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Behavior

Tratamento individualizado de rTMS para depressão usando um método de segmentação baseado em fMRI

Published: August 2, 2021 doi: 10.3791/62687
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1
1Affiliated Brain Hospital of Guangzhou Medical University

Summary

O presente protocolo descreve a aplicação da estimulação magnética transcraniana repetitiva (rTMS), onde uma subregião do córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC) com a anticorrelação funcional mais forte com o córtex cingulado anterior subgenual (sgACC) foi localizada como alvo de estimulação sob a assistência de um sistema de neuronavigição baseado em FMRI.

Abstract

Para alcançar maior eficácia clínica, uma revolução no tratamento para transtorno depressivo grave (MDD) é altamente antecipada. A estimulação magnética transcraniana repetitiva (rTMS) é uma técnica de neuromodulação não invasiva e segura que muda imediatamente a atividade cerebral. Apesar de sua ampla aplicação no tratamento para MDD, a resposta ao tratamento permanece diferente entre os indivíduos, o que pode ser atribuível ao posicionamento impreciso da meta de estimulação. Nosso estudo tem como objetivo examinar se o posicionamento assistido por ressonância magnética funcional (fMRI) melhora a eficácia do RTMS no tratamento da depressão. Pretendemos identificar e estimular a sub-região do córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC) em MDD com a mais forte anti-correlação com o córtex cingulado anterior subgênero (sgACC), e realizar uma investigação comparativa deste novo método e da regra tradicional de 5 cm. Para obter uma estimulação mais precisa, ambos os métodos foram aplicados sob a orientação do sistema de neuronavigação. Esperávamos que o tratamento TMS com posicionamento individualizado baseado na conectividade funcional do estado de repouso possa apresentar melhor eficácia clínica do que o método de 5 cm.

Introduction

O transtorno depressivo maior (TMD) é caracterizado por depressão significativa e persistente, e em casos mais graves, os pacientes podem encontrar alucinações e/ou delírios 1,2. Em comparação com a população em geral, o risco de suicídio entre pacientes com ADM é aproximadamente 20 vezes maior3. Enquanto a medicação é atualmente o tratamento mais utilizado para MDD, 30% - 50% dos pacientes não têm resposta adequada aos antidepressivos4. Para os respondentes, a melhora dos sintomas tende a aparecer após um período latente relativamente longo e é acompanhada de efeitos colaterais. A psicoterapia, embora eficaz para alguns pacientes, é cara e demorada. Por isso, é urgente um tratamento mais seguro e eficaz para o MDD.

A estimulação magnética transcraniana repetitiva (rTMS) é uma técnica não invasiva e segura e foi aprovada para o tratamento de diversos transtornos mentais 5,6,7. Embora seu mecanismo terapêutico ainda não esteja claro, a RTMS foi especulada para trabalhar regulando a atividade das regiões cerebrais estimuladas e a plasticidade neural 8,9,10, normalizando assim redes funcionais específicas 10,11,12. rTMS também causa efeito de rede, que evoca mudanças em áreas remotas do cérebro através de vias de conexão, levando a um efeito terapêutico amplificado13. Embora o rTMS mude a atividade cerebral imediatamente e robustamente, sua taxa de resposta no tratamento de MDD é de apenas cerca de 18%14. A principal razão pode ser a localização imprecisa dos alvos de estimulação15.

O córtex cingulado anterior subgênero (sgACC) é o principal responsável pelo processamento emocional e desempenha um papel na regulação da resposta a eventos estressantes, resposta emocional a estímulos internos e externos e expressão emocional 16,17,18. Esta sub-região de ACC compartilha conectividade estrutural e funcional substancial com o córtex cerebral e o sistemalímbico 19,20. Curiosamente, estudos têm demonstrado que a atividade pós-estimulação dessa área está intimamente relacionada à eficácia clínica da TMS. Por exemplo, o fluxo sanguíneo do sgACC diminuiu após um curso de TMS direcionado ao córtex pré-frontal dorsolateral direito (DLPFC), que estava associado com o alívio dos sintomas depressivos21. Vink et al.8 descobriram que a estimulação direcionada ao DLPFC foi propagada para sgACC, e sugeriu que a atividade sgACC pode ser um biomarcador da resposta ao tratamento de TMS. De acordo com pesquisas anteriores, fox e colegas22 propuseram que o direcionamento em uma sub-região de DLPFC que mostra a mais forte anticonectividade funcional com sgACC (coordenada MNI: 6, 16, -10) aumenta o efeito antidepressivo. Aqui, demonstramos um protocolo de estudo destinado a examinar essa hipótese.

