Endoskopik Endonazal Kafatası Taban Cerrahisinde Difüzyon MRI Tractografisinin Rolü
Summary
Difüzyon MRI tractografisini hasta çalışmalarında kafatası tabanı tümörü için endoskopik endonazal cerrahiye entegre etmek için bir protokol sunuyoruz. Ameliyat öncesi ve sonrası evrelerde bu nörogörüntüleme çalışmalarını benimseme yöntemleri açıklanmıştır.
Abstract
Endoskopik endonazal cerrahi karmaşık kafatası tabanı tümörlerinin yönetiminde önemli bir rol kazanmıştır. Burun boşlukları tarafından temsil edilen doğal anatomik ekstra-kranial bir yol aracılığıyla büyük bir iyi huylu ve kötü huylu lezyon grubunun rezeksiyonu sağlar, beyin geri çekilmesi ve nörovasküler manipülasyondan kaçınır. Bu, hastaların hızlı klinik iyileşmesi ve geleneksel kafatası tabanı cerrahisinin ana uyarısını temsil eden kalıcı nörolojik sekel riskinin düşük olması ile yansır. Bu ameliyat, çoğunlukla ameliyat öncesi nörogörüntleme üzerine kurulu, özellikleri ve çevredeki sinirsel yapılarla ilişkisi göz önünde bulundurularak her özel vakaya göre uyarlanmalıdır. Tractografi gibi gelişmiş MRI teknikleri, teknik sorunlar nedeniyle kafatası taban cerrahisinde nadiren benimsenmiştir: nöronavigasyon sistemine dahil edilmek üzere güvenilir rekonstrüksiyonlar oluşturmak için uzun ve karmaşık süreçler.
Bu makale, kurumda uygulanan protokolü sunmayı amaçlamaktadır ve her hasta için en uygun tedaviyi seçmek, cerrahi sonuçları iyileştirmek ve bu alanda kişiselleştirilmiş tıbbın ilerlemesini takip etmek amacıyla nöro cerrahlar ve nörogörüntür ekibi (nörologlar, nöroradyologlar, nöropsikologlar, fizikçiler ve biyomühendisler) arasındaki sinerjik işbirliğini ve ekip çalışmasını vurgulamaktadır.
Introduction
Kafatası tabanı orta çizgisine ve paramedian bölgelere ön yoldan yaklaşma, burun fossaesini doğal boşluklar olarak benimseme olasılığı, bir yüzyıldan daha eskiye dayanan uzun bir geçmişe sahiptir1. Bununla birlikte, son 20 yılda görselleştirme ve operatif teknolojiler, bu bölgelerin cerraha panoramik ve ayrıntılı 2D/3D görünümünü veren endoskopun(1) tanıtılması nedeniyle meningiomalar, konkordatolar, kondrosarkomlar ve kraniyofarinjiomlar 1 gibi en karmaşık tümörlerin tedavisini dahil etme olasılıklarını genişletecek kadar gelişmiştir. (2) intraoperatif nöronavigasyon sistemlerinin geliştirilmesi ve (3) özel cerrahi aletlerin uygulanması. Kassam ve arkadaşları tarafından titizlikle gösterildiği ve birden fazla inceleme ve meta-analizle doğrulanan gibi, bu cerrahi yaklaşımın avantajları esas olarak zorlu kafatası tabanı tümörlerini resect etme, herhangi bir doğrudan beyin geri çekilmesinden veya sinir manipülasyonundan kaçınma şansı ile temsil edilir, böylece cerrahi komplikasyon riskini azaltır ve uzun süreli nörolojik ve görsel sekel2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12.
Birden fazla kafatası tabanı ve hipofiz-dienfalik tümörler için, ideal cerrahi hedef son yıllarda hastanın yaşam kalitesini korumak için nörolojik fonksiyonların korunması ile mümkün olan en kapsamlı tümör çıkarılmasından en güvenli şekilde çıkarılmasına kadar değişmiştir3. Bu sınırlama, radyasyon tedavisi (uygun olduğunda proton veya karbon iyonları gibi büyük parçacıkların benimsenmesi) ve seçilen neoplazmlar için kraniyofarenjiomlar için BRAF/ MEK yolunun inhibitörleri olarak kemoterapi gibi yenilikçi ve etkili adjuvan tedavilerle telafi edilebilir13,14,15.
