Deep Brain Stimulation: Data Analysis for Clinical Support
- Reference number
- BD15-0032
- Start and end dates
- 170101-230831
- Amount granted
- 21 000 000 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Life Science Technology
Summary
Deep brain stimulation (DBS) is an important therapy for movement disorders such as Parkinson’s disease (PD) and essential tremor (ET), and is expanding towards psychiatric illness e.g. Tourette syndrome. A multimodal approach is imperative in order to make surgery and follow up efficient, safe and with optimal patient outcome. We aim at bringing together big DBS data for clinical support i.e. to go from “mental imagination” to “intuitive visualization”. Data from MRI, tractography, brain atlases and patient-specific electric field (EF) simulations will be combined with intraoperative physiological data and patient scoring in a comprehensive analysis for optimization of DBS therapy, and increased understanding of the brains function. Data analysis and visualization methods of key parameters will be developed. The work will proceed in parallel but interactive work packages with partners from an international multidisciplinary team with a broad expertise in both technical and clinical DBS-research. This project will give unique opportunities to investigate the anatomical spread of the EF for new DBS leads and stimulations modes and match it with the clinical and physiological assessments. A demonstrator should include open access APPs for patient-specific EF simulations and statistically created improvement maps for clinical support of the most likely stimulation regions for brain target used in PD and ET, and possible also Tourette syndrome.
Popular science description
Patienter med t.ex. Parkinsons sjukdom eller essentiell tremor kan idag behandlas med djup hjärnstimulering (deep brain stimulation, DBS). En smal elektrod opereras in genom skallbenet i riktning mot ett mål i hjärnans inre strukturer och aktiveras med en svag ström eller spänning. För att optimera DBSkirurgin och uppföljningen så behövs olika tekniska system och analysmetoder. I denna ansökan presenterar vi en multimodal approach där registrering och analys av många parametrar ska bidra till ökad kunskap, säkrare kirurgi och uppföljning. Ibland kan stimuleringen ge upphov till biverkningar i form av t.ex. talproblem, synrubbningar och påverkan på ansiktets muskler. Det är därför mycket viktigt att placera elektroden helt rätt och att optimera stimulationsstyrkan. Ett av målen med projektet är att utföra patient-specifika datorsimuleringar av elektriska fältets utbredning runt elektroden och att relatera dessa till den kliniska effekten och anatomin. Detta kommer att ske för de vanligaste målområdena för de stimulationselektroder som redan används idag, och för de nya elektroder som inom kort förväntas introduceras i klinisk verksamhet. En del av de nya elektroderna kan styra det elektriska fältet så det blir skräddarsytt till patientens behov. Vid vissa operationer testas DBS elektrodens funktion redan i operationssalen. För att göra detta kan rörelsen registreras via accelerometrar som placeras på patientens handled. Vi kommer att koppla ihop dessa mätningar med patient-specifika datorsimulering av det elektriska fältet runt DBS-elektroden, en hjärnatlas och den kliniska utvärderingen som görs av doktorn i operationssalen. En operation skapar mycket data både i from av bilder, men även simuleringarna generar stora datamängder, likaså när mätningar görs under operationen och vid uppföljningen efter operationen. Projektet övergripande syfte är att analysera dessa stora datamängder så att resultaten kan presenteras på ett intuitivt sätt med hjälp av visualisering. Vi kommer att ta fram modul som demonstrerar hur det kan ge kliniskt stöd. Olika målområden i hjärnan där elektroden ska placeras när det blir en förbättring kommer at visualiseras med olika ”kartor” som representerar olika mål och sjukdomsbilder. För att kunna genomföra detta projekt krävs det ett tvärvetenskapligt och internationellt forskningssamarbete. Därför samarbetar forskare med kompetens inom medicinsk teknik och bildbehandling med kliniska forskare inom neurologi och neurokirurgi.