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Protocol

Informe todos os participantes sobre o estudo e peça que assinem o termo de consentimento livre e esclarecido antes do início do estudo. O presente protocolo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa do Hospital cerebral Afiliado da Universidade Médica de Guangzhou.

NOTA: Neste estudo duplo-cego, os pacientes com depressão foram divididos aleatoriamente em dois grupos. No grupo experimental, as metas de estimulação estão localizadas pelo método de localização individualizado baseado em DLPFC-sgACC (consulte 3.3 para descrição detalhada). As metas do grupo controle são obtidas pelo método médio de 5 cm (ou seja, (-41, 16, 54))22.

1. Seleção dos participantes

  1. Recrutar pacientes com diagnóstico de MDD confirmado por um psiquiatra especialista.
    NOTA: Confirme o diagnóstico com a Mini-Entrevista Neuropsiquiátrica padronizada (M.I.N.I.) 23 . A pontuação total da Escala de Classificação da Depressão montgomery-asberg (MADRS)24 não deve ser inferior a 22.
  2. Exclua pacientes que atendam aos critérios de exclusão: (1) doenças físicas graves, como tumor maligno, insuficiência cardíaca aguda, falência múltipla de órgãos ou condições neurológicas graves, incluindo, mas não se limitando a epilepsia, derrame, encefalite, trauma cerebral; (2) comorbidade de outra doença mental, ou histórico de transtorno do uso de substâncias; (3) ter implantes metálicos, especialmente no cérebro ou no coração; (4) mulheres durante a gravidez ou lactação; (5) teve comportamentos suicidas ou tentativa de suicídio nos últimos seis meses; e (6) diagnóstico de depressão bipolar ou depressão psicótica.
    NOTA: Recrute pelo menos 36 sujeitos para cada grupo para garantir o poder estatístico. Recomenda-se um perfil demográfico equilibrado entre os dois grupos.

2. Preparação de Ressonância Magnética (RM) e TMS

  1. Obtenha imagens fMRI por um scanner de ressonância magnética 3T antes de realizar tms.
    1. Confirme que o paciente não tem contraindicações antes de uma ressonância magnética. Instrua o paciente a tentar ficar parado e não pensar em nada durante o exame.
    2. Realize uma varredura de fMRI de estado de repouso (rs-fMRI) usando a sequência FFE-EPI com os seguintes parâmetros: TR/TE = 2000/30 ms, FA = 90°, campo de visão = 220 x 220 x 256 mm3, matriz = 64 x 64, tamanho do voxel = 3,44 x 3,44 x 4 mm3, gap = 0,6 mm, número de médias de sinal = 1, volumes = 240, número de fatias = 33.
    3. Realize uma ressonância magnética estrutural utilizando a sequência de eco de campo turbo 3D ponderado T1 (T1W 3D TFE) com os seguintes parâmetros: campo de visão = 256 x 256 mm2, TR/TE = 8,2/3,8 ms, matriz de visão= 256 x 256, espessura= 1 mm.
  2. Defina parâmetros TMS.
    NOTA: O protocolo de TMS em nosso estudo é a estimulação intermitente de-burst (iTBS). Uma sessão diária de tratamento inclui 60 ciclos de 10 rajadas de 3 pulsos a 50 Hz entregues a 100% RMT em trens de 2 s, com um intervalo de 8 s. Todo o tratamento consiste em 10 sessões realizadas durante a semana de duas semanas consecutivas.

