Kolmen motorisen kynnyksen estimointimenetelmän vertailu simulaation ja navigoidun Transkraniaalisen magneettistimulaation avulla

Abstract

Tämä diplomityö käsittelee motorisen kynnyksen estimointimetelmien vertailua. Motorinen kynnys on tärkeä kortikaalisen eksitoituvuuden mitta, jota käytetään muun muassa masennushoidon yhteydessä, kun hoitomuotona on transkraniaalinen magneettistimulaatio -terapia. Mitan estimointiin ei kuitenkaan ole valikoitunut yhtä standardoitua tapaa.

Standardin saavuttamiseksi on vertailtava useiden eri menetelmien suoriutuvuutta. Tehty tutkimus on esimmäinen laatuaan, jossa estimointimenetelmiä verrataan paitsi simulaation, myös navigoidun transkraniaalisen simulaation avulla. Tutkimuksen tavoitteena oli valita kolmesta estimointimenetelmästä paras sovellukseksi implementoitava vertailemalla menetelmiä toisiinsa. Parhauden kriteerejä olivat menetelmän tarkkuuden lisäksi käytettävien impulssien lukumäärä sekä estimointiin käytetty aika.

Vertailtavat estimointimenetelmät valittiin siten, että ne määrittelivät selkeän algoritmin, jolloin niiden implementointi sovellukseksi olisi suoraviivaista. Tällainen menetelmä olisi suojassa operaattorin omilta päätelmiltä, jolloin estimaattien keskinäinen vertailu paranee. Menetelmiksi valikoituivat Awiszuksen suurimman uskottavuuden menetelmä, Mills-Nithin menetelmä, sekä uusi versio suurimman uskottavuuden menetelmästä.

Vertailututkimuksen ensimmäisessä vaiheessa menetelmien suoritumista vertailtiin simuloimalla. Toisessa vaiheessa tehtiin koehenkilömittauksia viidelle koehenkilölle. Operaattoreita oli läsnä kaksi jokaisessa mittaustilanteessa. Transkraniaalinen magneettistimulaatio oli kaikille tuttua entuudestaan.

Saatujen tulosten perusteella suurimmat eroavuudet liittyivät käytettyjen impulssien lukumäärään ja estimointiin käytettyyn aikaan. Itse estimaattiarvojen välillä oli vain pieniä eroja. Näin ollen, estimointimenetelmän standardi tulisi valita siten, että sitä on helppo soveltaa missä käyttötilanteessa hyvänsä eikä operaattorin harjaantuneisuuden taso ole esteenä menetelmän ymmärtämiselle.

This thesis discusses different methods to estimate motor threshold. Motor threshold is an important measure of cortical excitability, and it is applied, for instance, in transcranial magnetic stimulation therapy for treatment of depression. However, a standard way to estimate this value is yet to be formed.

To proceed towards a standard, it is useful to compare the performance of several methods. This study is the first, in which different estimation methods are compared against each other using not only simulation but navigated transcranial magnetic stimulation as well.

The objective of the study conducted was to find the best estimation method to implement as a computerized tool by comparing three estimation methods against each other. The best method was selected using the following characteristics: accuracy, precision, number of stimuli used, and the estimation time.

The estimation methods to be compared were chosen such that they could be implemented as a computer program easily. The methods chosen were: Awiszus' Maximum Likelihood method, Mills-Nithi method, and a new variant of the maximum likelihood approach.

A method, which can be implemented as a computer program is less exposed to the operator's own opinion. Thus, motor threshold estimates become more comparable.

The study was conducted in two parts. The first part was a simulation and the second part a navigated TMS study. Five subjects attended the TMS study. There were two operators present at each session. All of the subjects and operators were familiar with TMS.

Based on these results, the main differences arose from the number of stimuli used and the length of the estimation. The estimates themselves differed only little. Therefore, a standard should be chosen such that it is easy to apply in any situation and is understandable by the operator regardless of experience level.