Neuronavigation geführte Repetitive transkranielle Magnetstimulation für Aphasie

Zusammenfassung

This study is designed to test the hypothesis that neuronavigational system-guided transcranial magnetic stimulation has higher accuracy for targeting the intended target as demonstrated by eliciting a greater degree of virtual aphasia in healthy subjects, measured by delay in reaction time to picture naming.

Zusammenfassung

Repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) wird für einige neurologische Erkrankungen weit verbreitet, da sie Anerkennung für ihre mögliche therapeutische Wirkungen gewonnen hat. Erregbarkeit des Gehirns ist nicht-invasiv durch rTMS moduliert und rTMS auf die Sprachgebiete hat seine möglichen Auswirkungen auf die Behandlung von Aphasie bewährt. In unserem Protokoll streben wir durch die Hemmung der Brodmann Bereich 44 und 45 unter Verwendung von neuronavigational TMS (NTM) und F3 des Internationalen 10-20 EEG-System für konventionelle TMS (CTMS) virtuelle Aphasie bei gesunden Probanden künstlich zu induzieren. Um den Grad der Aphasie, Veränderungen der Reaktionszeit auf ein Bild Namensgebung Aufgabe vor und nach der Stimulation gemessen werden gemessen und die Verzögerung in der Reaktionszeit zwischen NTMs und CTMS vergleichen. Genauigkeit der beiden Stimulationsmethoden TMS wird verglichen, indem die Mittelungs Talairach Koordinaten des Ziels und der aktuellen Stimulation. Die Konsistenz der Stimulation wird durch den Fehlerbereich von dem Ziel unter Beweis gestellt. Der Zweck dieses study ist die Verwendung von NTM zu demonstrieren und die Vorteile und Grenzen der NTMs denen von CTMS im Vergleich zu beschreiben.

Einleitung

Repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) aktiviert nicht-invasiv neuronale Schaltkreise in den zentralen und peripheren Nervensystems. ¹ rTMS moduliert die Erregbarkeit des Gehirns ² und hat potenzielle therapeutische Wirkungen in mehreren psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen, wie zum Beispiel motorische Schwäche, Aphasie, Vernachlässigung und Schmerz . ³ die Zielstellen für rTMS andere als sind die motorischen Kortex üblicherweise das Internationale 10-20 EEG - System identifiziert oder durch Abstände von bestimmten externen Sehenswürdigkeiten zu messen.

Allerdings interindividuelle Unterschiede in Größe, Anatomie und Morphologie der Hirnrinde sind nicht berücksichtigt, eine optimale Ziel Lokalisierung herausfordernd zu machen. ³ Ein weiterer kritischer Punkt für rTMS - Anwendungen ist die Diskordanz zwischen Aufsetzen der Magnetspule und der kortikalen Region bestimmt Stimulation.

Optisch verfolgt Navigationsneurochirurgie hat expanded es Anwendungen, die die kognitiven Neurowissenschaften Bereich einschließlich rTMS zur Führung der Magnetspule zu umfassen. Das neuronavigational System hilft bei der optimalen Zielstrukturen für rTMS identifizieren. Solche ^4,5 Divergenz in Spulenpositionierung auf dem Zielgebiet häufig mit dem herkömmlichen Verfahren tritt das System 10-20 EEG Annahme, und dies soll durch Neuronavigation zu überwinden.

Broca-Bereich Targeting, mit individuellen anatomischen Mapping Das Studienprotokoll beschreibt eine Methode, virtuelle Aphasie bei gesunden Probanden durch neuronavigational rTMS zu induzieren. Der Grad der virtuellen Aphasie in Bezug auf die Änderung Bild Namensgebung in der Reaktionszeit gemessen und verglichen mit denen aus dem herkömmlichen Stimulationsverfahren. Die Neuronavigation geführte Verfahren weist eine höhere Genauigkeit für magnetische Impulse an das Gehirn zu liefern, und wird somit zu zeigen größere klinische Änderung zu erwarten als bei dem herkömmlichen Verfahren. Das Ziel dieses Gestüty war für Patienten mit Aphasie in klinischen Umfeld eine präzisere und effektive Methode zur Stimulation einzuführen.