3. Tratamento (Figura 1)

  1. Realizar exames de ressonância magnética e avaliações clínicas de sintomas e desempenho cognitivo um dia antes do tratamento.
  2. Atribua o paciente aleatoriamente a um dos dois grupos, após a varredura.
  3. Para o grupo experimental, identifique a sub-região de DLPFC que mostra a mais forte anticonectividade funcional com sgACC. Para o grupo de controle, basta localizar o alvo no espaço padrão usando o método médio de 5 cm e convertê-lo para as coordenadas espaciais individuais.
    1. pré-processamento de dados rs-fMRI
      1. Pré-processe os dados rs-fMRI usando um software de análise de ressonância magnética: (a) remova os primeiros 10 volumes; b Conduzir a correção do tempo da fatia; c Corrigir o movimento da cabeça; d Co-registrar imagens EPI em imagens T1; e Realizar segmentação; f Realizar a normalização utilizando imagens T1; g Suavizar as imagens normalizadas com um kernel gaussiano de 6 mm de largura total metade máxima (FWHM); h Filtro de passe de banda (0,01 - 0,08 Hz); e (i) realizar regressão incômoda (efeitos do movimento da cabeça, tendências lineares, matéria branca, fluido cefalorraquidiano e curso de tempo médio global).
    2. Conectividade funcional (FC) do sgACC
      1. Selecione o sgACC (coordenada MNI: 6, 16, −10; Fox et al.) como a região de interesse (ROI)25 com um raio de 10 mm.
      2. Remova a matéria branca e o fluido cefalorraquidiano no ROI com base no atlas cortical harvard-oxford (http://www.cma.mgh.harvard.edu/), usando um limiar de probabilidade de matéria cinza de 0,25.
      3. Extrair o curso médio de tempo do ROI.
      4. Para gerar mapa FC, compute os coeficientes de correlação de Pearson entre o ROI (sgACC) e o DLPFC de forma voxel-wise. Normalize cada coeficiente de correlação usando a Transformação R-to-z do Fisher.
        NOTA: A máscara DLPFC é uma combinação de esferas de raio de 20mm centradas ao longo do hemisfério esquerdo em BA9 (x=-36, y=39, z=43), BA46 (x=-44, y=40, z=29), o local de aproximação de 5 cm (x=-41, y=16, z=54) e o local de estimulação da média do grupo F3 Beam (x=-39, y=26, z=49)26.
      5. De acordo com o mapa FC, identifique a coordenada de pico no DLPFC que possui o maior coeficiente anti-correlação da Pearson com sgACC. Esta é a sub-região de DLPFC com o FC mais forte negativo com sgACC, que será posteriormente direcionado no tratamento TMS para o grupo experimental.
  4. Determine o limiar do motor de repouso (RMT) para cada assunto e regise o hotspot.
    1. Instrua o paciente a sentar e relaxar, em seguida, coloque dois eletrodos de gravação no thenar da mão direita e um eletrodo de referência na parte óssea do pulso.
    2. Estimular o hotspot motor com 10 estímulos consecutivos com diferentes intensidades; enquanto isso, registos de contração muscular tráris.
    3. Identifique a intensidade mínima de TMS na qual um motor evoco potencial (MEP) ≥ 50 μV é registrado pelo menos 5 vezes. Defina-o como o RMT do paciente.
  5. Avaliar a gravidade da depressão utilizando escalas clínicas descritas na Coleta de Dados Clínicos.
  6. Realize o tratamento TMS duas vezes ao dia durante 10 dias.
    NOTA: Para um sujeito que não recebeu tratamentos como planejado, realize estímulos adicionais após o término do curso de tratamento conforme necessário. No entanto, qualquer sujeito que perca o tratamento por mais de quatro dias consecutivos deve ser excluído.
    1. Crie uma nova entrada de paciente.
      1. Selecione a opção Criar novo paciente. Digite o número de identificação ou nome do paciente na caixa de texto.
