Name: role of diffusion mri tractography in endoscopic endonasal skull base surgery
Uploaded: 2021-07-05T13:00:00
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我们要感谢神经放射学区的放射学技术人员和护士工作人员，伊斯兰神学院科学神经学协调员玛丽亚·格拉齐亚·克雷帕尔迪博士的合作。

该议定书遵循地方研究委员会的道德标准，并遵循1964年赫尔辛基宣言及其后来的修正案或可比的道德标准。
1. 患者选择
<ol><li>采用以下包容标准：18岁以上的患者，完全合作，呈现颅骨基的肿瘤，或垂体-脑部区域。</li>
	<li>排除患有MRI（即心脏起搏器或铁磁材料）或出现紧急临床条件（即颅内高血压、需要立即手术的急性视力丧失）或孕妇、精神病患者或明确拒绝参加本协...

提交协议的应用导致安全有效地治疗最具挑战性的颅内肿瘤之一，如颅内咽血管瘤侵入第3心室，可能为病变开辟了一个新的视野，大约一个世纪前，H.Cushing将这种病变定义为最令人费解的颅内肿瘤1。准确的术前规划，集成先进的MRI技术和多学科临床评估相结合，使我们能够定制手术策略，确定最合适的手术走廊，并尽量减少神经结构损伤的风险2，49，50，5...

通过前路线接近头骨基中线和准中游区域的可能性，采用鼻孔作为自然腔，有着悠久的历史，可以追溯到一个多世纪1。然而，在过去20年中，可视化和操作技术已经改善到足以扩大其可能性，包括治疗最复杂的肿瘤，如脑膜瘤，和弦瘤，软骨瘤和颅脑血管瘤1由于（1）引入内窥镜，这给外科医生提供了这些区域的全景和详细的2D/3D视图， （2）开发术中神经导航系统，（3）实施专用手术器械。正如Kassam等人精心证明的，并经多次审查和荟面分析证实，这种手术方法的优势主要表现在它有机会恢复具有挑战性的头骨基础肿瘤，避免任何直接的脑缩回或神经操纵，从而减少手术并发症和长期神经和视觉后遗症的风险2，3，4， 5，6，7，8，9，10，11，12。
对于多个头骨基础和垂体脑肿瘤，理想的手术目标在过去几年中已经从最广泛的肿瘤切除可能转移到最安全的切除与保存神经功能，以保持患者的生活质量3。这种限制可以通过创新和有效的辅助治疗来弥补，例如放射治疗（酌情采用质子或碳离子等大量颗粒），而对于选定的肿瘤，化疗作为颅脑血管瘤13、14、15的BRAF/MEK通路的抑制剂。
然而，为了追求这些目标，仔细的术前评估是至关重要的，以调整手术策略，以适应每个病例的具体特点2。在大多数中心，MRI 术前协议通常只使用标准结构序列执行，从而提供病变的形态特征。然而，有了这些技术，并不总是能够评估肿瘤的解剖关系与相邻结构可靠3。此外，每个患者可能呈现不同的病理学诱导功能重组配置文件，只能通过扩散MRI轨迹学和功能性MRI（fMRI）检测，可用于在手术规划和术中步骤16，17中提供指导。
目前，fMRI是最常用的神经成像方式，用于映射大脑功能活动和连通性，作为手术规划18，19和改善患者结果的指导20。基于任务的 fMRI 是识别功能上涉及特定任务性能（例如手指敲击、语音流利度）的"雄辩"大脑区域的选择方式，但不适用于头骨基础肿瘤的研究。
扩散MRI图允许在体内和非侵入性重建白质大脑连接以及颅神经，调查大脑的造影结构21。开发了不同的拉片算法，通过连接水分子扩散剖面来重建轴向通路，在每个大脑息音中进行评估。确定性传导遵循主要的扩散方向，而概率传导学则评估可能的路径的连通性分布。此外，不同的模型可以应用于评估每个 voxel 中的扩散性，并可以定义两个主要类别：单光纤模型，如扩散张力模型，其中单个光纤方向进行评估，以及多纤维模型，如球形解构，其中重建了多个交叉光纤方向22，23。尽管关于扩散MRI传道学的方法论争论不休，但其在神经外科工作流中的效用目前已经确立。可以评估白质道错位和与肿瘤的距离，保留特定的白质连接。此外，扩散张力成像 （DTI） 地图，特别是部分异位性 （FA） 和平均扩散性 （MD）， 可用于评估与可能的肿瘤渗透和纵向通道监测相关的微结构白质变化。所有这些功能使扩散MRI传道学成为通过神经导航系统24进行手术前规划和术中决策的有力工具。
然而，由于需要专业知识和耗时的工作来优化扩散MRI序列采集、分析方案以及将传道学结果纳入神经导航系统25，地貌学技术在颅骨基础手术中的应用受到了限制。最后，由于技术困难，这些分析从内侧白质结构扩展到颅神经的超白质结构。事实上，只有最近的研究提出了初步结果，试图整合先进的MRI和头骨基础手术26，27，28。
本文提出了利用扩散MRI造影术对脑垂体和颅底肿瘤进行多学科管理的协议。该方案在该机构的实施源于神经外科医生、神经内分泌学家和神经成像团队（包括临床和生物信息学专业知识）之间的协作，为这些患者提供有效的综合多轴向方法。
在该中心，我们集成了多学科协议，以管理头骨基础肿瘤患者，提供最翔实的描述可能，并定制和个性化的手术计划。我们表明，这个协议可以采取临床和研究设置的任何病人与头骨基础肿瘤，以指导治疗策略，并提高对这些病变引起的大脑修饰的知识。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>BRAF V600E-specific clone VE1</td>
			<td>Ventana</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dural Substitute</td>
			<td>Biodesign, Cook Medical</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endoscope</td>
			<td>Karl Storz, 4mm in diameter, 18 cm in length, Hopkins II &#8211; Karl Storz Endoscopy</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Immunohistochemical staining instrument&#160;</td>
			<td>Ventana Benchmark, Ventana Medical Systems</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRI</td>
			<td>3T Magnetom Skyra, Siemens Health Care</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neuronavigator</td>
			<td>Stealth Station S8 Surgical Navigation System, MEDTRONIC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

