Advanced Approaches for Dystonia: Deep Brain Stimulation and MRI-Guided Focused Ultrasound

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-09-20

Department

Major/Subject

Mcode

ELEC3016

Degree programme

Bioinformaatioteknologia BIO

Language

en

Pages

23

Series

Abstract

Dystonia is a neurological disorder that causes involuntary movements and abnormal postures. Its most common form is primary dystonia, where dystonia is the main symptom, but it can also occur as secondary dystonia caused by another condition. It is estimated that approximately 1.3 million people worldwide suffer from primary dystonia. Dystonia can significantly impair a patient's quality of life, and treating it is challenging. Although dystonia cannot be cured, neuromodulation treatments can significantly help with the symptoms. These treatments include, for example, Deep Brain Stimulation (DBS) and MRI-guided Focused Ultrasound Treatment (MRgFUS). Deep Brain Stimulation is an invasive treatment where electrodes are surgically implanted in the patient's brain. Typically, the electrodes are placed in the globus pallidus internus (GPi) or the ventral intermedius nucleus (Vim). These electrodes produce high-frequency electrical impulses that modulate brain neural activity and alleviate the symptoms of dystonia. Deep Brain Stimulation requires precise electrode placement and careful planning of stimulation parameters. The risks of the treatment must be considered, as it is a surgical (i.e., invasive) procedure. MRI-guided Focused Ultrasound Treatment is a less invasive alternative for neuromodulation in the treatment of dystonia. In this treatment, targeted ultrasound waves are used to create lesions in the brain area responsible for the patient's symptoms. This disrupts brain neural activity, thereby alleviating the symptoms of dystonia. MRI guidance allows for precise targeting of the treatment, which improves its effectiveness and minimizes unwanted damage to surrounding tissues. MRgFUS is a newer and less researched treatment compared to DBS, but it has proven effective in treating similar conditions, such as Parkinson's disease and essential tremor. Research on its use in the treatment of dystonia also exists. The goal of this bachelor's thesis is to compare the use of Deep Brain Stimulation and MRI-guided Focused Ultrasound Treatment in the treatment of dystonia through a literature review. The thesis examines the effectiveness, mechanisms of action, treatment outcomes, and possible side effects of these two treatments. Although DBS is currently the more common treatment, the research also aims to highlight the potential benefits of MRgFUS in the treatment of dystonia. In conclusion, both treatment methods have significant advantages. DBS is well-established and effective, but it requires careful planning and surgical procedures. MRgFUS, on the other hand, is less invasive and precise, but more research is needed on its effects. Therefore, MRgFUS can also be considered a viable alternative to DBS in the treatment of dystonia, and further research on its use would be highly desirable.

Dystonia on neurologinen sairaus, joka aiheuttaa tahdosta riippumattomia liikkeitä ja kehon virheasentoja. Sen yleisin esiintymismuoto on primäärinen dystonia, jossa dystonia on pääoire, mutta sitä voi esiintyä myös toisen sairauden aiheuttamana sekundäärisenä dystoniana. Arvioiden mukaan primäärisestä dystoniasta kärsii maailmanlaajuisesti noin 1,3 miljoonaa henkilöä. Dystonia voi heikentää merkittävästi potilaan elämänlaatua, ja sen hoitaminen on haastavaa. Vaikka dystoniaa ei voida parantaa, neuromodulaatio hoidot voivat merkittävästi lievittää oireita. Tällaisia hoitoja ovat esimerkiksi syväaivostimulaatio (Deep Brain Stimulation, DBS) ja MRI-ohjattu fokusoitu ultraäänihoito (MRI-guided focused ultrasound treatment, MRgFUS). Syväaivostimulaatio on invasiivinen hoitomuoto, jossa potilaan aivoihin asennetaan kirurgisesti elektrodit. Yleensä elektrodit sijoitetaan globus pallidus internus -ytimen (GPi) tai talamuksen ventraalisen intermedius -tuman (Vim) alueelle. Nämä elektrodit tuottavat korkeataajuisia sähköimpulsseja, jotka muokkaavat aivojen hermotoimintaa ja lievittävät dystonian oireita. Syväaivostimulaatio vaatii elektrodien tarkan sijoittelun ja stimulaatio parametrien huolellisen suunnittelun. Hoidon riskit on tärkeä ottaa huomioon, sillä kyseessä on kirurginen eli invasiivinen toimenpide. MRI-ohjattu fokusoitu ultraäänihoito on vähemmän invasiivinen vaihtoehto neuromodulaatiolle dystonian hoidossa. Tässä hoitomuodossa kohdistettujen ultraääniaaltojen avulla luodaan vaurioita aivoalueelle, joka on vastuussa potilaan oireista. Tämä häiritsee aivojen hermotoimintaa, lievittäen näin dystonian oireita. MRI-ohjaus mahdollistaa hoidon tarkan kohdentamisen, mikä parantaa hoidon tehoa ja minimoi ympäröivässä kudoksessa tapahtuvat ei-toivotut vauriot. MRgFUS on uudempi ja vähemmän tutkittu hoitomuoto kuin DBS, mutta se on osoittautunut tehokkaaksi samankaltaisten sairauksien, kuten Parkinsonin taudin sekä essentiaalisen vapinan hoidossa. Tutkimusta sen käytöstä dystonian hoidossa on myös olemassa. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on vertailla syväaivostimulaation ja MRI-ohjatun fokusoidun ultraäänihoidon käyttöä dystonian hoidossa, kirjallisuustutkimuksen avulla. Työssä tarkastellaan näiden kahden hoitomuodon tehokkuutta, toimintamekanismeja, hoitotuloksia ja mahdollisia sivuvaikutuksia. Vaikka DBS on tällä hetkellä yleisempi hoitomuoto, tutkimus pyrkii tuomaan esiin myös MRgFUS mahdolliset hyödyt dystonian hoidossa. Lopuksi todetaan, että molemmilla hoitomuodoilla on merkittäviä etuja. DBS on vakiintunut ja tehokas, mutta se vaatii huolellista suunnittelua ja kirurgisia toimenpiteitä. MRgFUS on puolestaan vähemmän invasiivinen ja tarkka, mutta sen vaikutuksista tarvitaan lisää tutkimusta. Näin ollen myös MRgFUS voidaan pitää varteenotettavana vaihtoehtona DBS dystonian hoidossa, ja lisätutkimukset sen käytöstä olisivat erittäin suotavia.

Description

Supervisor

Turunen, Markus

Thesis advisor

Renvall, Hanna

Keywords

dystonia, deep brain stimulation, focused ultrasound

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202410296927

Collections

[kand] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC