MER と手術時間の増加は DBS 中の気頭症形成の危険因子ではない

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9324 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

指向性リードが最適ではない配置の電極を補償する可能性を証明したのは最近になってからですが、最適なリードの配置は依然として脳深部刺激 (DBS) の結果を決定する最も重要な要素です。 気頭症は間違いの原因であると認識されていますが、その形成に寄与する要因についてはまだ議論の余地があります。 これらの中で、手術時間は最も議論の余地のあるものの 1 つです。 微小電極記録 (MER) を使用して実施された DBS の症例は手術時間の増加によって影響を受けるため、MER によって患者が頭蓋内空気侵入の増加のリスクにさらされるかどうかを分析することは有用です。 異なる神経学的および精神医学的状態に対して DBS を受けた 2 つの異なる施設からの 94 人の患者のデータが、術後気頭症の有無について分析されました。 手術時間とMERの使用、ならびに気頭症のその他の潜在的な危険因子（年齢、覚醒下手術と睡眠中手術、MER通過回数、バーホールサイズ、ターゲットおよび片側インプラント対両側インプラント）を調べました。 Mann-Whitney U 検定と Kruskal-Wallis 検定を利用して、カテゴリ変数のグループ全体で頭蓋内空気分布を比較しました。 部分相関を使用して、時間と量の関連性を評価しました。 一般化線形モデルは、頭蓋内空気量に対する時間と MER の影響を予測するために作成され、年齢、MER 通過回数、覚醒時手術と睡眠時手術、バーホール サイズ、ターゲット、片側手術と片側手術など、特定された他の潜在的な危険因子を制御しました。 . 両側手術。 異なるターゲット、片側インプラントと両側インプラント、および MER 軌道の数の間で、空気量の有意に異なる分布が認められました。 MER を伴う DBS を受けた患者は、MER を受けずに手術を受けた患者と比較して、気頭症の有意な増加を示さなかった (p = 0.067)。 気頭症と時間との間に有意な相関関係は見出されなかった。 多変量解析を使用すると、片側インプラントでは気頭症の量が減少しました (p = 0.002)。 2 つの特定の標的は、著しく異なる気頭症の体積を示しました。終端条の床核は体積が小さく (p < 0.001)、視床下部の後部は体積が大きく (p = 0.011) でした。 分析された MER、時間、およびその他のパラメーターは統計的有意性に達しませんでした。 手術時間と術中 MER の使用は、DBS 中の気頭症の有意な予測因子ではありません。 両側手術の場合、空気の侵入が大きくなり、特定の刺激対象によっても影響を受ける可能性があります。

脳深部刺激療法（DBS）は、パーキンソン病（PD）、本態性振戦、ジストニア、強迫性障害、てんかん、トゥレット症候群など、いくつかの神経疾患および精神疾患の対症療法として確立された外科手術となっています1、2、3。

DBS の成功はさまざまな要因に大きく左右されますが、その中で最も重要なのは正確なリードの配置です4、5、6。 神経工学の急速な進歩（たとえば、高解像度磁気共鳴画像法、ニューロメイトロボットシステム、改良されたリード固定装置の出現）により処置の精度は向上しましたが、患者のコホート間では依然としてかなりの差異が存在します7、8、9。 2 つのメタ分析では、リードの誤装着率が 45% で、その結果として最適以下の治療反応が得られることが示唆されています 10,11。

DBS における電極の変位に関する最も関連性があり、議論されている問題の 1 つは、バーホール作成後の脳脊髄液 (CSF) の漏出と、それに伴う頭蓋内への空気の侵入によって引き起こされる潜在的な術中の脳の移動に代表されます 12。 この現象は気頭症と呼ばれ、脳構造の望ましくない転位を引き起こすと考えられています。

患者の年齢、脳萎縮、複数の微小電極記録（MER）の通過、バリ穴を覆うためのフィブリン接着剤の使用などのいくつかの要因が、CSF喪失と脳のシフトに影響を与える可能性があり、さまざまな研究者によって調査されています13、14。 それにもかかわらず、運転時間が DBS 中の空気侵入を引き起こす重要な要因と考えられるかどうか (そしてどの程度まで) はあまり知られていません。 現在まで、そのような相関関係を分析した研究はほとんどなく、重要なことに、それらの研究では矛盾する結果が報告されています 13,15。

DBS 手術では時間はある程度外科医が制御可能な側面であるため、正の相関が見つかった場合、これは術中の意思決定に重要な影響を与える可能性があります。たとえば、MER の使用はその有用性がまだ残っています。議論の余地があるが、平均手術時間を大幅に延長する16,17。 つい最近になって、新しい指向性リード設計が最適ではない電極位置を（少なくとも部分的に）補える可能性を証明しましたが、適切なリード配置がこの治療の主力であり続けています18、19、20。

我々は、定位固定条件下で DBS 処置を受けたそれぞれ 73 名と 21 名で構成される、2 つの異なる施設からの 94 名の患者のデータセットを提示します。 我々の主な目的は、手術時間が長くなることでDBS中に患者が気頭症を発症するリスクがあるかどうかを調査することでした。

これは、合計 94 件の DBS 処置を含む観察遡及研究であり、そのうち 73 件は 2014 年から 2019 年にかけて IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta (施設 1) で実施され、残りの 21 件は IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi (施設 2) で 2020 年から 2021 年に実施されました。データは手術報告書および医療記録から外挿され、手術時間、患者の年齢、性別および診断、麻酔プロトコル（全身麻酔導入と軽度の鎮静と局所麻酔のみを使用する覚醒手順）、DBS ターゲット、片側性などの情報が含まれていました。対両側手術、バーホールのサイズ、術中電気生理学的記録（微小電極記録と巨視的刺激の両方を含む）の使用、および MER 軌跡の数。