Bununla birlikte, bu hedefleri takip etmek için, cerrahi stratejiyi her vakanın özel özelliğine göre uyarlamak için dikkatli bir ameliyat öncesi değerlendirme çok önemlidir2. Çoğu merkezde, MRI ameliyat öncesi protokolü genellikle sadece lezyonun morfolojik karakterizasyonunu sağlayan standart yapısal dizilerle gerçekleştirilir. Bununla birlikte, bu tekniklerle tümörün bitişik yapılarla anatomik ilişkisini güvenilir bir şekilde değerlendirmek her zaman mümkün değildir3. Ayrıca, her hasta sadece difüzyon MRI tractografisi ve fonksiyonel MRI (fMRI) ile tespit edilebilen farklı patoloji kaynaklı fonksiyonel yeniden düzenleme profilleri sunabilir ve bu profiller hem ameliyat planlamasında hem de intraoperatif adımlar16,17’derehberlik sağlamak için kullanılabilir.
Şu anda, fMRI, cerrahi planlama18,19 ve hastaların sonuçlarını iyileştirmek için rehberlik olarak beyin fonksiyonel aktivitesini ve bağlantısını haritalamak için en yaygın kullanılan nörogörüntleme modalitesidir20. Görev tabanlı fMRI, işlevsel olarak belirli görev performansına (örneğin, parmakla dokunma, fonmik akıcılık) dahil olan, ancak kafatası tabanı tümörlerinin incelenmesi için geçerli olmayan “belagatli” beyin bölgelerini tanımlamak için tercih edilmesi gereken modalitedir.
Difüzyon MRI çektirme in vivo ve beyaz madde beyin bağlantılarının yanı sıra kraniyal sinirlerin noninvaziv rekonstrüksiyonuna izin verir, beyin hodolojik yapısını araştırır21. Her beyin voksel içinde değerlendirilen su molekülü difüzyasyon profillerini birbirine bağlayarak aksonal yolları yeniden oluşturmak için farklı tractografi algoritmaları geliştirilmiştir. Deterministik tractografi baskın difüzyellik yönünü takip ederken, olasılıksal tractografi olası yolların bağlantı dağılımını değerlendirir. Ek olarak, her voksel içindeki difüzyonu değerlendirmek için farklı modeller uygulanabilir ve iki ana kategori tanımlamak mümkündür: tek bir lif oryantasyonunun değerlendirildiği difüzyon tensör modeli gibi tek fiber modeller ve birkaç geçiş lifi yöneliminin yeniden inşa edildiği küresel dekonvolüsiyon gibi çoklu fiber modeller22,23. Difüzyon MRI tractografisi hakkındaki metodolojik tartışmalara rağmen, nöroşirürjik iş akışındaki faydası şu anda belirlenmiştir. Beyaz madde yolu çıkığı ve tümöre olan uzaklığı değerlendirmek, spesifik beyaz madde bağlantılarını korumak mümkündür. Ayrıca, difüzyon tensör görüntüleme (DTI) haritaları, özellikle fraksiyonel anizotropi (FA) ve ortalama difüzyozite (MD), olası tümör infiltrasyonu ile ilgili mikroyapısal beyaz madde değişikliklerini değerlendirmek ve boyuna sistem izleme için uygulanabilir. Tüm bu özellikler difüzyon MRI tractografiyi hem ameliyat öncesi planlama hem de nöronavigasyon sistemleri aracılığıyla ameliyat içi karar verme için güçlü bir araç haline getirir24.
Bununla birlikte, kafatası taban cerrahisine tractografi tekniklerinin uygulanması, nöronavigasyon sistemlerinde difüzyon MRI dizi alımını, analiz protokolünü ve tractografi sonuçlarını optimize etmek için özel teknik bilgiye ve zaman alıcı çalışmaya duyulan ihtiyaçla sınırlıdır25. Son olarak, daha fazla sınırlama, bu analizleri intraparenkimalden ekstra-parenkimal beyaz madde yapılarına, kraniyal sinirler olarak genişleten teknik zorluklardan kaynaklanmaktadır. Nitekim, sadece son çalışmalar ileri MRI ve kafatası taban cerrahisi26 , 27,28entegre etmeye çalışan ön sonuçlar sundu.
