Rol van diffusie MRI-tractografie in endoscopische endonasale schedelbasischirurgie

Summary

We presenteren een protocol om diffusie MRI-tractografie te integreren in de work-up van de patiënt tot endoscopische endonasale chirurgie voor een schedelbasistumor. De methoden voor het toepassen van deze neuroimaging studies in de pre- en intra-operatieve fase worden beschreven.

Abstract

Endoscopische endonasale chirurgie heeft een prominente rol gekregen in het beheer van complexe schedelbasistumoren. Het maakt de resectie van een grote groep goedaardige en kwaadaardige laesies mogelijk via een natuurlijke anatomische extra-craniale route, vertegenwoordigd door de neusholten, waardoor terugtrekking van de hersenen en neurovasculaire manipulatie worden vermeden. Dit wordt weerspiegeld door het snelle klinische herstel van de patiënten en het lage risico op permanente neurologische gevolgen, wat het belangrijkste voorbehoud is van conventionele schedelbasischirurgie. Deze operatie moet worden afgestemd op elk specifiek geval, rekening houdend met de kenmerken en relatie met omliggende neurale structuren, meestal gebaseerd op preoperatieve neuroimaging. Geavanceerde MRI-technieken, zoals tractografie, zijn zelden toegepast in schedelbasischirurgie vanwege technische problemen: langdurige en gecompliceerde processen om betrouwbare reconstructies te genereren voor opname in het neuronavigatiesysteem.

Dit artikel is bedoeld om het protocol te presenteren dat in de instelling is geïmplementeerd en benadrukt de synergetische samenwerking en teamwork tussen neurochirurgen en het neuroimaging-team (neurologen, neuroradiologen, neuropsychologen, fysici en bio-ingenieurs) met het uiteindelijke doel om de optimale behandeling voor elke patiënt te selecteren, de chirurgische resultaten te verbeteren en de vooruitgang van gepersonaliseerde geneeskunde op dit gebied na te streven.

Introduction

De mogelijkheid om de middellijn van de schedelbasis en paramediane regio’s te benaderen via een voorste route, waarbij de nasale fossae als natuurlijke holtes worden aangenomen, heeft een lange geschiedenis, die meer dan een eeuw teruggaat¹. In de afgelopen 20 jaar zijn de visualisatie- en operatieve technologieën echter voldoende verbeterd om hun mogelijkheid uit te breiden om de behandeling van de meest complexe tumoren zoals meningeomen, chordomas, chondrosarcomen en craniofaryngiomen¹ uit te breiden vanwege de (1) introductie van de endoscoop, die een panoramisch en gedetailleerd 2D / 3D-beeld van deze regio’s aan de chirurg geeft, (2) de ontwikkeling van intraoperatieve neuronavigatiesystemen en (3) de implementatie van speciale chirurgische instrumenten. Zoals zorgvuldig aangetoond door Kassam et al. en bevestigd door meerdere beoordelingen en meta-analyses, worden de voordelen van deze chirurgische aanpak voornamelijk weergegeven door de kansen om uitdagende schedelbasistumoren te reseceren, waardoor directe terugtrekking van de hersenen of zenuwmanipulatie wordt vermeden, waardoor het risico op chirurgische complicaties en neurologische en visuele gevolgen op lange termijn wordt verminderd^{2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12.}

Voor meerdere schedelbasis- en hypofyse-diecefale tumoren is het ideale chirurgische doel de afgelopen jaren veranderd van de meest uitgebreide tumorverwijdering mogelijk naar de veiligste verwijdering met behoud van de neurologische functies om de kwaliteit van leven van de patiënt te behouden³. Deze beperking kan worden gecompenseerd door innovatieve en effectieve adjuvante behandelingen, zoals bestralingstherapie (waarbij indien nodig massieve deeltjes zoals proton- of koolstofionen worden gebruikt) en, voor geselecteerde neoplasmata, door chemotherapie als remmers van de BRAF / MEK-route voor de craniofaryngiomen^13,14,15.

Om deze doelen na te streven, is een zorgvuldige preoperatieve beoordeling echter cruciaal, om de chirurgische strategie af te stemmen op het specifieke kenmerk van elk geval². In de meeste centra wordt het MRI-preoperatieve protocol meestal alleen uitgevoerd met standaard structurele sequenties, die de morfologische karakterisering van de laesie bieden. Met deze technieken is het echter niet altijd mogelijk om de anatomische relatie van de tumor met aangrenzende structuren betrouwbaar te beoordelen³. Bovendien kan elke patiënt verschillende pathologie-geïnduceerde functionele reorganisatieprofielen presenteren die alleen detecteerbaar zijn met diffusie MRI-tractografie en functionele MRI (fMRI), die kunnen worden gebruikt om begeleiding te bieden, zowel bij de operatieplanning als bij de intraoperatieve stappen^16,17.

Momenteel is fMRI de meest gebruikte neuroimaging-modaliteit voor het in kaart brengen van functionele hersenactiviteit en connectiviteit, als leidraad voor chirurgische planning^18,19 en om de uitkomst van de patiënten te verbeteren²⁰. Taakgebaseerde fMRI is de modaliteit bij uitstek om “welsprekende” hersengebieden te identificeren die functioneel betrokken zijn bij specifieke taakuitvoeringen (bijv. Vingertikken, fonemische vloeiendheid), maar is niet van toepassing op de studie van schedelbasistumoren.