気頭症の体積は、IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta での術後早期のコンピューター断層撮影 (CT) スキャン (日常診療の一部であった) に基づいて推定されましたが、一方、IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi での術中 CT スキャンによって計算されました。最初の電極（片側処置の場合）または 2 番目（両側処置の場合）の電極（つまり、最終的なリードを事前に固定する）。

同様に、2 つの施設で行われた手術間の 3 つの重要な違いを強調することが重要です (詳細は以下で説明します): (1) 2 つの施設の手術報告で報告されている手術の長さは、開始時間に関する点で異なっていました。研究所 1 では、麻酔導入から手術開始までの時間も含めていましたが、研究所 2 では、最初の皮膚切開の瞬間から最後の皮膚縫合までの手術長のみを報告しました。 (2) 電極を配置するために作成されたバリ穴のサイズは、研究所 2 の方が大きかった (14 mm 対 5 mm)。 (3) 施設 1 では手術のほぼ 70% に単一の MER 軌道が必要でしたが、もう一方の施設では各症例に 3 つの記録トラックを利用しました。

さまざまな神経学的および精神医学的状態に対して手術が行われました。 より具体的には、パーキンソン病、ジストニア、本態性振戦、強迫性障害、大うつ病、群発頭痛です。 本研究に含まれる DBS ターゲットは、視床下核 (STN)、内淡蒼球 (GPI)、視床腹側中間核 (VIM)、視床下部後部、終端床核 (BNST)、およびブロードマン野でした。 24 (すなわち、膝下帯状回)。 研究に含まれるすべての個々の参加者からインフォームドコンセントが得られました。 地元の倫理委員会（IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta、イタリア、ロンバルディア州ミラノ、IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi、ミラノ、ロンバルディア州、イタリア）はこの研究を承認した。

気頭症の体積（図 1）は、次の手順を使用して計算されました。 (i) dcm2nii ソフトウェア (https://people.cas.sc.edu/rorden/mricron/dcm2nii.html) を使用して、DICOM CT ファイルを NiFTI 形式に変換します。 。 次のステップは、Matlab2017a (www.mathworks.com) で実装されました。(ii) バイナリの脳と頭蓋骨のマスクを作成するために、CT NiFTI ファイルのしきい値が設定されました。 しきい値はハウンズフィールド値であり、この値を超えると脳と頭蓋骨に属するボクセルのみが生き残り、1 に設定されます。以下の値はすべて 0 に設定されます。 閾値は、単一のケースごとに経験的に選択されました。 (iii) この時点で、マスクは反転され (バイナリ マスクのすべてのボクセルが 1、つまり 1 ボクセル値に減算されます)、頭蓋骨と脳が除去されます。 このようにして、空気コンパートメントのボクセルが 1 に設定されます。このマスクの目的は、空気量の計算から不要なボクセルを除外することです。 (iv) 最後のステップでは、CT ボリューム内の他の点がアーティファクト、ノイズなどにより閾値まで生き残っている可能性があるため、空気ボリュームのボクセルを分離する必要があります。 これは、研究所 1 で開発された Matlab グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) を使用して行われました。簡単に説明すると、GUI を使用すると、以前に推定されたバイナリ空気ボリュームの 1 つのボクセルをマウスで選択し、それを他の残りの人工的なバイナリ ボリュームから分離できます。 図 1 は、分離されたボリュームを赤色で表しています。 (v) 体積の推定値は、抽出されたボクセルの数とボクセルの体積を乗算して得られました。

術後のアキシャル CT 画像上で IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta で開発された GUY Matlab 法を使用して計算された気頭症の体積を示す画像。 前頭極の赤色で色付けされた領域は、頭蓋内空気を表します。

非正規分布の連続変数を表すために中央値、四分位範囲 (IQR)、範囲を使用し、その逆のガウス分布に従う連続変数の場合は平均値と標準偏差 (SD) を使用し、カテゴリ変数には度数とパーセンテージを採用しました。 Shapiro-Wilk 検定を使用して連続変数の正規性をテストし、空気量、年齢、手術の長さについて統計的に有意な値を得ました。 ピアソン カイ二乗検定は 2 つのカテゴリ パラメーター間の頻度を比較するために使用され、マン-ホイットニー U 検定とクラスカル-ウォリス検定は 2 つ以上のグループ間の連続変数の比較分析にそれぞれ使用されました。 部分相関を利用して、他の潜在的な交絡因子を制御しながら、2 つの連続変数間の関連を検出しました。

