Rollen diffusjon MR-tractografi i endoskopisk endonasal hodeskalle base kirurgi

Summary

Vi presenterer en protokoll for å integrere diffusjon MR-tractography i pasientarbeid opp til endoskopisk endonasal kirurgi for en hodeskalle base tumor. Metodene for å ta i bruk disse nevroimaging studiene i pre- og intraoperative faser er beskrevet.

Abstract

Endoskopisk endonasal kirurgi har fått en fremtredende rolle i håndteringen av komplekse hodeskallebasetumorer. Det tillater reseksjon av en stor gruppe godartede og ondartede lesjoner gjennom en naturlig anatomisk ekstrakranialvei, representert av nesehulene, og unngår hjerneinntrekking og nevrovaskulær manipulasjon. Dette gjenspeiles av pasientenes raske kliniske utvinning og den lave risikoen for permanent nevrologisk oppfølger, som representerer den viktigste advarselen om konvensjonell hodeskallebasekirurgi. Denne operasjonen må skreddersys til hvert enkelt tilfelle, med tanke på dens egenskaper og forhold til omkringliggende nevrale strukturer, hovedsakelig basert på preoperativ neuroimaging. Avanserte MR-teknikker, som tractography, har sjelden blitt vedtatt i hodeskallebasekirurgi på grunn av tekniske problemer: lange og kompliserte prosesser for å generere pålitelige rekonstruksjoner for inkludering i nevronavigeringssystemet.

Denne artikkelen tar sikte på å presentere protokollen implementert i institusjonen og fremhever det synergistiske samarbeidet og samarbeidet mellom nevrokirurger og nevroingeniørteamet (nevrologer, nevroradiologer, nevropsykologer, nevropsykologer, fysikere og bioingeniører) med det endelige målet å velge optimal behandling for hver pasient, forbedre de kirurgiske resultatene og forfølge utviklingen av personlig medisin på dette feltet.

Introduction

Muligheten til å nærme seg hodeskallebasen midtlinje og paramedianske regioner gjennom en fremre rute, vedta nesefossaen som naturlige hulrom, har en lang historie, som dateres tilbake mer enn ett århundre¹. Men i løpet av de siste 20 årene har visualiseringen og operative teknologier forbedret seg nok til å utvide muligheten for å inkludere behandling av de mest komplekse svulstene som meningiomer, chordomas, kondrosarkomer og craniopharyngiomas¹ på grunn av (1) innføringen av endoskopet, som gir en panoramisk og detaljert 2D / 3D-visning av disse regionene til kirurgen, (2) utvikling av intraoperative nevronavigasjonssystemer, og (3) implementering av dedikerte kirurgiske instrumenter. Som omhyggelig demonstrert av Kassam et al. og bekreftet av flere vurderinger og metaanalyser, er fordelene ved denne kirurgiske tilnærmingen hovedsakelig representert av sjansene for å resect utfordrende hodeskallebasetumorer, unngå direkte hjernetrekk eller nervemanipulering, og dermed redusere risikoen for kirurgiske komplikasjoner og langsiktig nevrologisk og visuell oppfølger^{2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12}.

For flere hodeskallebase og hypofyse-diencephalic svulster, har det ideelle kirurgiske målet endret seg de siste årene fra den mest omfattende tumorfjerningen som er mulig til den sikreste fjerningen med bevaring av nevrologiske funksjoner for å bevare pasientens livskvalitet³. Denne begrensningen kan kompenseres ved innovative og effektive adjuvante behandlinger, for eksempel strålebehandling (ved å ta i bruk massive partikler som proton- eller karbonioner når det er hensiktsmessig) og, for utvalgte neoplasmer, ved kjemoterapi som hemmere av BRAF / MEK-banen for craniopharyngiomas^13,14,15.

For å forfølge disse målene er imidlertid en nøye preoperativ vurdering avgjørende for å skreddersy den kirurgiske strategien til hvert enkelt tilfelles spesifikke funksjon². I de fleste sentre utføres MR-preoperativ protokollen vanligvis bare med standard strukturelle sekvenser, noe som gir den morfologiske karakteriseringen av lesjonen. Men med disse teknikkene er det ikke alltid mulig å vurdere det anatomiske forholdet mellom svulsten og tilstøtende strukturer pålitelig³. Videre kan hver pasient presentere forskjellige patologiinduserte funksjonelle omorganiseringsprofiler som bare kan påvises med diffusjon MR-tractografi og funksjonell MR (fMRI), som kan brukes til å gi veiledning både i operasjonsplanleggingen og i de intraoperative trinnene^16,17.

For tiden er fMRI den mest brukte nevroimaging modalitet for å kartlegge hjernens funksjonelle aktivitet og tilkobling, som veiledning for kirurgisk planlegging^18,19 og for å forbedre pasientenes utfall²⁰. Oppgavebasert fMRI er den valgte modaliteten for å identifisere “veltalende” hjerneregioner som er funksjonelt involvert i spesifikk oppgaveytelse (f.eks. fingeravlytting, fonemisk flyt), men gjelder ikke for studiet av hodeskallebasetumorer.

