Roll av diffusion MRI Tractography i endoskopisk endonasal skalle baskirurgi

Summary

Vi presenterar ett protokoll för att integrera diffusion MRI tractography i patienten arbete-upp till endoskopisk endonasal kirurgi för en skalle bas tumör. Metoderna för att anta dessa neuroimaging studier i pre- och intraoperativa faser beskrivs.

Abstract

Endoskopisk endonasal kirurgi har fått en framträdande roll i förvaltningen av komplexa skalle bas tumörer. Det tillåter samband av en stor grupp av godartade och maligna skador genom en naturlig anatomisk extra-hjärnskålen väg, representeras av näshålorna, undvika hjärnans upprullning och neurovaskulär manipulation. Detta återspeglas av patienternas snabba kliniska återhämtning och den låga risken för permanenta neurologiska och sviter, representerar den viktigaste förbehållet konventionella skalle bas kirurgi. Denna kirurgi måste skräddarsys för varje specifikt fall, med tanke på dess funktioner och samband med omgivande neurala strukturer, mestadels baserat på preoperative neuroimaging. Avancerade MRI tekniker, såsom tractography, har sällan antagits i skalle bas kirurgi på grund av tekniska problem: långa och komplicerade processer för att generera tillförlitliga rekonstruktioner för införande i neuronavigation systemet.

Detta dokument syftar till att presentera protokollet som implementeras i institutionen och belyser det synergistiska samarbetet och lagarbetet mellan neurokirurger och neuroimaging-teamet (neurologer, neuroradiologer, neuropsykologer, fysiker och bioengineers) med det slutliga målet att välja optimal behandling för varje patient, förbättra de kirurgiska resultaten och fortsätta utvecklingen av personlig medicin inom detta område.

Introduction

Möjligheten att närma sig skallbasens mittlinje och paramedianska regioner genom en främre väg, anta näsfossae som naturliga håligheter, har en lång historia, som går tillbaka mer än ett sekel¹. Under de senaste 20 åren har visualisering och operativ teknik dock förbättrats tillräckligt för att utöka sin möjlighet att inkludera behandling av de mest komplexa tumörerna som meningiomas, ackordom, kondrosarkom och craniopharyngiomas^{1 på} grund av (1) införandet av endoskopet, vilket ger en panorama och detaljerad 2D / 3D-vy över dessa regioner till kirurgen, (2) Utveckling av intraoperativa neuronavigationssystem och 3) genomförande av särskilda kirurgiska instrument. Som noggrant visats av Kassam et al. och bekräftas av flera recensioner och meta-analyser, fördelarna med detta kirurgiska tillvägagångssätt representeras främst av dess chanser att resect utmanande skalle bas tumörer, undvika någon direkt hjärnan tillbakadragning eller nerv manipulation, vilket minskar risken för kirurgiska komplikationer och långsiktiga neurologiska och visuella och sviter^{2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12}.

För flera skalle bas och hypofysen-diencephalic tumörer, det idealiska kirurgiska målet har förändrats under de senaste åren från den mest omfattande tumör avlägsnande möjligt till säkrast avlägsnande med bevarandet av de neurologiska funktionerna för att bevara patientens livskvalitet³. Denna begränsning kan kompenseras av innovativa och effektiva adjuvansbehandlingar, såsom strålbehandling (anta massiva partiklar som proton- eller koljoner när så är lämpligt) och, för utvalda tumörer, genom kemoterapi som hämmare av BRAF/ MEK-vägen för craniopharyngiomas^13,14,15.

För att uppnå dessa mål är dock en noggrann preoperativ bedömning avgörande, för att skräddarsy den kirurgiska strategin till varje falls specifika funktion². I de flesta centra utförs MRI preoperative protokollet vanligtvis endast med standard strukturella sekvenser, som ger morfologiska karakterisering av lesion. Men med dessa tekniker är det inte alltid möjligt att bedöma tumörens anatomiska förhållande med angränsande strukturer tillförlitligt³. Dessutom kan varje patient presentera olika patologi-inducerad funktionella omorganisation profiler detekterbara endast med diffusion MRI tractography och funktionell MRI (fMRI), som kan användas för att ge vägledning både i kirurgi planering och i intraoperativa steg^16,17.

För närvarande är fMRI den vanligaste neuroimaging modalitet för kartläggning hjärnan funktionell aktivitet och anslutning, som vägledning för kirurgisk planering^18,19 och att förbättra patienternas resultat²⁰. Uppgiftsbaserad fMRI är valfri modalitet för att identifiera “vältaliga” hjärnregioner som är funktionellt involverade i specifika uppgiftsprestanda (t.ex. fingertryckning, telefonisk flyt), men är inte tillämplig för studier av skallbastumörer.

