Universität zu Köln

Kramme, Johanna ORCID: 0000-0003-1782-9993 (2023). Potenzial und Limitationen der direktionalen Tiefen Hirnstimulation: Ein Simulationsansatz. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Direktionale Elektroden werden zum Standard bei der Tiefen Hirnstimulation. Sie ermöglichen es, das elektrische Feld nicht nur entlang der Elektrodenachse, sondern ebenfalls axial zur Elektrode zu modulieren. Bei zirkulären Elektroden ist eine Modulation des elektrischen Feldes hingegen nur entlang der Elektrodenachse möglich. Die axiale Modulation reduziert Nebenwirkungen und erweitert das therapeutische Fenster. Die Einstellmöglichkeiten werden als Kehrseite jedoch sehr komplex, sodass computergestützte Verfahren von Nöten sind, um den Mediziner bei der optimalen Einstellung zu unterstützen und für den Patienten das klinisch bestmögliche Ergebnis zu erzielen. Zudem bringt jedes System technische Limitierungen mit sich. Die vorliegende Arbeit simuliert, inwieweit eine Abweichung der Elektrode von der Zielposition durch direktionale Stimulation kompensiert werden kann, um ein definiertes Zielvolumen zu stimulieren. Zielvolumina von aktiviertem Gewebe (volume of tissue activated = VTA) wurden für verschiedene Amplituden (1 mA-5 mA) bei zirkulärer Stimulation erstellt und stellen die Zielwerte dar. Mit einer Finiten-Elemente-Methode wurden VTAs für unterschiedliche prozentuale Amplitudenverteilungen der drei Elektroden eines direktionalen Kontaktes simuliert, für 1-5 mA jeweils über 80 verschiedene Kombinationen. Die VTAs wurden dann von 0 bis 2 mm radial zur Elektroden-achse und mit Verschiebungswinkeln in Schritten von 7,5° verschoben und ihre Schnitt-menge mit dem Zielvolumen berechnet. Es zeigte sich, dass Fehlplatzierungen bis 1 mm durch direktionale Stimulation weitestgehend kompensiert werden können. Bei größeren Verschiebungen nimmt die Schnittmenge um 10-30 % zu im Vergleich zu zirkulärer Stimulation. Hierbei spielen die Amplitude und der Verschiebungswinkel eine große Rolle, diese bestimmen maßgeblich die prozentuale Verteilung der Amplitude auf die drei Elektrodenkontakte. Um die Vorteile der direktionalen Elektroden voll ausnutzen zu können, ist es daher nötig, den Verschiebungswinkel und die Größe der Abweichung genau zu kennen. Bei Verschiebungen über 1 mm ist die Kompensationsmöglichkeit limitiert, jedoch verringert sich die Menge des stimulierten Gewebes außerhalb des Zielbereiches. Hierdurch werden Nebenwirkungen reduziert, was ein großer Vorteil ist. Datensätze wie in dieser Simulation werden nötig sein, um optimierte Algorithmen für die Elektrodenprogrammierung zu entwickeln.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Potentials and Limitations of Directional Deep Brain Stimulation: A Simulation Approach English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Kramme, Johanna johanna.kramme@uk-koeln.de https://orcid.org/0000-0003-1782-9993 UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Zentrum für Neurochirurgie der Universität zu Köln Klinik und Poliklinik für Funktionelle Neurochirurgie und Stereotaxie
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-713675
Date:	2023
Language:	Multiple languages
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Neurochirurgie > Klinik für Stereotaxie und funktionelle Neurochirurgie
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Direktionale Tiefe Hirnstimulation German Elektroden Orientierung German Stereotaktische Zielgenauigkeit German Directional deep brain stimulation English Lead orientation angle English Stereotactic accuracy English Volume of tissue activated English
Date of oral exam:	22 June 2023
Referee:	Name Academic Title Visser-Vandewalle, Veerle Universitätsprofessorin Dr. med. Tresch, Achim Universitätsprofessor Dr. rer. nat.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/71367