ボリュームのスコアは非正規分布で、大きく右に偏っており (1.14 ± 0.25)、多くの値がゼロまたはゼロに近い)、数学的変換による修正が不可能であるため、ガンマ回帰を使用した一般化線形モデル ( +1 変換後の対数リンク関数を使用) を使用して、4 つの二分予測変数 (MER の使用、片側手術と両側手術、全身麻酔導入と覚醒下手術、およびバリホールの直径 5 mm と 14 mm) から体積を予測しました。 mm)、2 つの連続 (年齢と時間)、および 2 つの非二分カテゴリー (6 つの異なる脳核/領域を含む「ターゲット」変数と、1、2、3 のいずれかの使用で表される「軌跡」変数)またはそれ以上の MER 軌道)。 モデルに含まれるパラメータのうち、「ターゲット」と「軌道」のみを因子として扱い、残りは共変量としてフィッティングしました。 Wald 検定はカイ二乗統計に利用されました。 ガンマ回帰は、より好ましい適合度測定スコア (逸脱度およびピアソン カイ二乗) に基づいて、線形分布、ポアソン、または対数リンク関数を使用した負の二項分布よりも好まれました。 さらに、適合モデルを切片のみのモデルと比較したところ、大幅な改善が得られました [尤度比カイ二乗 (13) = 31.077、p = 0.003、オムニバス検定]。

多重線形回帰分析を使用して、片側手術と両側手術、対象、年齢、MER の使用、覚醒時手術と睡眠時手術、および DBS が実施された施設に基づいて手術時間を予測しました。 変数「時間」はガウス分布からのわずかな偏差を示しましたが [W(94) = 0.972、p = 0.040、Shapiro-Wilk 検定]、多重線形回帰の残差は正規分布でした [W(94) = 0.977、p = 0.103、シャピロ・ウィルク検定]; したがって、重線形回帰分析の仮定は違反とはみなされませんでした。 モデル全体は F 検定のみによって切片のみのモデルと比較され、さらに大幅な改善が見られました [F(6) = 19.262、p < 0.001]。 研究の回帰におけるすべての単一独立変数間の分散膨張係数 (VIF) を計算することにより、開発された回帰モデルで起こり得る多重共線性の問題を排除しました。

報告されたすべての p 値は両側検定であり、p < 0.05 は統計的に有意であるとみなされます。 計算とヒストグラムは、SPSS (IBM Corp. 2020 リリース、IBM SPSS Statistics for MacOs、バージョン 26.0) および Python (Python Software Foundation 2021 リリース、MacOS 用バージョン 3.8.10) を使用して作成されました。

外科的処置は他の場所で詳しく説明されています21。 DBS 処置は、対象および患者の協力の程度に応じて、患者が覚醒している状態または全身麻酔下で行われます。 手術当日に定位CTスキャンが実行され、その画像は術前の磁気共鳴画像法（MRI）の画像と統合されます。 最終的な座標は、個々の患者の解剖学的構造を確率的定位デジタル化アトラスに適合させることにより、ニューロナビゲーション システム (Stealth Station Treon Sofamor Danek、Medtronic Inc. ミネアポリス、ミネソタ州、米国) 上で計算されます。 直径 5 mm の小さなバリ穴を開け、硬膜とくも膜を開いた後、硬いカニューレを導入します。 カニューレは最初、推定されたターゲットより 15 mm 上に配置されます。 手順のこの時点で、脳脊髄液の漏れを制限するために、フィブリンシーラントがバーホールに使用されます。

MER が必要な場合は、高インピーダンス微小電極を使用して、単一の所望の軌道に沿ってターゲットを 1 mm 超えるまで 0.5 mm ステップで取得します。 微小記録の位置特定基準に基づいて、微小電極を引き抜いた後、最終的な電極（米国ミネソタ州ミネアポリスの Medtronic Inc.、米国ミネソタ州セントポールの St. Jude Inc.）を同じ剛性カニューレを使用して標的に配置します。

次に、覚醒している患者の臨床反応をテストするために、双極性大刺激が短時間実行されます。 MER とマクロ刺激が最適な配置を示すかどうかに応じて、最終的な電極は生物学的接着剤とチタン マイクロプレートを使用して固定されます。

MER および/または臨床検査により電極の配置が不正確であることが示唆された場合、2 番目の軌道が使用され (同じバリ穴を使用)、手順が再度繰り返されます。 DBS 手術の 70% では 1 つの軌道が必要で、20% では 2 つの軌道、10% の手術では 3 つ以上の軌道が必要でした。

手術終了直後、脳神経外科病棟に戻る前に、患者は神経放射線科に運ばれ、術後の合併症を排除するためにCTスキャンが行われます。 後者の完了後は、症候性気頭症の場合の保存的措置（ベッド頭傾斜角 30°、酸素投与）を除き、術後の CT スキャンで観察された頭蓋内空気の量に基づいて外科的決定（つまり、リードの再配置）は行われません。高流量鼻カニューレによる治療と鎮痛療法）。

21 件の処置はすべて、患者が覚醒している状態で、軽度の鎮静のみで行われました。 手術の前日に、体積測定ガドリニウム増強 T1 シーケンスと軸方向 T2 または DPI 画像からなる脳 MRI が実行されます。 手術当日、CRW 定位フレームの位置決め後、患者は定位 CT スキャンを受けます。 MRI および定位 CT スキャン画像は Brainlab Neuronavigation System に転送され、その後結合されます。 この時点で、MRI 画像に基づく直接ターゲティング戦略が実行されます。 したがって、患者は、CRW フレームコンポーネントに頭部が固定された状態で、AIRO システムと統合された手術台に配置されます。 手術台は、患者を最も快適な位置に設定するためにテーブルの動きを適用することにより、AIRO 内で移動します。 その後、透明なドレープを配置し、医療用粘着テープで AIRO に固定します。 フレームリングが固定され、手術が始まります。

直線的な皮膚切開と高速ドリルによる14mmのバーホールを希望の軌道を中心に加工します。 4 mm ダイヤモンド高速ドリルを使用して、外側頭蓋骨を穴あけし、バーホール キャップの最適な割り当てを作成します。