Diffusjon MR-tractography tillater in vivo og ikke-invasiv rekonstruksjon av hvite materie hjerneforbindelser samt kranial nerver, undersøker hjernen hodologisk struktur²¹. Ulike tractography algoritmer er utviklet for å rekonstruere axonale veier ved å koble vannmolekyl diffusivitet profiler, evaluert innenfor hver hjerne voxel. Deterministisk tractography følger den dominerende diffusivitetsretningen, mens probabilistisk tractography evaluerer mulige veiers tilkoblingsfordeling. I tillegg kan forskjellige modeller brukes til å evaluere diffusitet i hver voxel, og det er mulig å definere to hovedkategorier: enkeltfibermodeller, for eksempel diffusjons tensormodellen, hvor en enkelt fiberorientering evalueres, og flerfibermodeller, for eksempel sfærisk dekonvolusjon, hvor flere kryssfiberretninger rekonstrueres^22,23. Til tross for den metodologiske debatten om diffusjon MR-tractography, er nytten i nevrokirurgisk arbeidsflyt for tiden etablert. Det er mulig å evaluere hvit materiekanalens dislokasjon og avstand til svulsten, og bevare spesifikke hvite materieforbindelser. Videre kan diffusjons tensoravbildningskart (DTI), spesielt fraksjonell anisotropi (FA) og gjennomsnittlig diffusivitet (MD), brukes til å vurdere mikrostrukturelle hvite materieendringer relatert til mulig tumorinfiltrasjon og for langsgående kanalovervåking. Alle disse funksjonene gjør diffusjon MR-tractography et kraftig verktøy både for pre-kirurgisk planlegging og intraoperativ beslutningstaking gjennom nevronavigasjonssystemer²⁴.

Anvendelsen av tractography teknikker til hodeskalle base kirurgi har imidlertid vært begrenset av behovet for spesialisert teknisk kunnskap og tidkrevende arbeid for å optimalisere diffusjon MR-sekvens oppkjøp, analyseprotokoll, og innlemme tractography resultater i nevronavigering systemer²⁵. Til slutt skyldes ytterligere begrensninger de tekniske vanskelighetene som utvider disse analysene fra intraparenchymale til ekstra parenchymale hvite materiestrukturer, som kranialnervene. Faktisk presenterte bare nyere studier foreløpige resultater som forsøkte å integrere avansert MR- og hodeskallebasekirurgi^26,27,28.

Det nåværende dokumentet presenterer en protokoll for tverrfaglig styring av hypofyse-diencephalic og hodeskalle base svulster ved hjelp av diffusjon MR-tractography. Implementeringen av denne protokollen i institusjonen var et resultat av samarbeidet mellom nevrokirurger, nevro-endokrinologer og nevroimaging-teamet (inkludert klinisk og bioinformatikkkompetanse) for å tilby en effektiv integrert multiaksial tilnærming til disse pasientene.

I sentrum har vi integrert tverrfaglige protokoller for håndtering av pasienter med hodeskallebasetumorer, for å gi en mest mulig informativ beskrivelse, og for å skreddersy og tilpasse den kirurgiske planen. Vi viser at denne protokollen kan vedtas både i den kliniske og forskningssettingen for enhver pasient med en hodeskallebasesvulst for å veilede behandlingsstrategien og for å forbedre kunnskapen om hjernemodifikasjonene forårsaket av disse lesjonene.

Protocol

Protokollen følger den lokale forskningskomiteens etiske standarder og med Helsinki-erklæringen fra 1964 og dens senere endringer eller sammenlignbare etiske standarder. 1. Valg av pasienter Vedta følgende inklusjonskriterier: pasienter eldre enn 18 år, fullt samarbeidende, presenterer en svulst i skallebasen, eller hypofyse-diencephalic region. Ekskluder pasienter med kontraindikasjon til MR (dvs. pacemaker eller ferromagnetisk materiale) eller presentere med fremvokse…

Representative Results

En 55 år gammel kvinne presenterte progressive visuelle underskudd. Hennes medisinske historie var unremarkable. Ved oftalmologisk evaluering ble bilateral reduksjon av synsskarphet (6/10 i høyre øye og 8/10 i venstre øye) avslørt, og det datastyrte synsfeltet viste fullstendig bitemporal hemianopi. Ingen ytterligere underskudd var tydelige på nevrologisk undersøkelse, men pasienten rapporterte vedvarende asteni og en økning i sult og tørst sensasjon i de siste 2-3 månedene, med…

Discussion

Anvendelsen av den presenterte protokollen resulterte i en sikker og effektiv behandling av en av de mest utfordrende intrakranielle svulstene som et craniopharyngioma som invaderte 3^rd ventrikelen, og muligens åpnet opp en ny horisont for en lesjon som ble definert av H. Cushing for omtrent et århundre siden som den mest forvirrende intrakranielle neoplasma¹. Kombinasjonen av nøyaktig preoperativ planlegging, integrering av avanserte MR-teknikker og tverrfaglige kliniske vurderinger…

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