Neuronavigation guidée Répétitive stimulation magnétique transcrânienne pour Aphasia

Résumé

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.

Résumé

la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (SMTr) est largement utilisé pour plusieurs conditions neurologiques, comme il a gagné la reconnaissance pour ses effets thérapeutiques potentiels. excitabilité cérébrale est non invasive modulée par rTMS et rTMS aux régions linguistiques a prouvé ses effets potentiels sur le traitement de l'aphasie. Dans notre protocole, nous visons à induire artificiellement l'aphasie virtuelle chez des sujets sains en inhibant l'aire de Brodmann 44 et 45 en utilisant neuronavigational TMS (MNT) et F3 du système international 10-20 EEG pour TMS classique (CTMS). Pour mesurer le degré de l'aphasie, les changements dans le temps de réaction à une image de nommage pré- tâche et post-stimulation sont mesurés et comparer le retard dans le temps de réaction entre les MNT et CTMS. Précision des deux méthodes de stimulation TMS est comparé en faisant la moyenne Talairach coordonnées de la cible et la stimulation réelle. La cohérence de la stimulation est démontrée par la plage d'erreur de la cible. Aux fins de la présente study est de démontrer l'utilisation des MNT et de décrire les avantages et les limites des MNT par rapport à ceux de CTMS.

Introduction

La stimulation magnétique transcrânienne répétitive (SMTr) active non-invasive des circuits neuronaux dans les systèmes nerveux central et périphérique. ¹ rTMS modulent l' excitabilité cérébrale ² et a des effets thérapeutiques potentiels dans plusieurs troubles psychiatriques et neurologiques, tels que la faiblesse du moteur, l' aphasie, la négligence et la douleur . ³ les sites cibles pour rTMS autres que le cortex moteur sont classiquement identifiés à l' aide du système international 10-20 EEG ou en mesurant les distances de certains points de repère externes.

Toutefois, les différences inter-individuelles dans la taille, l' anatomie et la morphologie du cortex du cerveau ne sont pas prises en compte, ce qui rend la cible optimale localisation difficile. ³ Une autre question cruciale pour les applications SMTr est la discordance entre le placement de la bobine magnétique et la région corticale la stimulation prévue.

neurochirurgie navigation opto suivi a expapplications informatiques ANDED pour englober le domaine des neurosciences cognitives, y compris rTMS pour le guidage de la bobine magnétique. Le système neuronavigational aide à identifier les structures cibles optimales pour rTMS. ^4,5 Cette divergence dans le positionnement de la bobine sur la zone cible se produit fréquemment avec la méthode conventionnelle adoption du système EEG 10-20, et cela devrait être surmonté par neuronavigation.

Ce protocole d'étude démontre une méthode pour induire l'aphasie virtuelle chez des sujets sains par rTMS neuronavigational ciblant l'aire de Broca, en utilisant la cartographie anatomique individuelle. Le degré d'aphasie virtuelle en termes de changement dans le temps de réaction à l'image dénomination est mesurée et comparée à celles de la méthode de stimulation conventionnelle. Le procédé de neuronavigation guidée a une plus grande précision pour délivrer des impulsions magnétiques dans le cerveau, et il est donc prévu de démontrer un plus grand changement clinique que celle du procédé classique. Le but de ce goujony était d'introduire une méthode plus précise et efficace de stimulation pour les patients aphasiques en milieu clinique.

Protocole

déclaration éthique: Cette étude a été approuvée par le comité d'examen institutionnel d'un hôpital aveugle.

1. Matériaux Préparation (tableau 1)

1. Utiliser un équipement TMS avec une sortie maximale de 3,0 Tesla et une alimentation électrique de 200-240 Vac 50/60 Hz 5A à une largeur d'impulsion de 350 microsecondes.
2. Acquérir repos seuil moteur (RMT) dans chaque sujet par électromyographie (EMG) afin de déterminer le moteur potentiel évoqué (MEP) en utilisant le système de TMS et l'électrode active (voir l'étape 3.1 pour plus de détails). Réglez le RMT que l' intensité individuelle pour le protocole d'étude de TMS réel (Figure 1).
   Remarque: Le système neuronavigational comprend un écran d'ordinateur, traqueur subjective, traqueur de bobine, pointeur, bloc d'étalonnage, appareil photo, et une chaise TMS Système de siège. (Figures 2 - 4)
3. Utilisez le programme Superlab pour mettre en place l'image nommant tâche et présenter le stimulus aux sujets pour tester le degré de virtu induiteaphasie al.
4. Enregistrez le temps de réaction pour chaque image en utilisant un système d'enregistrement vocal, décrite plus en détail à l'étape 4.
5. Analyser la latence et la durée de l'image nommant réponse par un système d'analyse vocale, décrite plus en détail à l'étape 4.