硬いカニューレを導入した後、吸収性止血剤、骨粉、フィブリン接着剤を使用してバーホールを密閉します。 MER には 3 つの微小電極が使用され、ターゲットの 10 mm 上から開始して 30 秒ごとに 0.5 mm 前進し、下 1 ～ 3 mm を貫通します。 マイクロ記録の完了後、最終的な有害事象や臨床改善の兆候を観察するためにマクロ刺激が実行されます。 最適なターゲットを選択した後、リードの位置を決め、バリホールキャップで固定します。 電極が配置されると、AIRO を使用して患者を水平姿勢にし、歩行入口を 0°にして術中の CT スキャンを取得します。 AIRO のレーザーは、CT の頭尾方向および内外側の伸長を評価するために使用され、最初と最後の取得位置が登録されます。 この時点で、術中 CT スキャン画像の正しい広がりを確認するためにスカウト画像が取得されます。 スカウト画像が次善の位置にある場合は、スカウトに対象領域が含まれるまで、最初と最終の位置が再度取得されます。 この時点で術中のCTスキャンは完了します。 画像は Neuronavigation Brainlab のソフトウェアに転送され、そこで術前画像と融合されます。 2 mm を超える誤差が認められた場合は、リードの位置が再調整されます。 研究機関 1 と同様に、術中の CT スキャンで観察された頭蓋内空気の量に基づいて外科的決定は行われませんでした。 さらに、研究所 2 の 21 の DBS 処置のいずれもリードの再配置を必要としませんでした。

人間の参加者が関与する研究で行われたすべての手順は、機関および/または国の研究委員会の倫理基準、および 1964 年のヘルシンキ宣言およびその後の修正または同等の倫理基準に従っていました。

研究に含まれるすべての個々の参加者からインフォームドコンセントが得られました。

データセット全体の全体的な記述統計を表 1 に報告し、以下で説明します。一方、機関 1 と 2 で個別に計算した統計を、それぞれ表 2 と 3 に詳しく示します。

研究全体のデータセットは 42 人の女性と 52 人の男性で構成されていました。 患者の年齢中央値は54.50歳（IQR = 21、範囲8～73）、頭蓋内空気量は13.40 cm3（IQR = 32.10、範囲0～93.03）でした。 74 人の被験者 (78.7%) が両側に電極を埋め込み、20 人 (21.3%) が片側に電極を埋め込みました。 注目すべきことに、両側インプラントは片側インプラントと比較して体積中央値が有意に高かった（18.24 vs. 1.43 cm3）（U = 497、p = 0.02、マンホイットニー U 検定、図 2）。 2 つのセンターの体積分布間には (U = 1056、p = 0.009、Mann-Whitney U 検定)、異なる手術標的間で有意な差がありました [H(5) = 13.93、p = 0.016、Kruskal-Wallisテスト、図 3] と 1 対 2 対 3 つ以上の MER 軌道の使用の間 [H(2) = 13.039、p = 0.001、クラスカル-ウォリス検定]。

手術時間（分）対頭蓋内空気量（cm3）を表す散布図。片側手術と両側手術、および最終的な術中微小電極記録の使用を識別するためのラベルが付いています。

さまざまな DBS ターゲット間の空気の体積の分布を示す箱ひげ図。 STN視床下核、GPI内淡蒼球、VIM腹側中間核、HPT視床下部、BNST終端ベン核、SCG24帯状回下 24．

手術時間の中央値は 144.50 分 (IQR = 66、範囲 30 ～ 266) で、予想通り、記録が得られた症例では有意に長かった (U = 187、p < 0.001、マン-ホイットニー U 検定、図 4)。両側インプラントと片側インプラントの比較 (U = 64.50、p < 0.001、マン-ホイットニー U 検定)、および患者が覚醒している状態で行われた処置と全身麻酔下で行われた処置との比較 (U = 652、p = 0.05、マン-ホイットニー U 検定)。 それにもかかわらず、片側手術と両側手術の効果、MER、覚醒時と睡眠時、および時間どおりの目標を評価するために重回帰を実行した後、手術の左右性のみが評価されました（B = − 54.05; 95% CI − 74.95、− 33.15; p < 0.001）およびMER（B = − 38.66; 95% CI − 61.38、− 15.94、p = 0.001）は、手術期間の有意な予測因子として確認されました。

術中微小電極記録を使用して手術された患者と使用せずに手術された患者の間の気頭症の異なる分布を示す箱ひげ図。 MER 微小電極の記録。

MER を受けた被験者は、MER を受けなかった被験者よりも術後 CT で頭蓋内空気量がわずかに多かった (17.58 対 1.43 cm3) が、そのような比較は統計的有意性には達しませんでした (U = 542,00、p = 0.067、Mann-Whitney) U テスト)。

さらに、両側 DBS では 87.8% (65/74) の患者に術中 MER があったのに対し、片側手術では 45% (9/20) のみが記録検査を受けていたことに注意することが重要です [Χ2(1) = 17.25、p < 0.001、カイ二乗検定]。

さらに、他のパラメータ（片側手術と両側手術、対象、年齢、MER の使用、全身麻酔と覚醒下手術、バーホールのサイズ）を調整すると、時間と空気量には ρ = 0.033 の偏相関があり、その値は有意ではなかった(p = 0.758)。 同様に、偏相関により、片側手術と両側手術、ターゲット、時間、MER の使用、全身麻酔と覚醒下手術、バーホールを制御する年齢と気頭症との間に関連性は見出されませんでした (ρ = 0.093、p = 0.389)。サイズ）。

