratária pode ser significativamente melhorada pela estimulação personalizada usando DLPFC4 baseado em neuronavegação, o que também sugere a importância de alvos individualizados para a eficácia da EMT.

Com o desenvolvimento da neuroimagem funcional, descobriu-se que mudanças na atividade de certas regiões do cérebro associadas, por exemplo, a alucinações, ansiedade e depressão, têm o potencial de servir como alvos terapêuticos para esses sintomas em estudos e análises de vários sintomas psiquiátricos5. Além disso, os efeitos estimulatórios da EMT não se limitam à área estimulada, mas também podem afetar regiões cerebrais distantes do local de estimulação, modulando a conectividade funcional entre as regiões cerebrais6. Em contraste, a conectividade funcional dentro e entre as redes de estado de repouso do cérebro também pode ser alterada em estados de doença neuropsiquiátrica7, e essas redes cerebrais alteradas podem sofrer normalização parcial após a melhora da condição 8,9. A seleção do DLPFC como alvo para as técnicas convencionais de direcionamento de EMT e o fato de que diferentes regiões dentro do DLPFC mapeiam para diferentes redes cerebrais distribuídas10 também provavelmente revelarão a variabilidade na resposta ao tratamento entre diferentes pacientes em EMT convencional. A identificação de alvos de EMTr com base na conectividade entre diferentes regiões do cérebro pode fornecer uma abordagem mais individualizada11. Por exemplo, um estudo localizou a coordenada DLPFC que era mais anticorrelacionada com o córtex cingulado subgenual (SGC) e usou a neuronavegação para otimizar a resposta antidepressiva12. Por um lado, as intervenções clínicas atuais para pacientes com TB ainda seguem principalmente os alvos tradicionais do TDM e, por outro lado, os protocolos existentes são mais centrados nos sintomas de humor em pacientes com TB e menos explorados para os alvos de comprometimento cognitivo no TB, portanto, ainda é necessária uma exploração mais aprofundada dos alvos correspondentes.

Além da escolha do local alvo, a capacidade do TMS de atingir uma intensidade de estímulo consistente com as expectativas também está intimamente relacionada ao fato de estar fora do alvo ou não; verificou-se que as tampas elásticas posicionadas para colocar bobinas atingem alvos corticais com estimulação significativamente menor, com alguns indivíduos recebendo apenas 48,6% do campo elétrico alvo esperado, enquanto a estimulação direcionada de neuronavegação atinge uma localização mais precisa e precisa do TMS para produzir o nível cortical alvo com a intensidade de estimulação esperada13. Durante o tratamento, às vezes a posição da cabeça do paciente pode se mover14, o que também pode resultar em uma discrepância entre o alvo real da estimulação e a posição esperada do alvo, falhando assim em atingir a intensidade de estimulação esperada13. O uso da neuronavegação robótica pode ser calibrado durante as intervenções de EMT e manter a posição de estimulação o mais precisa possível, mas a eficácia das intervenções para depressão bipolar nessa modalidade precisa ser mais explorada.

Neste artigo, descrevemos uma modalidade de terapia magnética transcraniana segura, promissora e mais precisa baseada em redes de conectividade funcional para identificar alvos de intervenção usando neuronavegação robótica com estimulação magnética transcraniana para melhorar o comprometimento cognitivo em pacientes com transtorno bipolar.

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Protocolo

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Este estudo foi revisado e aprovado pelo Comitê de Ética do Primeiro Hospital Afiliado, Escola de Medicina da Universidade de Zhejiang, de acordo com a Declaração de Helsinque, e este estudo foi registrado no Registro Chinês de Ensaios Clínicos (http://www.chictr.org.cn/enIndex.aspx), com o número de registro ChiCTR2000030675. Aqui, os pacientes foram recrutados no ambulatório psiquiátrico do Primeiro Hospital Afiliado, Escola de Medicina da Universidade de Zhejiang. Todos os participantes foram minuciosamente informados sobre o propósito, procedimentos, riscos potenciais e benefícios do estudo, e o consentimento informado por escrito foi obtido antes da participação.