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Protokoll

Ethik-Erklärung: Diese Studie der Institutional Review Board eines verblindeten Krankenhaus genehmigt wurde.

1. Vorbereitung Materialien (Tabelle 1)

1. Verwenden TMS Geräte mit maximaler Leistung von 3,0 Tesla und einer Stromversorgung von 200-240 Vac 50/60 Hz 5A bei einer Impulsbreite von 350 us.
2. Erwerben Ruhemotorschwelle (RMT) in jedem Fach durch Elektromyographie (EMG) der Motor evozierte Potentiale (MEP) mit dem TMS-System und die aktive Elektrode, um zu bestimmen (Schritt 3.1 für Details). Stellen Sie die RMT als individuelle Intensität für die eigentliche TMS Studienprotokoll (Abbildung 1).
   Hinweis: Das neuronavigational System umfasst einen Computer-Bildschirm, subjektive Verfolger, Spule tracker, Zeiger, Kalibrierungsblock, Kamera und TMS Stuhl Sitzsystem. (Figuren 2 bis 4)
3. Verwenden Sie das Superlab Programm einzurichten, um die Bild Aufgabe benennen und präsentieren den Reiz zu den Themen, den Grad der induzierten Virtu zu testenal Aphasie.
4. Nehmen Sie die Reaktionszeit für jedes Bild eine Sprachaufnahme-System, 4 detaillierter in Schritt beschrieben.
5. Analysieren Latenz und Dauer der Bildbenennungsantwort durch ein Sprachanalysesystem, 4 in detaillierter in Schritt beschrieben.

2. Überprüfung der Studiendesign

1. Verwenden Sie rTMS Virtuelle Aphasie zu induzieren.
   1. Bitten Sie das Motiv das Bild Benennung Aufgabe auszuführen, genauer beschrieben in Schritt 4 Bild Benennung Aufgabe.
   2. Tragen Sie entweder Neurogeführte rTMS (NTM) oder konventionellen rTMS (CTMS) während der Bildbenennungsaufgabe. Die Einzelheiten von CTMS werden in den Schritten 5.3.2 und 5.5 beschrieben.
2. Messung der Reaktionszeit und der Fehlerrate für die Bild benennen und die Ergebnisse unter beiden Bedingungen zu vergleichen, wie es detaillierter in Schritt 4 beschrieben.