一般化線形モデル (表 4) を使用した場合、片側手術と両側手術、および 2 つの特定の標的 (BNST と視床下部) が空気侵入の重要な予測因子でした。 最初のB係数は-1.462（95％CI-2.382、-0.541; p = 0.002）でしたが、BNSTと視床下部は-3.356（95％CI-5.030、-1.682; p < 0.001）、および2.312（95 % CI 0.522、4.102; p = 0.011)。 MER の使用、時間、軌跡の数、覚醒時と睡眠時の手順、およびバリホールのサイズはすべて、統計的有意性に達しませんでした。

脳の移動はよく知られた現象であり、手術中に頭蓋骨内に入る硬膜下空気の量が、術前画像データに基づくナビゲーションと定位システムの両方の精度に悪影響を与えることが現在では明らかになっています 22,23,24。 ヒルら。 0.3～7.4 mmの範囲で硬膜を切開した後の脳表面の中央値シフトを計算しました。 他の研究者は、皮質下構造の最大 4 mm のずれを報告しました 13,25,26。

それにもかかわらず、この精度の低下が臨床転帰に及ぼす影響については議論の余地があり、おそらく標的の位置によって決定される14、15、23、25、27。 脳のシフトはターゲットを主に後方方向に移動させる傾向があり、その結果、術前に予測された計画から異常な経路活性化が生じるため、より後方の深部に位置する核は、前方および表層の構造と比較して小さなシフトによって影響を受けます25,27。 したがって、脳内の特定の標的の位置によって、気頭症が DBS の有効性プロファイルに及ぼす影響が変化します。 例えば、別の著者は、PD患者における気頭症によって引き起こされるターゲティングエラーによる悪影響を報告していないが、治療抵抗性うつ病患者における脳梁下帯状回DBSの寛解者と非寛解者の間で経路活性化を比較した研究では、寛解者がどのように活性化するかを示した。 ' グループは、刺激のための軸索経路の活性化においてより小さな分散を示しました 27、28、29。 さらに、同じ著者らは、1.77 ± 1.18 cm3 という適度な平均気頭症の場合、前頭極の平均シフトが 2.2 ± 1.56 mm27 であることを発見しました。 梁下帯状皮質に加えて、側坐核、内嚢前肢（ALIC）、腹側被膜/腹側線条体（VC/VS）など、より前方に位置する他の標的も、より高度な障害に苦しむ可能性が高い。 PD の DBS で使用される視床下核と比較した変位 25,30。 したがって、そのような場合、DBS の長期有効性は、少量の気頭症によっても悪影響を受ける可能性があります 14、15、23、25、27。 いずれの場合も、大量の頭蓋内空気（> 20 cm3）が前交連を常に 2 mm 変位させることが示されています。 したがって、機能神経外科医は、刺激される特定の標的に関係なく、この現象を防ぐことが重要です15。

一見単純な概念ですが、気頭症はさまざまな変数が関与する多因子現象である可能性があります 31。 外科医の間では、空気の流入は急速なプロセスではなく、時間をかけて起こるというのが一般的な考えです。 結果として、手術時間が長くなるにつれて、より多くの気頭症が発生するという代償を払うことになると考えられています13,14,32,33,34。 時間の経過によるさらなる空気の蓄積に対抗するために、多くの施設は、CSFの流出を減らすために、バーホールシーラント（フィブリン接着剤や骨ワックスなど）の使用、より小さなバーホール直径、生理食塩水洗浄、直接硬膜穿刺などのさまざまな戦略を採用しました31、35、36。 しかし、いくつかの研究では空気流入の減少が報告されていますが、そのようなアプローチは気頭症の形成を防ぐことはできませんでした22,31。 これは、脳脊髄液の損失（その後硬膜下ガスに置き換えられる）のほとんどは、最初は頭蓋内陽圧（ICP）と静水圧によって引き起こされ、髄膜を切開した直後に発生する可能性が高いという事実によって説明できます。その後は後者のみによる22、25、37。 したがって、患者が仰臥位で頭が中立の位置にある場合、穿孔穿孔と髄膜の開口後、流出するCSFの量は、穿孔の部位から前頭極まで広がるくも膜下腔を満たす量で表されます22。

したがって、CSF流出は時間依存性の現象ではないという概念に沿って、DBSと術中MER（手術時間を大幅に延長する外科的補助装置）を受けている患者のグループを個人と比較することによって、手術時間との関連性の証拠は見つかりませんでした。直接画像ターゲティングによって操作されます。 しかし、DBS中の気頭症および/または脳のシフトを評価した一部の出版物では、手術の長さとの関連性は報告されていませんでした（ただし、反対の理論を説明する報告も存在します）13、15、22、23、25、33、35、38。 それにもかかわらず、これらの研究はすべて、気頭症の形成に関与する可能性のある他の潜在的な要因を同時に制御する必要性を無視しています。 このような要因のうち、文献で最も一般的に報告されている要因には、片側手術と両側手術、年齢、バリホールの寸法、MER 通過回数、覚醒時処置と睡眠時処置、および標的となる特定の核が含まれます 22,31,35,38。