1 Participantes, elegibilidade e randomização

  1. Critérios de inclusão: Incluir pacientes que preencham os seguintes critérios:
    1. Pacientes com idade entre 16 e 65 anos.
    2. Pacientes diagnosticados com TB por um psiquiatra de acordo com a Mini-International Neuropsychiatry Interview (MINI).
    3. Pacientes que estão em medicação estável.
    4. Os pacientes que têm uma pontuação na Escala de Avaliação de Mania de Young (YMRS) ≤ 6,15 e 17 itens na Escala de Avaliação de Depressão de Hamilton (HDRS-17) ≤ 7.
    5. Pacientes que estão em remissão clínica há mais de três meses16.
    6. Pacientes com comprometimento cognitivo autorreferido e déficits perceptivos com escore do Questionário de Distúrbios Cognitivos e Déficits Perceptivos-Depressão (PDQ-D) autorrelatados ≥ 1717,18.
    7. Pacientes destros.
    8. Pacientes com pelo menos 9 anos de escolaridade.
  2. Critério de exclusão: Excluir pacientes que apresentam as seguintes condições:
    1. Pacientes que têm comorbidade com qualquer outro transtorno mental, conforme definido no Manual Diagnóstico e Estatístico de Transtornos Mentais, Quinta Edição (DSM-5).
    2. Pacientes com histórico de distúrbios neurológicos graves, como epilepsia ou lesão cerebral traumática.
    3. Pacientes com condições médicas significativas e instáveis.
    4. Pacientes com histórico de abuso de drogas ou álcool.
    5. Mulheres grávidas ou amamentando.
    6. Pacientes com daltonismo generalizado, hipocromia ou deficiência auditiva.
    7. Pacientes que estão atualmente tomando medicamentos com antidepressivos, anticolinérgicos e outros medicamentos.
    8. Pacientes com outras condições médicas.
    9. Pacientes que não podem ser submetidos a ressonância magnética (RNM) ou têm contraindicações para EMTr.
  3. Randomização e ocultação de alocação
    1. Gere uma sequência numérica aleatória usando um programa de computador para atribuir pacientes a grupos de EMTr ativos ou simulados.
    2. Prepare a sequência de randomização e mantenha-a com um pesquisador independente que não esteja envolvido no recrutamento, avaliação ou tratamento.
    3. Oculte a alocação do grupo usando envelopes lacrados e opacos e abra o envelope apenas no momento da intervenção.
    4. Mantenha o cegamento durante todo o estudo para que tanto os pacientes quanto os pesquisadores que tratam/avaliam permaneçam inconscientes da atribuição do tratamento.
    5. Instrua os pacientes a não discutir seu tratamento com outros participantes.

2 Aquisição de imagens de ressonância magnética

NOTA: Após a inscrição, adquira ressonância magnética estrutural e funcional para fornecer os dados de imagem necessários para a seleção individualizada do alvo nas etapas subsequentes. A imagem foi realizada no Primeiro Hospital Afiliado da Escola de Medicina da Universidade de Zhejiang usando um scanner Telsa 3.0 com uma bobina de cabeça completa padrão.

  1. Peça aos participantes que se deitem em decúbito dorsal com os olhos fechados. Posicione almofadas de espuma para minimizar o movimento e forneça tampões de ouvido para reduzir o ruído.
  2. Adquira imagens anatômicas 3D de alta resolução usando uma sequência de eco de gradiente de aquisição rápida (MPRAGE) preparada para magnetização com contraste ponderado em T1.
  3. Defina os parâmetros de aquisição da seguinte forma: TR = 7.1 ms; TE = 2,9 ms; FOV = 260 x 260 mm2; matriz = 256 × 256; número de fatias = 146; espessura do corte = 1 mm; ângulo de inversão = 8°
  4. Obtenha imagens ecoplanares (EPI) em estado de repouso com: TR 1800 ms; TE 30 ms; FOV 240 x 240 mm²; folga 0,8 mm; matriz 64 × 64; 28 fatias; 4 mm de espessura; Especifique a duração da execução (pontos de tempo).

3 Seleção individualizada de alvos com base na ressonância magnética

NOTA: Usando os dados de ressonância magnética adquiridos, pré-processe a fMRI e derive a conectividade funcional baseada em sementes para determinar a coordenada do alvo de estimulação e, em seguida, gere o modelo estrutural individualizado para neuronavegação.

