Targeting the nucleus subthlamicus for stereotactic surgery of deep brain stimulation in drug-refractory parkinson´s disease
Targeting the nucleus subthlamicus for stereotactic surgery of deep brain stimulation in drug-refractory parkinson´s disease
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Original abstract
Hintergrund und Untersuchungsziel: Untersucht wurde die Zielpunktfindung bei der Implantation von Elektroden zur tiefen Hirnstimulation in den Nucleus subthalamicus (STN) bei Patienten mit fortgeschrittenem M. Parkinson. Ziel war die Prüfung der Genauigkeit der individuellen Bestimmung des Zielpunktes am T2-gewichteten MRT im Vergleich zu den zuvor verwendeten Standardkoordinaten, die Prüfung von Nutzen und Effektivität der intraoperativen elektrophysiologischen Ableitung von STN-typischen Signalen, zunächst mittels eines zentralen Trajektes, sowie die Prüfung des Operationserfolges hinsichtlich der Symptomreduktion und des Auftretens von Nebenwirkungen. Patienten, Material und Methoden: Die Planungs- und Operationsdaten von 52 Patienten, die im Zeitraum von 2003 bis 2006 an der Klinik für Neurochirurgie des Universitätsklinikums Marburg operiert wurden, konnten ausgewertet werden. Die Planung erfolgte mittels präoperativer kernspintomographischer Bildgebung und Fusion mit komputertomographischen Lokalisationssequenzen. Intraoperativ wurde eine einfache Mikroelektrodenableitung zunächst des zentralen Trajektes und bei Nicht- Auffinden des STN eine Ableitung weiterer der fünf möglichen Trajekte sowie eine Teststimulation am wachen Patienten durchgeführt. Der Verlauf wurde mit einem Follow-up von einem Jahr postoperativ im Hinblick auf die motorische Untersuchung (UPDRS III) sowie das Auftreten von stimulations- oder operationsbedingten Nebenwirkungen untersucht. Ergebnisse: Es ergab sich eine signifikant geringere Lateralität des Zielpunktes (11,09/ -11,17mm) im Vergleich zu den Standardkoordinaten (12/-12mm). Dennoch wurde in 74% links und 68% rechts mit dem zentralen Trajekt ein typisches STN-Signal abgeleitet. Die Ableitung von weiteren Trajekten nach frustraner zentraler Ableitung führte zwar im Einzelfall, nicht aber systematisch zu einer besseren Effektivität der elektrophysiologischen Zielpunktbestimmung. Der Trajektorienwinkel hatte im untersuchten Kollektiv keinen Einfluss auf intraoperative Nebenwirkungen bei der Teststimulation oder postoperativ aufgetretene, insbesondere psychopathologische Veränderungen. Insgesamt ergab sich eine signifikante Besserung im UPDRS III um durchschnittlich 34,3 Punkte im medikamentösen Off postoperativ. Schlussfolgerungen: Ein im Vergleich zu älteren Planungsmethoden im MRT eher medial-dorsal im STN geplanter Zielpunkt führt zu einem intraoperativ erfolgreichen Auffinden des STN und zur Ableitung des charakteristischen Signals vor Erreichen des endgültigen Zielpunktes. Bei Platzierung der endgültigen vierpoligen Stimulationselektrode mit dem untersten Pol am geplanten Zielpunkt wird der STN in grösst möglicher Ausdehnung erreicht, was auch das positive Outcome ein Jahr postoperativ bestätigt. Die intraoperative Mikroableitung eines zentralen Trajektes ist ausreichend zur Verifizierung des Zielpunktes im STN und insbesondere relevant zur Anzeige einer Fehllage, die z.B. durch einen „brain shift“ bedingt sein kann. Somit ist im Sinne einer Zeitersparnis bezüglich der Operationsdauer und einer Risikominimierung bezüglich intraoperativer Komplikationen die Verwendung zunächst eines Trajektes dem Ableiten von fünf parallelen Elektroden vorzuziehen. Im untersuchten Kollektiv besteht kein Zusammenhang zwischen dem Zugangswinkel und der Effektivität der Operation oder dem Auftreten von Nebenwirkungen, genaueren Prüfung des multifaktoriellen Zusammenspiels weiterer kontrollierter Studien bedarf. Background and study aims: To investigate targeting of the Nucleus subthalamicus (STN) for implantation of deep brain stimulation (DBS) electrodes in patients with advanced Parkinson’s disease. The aim of this study was to evaluate the accuracy of the individually planned target by T2-weighted MRI compared to the previously used standard coordinates, to evaluate the efficacy of intraoperative microelectrode recording, especially by using only one central trajectory and to evaluate the success of the operation concerning the reduction of symptoms and side effects. Patients, material and methods: 52 patients, who underwent DBS between 2003 and 2006 in the Neurosurgical Department at the University Hospital Marburg, were endosed in the study. Targeting of the STN was done by fusion of MRI and CT-scans prior to the operation. During operation, microelectrode recording of the central trajectory was conducted routinely. In case of failure in recording the signal characteri- stic of the STN, microelectrode recording was done with one additional out of five possible trajectories. A test stimulation was performed intraoperatively in the awake patient. We evaluated a one year follow-up of the motor examina- tion (UPDRS III) and the stimulation induced or the operation-dependent side effects. Results: We found the laterality of the target point to be significantly lower (11,09/ - 11,17mm) than the previously used standard coordinates (12/ -12mm). Nonetheless the central trajectory led to microelectrode recording of the STN signal in 74% for the left and 68% for the right side. Additional microelectrode recordings of other trajectories after failed central recording showed an additional benefit only in solitary cases. The angle of the trajectory had no systematic influence on side effects during test stimulation and on the postoperatively reported psychopathological outcome. There was a significant benefit documented by the UPDRS motor score without medication from pre- to postoperative (symptom reduction on average by 34,3 points). Conclusion: The planning of STN target on MRI more medial and dorsal than previously performed was accurate and led to good results of intraoperative microelectrode recording with the central trajectory. Hereby, the permanent stimulation electrode with four contacts placed with the top of the last contact on the target point, covers the whole STN. The effectiveness is supported by the the positive motor outcome in one year follow-up. Microelectrode recording of the central trajectory is sufficient to confirm the STN target and especially relevant to indicate misplacement. This happens due to the effect of the socalled ”brain shift”. The use of only one trajectory compared to five parallel channels results in a reduction in operation time and the risk of intraoperative complications. In our patient collective, there was no relation between the angle of the trajectory and the outcome of the operation or any side effects. Further controlled studies are needed to investigate these multiple interactions of deep brain stimulation for Parkinson’s disease.