したがって、気頭症に対する手術時間の影響を評価するには、交絡因子として機能する可能性のあるこれらの追加パラメーターを制御するために多変量解析を実行することが不可欠になります。 たとえば、我々の研究では、両側インプラントは片側インプラントと比較して統計的に有意な多量の頭蓋内空気を示しましたが、同時に両側手術中にMERがより頻繁に使用されました（当然のことですが、片側インプラントと比較して手術時間が長くなりました）。 。 一般化線形モデルを実行した後、気頭症の重要な予測因子として 2 つの変数 (手術の側面と標的の種類) が明らかになりました。 回帰に含まれる他のパラメーター (手術の長さ、MER、年齢、14 mm 対 5 mm のバリ穴、覚醒時対睡眠時手術、MER 通過回数) は、統計的有意性に達しませんでした。

片側インプラントは、両側インプラントよりもはるかに低い頭蓋内空気容積の中央値を示しました (1.43 対 18.24 cm3)。 さらに、そのような空気の蓄積は、ほぼ常に同側半球に沿って局在していました（図5）。 物理的な観点から見ると、これはおそらく、制御側からの酒類の一部の流出を防ぐ物理的障壁として機能する大脳鎌によるものである14。 このような空気収集パターンは、最初に手術された側に基づいて DBS 中の脳のシフトの 2 つの特定のプロファイルを決定するため重要です。同側気頭症の形成のため、最初の片側手術では同側半球を後方に押す力が生成されます。 それにもかかわらず、対側半球によって及ぼされる前後方向の支持により、合力は後方と内側の両方に向けられ、したがって対側脳の移動が決定される。 2 番目の電極が反対側に挿入されると、2 つの半球間の圧力勾配が中和され、前の対側シフトがリセットされます 14。 この場合、対称的な両側からの空気侵入が起こり、2 番目のターゲットの大幅な後方移動が促進されます 14,28。 脳のシフトのこれらの異なるパターンは、最初のターゲットが内側および後方にシフトするのに対し、2 番目のターゲットはより高度な後方シフトを有するが、内側-外側方向には変化がないことを意味します 14,28。

片側の DBS 処置後に実行された CT スキャン。埋め込まれた電極と同側の頭蓋内空気 (赤い矢印で示す) の侵入を示しています。 CTコンピュータ断層撮影法、DBS脳深部刺激装置。

私たちのシリーズでは、覚醒下処置を受けている患者と全身麻酔下の患者の間で頭蓋内空気の量に関する差異は認められませんでした。 この問題を分析した著者はほとんどおらず、さらに矛盾する結果を報告しています29,33。 全身麻酔導入は 2 つの方法で空気量に影響を与える可能性があります。(1) 外科手術の短縮によるもの、(2) バルサルバと咳のコントロールの改善、つまり ICP を増加させ、したがって突然の CSF 漏出を引き起こす可能性のある操作を可能にすることによるものです 33。 私たちの研究では、手術時間は気頭症の有意な予測因子ではないことが実証されました。 後者の空気侵入メカニズムに関しては、我々の結果は、この問題についてより確実な結論に達するには重要な結論が必要であることを示唆しています。

DBS 中に実行される頭蓋窓のサイズ (および CSF が頭蓋骨から出る際) が影響力のある要因とみなされるべきかどうかについては、文献で論争が存在します。 このウィンドウは、複数の MER トラックに対応することを可能にし、骨にバリ穴を開け、2 層の髄膜 (硬膜とくも膜) を開くことによって実行されます 22。 このパラメータが確かに気頭症の重要な予測因子であると仮定すると、開いたクモ膜の表面は、骨や硬膜（通常は完全に凝固して切断されている）の表面に比べて限られているため、外科医によって作成された裂け目は、この層は CSF の出口を制限する層になります。

重要なのは、私たちの研究では、施設 1 と比較して施設 2 で手術された患者の頭蓋内空気量が大幅に多かったということです。施設 1 では、使用されたバーホールが小さかったため (5 mm 対 14 mm)、骨の穴あけ範囲が広いと、CSF の流出量が増加する可能性があります。 それにもかかわらず、多変量解析では、このパラメータは頭蓋内空気量に有意な影響を示さず、この発見は文献の他の 2 つの研究と一致しています 35,38。

バリ穴のサイズが CSF の損失量に大きな影響を与えない理由は、流体力学の原理の適用、より具体的には、オリフィスを通る流体の流出速度 (v) が次のように規定されているトリチェリの法則 39 に依存しています。深さ h まで満たされた容器の深さ (患者が仰向けに寝ている DBS 処置の場合、深さはバーホールと前頭極の間の距離で表されます) は、式 \(v = \sqrt{ 2gh}\) (g は重力加速度)。 このような法則は、CSFの流出速度が一定ではなく、頭蓋骨から失われるCSFの量に比例して減少することを意味している。 理論的には、CSFの損失の体積率は液体の速度と穴の断面積の両方に依存しますが、流出速度は髄膜を開いた後の最初の数秒間にCSFの流出のほとんどが起こるほどです。バリ穴の直径の違いにもかかわらず、22、25。 言い換えれば、より小さなバーホールを実行することによって得られるCSFの排出のための追加時間は、外科手術の全期間に比べて短すぎるため、流入する頭蓋内空気の量に重大な影響を与えることはできません。 逆に、CSF の流出に利用できる窓がさらに小さくなると（穿刺されたくも膜の表面によって表される窓のように）、別のより複雑な物理的特性（すなわち、液体の表面張力）が作用する可能性があり 40、これにより CSF の体積排出が制限される可能性があります。 。 開いたクモ膜の表面は 2 つの研究機関で類似していたので、単変量解析で見つかった空気の体積の違いが多変量解析では確認されなかった理由がこれで説明される可能性があります。 単変量解析を使用して得られる差異は、以下で詳しく説明するように、他の理由 (つまり、他の変数の交絡効果) によるものである可能性が高くなります。