    2. Sobreponha as imagens estruturais de ressonância magnética no sistema de navegação.
      1. Selecione A ressonância magnética do paciente de importação e, em seguida, importe a imagem estrutural do paciente e selecione o tipo de imagem.
    3. Crie um modelo de cabeça individual e defina o alvo de estimulação.
      1. Pressione o botão Especifique os fiduciais de ressonância magnética.
      2. Coloque a mira nesses pontos na ressonância magnética: (1) Marcadores fiduciais: naion, tanto tragi esquerdo quanto direito; (2) Marcadores AC-PC para Talairach: comissure anterior, comissure posterior, ponto inter-hemisférico; (3) Marcadores de Talairach: ponto anterior, ponto posterior, ponto superior, ponto inferior, ponto esquerdo e ponto direito.
        NOTA: Os "Marcadores de Talairach" marcam as bordas do cérebro.
      3. Pressione criar modelo de cabeça. Selecione segmentação manual do cérebro e ajuste o limiar do couro cabeludo, do cérebro inferior e do cérebro superior.
      4. Clique em Definir destino para prosseguir.
      5. Selecione a página Marcador de Destino . Clique em ... para inserir a coordenada do alvo de tratamento conforme identificado na etapa 3.3, e, em seguida, pressionar Ir para. Pressione Adicionar marcador para nomear o ponto.
        NOTA: As coordenadas do grupo controle serão (-41, 16, 54).
    4. Calibração da bobina
      1. Clique em Continuar para a navegação neuronal. Na caixa de texto, selecione o tipo certo de ferramentas a serem usadas no tratamento. Certifique-se de que todas as ferramentas de referência estão na visão da câmera infravermelha.
      2. Pressione validar a bobina. Coloque a ponta do ponteiro no ponto de bobina marcado. Pressione Validar (ou o botão verde no controle remoto) quando o indicador de cada ferramenta ficar verde.
    5. Selecione paciente e alvo.
      1. Selecione o nome ou o ID do paciente na página Selecionar paciente . Clique em Selecionar destinos na próxima página.
      2. Escolha Ler marcadores de destino para navegar no arquivo dos destinos. Importe o arquivo e selecione o alvo como na etapa 3.6.3.5.
    6. Defina o sistema de coordenadas.
      1. Clique em Definir o sistema de coordenadas. Coloque uma faixa na cabeça com uma ferramenta de referência no paciente. Certifique-se de que o rastreador da bobina e a ferramenta de referência estão na visão do sistema de navegação.
      2. Coloque a ponta do ponteiro na nausão e ambos tragi por sua vez. Pressione o botão verde no controle remoto cada vez que o indicador de um marcador ficar verde.
    7. Geração de forma de cabeça
      1. Mova continuamente a ponta do ponteiro na parte superior da cabeça. Pressione o botão no controle remoto (ou Ajuste) para continuar.
        NOTA: Pode-se pressionar Pausa para interromper o processo e retomar pressionando o botão Iniciar novamente, uma vez que o ponteiro tenha sido colocado corretamente.
    8. Neuronavigação e estimulação
      1. Pressione a neuronavigação. Na página Bobina Ativa, defina a intensidade de estimulação para 100% RMT. Escolha Estimular os alvos para ver o alvo no modelo de cabeça on-line.
      2. Quando a bobina corresponde à mira do alvo, ou seja, quando o texto indicador fica verde, estimule.
    9. Prepare-se e inicie o tratamento a partir da etapa 3.6.4 diretamente se a entrada do paciente tivesse sido criada antes.
  7. Realizar avaliações de acompanhamento nos dias 1, 28 e 56 do dia após todo o curso de tratamento.

