Die tiefe Hirnstimulation (DBS) ist eine wirksame Therapie für Patienten, die unter motorischen Symptomen der Parkinson-Krankheit, essentiellem Tremor und anderen motorischen Störungen leiden. Die präzise, individuelle Platzierung der DBS-Elektroden ist ein entscheidender Faktor für die klinischen Ergebnisse nach dem Eingriff. Die Elektroenzephalographie (EEG) wird häufig eingesetzt, um die Quellen der intrazerebralen Signale aus dem Potential auf der Kopfhaut zu identifizieren. Das EEG ist tragbar, nicht invasiv, kostengünstig und könnte leicht in die intraoperative oder ambulante Umgebung integriert werden, um entweder die DBS-Elektrode oder die durch die Stimulation selbst ausgelösten evozierten Potenziale zu lokalisieren.
In dieser Arbeit untersuchten die Autoren mit numerischen Simulationen das Prinzip der Extraktion des elektrischen DBS-Pulses aus dem EEG des Patienten - der normalerweise ein Artefakt darstellt - und die Lokalisierung der Quelle des Artefakts (d. h. der DBS-Elektroden) mit Hilfe von EEG-Lokalisierungsmethoden. Ein hochauflösendes elektromagnetisches Kopfmodell wurde verwendet, um das EEG-Potenzial an der Kopfhaut zu simulieren, das durch das DBS-Puls-Artefakt erzeugt wird. Die Potenzialverteilung auf der Kopfhaut wurde dann an den 256 Elektrodenpositionen eines EEG-Netzes mit hoher Dichte abgetastet. Das elektrische Potenzial wurde durch eine Dipolquelle modelliert, die von einem bestimmten Paar aktiver DBS-Elektroden erzeugt wurde. Zur Lösung des inversen EEG-Problems wurde der Algorithmus Dynamic Statistical Parametric Maps (dSPM) verwendet, der die Lokalisierung der Position des Stimulus-Dipols in drei bipolaren DBS-Elektrodenkonfigurationen mit einem maximalen Fehler von 1,5 cm ermöglichte. Um die Genauigkeit des Berechnungsmodells zu beurteilen, wurden die Ergebnisse der Simulation mit den elektrischen Artefaktamplituden über 16 EEG-Elektroden verglichen, die bei fünf Patienten gemessen wurden. Die bei Patienten gemessenen EEG-Artefakte bestätigten, dass die simulierten Daten mit den Patientendaten übereinstimmen (0 ± 6,6 μV).
Die Autoren räumen ein, dass weitere Arbeiten notwendig sind, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, die für die chirurgische Navigation erforderlich ist. Die in dieser Studie vorgestellten Ergebnisse werden jedoch als erster Schritt auf dem Weg zu einem validierten computergestützten Rahmen vorgeschlagen, der für die nicht-invasive Lokalisierung nicht nur des DBS-Systems, sondern auch von Hirnrhythmen verwendet werden könnte, die durch Stimulation an proximalen und distalen Stellen im menschlichen Zentralnervensystem ausgelöst werden.
Lesen Sie den vollständigen Artikel auf Frontiers in Physiology...
Referenz:
Iacono MI, Atefi SR, Mainardi L, Walker HC, Angelone LM und Bonmassar G (2019) A Study on the Feasibility of the Deep Brain Stimulation (DBS) Electrode Localization Based on Scalp Electric Potential Recordings. Front. Physiol. 9:1788. doi: 10.3389/fphys.2018.01788
