Rolle der Diffusions-MRT-Traktographie in der endoskopischen endonasalen Schädelbasischirurgie

Summary

Wir präsentieren ein Protokoll zur Integration der Diffusions-MRT-Traktographie in die Patientenaufarbeitung zur endoskopischen endonasalen Chirurgie für einen Schädelbasistumor. Die Methoden zur Übernahme dieser Neuroimaging-Studien in der prä- und intraoperativen Phase werden beschrieben.

Abstract

Die endoskopische endonasale Chirurgie hat eine herausragende Rolle bei der Behandlung komplexer Schädelbasistumoren gespielt. Es ermöglicht die Resektion einer großen Gruppe von gutartigen und bösartigen Läsionen durch einen natürlichen anatomischen extrakraniellen Weg, dargestellt durch die Nasenhöhlen, wodurch Gehirnrückzug und neurovaskuläre Manipulation vermieden werden. Dies spiegelt sich in der sofortigen klinischen Genesung der Patienten und dem geringen Risiko dauerhafter neurologischer Folgeerkrankungen wider, die den Hauptvorbehalt der konventionellen Schädelbasischirurgie darstellen. Diese Operation muss auf jeden spezifischen Fall zugeschnitten sein, unter Berücksichtigung ihrer Merkmale und Beziehung zu den umgebenden neuronalen Strukturen, die meist auf präoperativer Neurobildgebung basieren. Fortgeschrittene MRT-Techniken wie die Traktographie wurden in der Schädelbasischirurgie aufgrund technischer Probleme selten eingesetzt: langwierige und komplizierte Prozesse, um zuverlässige Rekonstruktionen für die Aufnahme in das Neuronavigationssystem zu erstellen.

Dieses Papier zielt darauf ab, das in der Institution implementierte Protokoll vorzustellen und die synergistische Zusammenarbeit und Teamarbeit zwischen Neurochirurgen und dem Neuroimaging-Team (Neurologen, Neuroradiologen, Neuropsychologen, Physiker und Bioingenieure) mit dem Endziel der Auswahl der optimalen Behandlung für jeden Patienten, der Verbesserung der chirurgischen Ergebnisse und der Weiterentwicklung der personalisierten Medizin in diesem Bereich zu unterstreichen.

Introduction

Die Möglichkeit, sich der Schädelbasis Mittellinie und paramedianen Regionen über einen vorderen Weg zu nähern und die Nasengruben als natürliche Hohlräume anzunehmen, hat eine lange Geschichte, die mehr als ein Jahrhundert^{zurückreicht 1}. In den letzten 20 Jahren haben sich die Visualisierungs- und Operationstechnologien jedoch so weit verbessert, dass sie ihre Möglichkeit der Behandlung der komplexesten Tumoren wie Meningeome, Chordome, Chondrosarkome und Craniopharyngiome¹ aufgrund der (1) Einführung des Endoskops erweitern, das dem Chirurgen eine panoramische und detaillierte 2D / 3D-Ansicht dieser Regionen bietet. (2) die Entwicklung intraoperativer Neuronavigationssysteme und (3) die Implementierung spezieller chirurgischer Instrumente. Wie Kassam et al. akribisch gezeigt und durch mehrere Reviews und Metaanalysen bestätigt wurde, werden die Vorteile dieses chirurgischen Ansatzes hauptsächlich durch seine Chancen dargestellt, herausfordernde Schädelbasistumoren zu resezieren, direkte Hirnrückzüge oder Nervenmanipulationen zu vermeiden und so das Risiko von chirurgischen Komplikationen und langfristigen neurologischen und visuellen Folgeerscheinungen zu reduzieren^{2,3,4. 5,6,7,8,9,10,11,12}.

Bei multiplen Schädelbasis- und Hypophysen-Diencephal-Tumoren hat sich das ideale Operationsziel in den letzten Jahren von der umfangreichsten Tumorentfernung zur sichersten Entfernung mit Erhaltung der neurologischen Funktionen zur Erhaltung der Lebensqualität des Patienten gewendet³. Diese Einschränkung könnte durch innovative und wirksame adjuvante Behandlungen wie Strahlentherapie (gegebenenfalls Unternahme massiver Partikel wie Protonen- oder Kohlenstoffionen) und bei ausgewählten Neoplasmen durch Chemotherapie als Inhibitoren des BRAF/MEK-Signalwegs für die Kraniopharyngiome^13,14,15ausgeglichen werden.