4. Coleta de dados clínicos (Figura 1b)

  1. Realizar avaliações clínicas utilizando MADRS24, Hamilton Depression Rating Scale (HAMD)27, Beck Depression Inventory-II (BDI-II)28, Hamilton Anxiety Scale (HAMA)29, Clinical Global Impression (CGI)30 e MATRICS Consensus Cognitive Battery (MCCB)31,32.
    NOTA: MINI e MADRS são usados para a triagem. Todas as escalas acima são aplicadas para avaliação clínica pré e pós-tratamento.

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Representative Results

A análise do FC em termos de ROI deve mostrar que o sgACC é significativamente anti-correlacionado com o DLPFC, no qual a correlação negativa mais forte é a meta de estímulo a ser escolhida. A anti-correlação significativa entre a conectividade funcional sgACC-DLPFC e a resposta ao tratamento deve ser encontrada na análise de correlação33.

O protocolo atual baseia-se em um método inovador de segmentação de TMS que nenhum estudo prévio foi aplicado. Aqui apresentamos resultados de um teste TMS guiado por fMRI que aplicou o método tradicional de 5 cm. Este estudo34 propôs um novo protocolo de tratamento, a Stanford Accelerated Intelligent Neuromodulation Therapy (SAINT), um regime de alta dose de iTBS com direcionamento guiado por FMRI. A taxa de resposta (um escore MADRS foi 50% menor do que a linha de base) entre 23 pacientes com ADM foi de 90,48%. 19 dos 22 participantes (86,4%) atenderam aos critérios de remissão na análise de intenção de tratar34. Dois participantes desistiram devido a intolerâncias terapêuticas e alto limiar motor. A Tabela 1 apresenta os escores de avaliações clínicas pós-tratamento de TMS. Portanto, conjecturas de que a base de tratamento de TMS no FC pode produzir uma eficácia notável.

Figure 1
Figura 1. Diagrama de tratamento. a Processo de aquisição de metas de estimulação e tratamento. Consulte 3.3 para obter a descrição detalhada sobre a obtenção das coordenadas de destino para o grupo de experimentos. A coordenada alvo do grupo controle é definida como (-41, 16, 54). b Pontos de tempo da ressonância magnética e avaliação clínica. Os dados clínicos foram coletados na triagem, na linha de base (ou seja, antes do tratamento), bem como nos dias 1, dia 28 e dia 56 após o tratamento. A ressonância magnética só foi realizada na linha de base.
*Avaliar pacientes com M.I.N.I.23 e MADRS24.
**Avalie pacientes com todas as balanças mencionadas no Passo 4. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Pós-SAINT Um mês pós-SAINT
Medir Significar Sd N Resposta(%) N Remissão(%) N Significar Sd N Resposta(%) N Remissão(%) N
MADRS 5 6.37 21 90.48 21 90.48 21 10.95 11.76 20 70 20 60 20
HAM-D, 17 itens 4.29 4.43 21 90.48 21 80.95 21 8.05 8.31 20 75 20 65 20
HAM-D, 6 itens 2.24 3.1 21 85.71 21 85.71 21 4.4 4.72 20 75 20 70 20
BDI-II (N=18) 4.47 5.76 15 100 12 93.33 15 12.25 13.06 16 57.14 14 62.5 16
Ideação suicida
C-SSRS[b] 0 0 18 100 14 100 18 0 0 19 100 14 100 19
HAM-D, item 3 0.05 0.22 21 100 19 95.24 21 0.1 0.31 20 100 18 90 20
MADRS, item 10 0.1 0.44 21 95.24 21 95.24 21 0.35 0.75 20 90 20 80 20

Mesa 1. A avaliação clínica é pontuada imediatamente após e um mês após a Terapia de Neuromodulação Inteligente Acelerada (SAINT) de Stanford para depressão resistente ao tratamento[a] 34

[a] A resposta ao tratamento foi definida como uma redução do escore total do MADRS em ≥ 50%; a remissão foi definida como uma pontuação de < 8 para o HAM-D de 17 itens, < 5 para o HAM-D de 6 itens, < 11 para o MADRS, < 13 para o BDI-II e zero para o C-SSRS.
[b] Subescala de Ideação Suicida.

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Discussion

O SGACC é responsável pelo processamento emocional e desempenha um papel importante na regulação do estresse 16,17,18. Um estudo sugere que o direcionamento em uma sub-região de DLPFC que mostra a mais forte anticonectividade funcional com sgACC (6, 16, -10) pode aumentar o efeito antidepressivo25. Portanto, localizar precisamente esse alvo é o passo crítico deste protocolo. Antes da estimulação, as bordas do cérebro devem ser marcadas com precisão com a ajuda da neuronavigção, e a cabeça deve ser cuidadosamente registrada para garantir a precisão de um modelo de cabeça. Além disso, note que a regra de 5 cm geralmente estimula regiões muito posteriores do cérebro frontal, enquanto nosso protocolo de segmentação sgACC-DLPFC geralmente leva a uma região muito anterior 35,36. Assim, a eficácia clínica diferencial entre os métodos de segmentação pode estar associada à orientação. Nosso método deve ser cuidadosamente avaliado em comparação com outras abordagens que definem o alvo de estimulação com base em outras conectividades funcionais.

