Multivariable closed-loop control of deep brain stimulation for Parkinson's disease.

Araştırma özeti

Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by

Objektif. Parkinson hastalığı (PD) için kapalı döngülü derin beyin stimülasyonu (DBS) yöntemleri, tek bir biyobelirteç kontrol etmek için uyarım genliğini veya frekansını modüle eder. Seçilen biyobelirteç ile ilişkili semptomlar için iyi performans gösterilmiş olsa da, suboptimal regülasyon, korea bağlı olmayan semptomlar için veya biyobelirteç ile semptom arasındaki ilişki değiştiğinde ortaya çıkabilir. Uyarım kaynaklı yan etkilerin kontrolü tipik olarak dikkate alınmaz.Approach.A çok değişkenli kontrol mimarisi seçici olarak ya titreme ya da subtalamik çekirdek beta bant salınımlarının hedef baskılanmasına sunulur. DBS darbe genliği ve süresi, bir eşik altındaki genliği korumak ve uyarım kaynaklı yan etkilerle ilişkili distal büyük çaplı aksonların uyarılmasını önlemek için modüle edilir. Bir süpervizör, algılanan kas elektromiyografik (EMG) aktivite seviyesine bağlı olarak dinlenme titremesini veya beta aktivitesini kontrol etmek için DBS darbe genliğini modüle eden bir kontrolör bankası arasında seçim yapar. İkincil bir kontrolör darbe genliğini sınırlar ve elektrota yakın duran daha küçük çaplı aksonları hedeflemek için darbe süresini modüle eder. Kontrol mimarisi, kortiko-bazal ganglia ağını, motoneuron havuzunu, EMG ve kas kuvveti sinyallerini simüle eden PD motor ağının hesaplamalı bir modelinde araştırıldı.Ana sonuçlar.Konvansiyonel açık döngü stimülasyonuna kıyasla hem dinlenme titremesinin hem de beta aktivitesinin iyi kontrolü, geleneksel açık döngü stimülasyonu ile karşılaştırıldığında teslim edilen azaltılmış güçle gözlendi, süpervizör, tek bir biyobelirte ayarlanmış tek bir denetleyici kullanıldığında meydana gelen aşırı veya düşük uyarımdan kaçındı. DBS genliği kısıtlandığında, ikincil kontrolör azaltılmış genliği telafi etmek için darbe süresini artırarak stimülasyonun etkinliğini korudu. Çift parametreli kontrol, hedef biyobelirteçlerin etkin kontrolünü sağladı, güçte ek tasarruflar sağlandı.Önemlilik.Doğrusal olmayan çok değişkenli kontrol, PD hastaları için motor semptomların hedefli olarak bastırılmasını sağlayabilir. Ayrıca, çift parametreli kontrol, aşırı uyarımı önlemek için uyarım terapötik dozajın otomatik olarak düzenlenmesini kolaylaştırırken, ek güç tasarrufu sağlar.

Özgün kaynak özetini okuyun

Objective. Closed-loop deep brain stimulation (DBS) methods for Parkinson's disease (PD) to-date modulate either stimulation amplitude or frequency to control a single biomarker. While good performance has been demonstrated for symptoms that are correlated with the chosen biomarker, suboptimal regulation can occur for uncorrelated symptoms or when the relationship between biomarker and symptom varies. Control of stimulation-induced side-effects is typically not considered.Approach.A multivariable control architecture is presented to selectively target suppression of either tremor or subthalamic nucleus beta band oscillations. DBS pulse amplitude and duration are modulated to maintain amplitude below a threshold and avoid stimulation of distal large diameter axons associated with stimulation-induced side effects. A supervisor selects between a bank of controllers which modulate DBS pulse amplitude to control rest tremor or beta activity depending on the level of muscle electromyographic (EMG) activity detected. A secondary controller limits pulse amplitude and modulates pulse duration to target smaller diameter axons lying close to the electrode. The control architecture was investigated in a computational model of the PD motor network which simulated the cortico-basal ganglia network, motoneuron pool, EMG and muscle force signals.Main results.Good control of both rest tremor and beta activity was observed with reduced power delivered when compared with conventional open loop stimulation, The supervisor avoided over- or under-stimulation which occurred when using a single controller tuned to one biomarker. When DBS amplitude was constrained, the secondary controller maintained the efficacy of stimulation by increasing pulse duration to compensate for reduced amplitude. Dual parameter control delivered effective control of the target biomarkers, with additional savings in the power delivered.Significance.Non-linear multivariable control can enable targeted suppression of motor symptoms for PD patients. Moreover, dual parameter control facilitates automatic regulation of the stimulation therapeutic dosage to prevent overstimulation, whilst providing additional power savings.

Bilimsel değerlendirme

Araştırma sorusu

Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.

Yöntem ve örneklem

Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.

Temel bulgular

Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.

Sınırlılıklar

Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.

Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.