Bu makale, difüzyon MRI tractografisi kullanılarak hipofiz-dienfalik ve kafatası tabanı tümörlerinin multidisipliner yönetimi için bir protokol sunun. Bu protokolün kurumda uygulanması, nöro cerrahlar, nöro-endokrinologlar ve nörogörüntürleme ekibi (klinik ve biyoinformatik uzmanlığı dahil) arasındaki işbirliğinden ve bu hastalara etkili bir entegre çoklu eksenel yaklaşım sunmaktan ortaya çıktı.
Merkezde, kafatası tabanı tümörleri olan hastaların yönetimi, mümkün olan en bilgilendirici tanımın sağlanması ve cerrahi planın uyarllaştırılması ve kişiselleştirilmek için multidisipliner protokoller entegre ettik. Bu protokolün, kafatası tabanı tümörü olan herhangi bir hastanın tedavi stratejisine rehberlik etmesi ve bu lezyonların neden olduğu beyin modifikasyonları hakkındaki bilgileri geliştirmesi için hem klinik hem de araştırma ortamında benimsenebileceğini gösteriyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sunulan protokolün uygulanması, 3rd ventrikül istila eden kraniyofarinjiom gibi en zorlu intrakraniyal tümörlerden birinin güvenli ve etkili bir şekilde tedavi edilmesini, muhtemelen yaklaşık bir yüzyıl önce H. Cushing tarafından en şaşırtıcı intrakraniyal neoplazm1olarak tanımlanan bir lezyon için yeni bir ufuk açmasını sağlamıştır. Doğru ameliyat öncesi planlama, gelişmiş MRI tekniklerinin entegre edilmesi ve multidisipliner klinik değerlendirmelerin ko…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nöroradyoloji Alanı radyoloji teknisyenlerine ve hemşire personeline, IRCCS Istituto delle Scienze Neurologiche di Bologna’ya ve Koordinatörleri Dr. Maria Grazia Crepaldi’ye işbirlikleri için teşekkür ederiz.
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 |
References
- Wang, A. J., Zaidi, H. A., Laws, E. D. History of endonasal skull base surgery. Journal of Neurosurgical Sciences. 60 (4), 441-453 (2016).
- Kassam, A. B., Gardner, P., Snyderman, C., Mintz, A., Carrau, R. Expanded endonasal approach: fully endoscopic, completely transnasal approach to the middle third of the clivus, petrous bone, middle cranial fossa, and infratemporal fossa. Neurosurgical Focus. 19 (1), 6 (2005).
- Schwartz, T. H., Morgenstern, P. F., Anand, V. K. Lessons learned in the evolution of endoscopic skull base surgery. Journal of Neurosurgery. 130 (2), 337-346 (2019).
- Cossu, G., et al. Surgical management of craniopharyngiomas in adult patients: a systematic review and consensus statement on behalf of the EANS skull base section. Acta Neurochirurgica. 162 (5), 1159-1177 (2020).
- Komotar, R. J., Starke, R. M., Raper, D. M., Anand, V. K., Schwartz, T. H. Endoscopic endonasal compared with microscopic transsphenoidal and open transcranial resection of craniopharyngiomas. World Neurosurgery. 77 (2), 329-341 (2012).
- Clark, A. J., et al. Endoscopic surgery for tuberculum sellae meningiomas: a systematic review and meta-analysis. Neurosurgical Review. 36 (3), 349-359 (2013).
- Ditzel Filho, L. F., et al. Endoscopic Endonasal Approach for Removal of Tuberculum Sellae Meningiomas. Neurosurgical Clinics of North America. 26 (3), 349 (2015).
- Labidi, M., et al. Clivus chordomas: a systematic review and meta-analysis of contemporary surgical management. Journal of Neurosurgical Science. 60 (4), 476-484 (2016).
- Cannizzaro, D., et al. Microsurgical versus endoscopic trans-sphenoidal approaches for clivus chordoma: a pooled and meta-analysis. Neurosurgical Review. , (2020).
- Fujii, T., Platt, A., Zada, G. Endoscopic Endonasal Approaches to the Craniovertebral Junction: A Systematic Review of the Literature. Journal of Neurological Surgery: Part B Skull Base. 76 (6), 480-488 (2015).
- Tubbs, R. S., Demerdash, A., Rizk, E., Chapman, J. R., Oskouian, R. J. Complications of transoral and transnasal odontoidectomy: a comprehensive review. Child’s Nervous System. 32 (1), 55-59 (2016).
- Zoli, M., et al. Endoscopic approaches to orbital lesions: case series and systematic literature review. Journal of Neurosurgery. 3, 1 (2020).