Um diese Ziele zu verfolgen, ist jedoch eine sorgfältige präoperative Beurteilung entscheidend, um die chirurgische Strategie auf das spezifische Merkmal jedes Falls abzustimmen². In den meisten Zentren wird das präoperative MRT-Protokoll normalerweise nur mit Standardstruktursequenzen durchgeführt, die die morphologische Charakterisierung der Läsion ermöglichen. Mit diesen Techniken ist es jedoch nicht immer möglich, die anatomische Beziehung des Tumors zu benachbarten Strukturen zuverlässig zu beurteilen³. Darüber hinaus kann jeder Patient unterschiedliche pathologieinduzierte funktionelle Reorganisationsprofile aufweisen, die nur mit Diffusions-MRT-Traktographie und funktioneller MRT (fMRT) nachweisbar sind und sowohl bei der Operationsplanung als auch in den intraoperativen Schritten^16,17als Orientierung dienen können.

Derzeit ist fMRT die am häufigsten verwendete Neuroimaging-Modalität zur Kartierung der funktionellen Aktivität und Konnektivität des Gehirns, als Leitfaden für die chirurgische Planung^18,19 und zur Verbesserung des Ergebnisses der Patienten²⁰. Die aufgabenbasierte fMRT ist die Modalität der Wahl, um “eloquente” Gehirnregionen zu identifizieren, die funktionell an einer bestimmten Aufgabenausleistung beteiligt sind (z. B. Fingerklopfen, phonemische Geläufigkeit), aber nicht für die Untersuchung von Schädelbasistumoren geeignet sind.

Die Diffusions-MRT-Traktographie ermöglicht in vivo und nichtinvasive Rekonstruktion von Gehirnverbindungen der weißen Substanz sowie Hirnnerven und untersucht die hodologische Struktur des Gehirns²¹. Verschiedene Traktographiealgorithmen wurden entwickelt, um axonale Wege zu rekonstruieren, indem Wassermolekül-Diffusivitätsprofile verknüpft werden, die in jedem Gehirnvoxel ausgewertet werden. Die deterministische Traktographie folgt der dominanten Diffusivitätsrichtung, während die probabilistische Traktographie die Konnektivitätsverteilung möglicher Wege bewertet. Darüber hinaus können verschiedene Modelle angewendet werden, um die Diffusivität innerhalb jedes Voxels zu bewerten, und es ist möglich, zwei Hauptkategorien zu definieren: Einzelfasermodelle, wie das Diffusionstensormodell, bei dem eine einzelne Faserorientierung ausgewertet wird, und Mehrfasermodelle, wie sphärische Dekonvolution, bei denen mehrere Kreuzungsfaserorientierungen rekonstruiert werden^22,23. Trotz der methodischen Debatte über die Diffusions-MRT-Traktographie ist ihr Nutzen im neurochirurgischen Workflow derzeit etabliert. Es ist möglich, die Dislokation des Trakts der weißen Substanz und die Entfernung zum Tumor zu bewerten, wobei spezifische Verbindungen der weißen Substanz erhalten bleiben. Darüber hinaus können Diffusionstensor-Bildgebungskarten (DTI), insbesondere die fraktionierte Anisotropie (FA) und die mittlere Diffusivität (MD), zur Beurteilung mikrostruktureller Veränderungen der weißen Substanz im Zusammenhang mit einer möglichen Tumorinfiltration und zur Längstraktüberwachung angewendet werden. All diese Eigenschaften machen die Diffusions-MRT-Traktographie zu einem leistungsfähigen Werkzeug sowohl für die präoperative Planung als auch für die intraoperative Entscheidungsfindung durch Neuronavigationssysteme²⁴.