バリホールの寸法と同様に、MER 軌道の数も研究者の間で議論の対象となっています 13、23、25、41。 理論的には、MER 通過の数が増えると、開いた髄膜の面積が大きくなり、CSF 漏出量が増加します。 実際、クラスカル・ウォリス検定との単純な比較は、この仮説を裏付けるものであるように思われた。 それにもかかわらず、そのようなパラメータは多変量解析では統計的有意性を達成できませんでした。 私たちの調査結果とは対照的に、一部の著者は、使用されたトラックの数と気頭症（または脳のシフト）の量との関連性を報告しました13,41。 それにもかかわらず、彼らの研究では、MER が次善であると考えられる手術中に追加のトラックが配置されました。 したがって、配置された追加のトラックは、録音の品質に影響を与えていた以前に形成された気頭症の影響である可能性があるため、因果関係を証明することは困難です。 さらに、他の研究者は 2 つの変数間に関連性を発見しませんでした 23,25。 私たちの研究では、2 つの研究所で使用された MER トラックの数は異なりました。研究所 1 は単一の微小電極を使用して手順を開始しましたが (必要に応じてターゲットの位置特定を改善するために最終的にさらなるトラックが追加されました)、研究所 2 は常に 3 つを使用しました。 それにもかかわらず、前述したように、両研究所で開かれたクモ膜の量は同様であり、潜在的に複数の MER トラックに適合するように調整されていました。 したがって、軌跡の数と気頭症との関連性を検出することは困難であったと考えられます。

私たちは、ターゲット間の頭蓋内空気量の有意な差を初めて報告しました。 より具体的には、末端条の床核と視床下部後部という 2 つのターゲットが STN (多変量解析の参照カテゴリーとして使用された) と比較して有意な差を示しました。 前者は後者と比較して気頭症の量が大幅に減少しました。 BNST の DBS の空気量が少ないことについての直接的な説明は見つかりませんでしたが、視床下部刺激の両方のケースで心室に入ったことに注目することが重要です。 したがって、心室系の貫通により、くも膜下腔を通したCSFの再分布が生じ、その後、バリ穴からCSFがさらに失われる可能性がある25。 このような解釈は Khan らの文献でも報告されています 25 が、他の 3 つの論文では気頭症と心室貫通との関連性は見つかりませんでした 13、15、41。 視床下部は、その特異的な解剖学的位置により、STN、GPI、および VIM と比較して心室貫通のリスクが高い標的となる可能性があります。 このような場合、気頭症を避けるためには、慎重な軌道計画が最も重要となります。 このような結果は興味深い発見を示していますが、分析された症例数が少ないため注意が必要です。

バリホールの寸法と軌道の数が多変量解析における重要な予測因子ではない場合、なぜ 2 つのセンター間で空気の体積が異なるのでしょうか? 暫定的な説明は、2 つの重要な予測因子 (ターゲット手術と片側手術対両側手術) の分布を分析することで得られる可能性があります。施設 2 には STN と GPI DBS のみが含まれていましたが、施設 2 では 16 件の VIM 刺激 (21.9%) も実施されました。 BNST 後、空気量の中央値が最も低いターゲットを表します (図 3)。 同様に、施設 2 ではインプラントの 90.5% が両側性であったのに対し、他の施設では 75.3% でした。 これらの違いにもかかわらず、2 つのセンターの手術技術間の未確認の相違点が結果に影響を与えた可能性を排除することはできません。

もう一つの重要な問題は、脳の萎縮に関連した問題です。 脳萎縮の程度が高い患者はくも膜下腔が拡大しているため（したがって、正常栄養患者よりもCSF/脳実質の割合が高い）、気頭症を発症するリスクが高い可能性があります41。 私たちの論文では、脳萎縮を説明できる指標を見つけるために、その最初の代用物質として年齢を特定しました。 それにもかかわらず、多変量解析にこのパラメータを含めたところ、気頭症との有意な関連性は見つかりませんでした42。 同様に、脳萎縮（つまり心室容積）に関する他の間接的な推定値を利用した他の研究では、いかなる相関関係も報告できませんでした 14,15。 アズミらのみ。 総頭蓋内容積に対する軸外CSFの比率を評価することにより、逆に空気侵入量との有意な関連性が特定された。 将来的には、DBS 中の脳の変化を分析するためにこのパラメータを採用する価値があるかもしれません 41。

前述したように、CSF の流出は重力に依存する現象であるため、手術中に失われる体液の量は、多くのセンターが冠状縫合糸のわずかに前に配置する頭蓋穿孔の部位によって影響されます。 バーホールの部位と厳密に相関しており、局所的な垂直方向（主に重力によって決定される）に対する頭の傾きも、流出の対象となるCSFの量、さらには結果として生じる脳の移動の方向を評価するために不可欠である13,22,24。 。 仰臥位の患者を考えると、CSF を交換した後、前頭極に空気が蓄積し、前後軸に沿って神経構造が後方に移動します 13,24。 したがって、頭蓋穿孔の部位に加えて、頭の傾きも、流出する体液の量と脳の移動を引き起こす力を評価するために重要な要素となる。