- Jensterle, M., et al. Advances in the management of craniopharyngioma in children and adults. Radiology and Oncology. 53 (4), 388-396 (2019).
- Roque, A., Odia, Y. BRAF-V600E mutant papillary craniopharyngioma dramatically responds to combination BRAF and MEK inhibitors. CNS Oncology. 6 (2), 95-99 (2017).
- Marucci, G., et al. Targeted BRAF and CTNNB1 next-generation sequencing allows proper classification of nonadenomatous lesions of the sellar region in samples with limiting amounts of lesional cells. Pituitary. 18 (6), 905-911 (2015).
- Silva, M. A., See, A. P., Essayed, W. I., Golby, A. J., Tie, Y. Challenges and techniques for presurgical brain mapping with functional MRI. NeuroImage Clinical. 17, 794-803 (2017).
- Duffau, H. Lessons from brain mapping in surgery for low-grade glioma: insights into associations between tumor and brain plasticity. The Lancet Neurology. 4 (8), 476-486 (2005).
- Maesawa, S., et al. Evaluation of resting state networks in patients with gliomas: connectivity changes in the unaffected side and its relation to cognitive function. PloS One. 10 (2), 0118072 (2015).
- Gonen, T., et al. Intra-operative multi-site stimulation: Expanding methodology for cortical brain mapping of language functions. PloS One. 12 (7), 0180740 (2017).
- Pillai, J. J. The evolution of clinical functional imaging during the past 2 decades and its current impact on neurosurgical planning. American Journal of Neuroradiology. 31 (2), 219-225 (2010).
- Bizzi, A. Presurgical mapping of verbal language in brain tumors with functional MR imaging and MR tractography. Neuroimaging Clinics of North America. 19 (4), 573-596 (2009).
- Dell’Acqua, F., Tournier, J. D. Modelling white matter with spherical deconvolution: How and why. NMR in Biomedicine. 32 (4), 3945 (2019).
- Maier-Hein, K. H., et al. The challenge of mapping the human connectome based on diffusion tractography. Nature Communications. 8 (1), 1349 (2017).
- Costabile, J. D., Alaswad, E., D’Souza, S., Thompson, J. A., Ormond, D. R. Current Applications of Diffusion Tensor Imaging and Tractography in Intracranial Tumor Resection. Frontiers in Oncology. 9, 426 (2019).
- Jacquesson, T., et al. Full tractography for detecting the position of cranial nerves in preoperative planning for skull base surgery: technical note. Journal of Neurosurgery. , 1-11 (2019).
- Zolal, A., et al. Comparison of probabilistic and deterministic fiber tracking of cranial nerves. Journal of Neurosurgery. 127 (3), 613-621 (2017).
- Ung, N., et al. A Systematic Analysis of the Reliability of Diffusion Tensor Imaging Tractography for Facial Nerve Imaging in Patients with Vestibular Schwannoma. Journal of Neurological Part B Skull Base. 77 (4), 314-318 (2016).
- Anik, I., et al. Visual Outcome of an Endoscopic Endonasal Transsphenoidal Approach in Pituitary Macroadenomas: Quantitative Assessment with Diffusion Tensor Imaging Early and Long-Term Results. World Neurosurgery. 12, 691-701 (2018).
- Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).
- Yushkevich, P. A., et al. User-Guided Segmentation of Multi-modality Medical Imaging Datasets with ITK-SNAP. Neuroinformatics. 17 (1), 83-102 (2019).
- Tournier, J. D., Calamante, F., Connelly, A. Robust determination of the fibre orientation distribution in diffusion MRI: non-negativity constrained super-resolved spherical deconvolution. NeuroImage. 35 (4), 1459-1472 (2007).
- Mormina, E., et al. Optic radiations evaluation in patients affected by high-grade gliomas: a side-by-side constrained spherical deconvolution and diffusion tensor imaging study. Neuroradiology. 58 (11), 1067-1075 (2016).
- Hales, P. W., et al. Delineation of the visual pathway in paediatric optic pathway glioma patients using probabilistic tractography, and correlations with visual acuity. Neuroimage Clinical. 11 (17), 541-548 (2017).
- Testa, C., et al. The effect of diffusion gradient direction number on corticospinal tractography in the human brain: an along-tract analysis. Magma. 30 (3), 265-280 (2017).