Die Anwendung von Traktographietechniken auf die Schädelbasischirurgie wurde jedoch durch den Bedarf an speziellem technischem Wissen und die zeitaufwändige Aufarbeitung zur Optimierung der Diffusions-MRT-Sequenzerfassung, des Analyseprotokolls und der Einbeziehung von Traktographieergebnissen in Neuronavigationssysteme begrenzt²⁵. Weitere Einschränkungen sind schließlich auf die technischen Schwierigkeiten zurückzuführen, diese Analysen von intraparenchymalen auf extraparenchymale Strukturen der weißen Substanz als Hirnnerven auszudehnen. Tatsächlich präsentierten nur neuere Studien vorläufige Ergebnisse, die versuchten, fortgeschrittene MRT- und Schädelbasischirurgie zu integrieren^26,27,28.

Die vorliegende Arbeit stellt ein Protokoll für die multidisziplinäre Behandlung von Hypophysen-Diencephal-und Schädel-Basen-Tumoren mittels Diffusions-MRT-Traktographie vor. Die Implementierung dieses Protokolls in der Einrichtung resultierte aus der Zusammenarbeit zwischen Neurochirurgen, Neuroenkernologen und dem Neuroimaging-Team (einschließlich klinischer und bioinformatischer Expertise), um diesen Patienten einen effektiven integrierten multiaxialen Ansatz zu bieten.

Im Zentrum haben wir multidisziplinäre Protokolle für die Behandlung von Patienten mit Schädelbasistumoren integriert, um eine möglichst informative Beschreibung zu liefern und den Operationsplan anzupassen und zu personalisieren. Wir zeigen, dass dieses Protokoll sowohl im klinischen als auch im Forschungsumfeld für jeden Patienten mit einem Schädelbasistumor übernommen werden kann, um die Behandlungsstrategie zu leiten und das Wissen über die durch diese Läsionen induzierten Gehirnmodifikationen zu verbessern.

Protocol

Das Protokoll folgt den ethischen Standards des Lokalen Forschungskomitees und mit der Helsinki-Erklärung von 1964 und ihren späteren Änderungen oder vergleichbaren ethischen Standards. 1. Auswahl der Patienten Nehmen Sie die folgenden Einschlusskriterien an: Patienten, die älter als 18 Jahre sind, vollständig kollaborieren, einen Tumor der Schädelbasis oder eine Hypophysen-Dienzephal-Region präsentieren. Schließen Sie Patienten mit Kontraindikation für MRT (d. H. …

Representative Results

Eine 55-jährige Frau zeigte fortschreitende Sehdefizite. Ihre Krankengeschichte war unauffällig. Bei der ophthalmologischen Beurteilung wurde eine bilaterale Verringerung der Sehschärfe (6/10 auf dem rechten Auge und 8/10 auf dem linken Auge) aufgedeckt, und das computerisierte Gesichtsfeld zeigte eine vollständige bitemporale Hämianopie. Bei der neurologischen Untersuchung waren keine weiteren Defizite erkennbar, aber der Patient berichtete von anhaltender Asthenie und einer Zunahme…

Discussion

Die Anwendung des vorgestellten Protokolls führte zu einer sicheren und wirksamen Behandlung eines der schwierigsten intrakraniellen Tumoren wie eines Craniopharyngioms, das in den^3. Ventrikel eindringt, was möglicherweise einen neuen Horizont für eine Läsion eröffnet, die von H. Cushing vor etwa einem Jahrhundert als das verblüffendste intrakranielle Neoplasma definiert wurde¹. Die Kombination aus genauer präoperativer Planung, Integration fortschrittlicher MRT-Techniken und mul…

Materials

BRAF V600E-specific clone VE1	Ventana
Dural Substitute	Biodesign, Cook Medical
Endoscope	Karl Storz, 4mm in diameter, 18 cm in length, Hopkins II – Karl Storz Endoscopy
Immunohistochemical staining instrument	Ventana Benchmark, Ventana Medical Systems
MRI	3T Magnetom Skyra, Siemens Health Care
Neuronavigator	Stealth Station S8 Surgical Navigation System, MEDTRONIC