3. Herstellung des TMS-Protokoll

1. Bestimmen Sie RMT
   1. Legen Sie die aktive Elektrode auf der linken ersten Rücken interosseous (FDI) Muskel.
   2. 10 aufeinander folgenden Stimulationen nach rechts M1 Bereich liefern bei einer 4-6 sec Interstimulus Intervall, um die Kontraktion des linken FDI Muskel überprüfen.
   3. Bestimmen Subjekts RMT die minimale Intensität TMS unter Verwendung, bei der ein Peak-to-peak Amplitude MEP größer als 50 uV mindestens fünfmal erzeugt wird.
2. TMS Mapping
   1. Besorgen Sie sich eine hohe Auflösung T1-gewichteten Magnetresonanz (MR) anatomische Bilder mit einem 3-T MR-Scanner des Themas für die Nutzung des neuronavigational Systems. Die Parameter für die MRT - Untersuchung sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
      Hinweis: Übertragen der Gehirn MR - Bilder mit dem Neuronavigationsprogramm, das das Gehirn und der Haut krummlinigen jeder einzelnen Verwendung anatomischer Führung der vorderen Kommissur (AC) und hinteren Kommissur (PC) rekonstruiert, wie in Figur 5 gezeigt.
      1. Rekonstruieren die Hautstruktur
         1. Beziehen Sie die Datei des Gehirns MR ThemaBild in Standard Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM). Format. Konvertieren Sie das MR-Bild von "convert Studie" auswählen. Stellen Sie das Suchverzeichnis, aus dem die Datei auf den Computer Neuro übertragen wird. Konvertieren Typ sollte DICOM-Typ ausgewählt werden, um in der Neuronavigationsprogramm verwendet werden.
         2. Übertragen Sie die DICOM-Datei auf den Computer, in dem die Neuro Programm installiert ist. Implementieren Sie das Navigationsprogramm. Das Standardsymbol ist "Anatomische." Für einen neuen Patientenakte, wählen Sie eine der DICOM-Bilddateien.
         3. Klicken Sie auf "Atlas Räume". Dieser Schritt ist der Bezugspunkt zu setzen, jedes Bild zu rekonstruieren. Drücken Sie auf "neu" im Dropbox und die Referenz anatomischen Struktur durch "Handbuch (AC-PC-Box)" klicken.
         4. Finden Sie die AC des Corpus callosum des Patienten, nur die Mittellinie von zwei vor den Säulen des Fornix platziert Hemisphären. Mark AC auf dem MR-Bild und klicken Sie auf "Set AC".
         5. Finden der PC des Patienten, wobei die Mittellinie der beiden Hemisphären im dorsalen Aspekt des oberen Endes des zerebralen Wasserleitung. Mark PC auf dem MR-Bild und klicken Sie auf "PC".
         6. Klicken Sie auf "Rekonstruktionen", um die Hautstruktur zu machen. Drücken Sie auf "neu" im Dropbox, um "Skin". Stellen Sie den Bereich für den Wiederaufbau auf den MR-Bildern. Achten Sie darauf, den ganzen Schädel mit der Nasenspitze und beide Ohren zu umfassen.
         7. Klicken Sie auf "Compute Haut" in der neuen Struktur. Warten Sie, bis der Vorgang abgeschlossen ist. Nach Abschluss der Haut Konstruktion sollte die Haut Morphologie angezeigt werden.
      2. Wählen Sie "Full Gehirn krummlinigen" in der "Rekonstruktion" Abschnitt des Gehirns krummlinigen folgenden 3.2.1.1 zu rekonstruieren. Ähnlich wie bei dem vorherigen Schritt, stellen Sie den Bereich für den Wiederaufbau auf den MR-Bildern die Nasenspitze enthält. Klicken Sie auf "Compute krummlinigen". Voll Gehirn krummlinigen angezeigt werden soll nach dem Bau abgeschlossen ist.
   2. Markieren Sie die nasion, Nasenspitze, und beide tragus die anatomischen Landmarken zu registrieren. Dieser Schritt ist der anatomische Punkt zwischen dem Patienten und dem rekonstruierten Hautstruktur für die Konfiguration der relativen Position des Ziels auf der Hirnrinde (Abbildung 6) zu entsprechen.
      1. Klicken Sie auf die "Landmark" -Symbol. Um den Orientierungspunkt zu konfigurieren, markieren Sie die nasion (Punkt zwischen der Stirn Nase, an der Kreuzung der Nasenknochen) auf der berechneten Hautstruktur. Registrieren Sie durch "neue" und speichern Sie es als "Ort 1" klicken
      2. Markieren Sie die Nasenspitze nach nasion als Wahrzeichen der Registrierung der Nasenspitze 1. Registrieren Sie "neu", indem Sie auf und speichern Sie es als "Ort 2"
      3. Markieren Sie jede tragus auf der Hautstruktur. Die tragus ist der kleine spitze Eminenz des äußeren Ohres, vor der Ohrmuschel befindet. Registrieren Sie sich tragus nach dem Markieren und "neuen" Wahrzeichen klicken. Für dieses Protokoll, ist die richtige Tragus regtragene als "Landmark 3" und der linken Seite wird als "Landmark 4" eingetragen.
   3. Setzen Sie das Kopfband mit dem subjektiven Tracker auf den Kopf des Teilnehmers. Kalibrieren Sie die Spule Tracker mit dem Kalibrierungsblock des Navigationssitzsystem bei jeder Sitzung für jedes Thema. Stellen Sie sicher, dass die Navigationskamera erkennt und zeigt alle des Trackingsystems des Subjekts, der Stuhl, der Spule, und der Zeiger auf dem Bildschirm, bevor Sie fortfahren.
      1. Kalibrieren der Spule mit dem Sitzsystem.
         1. Kalibrieren Sie die Spule Tracker vor jeder NTMs Stimulation. Auf dem Hauptcomputer-Menü wählen Sie "Fenster". Klicken Sie auf "TMS Spule Kalibrierung" in der Dropbox. Klicken Sie auf "neu kalibrieren". Bei der zweiten Sitzung, wählen Sie die Spule Namen das erste Mal, und klicken Sie auf "Neu kalibrieren" verwendet.
         2. Legen Sie die TMS-Spule auf dem Standardpunkt posterior Justierkörpers. Achten Sie darauf, die Spule horizontal platziert. Überprüfen Sie, ob dieKamera erkennt sowohl die Kalibrierungsblock und Spule Tracker (in grün dargestellt). Klicken Sie dann auf "Begin Kalibrierung Countdown" und ein 5 Sekunden des Countdowns beginnt. Halten Sie die Spule noch während des Countdowns.

