Failure of Deep Brain Stimulation of the Posterior Inferior Hypothalamus in Chronic Cluster Headache - Report of Two Cases and Review of the Literature

 

 Buy Article Permissions and Reprints

Abstract

Objective: Deep brain stimulation (DBS) has become a standard procedure for movement disorders such as Parkinson's disease, essential tremor or dystonia. Recently, deep brain stimulation of the posterior hypothalamus has been shown to be effective in the treatment of drug-resistant chronic cluster headache.

Methods: DBS of the posterior inferior hypothalamus was performed on two patients with chronic cluster headaches, one 55-year-old man with medically intractable chronic cluster headache since 1996, and one 31-year-old woman with a chronic form since 2002. Both patients showed continuous worsening headaches in the last years despite high dose medical treatment. The patients fulfilled the published criteria for DBS in chronic cluster headaches. Electrodes were implanted stereotactically in the ipsilateral posterior hypothalamus according to the published coordinates (2 mm lateral, 3 mm posterior, 5 mm inferior) referenced to the mid-AC-PC line.

Results: The intra- and postoperative course was uneventful and postoperative MRI control documented regular position of the DBS electrodes. The current stimulation parameters were at 12 months postoperatively 0 neg., G pos.; 5.5 V; 60 μs; 180 Hz (Case 1) and 0 neg., G pos.; 3.0 V; 60 μs; 185 Hz, at 3 months postoperatively (Case 2). Surgery- or stimulation-related side effects were not observed. Both patients showed initial pain reduction in the first days whereas 12 respectively 3 month follow-up did not show a significant reduction in attack frequency or intensity.

Conclusion: Deep brain stimulation of the posterior inferior hypothalamus is an experimental procedure and should be restricted to selected therapy-refractory patients and should be performed in centers experienced in patient selection and performance of DBS as well as postoperative pain treatment. A prospective multi-centre study is necessary to evaluate its effectiveness.

Zusammenfassung

Einleitung: Die tiefe Hirnstimulation ist ein etabliertes Verfahren in der Behandlung der Parkinson Erkrankung, der Dystonie und verschiedener Tremorformen. In aktuellen Untersuchungen konnten auch beim therapie-refraktären chronischen Cluster-Kopfschmerz durch eine tiefe Hirnstimulation des posterioren inferioren Hypothalamus gute Erfolge erzielt werden.

Methoden: Es wurden zwei Patienten operiert. Patient 1, ein 55-jähriger Mann, hatte therapie-refraktäre chronische Cluster-Kopfschmerzen seit 1996, Patient 2, eine 32-jährige Frau, seit 2002. Beide Patienten hatten eine kontinuierliche Zunahme der Kopfschmerzattcken in den letzten Jahren trotz optimaler medikamentöser Therapie. Die Patienten erfüllten die publizierten Selektionskriterien für eine tiefe Hirnstimulation bei chronischem Cluster-Kopfschmerz. Die Elektroden wurden stereotaktisch im posterioren inferioren Hypothalamus entsprechend den publizierten Zielpunktkoordinaten (2 mm lateral, 3 mm posterior, 5 mm inferior, in Relation zur Mitte der AC-PC-Linie) implantiert.

Ergebnisse: Der intra- und postoperative Verlauf war komplikationslos. Die postoperativen MRT dokumentierten eine regelrechte Lage der Elektroden. Die aktuellen Stimulationsparameter waren nach 12 Monaten postoperativ 0 neg., G pos.; 5,5 V; 60 μs; 180 Hz (Patient 1) beziehungsweise nach 3 Monaten postoperativ 0 neg., G pos.; 3,0 V; 60 μs; 185 Hz (Patient 2). Stimulationsbedingten Nebenwirkungen traten nicht auf. Beide Patienten hatten eine initiale Verbesserung der Schmerzstärke, wohingegen im Follow-up nach 12 bzw. 3 Monaten bei beiden keine signifikante Verbesserung der Attackenhäufigkeit und Intensität zu beobachten war.

Schlussfolgerung: Die tiefe Hirnstimulation des posterioren inferioren Hypothalamus ist ein experimentelles Verfahren. Es sollte zum gegenwärtigen Zeitpunkt sorgfältig ausgewählten Patienten vorbehalten bleiben und nur von Zentren durchgeführt werden, die große Erfahrung in der Behandlung von Kopfschmerzpatienten als auch in der funktionellen Neurochirurgie besitzen. Eine prospektive Multi-center-Studie zur Evaluation der Wirksamkeit der Methode ist erforderlich.