- Talozzi, L., et al. Along-tract analysis of the arcuate fasciculus using the Laplacian operator to evaluate different tractography methods. Magnetic Resonance Imaging. 54, 183-193 (2018).
- Zoli, M., et al. Postoperative outcome of body core temperature rhythm and sleep-wake cycle in third ventricle craniopharyngiomas. Neurosurgical Focus. 41 (6), 12 (2016).
- Foschi, M., et al. Site and type of craniopharyngiomas impact differently on 24-hour circadian rhythms and surgical outcome. A neurophysiological evaluation. Autonomic Neuroscience. 208, 126-130 (2017).
- Mojón, A., Fernández, J. R., Hermida, R. C. Chronolab: an interactive software package for chronobiologic time series analysis written for the Macintosh computer. Chronobiology International. 9 (6), 403-412 (1992).
- Hardesty, D. A., Montaser, A. S., Beer-Furlan, A., Carrau, R. L., Prevedello, D. M. Limits of endoscopic endonasal surgery for III ventricle craniopharyngiomas. Journal of Neurosurgical Sciences. 62 (3), 310-321 (2018).
- Lee, W. H., et al. Effect of Dexmedetomidine Combined Anesthesia on Motor evoked Potentials During Brain Tumor Surgery. World Neurosurgery. 123, 280-287 (2019).
- Barazi, S. A., et al. Extended endoscopic transplanum-transtuberculum approach for pituitary adenomas. British Journal of Neurosurgery. 27 (3), 374-382 (2013).
- Singh, H., et al. Intraoperative Neurophysiological Monitoring for Endoscopic Endonasal Approaches to the Skull Base: A Technical Guide. Scientifica. , 1751245 (2016).
- Mazzatenta, D., et al. Outcome of Endoscopic Endonasal Surgery in Pediatric Craniopharyngiomas. World Neurosurgery. 134, 277-288 (2020).
- Milanese, L., et al. Antibiotic Prophylaxis in Endoscopic Endonasal Pituitary and Skull Base Surgery. World Neurosurgery. 106, 912-918 (2017).
- Hadad, G., et al. A novel reconstructive technique after endoscopic expanded endonasal approaches: vascular pedicle nasoseptal flap. Laryngoscope. 116 (10), 1882-1886 (2006).
- Zoli, M., et al. Cavernous sinus invasion by pituitary adenomas: role of endoscopic endonasal surgery. Journal of Neurosurgical Sciences. 60 (4), 485-494 (2016).
- Louis, D. N., et al. The 2016 World Health Organization classification of tumors of the central nervous system: a summary. Acta Neuropathologica. 131 (6), 803-820 (2016).
- Coury, J. R., Davis, B. N., Koumas, C. P., Manzano, G. S., Dehdashti, A. R. Histopathological and molecular predictors of growth patterns and recurrence in craniopharyngiomas: a systematic review. Neurosurgical Review. 43 (1), 41-48 (2020).
- Prieto, R., et al. Craniopharyngioma adherence: a comprehensive topographical categorization and outcome-related risk stratification model based on the methodical examination of 500 tumors. Neurosurgical Focus. 41 (6), 13 (2016).
- Cagnazzo, F., Zoli, M., Mazzatenta, D., Gompel, J. J. V. Endoscopic and Microscopic Transsphenoidal Surgery of Craniopharyngiomas: A Systematic Review of Surgical Outcomes Over Two Decades. Journal of Neurological Surgery: part A Central European Neurosurgery. 79 (3), 247-256 (2018).
- Cavallo, L. M., et al. The endoscopic endonasal approach for the management of craniopharyngiomas: a series of 103 patients. Journal of Neurosurgery. 121, 100-113 (2014).
- Andersson, J. L., Skare, S., Ashburner, J. How to correct susceptibility distortions in spin-echo echo-planar images: application to diffusion tensor imaging. Neuroimage. 20 (2), 870-888 (2003).
- Castellano, A., Cirillo, S., Bello, L., Riva, M., Falini, A. Functional MRI for Surgery of Gliomas. Current Treatment Options in Neurology. 19 (10), 34 (2017).
- Elowe-Gruau, E., et al. Childhood craniopharyngioma: hypothalamus-sparing surgery decreases the risk of obesity. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 98 (6), 2376-2382 (2013).
- Jacquesson, T., et al. Overcoming Challenges of Cranial Nerve Tractography: A Targeted Review. Neurosurgery. 84 (2), 313-325 (2019).