2. Vérification de la conception de l'étude

1. Utilisez rTMS pour Provoquer Aphasia virtuel.
   1. Demandez au sujet d'exécuter l'image nommant tâche, décrite plus en détail à l'étape 4. Photo tâche de nommage.
   2. Appliquer soit SMTr neuronavigation guidée (MNT) ou rTMS classiques (CTMS) pendant la tâche d'image de nommage. Les détails de CTMS sont décrits dans les étapes 5.3.2 et 5.5.
2. Mesurer le temps de réaction et le taux d'erreur pour l'image de nommage et de comparer les résultats obtenus dans les deux conditions, comme décrit plus en détail à l'étape 4.

3. Préparation du Protocole de TMS

1. Déterminer RMT
   1. Placez l'électrode active sur la première dorsale gaucheterosseous (IDE) muscle.
   2. Livrer 10 stimulations consécutives à la zone M1 droit à un intervalle de interstimulus 4-6 sec, la vérification de la contraction du muscle IDE gauche.
   3. Déterminer RMT de sujet en utilisant l'intensité de TMS minimale à laquelle une MEP amplitude crête-à-crête supérieure à 50 uV est produit au moins cinq fois.
2. cartographie TMS
   1. Obtenir une résonance haute résolution pondérée en T1 magnétique (MR) images anatomiques en utilisant un scanner RM du sujet pour l'utilisation du système neuronavigational 3-T. Les paramètres de l'IRM sont résumés dans le tableau 1.
      Remarque: transférer les images IRM du cerveau du programme de neuronavigation, ce qui reconstitue le curvilignes du cerveau et de la peau de chaque individu en utilisant l' orientation anatomique de la commissure antérieure (AC) et commissure postérieure (PC), comme représenté sur la figure 5.
      1. Reconstruire la structure de la peau
         1. Obtenir le fichier du cerveau de M. du sujetimage dans l'imagerie numérique standard et des communications en médecine (DICOM). format. Convertissez l'image MR en sélectionnant «étude de conversion". Définir le répertoire de recherche à partir de laquelle le fichier est transféré à l'ordinateur de neuronavigation. Convertir le type doit être choisi selon le type DICOM pour être utilisé dans le programme de neuronavigation.
         2. Transférer le fichier DICOM à l'ordinateur dans lequel le programme de neuronavigation est installé. Mettre en œuvre le programme de navigation. L'icône par défaut est "Anatomical." Pour un nouveau dossier patient, sélectionnez l'un des fichiers d'images DICOM.
         3. Cliquez sur "espaces Atlas". Cette étape consiste à définir le point de référence pour reconstruire chaque image. Appuyez sur "nouveau" dans le dropbox et définir la structure anatomique de référence en cliquant sur "manuel (boîte AC-PC)".
         4. Trouver le courant alternatif du patient, du corps calleux, à la ligne médiane de deux hémisphères placés en face des colonnes du fornix. Mark AC sur l'image MR et cliquez sur "set AC".
         5. Trouver le PC du patient, de la ligne médiane des deux hémisphères de la face dorsale de l'extrémité supérieure de l'aqueduc cérébral. Mark PC sur l'image MR et cliquez sur "PC set".