4. Bild Aufgaben Naming

1. Stellen Sie das Bildprogramm zu benennen jeden Reiz für 3000 ms zu präsentieren, bevor sie automatisch auf das nächste Bild zu bewegen.
2. Bitten Sie den Teilnehmer das präsentierte Bild so genau und schnell wie möglich zu nennen.
3. Messen Sie die Reaktionszeit (Latenz von Pop-up des Reizes auf dem Bildschirm mit dem ersten Ton der Teilnehmer gemacht) für jedes Bild durch die durch das Subjekt durch das Headset-Mikrofon aus Ton Erfassung der Freeware-Programm zur Sprachanalyse verwenden.
   1. Vierzig Bilder in Namenslänge und Segmente von zwei bis drei aus der Bilddatenbank der koreanischen Version des Boston angepasst Naming Test (K-BNT) auf dem Bildschirm dargestelltvor und nach Stimulation, wie in der Studie von Kim et al., (2014).

5. TMS Mapping Protocol

1. Deliver1 Hz Stimulation mit einer Intensität von 90% der RMT für 10 min, mit insgesamt 600 TMS-Impulse.
2. Halten Sie die Achter-Spule tangential an den Schädel mit der Spule senkrecht zur zielorientiert.
3. TMS Mapping (Abbildung 7)
   1. Identifizieren der anatomischen Gyrus frontalis inferior (IFG), basierend auf der Oberfläche des Gehirns normalisiert, für NTMS.
      1. Registrieren Sie das IFG als NTMs Ziel.
         1. Klicken Sie auf "Ziel" und drücken Sie "Configure Ziele". Markieren Sie die IFG auf dem Fenster angezeigt wird, das Gehirn krummlinigen. Detaillierte Zieleinstellung wird durch die Ausrichtung jeder Quer und sagittalen MR-Bildern erreicht. Speichern Sie den Punkt als "Flugbahn".
      2. Registrieren Sie Sehenswürdigkeiten mit den Fächern der Kopfhaut.
         1. Klicken Sie auf "Sessions" für die Zuordnung. Erstelleneine neue Sitzung von "Online-Session" in der neuen Dropbox auswählen. Eine "Session 1" Fenster wird erstellt, in dem das Standardsymbol ist "Targets". Wählen Sie den Zielnamen in Schritt 3.2.2.2 gespeichert. (Wählen Sie "Trajektorie 1"). Klicken Sie auf die Schaltfläche "Hinzufügen", und zum nächsten Schritt übergehen.
         2. Klicken Sie auf "Registrierung". Dieser Schritt ist der rekonstruierte Gehirn krummlinigen mit dem Gegenstand zu entsprechen. Der eingetragene Meilenstein in Schritt 3.2.2.1. wird zur Anpassung der anatomischen Punkt mit der realen anatomischen Struktur verwendet.
         3. Stellen Sie sicher, dass die Kamera in der grünen Farbe sowohl den Zeiger und das Thema Tracker, angezeigt identifiziert. Zeigen Sie auf das Thema des nasion mit dem Zeiger. Klicken Sie auf "Probe% Zum nächsten Ort". Zeigen Sie auf die Nasenspitze des Subjekts und es probieren. Wiederholen, bis alle vier Ziele abgestimmt sind.
   2. Legen Sie die Spule auf F3 des 10-20 internationalen EEG - System ⁷ für CTMS.
4. Blick auf den Bildschirm, um sicherzustellen, die Spule auf das gewünschte Ziel und wird im gesamten NTMs Verfahren beibehalten. Der Bildschirm sollte das Thema der Hirnoberfläche, beabsichtigte Ziel und die Spule, sowie die Fehlerbereich anzuzeigen , wie die Spule von dem Ziel durch das Bullauge gezeigt weg bewegt (Abbildung 8). Bezugnehmend auf dem Bildschirm stellt die Bedienungsperson die Spule auf dem Ziel, wie es wegbewegt wird.
   1. Führen Sie NTMs über die registrierten Ziel
      1. Klicken Sie auf "Perform" auf dem Bildschirm nach dem Wahrzeichen der Gegenstand der Anmeldung als in Schritt 5.3.1.1 beschrieben. Um die Standardeinstellungen der Kamera zu ändern, um den Zeiger, wählen Sie die Spule Namen während Schritt 3.2.3.1 gespeichert zu erkennen. am unteren Rand des "Driver" Dropbox. Stellen Sie sicher, dass die Kamera sowohl das Thema Tracker und Spule Tracker identifiziert.
      2. Überprüfen Sie, ob der Bildschirm zeigt den relativen Abstand und Winkel der TMS-Spule von dem registrierten Ziel (IFG). Wenn die Spule bewegt sich von dem Ziel entfernt, derAbstand ist rot markiert, während es in grün markiert ist, wenn die Spule innerhalb des beabsichtigten Zielbereich ist. Versuchen Sie, den Winkel zwischen der Spule und dem Ziel als Bullauge so viel wie möglich zu erhalten.
5. Drehen Sie den Bildschirm weg vom Bediener für die CTMS Verfahren blind, um das TMS liefern. Die Spule wird gehalten, wie es am Anfang der Sitzung ist.