両センターとも手術は患者を仰臥位に近い姿勢で実施し（通常、全体的な快適性を向上させるために頚椎を軽度に屈曲させるだけ）、バーホールは冠状縫合糸のわずかに前方に配置されたため、損傷を評価することはできませんでした。頭蓋内空気量に対するバーホールの位置と頭の傾きの影響。 それにもかかわらず、私たちは、頭蓋骨の最高点にバーホールを配置する外科手術を計画することが、硬膜下腔を満たす空気の量を最小限に抑えるための有用な解決策である可能性があると信じています12。 バーホールの位置はある程度までしか変化しませんが、患者の体位を変えることで頭の傾きを調整することが可能です。 半座位を利用すると、バーホールの位置が頭蓋骨の上に移動するため、この観点からは有利である可能性があります。 バーホール上部の CSF の量を最小限に抑えることに加えて、半座位は局所的な垂直方向に対する脳の向きを変えます。 その結果、空気が頭蓋骨の凹部の上部に蓄積し、上位から下位への力が生じます。

私たちの研究にはいくつかの重要な制限があることを認識しなければなりません。 まず第一に、2 つの施設で報告された手術時間は均一ではありませんでした。施設 2 の時間は皮膚切開から皮膚縫合までの経過時間に相当しますが、2 番目の施設には麻酔時間も含まれていました。 施設 1 での覚醒下手術では、麻酔処置の時間はわずかであると考えられるため (これには、患者の位置決めと局所麻酔薬の注射に必要な間隔のみが含まれます)、無視できるものと見なすことができます。 逆に、全身麻酔が必要な場合は、手術の長さが影響を受ける可能性が高くなります。 したがって、私たちの研究で分析した独立変数のうち、このバイアスは主に睡眠時と覚醒時の手順で懸念されていた可能性があると考えられます。 多変量解析では、睡眠時と覚醒時の DBS の対照が追加されましたが、そのようなバイアスが結果に部分的に影響を与えた可能性があります。 第二に、心臓周期に関連する頭蓋内圧の変化のため、一部の著者は気頭症の潜在的な危険因子であると考えている動脈圧を分析で調べませんでした38。 最後に、BNST と視床下部は頭蓋内空気の重要な予測因子として浮上しましたが、データセットで分析された対応する症例の数が少ないため、これらの結果を解釈する際には注意が必要です。

手術時間と術中の微小電極記録の使用は、脳深部刺激処置中の気頭症の形成に大きな影響を与えません。 同様に、他の潜在的な危険因子（すなわち、バリ穴のサイズ、MER 軌跡の数、患者の年齢、および覚醒時手術と睡眠時手術）は、頭蓋内空気量の有意な予測因子ではありません。 側面から見ると、両側インプラントは片側インプラントと比較して、気頭症を発症するリスクが大幅に高くなります。 標的の位置は硬膜下空気の量に影響を与える可能性があります（終末線の床核と後視床下部はそれぞれ気頭症のリスクが低く、リスクが高い可能性があります）。 DBS 処置中に頭蓋骨内に入る空気の量を最小限に抑えることは、リードの正確な配置を保証するために非常に重要です。 患者の術中位置に関連して頭蓋骨の最も高い位置にバリ穴を作成することは、この目標を達成する効果的な方法となる可能性があります。

データは、合理的な要求に応じて対応著者 (GI) から入手できます。

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著者らは、APC イニシアチブを通じたミラノ大学の支援と、CSF の出口の物理的原理に関する著者への説明に対するルチアーノ・イス教授に感謝の意を表します。

この研究は、公的部門、商業部門、非営利部門の資金提供機関から特別な助成金を受けていません。

これらの著者、Guglielmo Iess と Giulio Bonomo も同様に貢献しました。

IRCCS 財団 Istituto Neurologico Carlo Besta 脳神経外科、ミラノ、イタリア

グリエルモ・イス、ジュリオ・ボノモ、ヴィンチェンツォ・レヴィ

ミラノ大学、ミラノ、イタリア

グリエルモ・イス & ジュリオ・ボノモ

神経放射線科、IRCCS 財団 Istituto Neurologico Carlo Besta、ミラノ、イタリア

ドメニコ・アキノ

イタリア、ミラノ、IRCCS ガレアッツィ整形外科研究所、脳神経外科

グリエルモ・イス、エドヴィン・ゼカイ、ドメニコ・セルヴェッロ

カリフォルニア大学経済学部、ロサンゼルス、米国

フェデリカ・メッツァ

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資料の準備とデータ収集は GI、GB、EZ によって行われました。概念化とデザインは GI、DA、VL によって行われ、原稿の初稿は GI によって書かれ、すべての著者が原稿の以前のバージョンにコメントしました。 FM と GI は統計分析を実行しました。 DS は最終原稿をレビューし、検証しました。 著者らは、人間の研究参加者が図1および図2の画像の公開についてインフォームドコンセントを提供したことを確認しています。 1と5。

グリエルモ・イスへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープン アクセス この記事はクリエイティブ コモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブ コモンズ ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。 この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれています。 素材が記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。 このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Iess, G.、Bonomo, G.、Levi, V. 他。 MER と手術時間の増加は、DBS 中の気頭症形成の危険因子ではありません。 Sci Rep 13、9324 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-30289-5

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受信日: 2022 年 10 月 20 日

受理日: 2023 年 2 月 21 日

公開日: 2023 年 6 月 8 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30289-5

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