         6. Cliquez sur "Transformations" pour rendre la structure de la peau. Appuyez sur "nouveau" dans le dropbox pour sélectionner "Skin". Définissez la plage pour la reconstruction sur les images IRM. Assurez-vous d'inclure l'ensemble crâne avec la pointe du nez et les deux oreilles.
         7. Cliquez sur "peau de calcul» dans la nouvelle structure. Attendez jusqu'à ce que le processus est terminé. Après achèvement de la construction de la peau, la morphologie de la peau doit être affichée.
      2. Sélectionnez «cerveau curviligne Full" dans la section "Reconstruction" pour reconstruire le cerveau suivant curviligne 3.2.1.1. Semblable à l'étape précédente, réglez la plage pour la reconstruction sur les images IRM contenant la pointe du nez. Cliquez sur "curviligne compute". cerveau complet curviligne doit être affiché après la construction est terminée.
   2. Mark nasion, pointe du nez, et les deux tragus pour enregistrer les repères anatomiques. Cette étape consiste à faire correspondre le point anatomique du patient et la structure de la peau reconstruite pour la configuration de la position relative de la cible sur le cortex cérébral (figure 6).
      1. Cliquez sur l'icône «Landmark». Pour configurer le point de repère, marquer le nasion (point de rencontre entre le nez de front, à la jonction des os du nez) sur la structure calculée de la peau. Inscrivez-vous en cliquant sur "nouveau" et l'enregistrer comme "Landmark 1"
      2. Mark la pointe du nez après avoir enregistré nasion comme point de repère 1. Enregistrez la pointe du nez en cliquant sur "nouveau" et l'enregistrer comme "Landmark 2"
      3. Marquez chaque tragus sur la structure de la peau. Le tragus est la petite éminence pointue de l'oreille externe, situé en face de la conque. Inscrivez-vous chaque tragus après marquage et en cliquant sur "nouveaux" points de repère. Pour ce protocole, le droit tragus est regenre- comme «Landmark 3» et la gauche est enregistré comme "Landmark 4".
   3. Mettez la sangle de tête avec le tracker subjective sur la tête du participant. Calibrer le tracker de la bobine avec le bloc d'étalonnage du système de sièges de navigation à chaque session pour chaque sujet. Assurez-vous que les détecte et affiche la caméra de navigation tous du système de suivi du sujet, la chaise, la bobine, et le pointeur sur l'écran de l'ordinateur avant de poursuivre.
      1. Calibrage de la bobine avec le système de sièges.
         1. Calibrer le tracker de la bobine avant chaque stimulation MNT. Dans le menu principal de l'ordinateur, sélectionnez "Fenêtre". Cliquez sur "TMS calibration de la bobine" dans le dropbox. Cliquez sur "nouveau calibrage". À la deuxième session, sélectionnez le nom de la bobine utilisée pour la première fois et cliquez sur "Re-calibrer".
         2. Placez la bobine de TMS sur la partie postérieure du point standard bloc d'étalonnage. Assurez-vous que la bobine est placée horizontalement. Vérifiez que leappareil photo détecte à la fois le bloc d'étalonnage et de suivi de la bobine (en vert). Ensuite, cliquez sur "Commencer le calibrage compte à rebours", et un 5 sec du compte à rebours va commencer. Tenir la bobine immobile pendant le compte à rebours.