6. Topograhic Datenerfassung

1. Nehmen Sie Spulenort pro Stimulation durch manuell den "Record" Taste auf der Fernbedienung drücken.
2. Bei jeder Stimulation der Aufnahme erfasst Taliarach Koordinaten in der x, y, z für den bestimmten Soll-Ist-stimulierten Bereich.
3. Zeigen die Koordinaten auf einer einzigen normalisierten Gehirn mit Hilfe der Freeware-Bildbearbeitungsprogramm (MRIcro, http://www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricro/index.html).
4. Erwerben anatomischen Hirnbereiche entspricht, einschließlich der Brodmann-Bereich, die gyrus, Lappen und Hemisphäre Bereich Etiketten auf die Talairach Koordinaten mit einem Freeware-Kennzeichnungsprogramm (Talairachclient, http://www.talairach.org/client.html).

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Ergebnisse

Kim et al. Zeigten eine überlegene Wirkung von TMS mit neuronavigational Systemführung im Vergleich zu der nicht-navigierten herkömmlichen Verfahren um weniger Dispersion des Reizes und fokale Stimulation des rechten Bereich M1, ⁸ , wie in 9 gezeigt. Ein weiterer Beweis zur Unterstützung der Einbeziehung das neuronavigational System mit TMS wird von einem randomisierten Crossover - Experiment demonstriert , indem sie auf Brodmann Bereich 44 und 45...

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Diskussion

TMS ist weit verbreitet sowohl in der klinischen Praxis und Grundlagenforschung. ¹⁰ wertvolle therapeutische Wirkungen durch die physiologischen Einfluss von rTMS angeboten werden, einschließlich einer hemmenden neuromodulatorischen Wirkung auf die kortikale Erregbarkeit mit niedriger Frequenz rTMS zur Behandlung von Aphasie. ¹¹ Vorübergehende Störung der neuronalen Verarbeitung oder virtuellen Läsionsbildung durch rTMS induzierte Verhaltensleistung ändern. ¹² kann jedoch die gewün...

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Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Medtronic MagPro X100	MagVenture	9016E0711
MCF-B65 Butterfly coil	MagVenture	9016E042
Brainsight TMS Navigation	Rogue Research	KITBSF1003