Моделирование объема активированной ткани при использовании направленной глубинной стимуляции мозга

РЕЗЮМЕ. Использование сегментированных электродов в системах глубинной стимуляции мозга (DBS) в стереотаксисе доказало свою эффективность для борьбы с нежелательными побочными эффектами путем изменения вектора стимуляции. Появление современных алгоритмов расчёта объема активированной ткани (VTA) вокруг активного контакта электрода позволило лучше понять, как стимуляция влияет на активность целевых структур мозга. Мы оценили результаты моделирования VTA при использовании сегментированных электродов для глубинной стимуляции, имплантированных в бледный шар и субталамическое ядро. Активация системы DBS в режиме направленной стимуляции при одинаковых значениях амплитуды позволила задействовать большее количество структур в направлении стимуляции, чем при ненаправленном режиме, при этом снизив вовлечение структур вокруг неактивных контактов. При субоптимальной позиции электрода добиться вовлечения требуемой стереотаксической мишени объемом активации можно только при значительном увеличении амплитуды; работа в режиме направленной стимуляции может улучшить результаты, однако точность имплантации электродов все равно играет ключевую роль в эффективности операции.

1. Гамалея А.А., Томский А. А., Бриль Е. В., Шабалов В. А. Электростимуляция глубоких структур головного мозга при экстрапирамидных заболеваниях. Принципы программирования. Нервные болезни. 2012;4:55–62.

2. Нездоровина В.Г., Нездоровин О.В., Александров М.В., Андреева Е.С., Олейник Е.А. DBS при экстрапирамидных заболеваниях. Первый опыт работы. Российский нейрохирургический журнал им. профессора А.Л. Поленова. 2016;8(S): 226.

3. Dembek T.A., Baldermann J.C., Petry-Schmelzer J.N., Jergas H., Treuer H., Visser-Vandewalle V., Dafsari H.S., Barbe M.T. Sweetspot Mapping in Deep Brain Stimulation: Strengths and Limitations of Current Approaches. Neuromodulation. 2021;25(6):877–887. https://doi.org/10.1111/ner.13356

4. Okun M., Tagliati M., Pourfar M., Fernandez H., Rodriguez L., Alterman L., Foote K. Management of referred deep brain stimulation failures: a retrospective analysis from 2 movement disorders centers. Arch Neurol. 2005; 62(8):1250–5. https://doi.org/10.1001/archneur.62.8.noc40425

5. Schüpbach W.M.M., Chabardes S., Matthies C., Pollo C., Steigerwald F., Timmermann L., Visser Vandewalle V., Volkmann J., Schuurman P.R, Directional Leads for Deep Brain Stimulation: Opportunities and Challenges: Directional Leads For DBS. Mov Disord. 2017;32 (10):1371–1375. https://doi.org/10.1002/mds.27096.

6. Pollo C., Kaelin-Lang A., Oertel M.F., Stieglitz L., Taub E., Fuhr P., Lozano A. M., Raabe A., Schüpbach M. Directional deep brain stimulation: an intraoperative double-blind pilot study. Brain. 2014;137(7):2015–2026. https://doi.org/10.1093/brain/awu102.

7. Холявин А.И., Песков В.А., Стерликова Н.В., Обляпин А.В., Можаев С.В. Опыт применения направленной глубинной стимуляции мозга при хирургическом лечении пациентов с экстрапирамидной патологией. Российский нейрохирургический журнал им. профессора А. Л. Поленова. 2021;13(S 1):187.

8. Horn A., Li N., Dembek T. A., Kappel A., Boulay C., Ewert S., Tietze A., Husch A., Perera T., Neumann W. J., Reisert M., Si H., Oostenveld R., Rorden C., Yeh F.C., Fang Q., Herrington T. M., Vorwerk J., Kühn A. A. Lead-DBS v2: Towards a comprehensive pipeline for deep brain stimulation imaging. Neuroimage. 2019; 1;184:293–316. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.08.068

9. Avants B., Tustison N., Song G., Cook P. A., Klein A., Gee J.C. A reproducible evaluation of ANTs similarity metric performance in brain image registration. NeuroImage. 2011; 1;54(3):2033–2044. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2010.09.025

10. Husch A.V., Petersen M., Gemmar P., Goncalves J., Hertel F. PaCER — A fully automated method for electrode trajectory and contact reconstruction in deep brain stimulation. Neuroimage Clin. 2017;17:80–89. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2017.10.004

11. Vorwerk J., Oostenveld R., Piastra M.C., Magyari L., Wolters C.H. The FieldTrip-SimBio pipeline for EEG forward solutions. Biomed Eng Online. 2018;17(1):37. https://doi.org/10.1186/s12938–018–0463-y