Nosso protocolo tem algumas limitações. Em primeiro lugar, o sgACC está localizado perto do seio esfenoidal, o que causa severa perda de sinal devido à não uniformidade dos campos magnéticos37. Além disso, a precisão da neuronavigação depende em grande parte da qualidade das imagens de ressonância magnética, o que pode levar a alvos de estimulação imprecisos. A melhoria da relação sinal-ruído da ressonância magnética ou uma melhor substituição para o SGACC pode ajudar a resolver este problema. Outra limitação são os procedimentos demorados que potencialmente afetam a conformidade dos pacientes com o tratamento, uma vez que a preparação como a criação de um modelo de cabeça leva muito tempo, sem mencionar todo o curso de tratamento que dura cerca de duas semanas.

Apesar dessas limitações, esse método tem sua força. Apesar de a regra de 5 cm ter sido amplamente aplicada em ambientes clínicos, ela ignora as diferenças individuais sobre as características anatômicas, o que é considerado uma importante razão para a eficácia heterogrógena do TMS38. O sistema de neuronavigção modela a cabeça individualmente, referindo-se a imagens estruturais de ressonância magnética, melhorando assim a precisão do posicionamento da bobina. Pesquisas comprovaram que uma terapia de TMS neuronavigated é mais eficaz do que um tratamento tradicional usando o método de mira de 5 cm38, além disso, um operador pode ajustar a bobina em tempo real sob a orientação do sistema39,40.

As metas tradicionais de terapia TMS no DLPFC como um todo. Neste protocolo, a sub-região do DLPFC com a conectividade negativa mais forte com o sgACC foi selecionada como alvo. Baeken et al.41 descobriram que o SGACC está relacionado à ideação suicida e à desesperança. Pacientes com depressão de repressão ao tratamento-resistência apresentam um FC mais forte entre o SGACC e o córtex frontotemporal lateral direito, que pode estar relacionado ao estado refratário do paciente42. Além disso, foi encontrada forte conectividade entre sgACC e DLPFC em pacientes com DDD43, e o FC negativo entre o SGACC e a rede de modo padrão (DMN) foi correlacionado com a melhora clínica. Portanto, especula-se que a conectividade do SGACC está intimamente relacionada ao efeito terapêutico da TMS, e que estimular uma região específica de DLPFC pode mudar seu FC com sgACC, o que pode melhorar a eficácia do tratamento25,44.

Em resumo, o presente protocolo TMS é operado sob o sistema de neuronavigção assistido por Ressonância Magnética e tem como alvo a sub-região de DLPFC que mostra a conectividade funcional negativa mais forte com o SGACC. Embora nenhum estudo anterior tenha aplicado esse método de segmentação, ele pode ajudar a melhorar a precisão do posicionamento e possivelmente melhorar a resposta ao tratamento.

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Disclosures

Os autores não têm informações para relatar.

Acknowledgments

O estudo foi financiado pelo projeto financiado pela China Postdoctoral Science Foundation (2019M652854) e pela Natural Science Foundation of Guangdong, China (Grant No. 2020A15010077).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3T Philips Achieva MRI scanner Philips
Harvard/Oxford cortical template http://www.cma.mgh.harva rd.edu/
MATLAB MathWorks
SPM12 http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm
The Visor2 system ANT Neuro The Visor2 software, the optical tracking system, tracking tools and calibration board are part of the visor2 system.
TMS device Magstim, Carmarthenshire, UK

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Comportamento Questão 174
Tratamento individualizado de rTMS para depressão usando um método de segmentação baseado em fMRI
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Luo, X., Hu, Y., Wang, R., Zhang, M., Zhong, X., Zhang, B. Individualized rTMS Treatment for Depression using an fMRI-Based Targeting Method. J. Vis. Exp. (174), e62687, doi:10.3791/62687 (2021).

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