role of diffusion mri tractography in endoscopic endonasal skull base surgery

内窥镜内窥镜手术在复杂颅底肿瘤的管理中占有突出地位。它允许通过以鼻腔为代表的自然解剖外颅通路切除一大群良性和恶性病变，避免大脑缩回和神经血管操纵。这反映在患者的快速临床恢复和永久性神经后遗症的低风险，代表传统的头骨基础手术的主要警告。手术必须针对每个特定病例进行定制，考虑其特征和与周围神经结构的关系，主要基于术前神经成像。由于技术问题，在颅骨基础手术中很少采用先进的MRI技术，例如颅骨学技术：冗长而复杂的过程，以产生可靠的重建，以便纳入神经导航系统。 
本文旨在介绍在该机构实施的协议，并突出神经外科医生和神经成像团队（神经学家、神经放射学家、神经心理学家、物理学家和生物工程师）之间的协同协作和团队合作，最终目标是为每位患者选择最佳治疗方案，提高手术效果，并推动该领域的个性化医学发展。

一名55岁的妇女出现渐进性视力缺陷。她的病史不起眼。在眼科评估方面，双边视力下降（右眼6/10，左眼8/10）被揭示出来，计算机化的视野显示出完全的咬合性视界。神经检查没有明显的进一步缺陷，但患者报告，在过去2-3个月中，持续性缺食和饥饿和口渴感增加，体重增加4-5公斤，夜间经常醒来，需要小便。在内分泌学评估中，揭示了中央皮质炎和糖尿病皮质。患者接...

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Role of Diffusion MRI Tractography in Endoscopic Endonasal Skull Base Surgery

我们提出了一个协议，将扩散MRI切除术整合到患者工作，为头骨基础肿瘤进行内窥镜内膜手术。介绍了在术前和术中阶段采用这些神经成像研究的方法。

扩散MRI造影术在内窥镜内窥镜颅骨基础外科中的作用

Endoscopic endonasal surgery has gained a prominent role in the management of complex skull base tumors. It allows the resection of a large group of ...