Diffusie MRI-tractografie maakt in vivo en niet-invasieve reconstructie van witte stof hersenverbindingen en hersenzenuwen mogelijk, waarbij de hodologische structuur van de hersenen wordt onderzocht²¹. Verschillende tractografie-algoritmen zijn ontwikkeld om axonale routes te reconstrueren door diffusiviteitsprofielen van watermoleculen te koppelen, geëvalueerd binnen elke hersenvoxel. Deterministische tractografie volgt de dominante diffusiviteitsrichting, terwijl probabilistische tractografie de connectiviteitsverdeling van mogelijke pathways evalueert. Bovendien kunnen verschillende modellen worden toegepast om de diffusiviteit binnen elke voxel te evalueren, en het is mogelijk om twee hoofdcategorieën te definiëren: modellen met één vezel, zoals het diffusietensormodel, waarbij een enkele vezeloriëntatie wordt geëvalueerd, en modellen met meerdere vezels, zoals bolvormige deconvolutie, waarbij verschillende kruisingsvezeloriëntaties worden gereconstrueerd^22,23. Ondanks het methodologische debat over diffusie MRI-tractografie, is het nut ervan in de neurochirurgische workflow momenteel vastgesteld. Het is mogelijk om de dislocatie van het wittestofkanaal en de afstand tot de tumor te evalueren, met behoud van specifieke wittestofverbindingen. Bovendien kunnen diffusietensorbeeldvorming (DTI) -kaarten, met name fractionele anisotropie (FA) en gemiddelde diffusiviteit (MD), worden toegepast om microstructurele witte stofveranderingen te beoordelen die verband houden met mogelijke tumorinfiltratie en voor longitudinale tractusmonitoring. Al deze kenmerken maken diffusie MRI-tractografie een krachtig hulpmiddel voor zowel pre-chirurgische planning als intra-operatieve besluitvorming door middel van neuronavigatiesystemen²⁴.

De toepassing van tractografietechnieken op schedelbasischirurgie is echter beperkt door de behoefte aan gespecialiseerde technische kennis en het tijdrovende werk om diffusie MRI-sequentie-acquisitie, analyseprotocol en opname van tractografieresultaten in neuronavigatiesystemen te optimaliseren²⁵. Ten slotte zijn verdere beperkingen te wijten aan de technische moeilijkheden om deze analyses uit te breiden van intraparenchymale naar extra-parenchymale witte stofstructuren, als hersenzenuwen. Inderdaad, alleen recente studies presenteerden voorlopige resultaten die probeerden geavanceerde MRI- en schedelbasischirurgie te integreren^26,27,28.

Het huidige artikel presenteert een protocol voor de multidisciplinaire behandeling van hypofyse-diencephalische en schedelbasistumoren met behulp van diffusie MRI-tractografie. De implementatie van dit protocol in de instelling is het resultaat van de samenwerking tussen neurochirurgen, neuro-endocrinologen en het neuroimaging team (inclusief klinische en bioinformatica expertise) om een effectieve geïntegreerde multi-axiale benadering van deze patiënten te bieden.

In het centrum hebben we multidisciplinaire protocollen geïntegreerd voor het beheer van patiënten met schedelbasistumoren, om een zo informatief mogelijke beschrijving te geven en om het chirurgische plan aan te passen en te personaliseren. We laten zien dat dit protocol zowel in de klinische als in de onderzoekssetting kan worden toegepast voor elke patiënt met een schedelbasistumor om de behandelingsstrategie te begeleiden en de kennis over de hersenmodificaties veroorzaakt door deze laesies te verbeteren.

Protocol

Het protocol volgt de ethische normen van het Local Research Committee en met de verklaring van Helsinki van 1964 en de latere wijzigingen of vergelijkbare ethische normen. 1. Selectie van de patiënten Hanteer de volgende inclusiecriteria: patiënten ouder dan 18 jaar, volledig meewerkend, met een tumor van de schedelbasis of hypofyse-diencephalisch gebied. Patiënten uitsluiten met contra-indicatie voor MRI (d.w.z. een pacemaker of ferromagnetisch materiaal) of die zich p…

Representative Results

Een 55-jarige vrouw presenteerde zich met progressieve visuele tekorten. Haar medische voorgeschiedenis was onopvallend. Bij oogheelkundige evaluatie werd bilaterale vermindering van de gezichtsscherpte (6/10 in het rechteroog en 8/10 in het linkeroog) onthuld en het gecomputeriseerde gezichtsveld vertoonde volledige bitemporale hemianopie. Er waren geen verdere tekorten zichtbaar bij neurologisch onderzoek, maar de patiënt meldde aanhoudende asthenie en een toename van honger- en dorstg…

Discussion

De toepassing van het gepresenteerde protocol resulteerde in een veilige en effectieve behandeling van een van de meest uitdagende intracraniale tumoren, zoals een craniofaryngioom dat de^3e ventrikel binnendringt, mogelijk een nieuwe horizon openen voor een laesie die ongeveer een eeuw geleden door H. Cushing werd gedefinieerd als het meest verbijsterende intracraniale neoplasma¹. De combinatie van nauwkeurige preoperatieve planning, integratie van geavanceerde MRI-technieken en multidi…

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