Diffusion MRI tractography tillåter in vivo och noninvasive återuppbyggnad av vit materia hjärnanslutningar samt hjärnnerv, undersöka hjärnan hodological struktur²¹. Olika systemografialgoritmer har utvecklats för att rekonstruera axonalvägar genom att länka vattenmolekylens diffusitetsprofiler, utvärderade inom varje hjärn voxel. Deterministisk tractography följer den dominerande diffusivitet riktningen, medan probabilistic tractography utvärderar möjliga vägar anslutning distribution. Dessutom kan olika modeller tillämpas för att utvärdera diffusivitet inom varje voxel, och det är möjligt att definiera två huvudkategorier: enfibermodeller, såsom diffusions tensormodellen, där en enda fiberorientering utvärderas, och multifibermodeller, såsom sfärisk dekonvolution, där flera korsningsfiberorienteringar rekonstrueras^22,23. Trots den metodologiska debatten om diffusion MRI tractography, dess nytta i neurokirurgiska arbetsflödet är för närvarande etablerad. Det är möjligt att utvärdera vit materia och avstånd till tumör, bevara specifika vit materia anslutningar. Dessutom kan diffusions tensor imaging (DTI) kartor, särskilt fraktionerad anisotropi (FA) och genomsnittlig diffusivitet (MD), tillämpas för att bedöma mikrostructural vit fråga förändringar relaterade till möjliga tumör infiltration och för longitudinell tarmkanalen övervakning. Alla dessa funktioner gör diffusion MRI tractography ett kraftfullt verktyg både för prekirurgisk planering och intraoperativt beslutsfattande genom neuronavigationssystem²⁴.

Tillämpningen av tractografi tekniker till skalle bas kirurgi har dock begränsats av behovet av specialiserad teknisk kunskap och tidskrävande arbete-up för att optimera diffusion MRI sekvens förvärv, analys protokoll, och införliva tractography resultat i neuronavigation system²⁵. Slutligen beror ytterligare begränsningar på de tekniska svårigheterna att utvidga dessa analyser från intraparenkymala till extra-parenchymal vit fråga strukturer, som hjärnskålen nerver. Faktum är att endast nyligen genomförda studier presenterade preliminära resultat som försöker integrera avancerad MRI och skalle baskirurgi^26,27,28.

Detta dokument presenterar ett protokoll för tvärvetenskaplig förvaltning av hypofysen-diencephalic och skalle bas tumörer med diffusion MRI tractography. Genomförandet av detta protokoll i institutionen berodde på samarbetet mellan neurokirurger, neuro-endokrinologer och neuroimaging-teamet (inklusive klinisk och bioinformatik expertis) för att erbjuda en effektiv integrerad multiaxiell strategi för dessa patienter.

I centrum har vi integrerat tvärvetenskapliga protokoll för hantering av patienter med skallbastumörer, för att ge den mest informativa beskrivningen som möjligt och för att skräddarsy och anpassa den kirurgiska planen. Vi visar att detta protokoll kan antas både i den kliniska och forskningsinställningen för alla patienter med en skalle bas tumör att vägleda behandlingsstrategin och att förbättra kunskapen om hjärnan modifieringar framkallas av dessa skador.

Protocol

Protokollet följer den lokala forskningskommitténs etiska normer och Helsingforsdeklarationen från 1964 och dess senare ändringar eller jämförbara etiska normer. 1. Urval av patienterna Anta följande införandekriterier: patienter äldre än 18 år, helt samarbetande, presenterar en tumör i skallbasen eller hypofysen-diencefalic regionen. Exkludera patienter med kontraindikation till MRT (dvs. pacemaker eller ferromagnetiskt material) eller presentera med framväxan…

Representative Results

En 55-årig kvinna presenteras med progressiva visuella underskott. Hennes sjukdomshistoria var omärkbar. På oftalmologiska utvärdering, bilaterala minskning av synskärpa (6/10 i det högra ögat och 8/10 i det vänstra ögat) avslöjades, och det datoriserade synfältet visade fullständig bitemporal hemianopia. Inga ytterligare underskott var uppenbart på neurologisk undersökning, men patienten rapporterade långlivade asteni och en ökning av hunger och törst sensation under de …

Discussion

Tillämpningen av det presenterade protokollet resulterade i en säker och effektiv behandling av en av de mest utmanande intrakraniell tumörer såsom en craniopharyngioma invadera 3^rd ventrikel, eventuellt öppna upp en ny horisont för en lesion som definierades av H. Cushing för ungefär ett sekel sedan som den mest förbryllande intrakraniell neoplasm¹. Kombinationen av noggrann preoperativ planering, integrering av avancerade MRI-tekniker och tvärvetenskapliga kliniska bedömnin…

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