4. Photo Naming Task

1. Réglez le programme d'image de nommage pour présenter chaque stimulus pour 3000 msec avant de passer automatiquement sur la photo suivante.
2. Demandez au participant de nommer le tableau présenté aussi précisément et rapidement que possible.
3. Mesurer le temps de réaction (latence de pop up du stimulus sur l'écran pour le premier son émis par le participant) pour chaque image en détectant le son émis par le sujet à travers le microphone du casque à l'aide du programme d'analyse de la voix freeware.
   1. images Quarante appariés en longueur et en segments de deux à trois nom de la base de données d'image de la version coréenne de la Boston Naming Test (K-BNT) sont présentés sur l'écranavant et après la stimulation, comme dans l'étude de Kim et al., (2014).

5. TMS Protocole de cartographie

1. stimulation Hz Deliver1 à une intensité de 90% de RMT pendant 10 minutes, avec un total de 600 impulsions de TMS.
2. Maintenez la figure-huit tangentiellement bobine au crâne avec la bobine perpendiculairement orientée vers la cible.
3. TMS cartographie (figure 7)
   1. Identifier les gyrus anatomiques inférieures frontales (IFG) en fonction de la surface du cerveau, normalisée pour les MNT.
      1. Enregistrez le IFG comme cible les MNT.
         1. Cliquez sur "Target" et appuyez sur "Configurer les cibles". Marquez l'IFG sur la fenêtre affichant le curviligne du cerveau. paramètre cible détaillée est réalisée en ciblant chacune des images transversales et sagittal MR. Enregistrer le point comme "Trajectoire".
      2. Inscrivez-vous des repères avec les sujets du cuir chevelu.
         1. Cliquez sur "Sessions" pour la cartographie. Créerune nouvelle session en sélectionnant «session en ligne" dans le nouveau dropbox. Une fenêtre "Session 1" est créé, au sein de laquelle l'icône par défaut est «cibles». Sélectionnez le nom de la cible enregistré à l'étape 3.2.2.2. (Sélectionnez "Trajectoire 1"). Cliquez sur le bouton "Ajouter", et passer à l'étape suivante.
         2. Cliquez sur "Inscription". Cette étape est de faire correspondre l'curviligne du cerveau reconstruit avec le sujet. Le point de repère enregistré à l'étape 3.2.2.1. est utilisé pour faire correspondre le point anatomique avec la structure anatomique réelle.
         3. Assurez-vous que la caméra identifie à la fois le pointeur et le sujet tracker, affiché dans la couleur verte. Pointez au nasion du sujet avec le pointeur. Cliquez sur "Echantillon% Aller à Suivant Landmark". Point à la pointe nasale du sujet et goûter. Répétez jusqu'à ce que tous les quatre points de repère sont appariés.
   2. Placez la bobine sur F3 du système 10-20 EEG international ⁷ pour CTMS.
4. Regardez l'écran pour assurer la bobine est sur la cible désirée et est maintenue tout au long de la procédure MNT. L'écran doit afficher la surface de l'objet du cerveau, cible visée, et la bobine, ainsi que la marge d'erreur que la bobine se déplace loin de la cible représentée par l'oeil du taureau (figure 8). Se référant à l'écran, l'opérateur ajuste la bobine sur la cible comme il est écarté.
   1. Effectuer des MNT sur la cible recommandée
      1. Cliquez sur "Exécuter" sur l'écran après avoir enregistré les points de repère du sujet tel que décrit à l'étape 5.3.1.1. Pour modifier le réglage par défaut de la caméra pour détecter le pointeur, choisissez le nom de la bobine enregistrée lors de l'étape 3.2.3.1. au bas de la dropbox "Pilote". Assurez-vous que la caméra identifie à la fois le sujet suivi et suivi de la bobine.
      2. Vérifiez que l'écran affiche la distance relative et l'angle de la bobine de TMS de la cible enregistré (IFG). Lorsque la bobine se déplace à une distance de la cible,la distance est marqué en rouge, alors qu'il est marqué en vert lorsque la bobine est dans la fourchette cible prévue. Essayez d'obtenir l'angle entre la bobine et la cible sous l'oeil d'un taureau, autant que possible.
5. Mettez l'écran à distance de l'opérateur pour la procédure CTMS de livrer aveuglément le TMS. La bobine est maintenue telle qu'elle était au début de la session.

6. topograhique Acquisition de données

1. Enregistrer l'emplacement de la bobine par stimulation en appuyant manuellement sur le bouton "enregistrement" de la télécommande.
2. Lors de l'enregistrement de chaque stimulation, acquiert les coordonnées Taliarach dans les directions x, y, z pour la cible désignée et réelle zone stimulée.
3. Représentez les coordonnées sur un seul cerveau normalisé en utilisant le programme de traitement d'image freeware (MRIcro, http://www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricro/index.html).
4. Acquérir des zones cérébrales anatomiques correspondantes, y compris la zone Brodmann, le gyrus, lobe, et la région de l'hémisphère des étiquettes à l'Talairach coordonnées en utilisant un programme d'étiquetage freeware (Talairachclient, http://www.talairach.org/client.html).

Résultats

Kim et al. A démontré un effet plus supérieur de TMS avec guidage du système neuronavigational par rapport à la méthode conventionnelle non naviguée par moins de dispersion du stimulus et de stimulation plus focal à la zone M1 droite, ⁸ comme le montre la Figure 9. D' autres preuves à l' appui incorporant le système neuronavigational avec TMS est démontrée par une expérience croisée randomisée pour induire l' aphasie virtuel...

Discussion

TMS est largement utilisé à la fois dans la pratique clinique et la recherche fondamentale. ¹⁰ effets thérapeutiques précieux sont offerts par l'influence physiologique de rTMS, y compris un effet neuromodulateur inhibiteur sur l' excitabilité corticale avec rTMS à basse fréquence pour le traitement de l' aphasie. ¹¹ perturbation transitoire de traitement neuronal ou virtuel lesioning induite par rTMS peut changer la performance comportementale. ¹² Cependant, l'eff...

matériels

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