Analýza využití spektroskopie v blízké infračervené oblasti pro hodnocení tíže Parkinsonovy nemoci

Abstract

Počet lidí trpících Parkinsonovou nemocí celosvětově roste, přičemž její léčba je jednou nejnadějnějších oblastí soudobé neurologie. Diplomová práce se zaměřuje na otestování vlivu účinku hloubkové mozkové stimulace subthalamického jádra (DBS STN) na míru aktivity mozku, během vykonávané motorické úlohy u pacientů s Parkinsonovou chorobou. Jednotlivá měření klepání prsty a chůze byla nasnímána technologií NIRS na Neurologické klinice 1. LF a Všeobecné fakultní nemocnice v Praze, a to za podmínky zapnuté STN DBS při stimulaci 130 Hz (skupina ON) a vypnuté STN DBS (OFF skupina). Klinický soubor obsahuje 23 unikátních pacientů. Metoda NIRS (blízká infračervená spektroskopie) je založena na měření extinkce hemoglobinu pro dvě vlnové délky, oxyHb a deoxyHb pomocí optoelektrod, které jsou umístěny do rastru jako EEG elektrody (7 zdrojů a 8 detektorů). Podstata a hemodynamický průběh je podobný fMRI. Na základě surových dat byly podle Lambert-Beerovy rovnice vypočteny časové řady koncentrací pro oxyHb a deoxyHb. Tato data jsou dále filtrována horní a dolní propustí pro eliminaci rušení dýcháním a srdeční činností, dále byl také odstraněn pomalý shift. Pro odhady změny koncentrace v NIRS signálu byl použit obecný lineární model (GLM). Vypočtené koncentrace pro skupiny ON i OFF jsou vstupem pro statistiku druhé úrovně. Byly definovány hypotézy o existenci rozdílů aktivity mozku při různých úrovních stimulace (v oblastech SMA, PM a SM1), existenci poklesu amplitudy koncentrace oxyhemoglobinu při klepání prsty, a o efektu poklesu aktivity při chůzovém freezingu. Byl nalezen signifikantní rozdíl mezi subjekty ON vs. OFF v příslušných oblastech mozku (SMA, PM, SM1; p<0,05). Existence postupného poklesu aktivity při klepání prsty a poklesu při freezingu nebyla prokázána. Největší rozdíl mezi stimulovanými a nestimulovanými pacienty DBS STN při finger tappingu je v oblasti SMA a PM. Z rešerše experimentálních metod a výsledků výplývá, že NIRS je pro měření pacientů s PN vhodná.

The number of people suffering from Parkinson's disease is growing worldwide and its treatment is one of the most promising areas of contemporary neurology. The thesis focuses on testing the impact of the effect of deep brain stimulation in subthalamic nucleus (DBS STN) to measure brain activity during motor tasks performed in patients with Parkinson's disease. Individual measurements of finger tapping and gait were performed by NIRS technology at the Neurology Clinic of the First Medical Faculty and General University Hospital in Prague when turned STN DBS, the stimulation of 130 Hz (group ON) and STN DBS turned off (OFF group). Clinical set contains 23 unique patients. Method NIRS (near infrared spectroscopy) is based on measuring the extinction of hemoglobin for two wavelengths - oxyHb and deoxyHb using optodes, which are placed into the grid as EEG electrodes (7 sources and 8 detectors). Their natures and haemodynamic waveform are close to fMRI. Based on the raw data, concentration courses for OxyHb and deoxyHb were determined by the Lambert-Beer equation. These data are further filtered by the high and low pass filters for filtering interference breathing and cardiac activity, slow shift is removed too. General linear model (GLM) was used for estimation of concentration changes in NIRS signal. Changes in concentrations for different groups ON and OFF calculated by GLM are input for second level statistics. Hypotheses about existence of differences in brain activity at different levels of stimulation (SMA, PM and SM1), the existence of the amplitude concentrations of oxyhemoglobin decrease during finger tapping and the effect of the decrease in activity during gait freezing, were defined. There was a significant difference between the ON vs. OFF subject groups in relevant areas of the brain (SMA, PM, SM1; p<0,05). The existence of a decreasing activity within finger tapping and gait freezing decrease has not been proven. The biggest difference between stimulated and unstimulated patients during finger tapping is in SMA and PM. A review of the experimental methods and results suggest that NIRS measurements is appropriate for patients with PN.