References

• 1 Bartsch T, Levy MJ, Knight YE, Goadsby PJ. Differential modulation of nociceptive dural input to (hypocretin) orexin A and B receptor activation in the posterior hypothalamic area.  Pain. 2004;  109 367-378
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 2 Benabid AL, Pollak P, Gao D, Hoffmann D, Limousin P, Gay E, Payen I, Benazzouz A. Chronic electrical stimulation of the ventralis intermedius nucleus of the thalamus as a treatment of movement disorders.  J Neurosurg. 1996;  84 203-214
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 3 Franzini A, Ferroli P, Leone M, Broggi G. Stimulation of the posterior hypothalamus for treatment of chronic intractable cluster headaches: first reported series.  Neurosurgery. 2003;  52 1095-1099
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 4 Franzini A, Ferroli P, Leone M, Bussone G, Broggi G. Hypothalamic deep brain stimulation for the treatment of chronic cluster headaches: A series report.  Neuromod. 2004;  7 1-8
  PubMedGoogle Scholar
• 5 Goadsby PJ. Pathophysiology of cluster headache: a trigeminal autonomic cephalgia.  Lancet Neurol. 2002;  1 251-257
  PubMedGoogle Scholar
• 6 HIS .The International Headache Society: The International Classification of Headache Disorders. 2nd Edition. Cephalalgia. 2004 24 (Suppl 1) 1-151
  Google Scholar
• 7 Leone M. Deep brain stimulation in headache.  Lancet Neurol. 2006;  5 873-877
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 8 Leone M, Bussone G. A review of hormonal findings in cluster headache. Evidence for hypothalamic involvement.  Cephalalgia. 1993;  13 309-317
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 9 Leone M, Franzini A, Broggi G, Bussone G. Hypothalamic stimulation for intractable cluster headache: long-term experience.  Neurology. 2006;  67 150-152
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 10 Leone M, Franzini A, Bussone G. Stereotactic stimulation of posterior hypothalamic gray matter in a patient with intractable cluster headache.  N Engl J Med. 2001;  345 1428-1429
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 11 Leone M, Franzini A, D’Andrea G, Broggi G, Casucci G, Bussone G. Deep brain stimulation to relieve drug-resistant SUNCT.  ANN Neurol. 2005;  57 924-927
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 12 Leone M, Lucini V, D’Amico D, Moschiano F, Maltempo C, Fraschini F. et al . Twenty-four hour melatonin and cortisol plasma levels in relation to timing of cluster headache.  Cephalalgia. 1995;  15 224-229
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 13 Leone M, May A, Franzini A, Broggi G, Dodick D, Rapoport A, Goadsby PJ, Schoenen J, Bonavita V, Bussone G. Deep brain stimulation for intractable chronic cluster headache: proposals for patient selection.  Cephalgia. 2004;  24 934-937
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 14 Mai JK, Assheuer J, Paxinos G. Atlas of the human brain. Elsevier Academic Press 2004
• 15 May A, Vesper J, Hamel W, Westphal M, Weiller C, Nikkhah G. Hypothalamische Tiefenhirnstimulation bei Patienten mit chronischen Cluster-Kopfschmerzen. Vorschläge zur Patientenselektion.  Schmerz. 2005;  19 544-548
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 16 May A. Cluster headache: pathogenesis, diagnosis, and management.  Lancet. 2005;  366 843-855
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 17 May A, Ashburner J, Buchel C, MacGonigle DJ, Friston KJ, Frackowiak RS. et al . Correlation between structural and functional changes in brain in idiopathic headache syndrome.  Nat Med. 1999;  8 836-838
  PubMedGoogle Scholar
• 18 May A, Bahra A, Buchel C, Frackowiak RSJ, Goadsby PJ. Hypothalamic activation in cluster headache attacks.  Lancet. 1998;  351 275-278
  PubMedGoogle Scholar
• 19 May A, Leone M, Boecker H, Sprenger T, Juergens T, Bussone G, Tolle TR. Hypothalamic deep brain stimulation in positron emission tomography.  J Neuroscience. 2006;  26 3589-3593
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 20 Sano K, Mayanagi Y, Sekino H, Ogashiwa M, Ishijima B. Results of stimulation and destruction of the posterior hypothalamus in man.  J Neurosurg. 1970;  33 689-707
  PubMedGoogle Scholar
• 21 Schaltenbrand G, Wahren W. Atlas for stereotaxy of the human brain. Stuttgart: Thieme 1977
• 22 Schoenen J, Clemente L Di, Vandenheede M, Fumal A, Pasqua V De, Mouchamps M, Remacle JM, Noordhout AM de. Hypothalamic stimulation in chronic cluster headache: a pilot study of efficacy and mode of action.  Brain. 2005;  128 940-947
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 23 Sprenger T, Boecker H, Tolle TR, Bussone G, May A, Leone M. Specific hypothalamic activation during a spontaneous cluster headache attack.  Neurology. 2004;  62 516-517
  PubMedGoogle Scholar

1 Both authors contributed equally to this article.

Correspondence

Dr. M. O. PinskerMD 

Department of Neurosurgery

UK-SH Kiel

Schittenhelmstr. 10

24105 Kiel

Germany

Phone: +431/597/48 86

Fax: +431/597/49 18

Email: marcuspinsker@hotmail.com