  1. Pré-processamento de dados de fMRI:
    1. Pré-processe dados de fMRI usando a plataforma DPABI (versão 8.2).
    2. Execute a conversão DICOM para NIfTI.
    3. Descarte os 10 pontos de tempo iniciais e realinhe o movimento da cabeça para excluir participantes com deslocamento > 1,5 mm ou rotação > 1,5° em qualquer direção (x, y ou z).
    4. Reorientar as imagens ponderadas em T1 e funcionais para a comissura anterior. Registre a imagem T1 nas imagens funcionais.
    5. Segmente a imagem T1 e normalize as imagens segmentadas para o espaço padrão do Instituto Neurológico de Montreal (MNI) usando DARTEL.
    6. Aplique os parâmetros de transformação às imagens funcionais e regrida 24 covariáveis de movimento da cabeça (Friston-24).
    7. Reamostre as imagens funcionais para um tamanho de voxel de 3 mm x 3 mm x 3 mm.
    8. Suavize as imagens reamostradas espacialmente usando um kernel gaussiano com uma largura total na metade do máximo (FWHM) de 4 mm, que foi escolhido para preservar a especificidade espacial de ROIs relativamente pequenas, como ACC e V1, enquanto ainda melhora a relação sinal-ruído.
    9. Remova os sinais do líquido cefalorraquidiano e da substância branca por análise de regressão. Filtro passa-banda a série temporal entre 0,01 e 0,1 Hz.
    10. Remova os pontos de tempo com movimento excessivo de acordo com os limites predefinidos.
  2. Determine as coordenadas do ponto alvo de acordo com a conexão funcional:
    1. Defina a região de interesse (ROI) do córtex cingulado anterior (ACC) como uma esfera de raio de 9 mm centrada no MNI (−4, 50, 4), com base em coordenadas relatadas anteriormente de um estudo anterior de BD19.
    2. Extraia a série temporal do ROI do ACC e construa mapas de conectividade funcional (FC) baseados em sementes (voxelwise) usando o curso de tempo do ACC.
    3. Use o FC baseado em semente calculado para identificar coordenadas de direcionamento TMS otimizadas no córtex visual primário (V1). Paralelamente, defina o mesmo ROI do ACC a priori em uma coorte de referência de 30 indivíduos saudáveis.
    4. Identifique voxels V1 mostrando FC significativo com o ACC (voxelwise p < 0,001; agrupado corrigido por FWE p < 0,05) com base no ACC ROI definido acima.
    5. Selecione a coordenada de pico V1 no MNI (−3, −66, 18), que mostra conectividade significativa com o ACC (r = 0,269), como o alvo rTMS para o grupo de estimulação ativa (Figura 1).
  3. Pré-processamento de ressonância magnética estrutural e geração de modelo individual antes do tratamento:
    1. Anonimize os dados de imagem estrutural do paciente para remover todos os identificadores pessoais e permitir a transferência segura de dados.
    2. Padronize as imagens brutas ajustando a resolução, o espaçamento do voxel, a orientação e a intensidade do sinal.
    3. Segmente as imagens padronizadas em classes de tecidos distintas, incluindo substância cinzenta, substância branca, líquido cefalorraquidiano, crânio e núcleos internos.
    4. Registre as imagens segmentadas no sistema de coordenadas de imagem padrão (MNI152) de acordo com os requisitos do protocolo de estimulação e extraia as regiões cerebrais correspondentes, coordenadas padronizadas e outros parâmetros relevantes.
    5. Reconstrua modelos 3D das regiões do cérebro e do crânio separadamente e determine as coordenadas do alvo de estimulação dentro do espaço do modelo.

4 Medição do limiar do motor em repouso (RMT)

  1. Com o alvo individualizado determinado e o modelo de cabeça preparado, determine o limiar motor de repouso de cada participante em M1 para dimensionar a intensidade da estimulação para a próxima intervenção.
    1. Sente o paciente confortavelmente na cadeira de tratamento.
    2. Ajuste o paciente com uma faixa de cabeça equipada com sensor. Certifique-se de que esteja bem preso e que nenhum objeto obstrua a linha de visão entre os sensores e as câmeras de rastreamento.
    3. Digite o número de identificação do paciente no sistema de neuronavegação, verifique as informações e acesse a interface correspondente.
    4. Exiba o modelo da cabeça do paciente na tela, mostrando marcadores no centro da testa, pontas auriculares bilaterais, ponta nasal e vértice. Ajuste as posições dos marcadores usando o mouse para alinhá-los com precisão.
    5. Use o ponteiro de neuronavegação para marcar os pontos de referência anatômicos na cabeça do paciente (glabela, pontas auriculares bilaterais, ponta nasal e vértice). Pressione o pedal para confirmar cada local. Verifique se cada ponto marcado com êxito aparece como um ponto verde na tela.
    6. Mova o ponteiro de neuronavegação pelo couro cabeludo do paciente. Observe a trajetória do movimento como pontos verdes projetados na tela para confirmar o alinhamento entre a posição da cabeça do paciente e o modelo de ressonância magnética carregado. Preencha o registro espacial.
    7. Use o sistema de neuronavegação assistido por robô com uma bobina em forma de oito para posicionar a bobina sobre o local alvo M1 esquerdo recomendado pelo sistema.
    8. Forneça pulsos TMS únicos para o M1 esquerdo. Registre os potenciais evocados motores (MEPs) do músculo interósseo dorsal direito (FDI) totalmente relaxado usando eletromiografia de superfície.
    9. Determinar o TMR como a menor intensidade de estimulação que produz PEMs de pelo menos 50 μV em amplitude em pelo menos 5 de 10 tentativas consecutivas20.

5 Intervenção robótica de rTMS neuronavegada

  1. Com a intensidade de estimulação definida pelo TMR medido e o alvo V1 registrado no sistema de neuronavegação, forneça o EMTr assistido por robô de acordo com as sessões de tratamento programadas.
    1. Administre rTMS neuronavegado assistido por robô uma vez ao dia por 10 dias consecutivos a todos os participantes.
    2. Entregue cada sessão como 60 blocos de treinamento de estimulação de 5s 10 Hz a 110% do RMT, com intervalos entre treinamento de 20 s, para um total de 3000 pulsos por sessão e uma duração total de 25 min. Para estimulação simulada, aplique o mesmo protocolo, mas use uma bobina TMS simulada, produzindo um som semelhante, sem campo magnético aplicado.
    3. Insira as coordenadas MNI correspondentes ao ponto alvo de estimulação na região V1 do paciente.
    4. Ajuste o ângulo e a altura do assento para garantir que a posição da cabeça do paciente esteja dentro da caixa verde na tela e permita que o robô traga a bobina para a posição alvo correspondente do paciente de acordo com o sistema de neuronavegação. Use a navegação do robô para ajustar o ponto-alvo do estímulo real (mostrado como uma bola vermelha) para coincidir com a localização no modelo da cabeça do paciente na tela (mostrado como uma bola verde). Exiba a distância entre os dois pontos no canto inferior esquerdo da tela. Quando a distância for inferior a 1 mm, inicie a estimulação da EMTr.
    5. Exiba a distância entre a bobina e o ponto-alvo na tela durante todo o tratamento e calibre quando a cabeça do paciente se deslocar para garantir que o couro cabeludo permaneça próximo à bobina (Figura 2).
    6. Após cada sessão diária de tratamento, instrua o paciente a preencher um questionário de efeitos adversos de autorrelato, que inclui itens sobre tontura, dores de cabeça e outros possíveis sintomas.

6 Coleta de dados clínicos

  1. Avalie a função cognitiva dos participantes no início e 2 semanas após o tratamento usando o THINC Integration Instrument (THINC-it).
  2. Administre o Inventário de Déficits Percebidos de Depressão, Tarefa de Identificação (IDN), Tarefa One-Back (1-BACK), Teste de Substituição de Símbolos de Dígitos (DSST) e Teste de Trilhas-Parte B (TMT-B) para avaliar déficits cognitivos autorrelatados, atenção, velocidade de processamento, memória de trabalho e função executiva, respectivamente.

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Resultados

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Neste estudo, a ferramenta THINC-it foi utilizada para avaliar as alterações cognitivas nos pacientes antes e após o tratamento. A Tabela 1 mostra a situação basal dos dois grupos de pacientes, nos quais não houve diferença entre os dois grupos no início do estudo em nenhum dos seis indicadores relacionados à função cognitiva. Enquanto no indicador Verificação de Símbolos (Acurácia) foi encontrada interação significativa no indicador Verificação de Símbolos, não foi encontrada interação significativa par...

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Discussão

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

Este protocolo propõe identificar alvos com base na conectividade funcional V1-ACC e melhorar o comprometimento cognitivo no transtorno bipolar usando rTMS a 10 Hz sob navegação neural robótica. A avaliação da função cognitiva dos pacientes antes e após a intervenção pela ferramenta THINC-it revelou que a tendência de melhora cognitiva foi mais pronunciada nos pacientes submetidos à estimulação ativa da EMT.

As principais etapas do protocolo incluem principalm...

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Divulgações

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

Todos os autores declaram não haver conflitos de interesse relacionados a este artigo.

Agradecimentos

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

Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (Grant No. 52407261), o Programa de Pesquisa Básica de Bem-Estar Público da Província de Zhejiang (Grant No. LTGY23H090013), o Projeto de Ciência e Tecnologia Médica e de Saúde da Província de Zhejiang (Concessão nº 2023KY1014) e o Programa de P&D "Pioneiro" e "Ganso Líder" de Zhejiang (Concessão nº 2025C01137).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Robô TMS de Navegação Black DolphinXi' uma modulação cerebral sólidaSmarPhin S-50Sistema integrado com bobinas ativas/simuladas, robô TMS, rastreamento óptico, faixa de rastreamento de cabeça, neuronavegação e tampões de ouvido; permite o direcionamento guiado por ressonância magnética e bobina em tempo real– monitoramento da distância alvo.
Scanner de ressonância magnética GE Signa Premier 3.0TGE Saúdehttps://www.gehealthcare.com/products/magnetic-resonance-imaging/3t-mri-scanners
Ferramenta de Avaliação Cognitiva THINC-itLundbeck1.26 1Inclui quatro tarefas cognitivas e uma escala de autorrelato, avaliando atenção/concentração/estado de alerta, memória de trabalho e função executiva.

Referências

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