使用集成的神经成像和神经外科协议，可以将协同框架中的不同专业知识合并在一起，以定制患者特定的肿瘤切除手术。使用MRI切图，可以可视化白质道错位和肿瘤距离。其在胶质瘤手术中的多功能性已经确立，也可用于耐药焦点癫痫。先进的神经成像技术在脑垂体、脑垂体和颅骨肿瘤内窥镜内窥镜手术中集成，可有效提高手术安全性，减少并发症，提高患者结果和生活质量。MRI造影与任务fMRI相结合，允许在手术后监测大脑结构和功能重组。此外，与临床结果的相关性对临床和研究建议也很有用。内窥镜内窥镜手术和高级神经成像都需要很长的训练时间。我们建议在实施这些技术的学术高等教育转介中心提供观察员或奖学金。通过可见的演示，可以制定出尚未标准化的方法的步骤，并澄清如何整合不同的专业知识。使用标准化的多式联运 MRI 协议高场扫描仪，使用 T1 加权前和后加权对比剂管理和 FLAIR T2 加权成像获得高分辨率和体积解剖序列。获得连续的下垂切片，提供一个接一个的等热带分辨率，每个序列扫描时间约为五分钟。获得高分辨率T2加权序列，将肿瘤区域定位为颅神经可视化，体积建设性干扰和稳定状态的词汇量尺寸为0.5×0.5×0.5立方毫米，扫描时间约9分钟。使用单射回波平面图像获取扩散加权序列，即二乘二乘二立方毫米的 voxel 尺寸、64 个磁梯度方向，每平方毫米 B 值 2，000 秒、98 毫秒回波时间和 4，300 毫秒的放松时间。在扩散加权收购开始时获得五卷，其相位编码方向设置为前后，扫描时间为五分钟。然后获得三卷，具有空 B 值，但反转后前相编码方向，以纠正由于回声平面图像采集和扫描时间为 42 秒而导致的任何成像失真。将获取连续的近轴切片。对于肿瘤的分割，将图像加载到 ITK-SNAP 软件中，并在 t1 中检查肿瘤。尼， 天赋尼， 还有t1_contrast尼图像。然后选择解剖平面跟随时绘制病变。对于分割肿瘤的导管分析，运行 fsl-dtifit 功能，以模拟不同空间方向的扩散性，并获取 fa. nii， md。ii 和 v1。尼扩散张张图。评估扩散张力成像地图，以评估肿瘤水肿或渗透时可能发生的任何异常扩散值，并选择seed_image并包括基于先验解剖知识的选项，以采用种子目标方法。然后手动绘制感兴趣的区域，为绘图设置种子或目标。要准确描述扩散张力成像参数，请使用长路算法，如基于 MATLAB 的算法，该算法根据 Laplacian 操作员属性对表面区域几何形状进行建模。要可视化 3D 卷渲染，请在"冲浪冰"软件中单击文件并在命令面板中打开并选择 obj 文件。在安排手术之前，进行神经物理检查，收集有关体重增加、饥饿感、每两分钟持续监测一次直肠温度、24小时睡眠/觉醒周期记录等麻醉信息。根据肿瘤分割的结果和与功能雄辩的神经结构的关系，在合议小组会议上讨论患者手术候选资格，以确定最合适的手术方法。在选择对神经结构伤害风险最小的手术走廊后，确定每个病例的安全剖析区域，定位关键神经结构，根据该结构，必须逮捕伤口的接近处，以避免永久性损伤。然后将最相关的 MRI 序列合并，并将序列（包括路志重建）导入手术阶段神经导航系统。手术开始前，选择脑外科电磁登记方式。对患者进行神经导航系统登记，采用免费跟踪技术或外部标记，控制已实现的注册的准确性，检查外部标记在输入MRI上的位置。当患者准备好时，使用零度内窥镜采集鼻腔皮瓣。接下来，进行前孢子切除术和后隔膜切除术和子宫切除术，尽可能保留中间的姜黄素。打开地窖和块状骨骼。凝固上位的鼻窦后，在杜拉层中形成H形切口。将肿瘤由阿拉奇诺伊达尔平面离开，然后集中去散装肿瘤。从周围的脑神经结构中取出肿瘤胶囊，并使用倾斜光学来探索任何剩余肿瘤的手术腔。当所有的肿瘤都被切除后，使用颅内杜拉尔替代层来关闭骨脑开口。然后放置一层颅外代用品，用腹部脂肪覆盖，最终用鼻皮瓣盖住结膜。在这个有代表性的患者中，脑磁共振成像显示一个超囊性肿瘤占据光细胞蓄水池，并侵入第三个心室，形成不规则的多囊形态。光学通路传道图和双边视颅神经被重建，但脑骨和血管界面内的易感性伪影不允许连接视心与视神经的纤维进行完全重建。对金字塔带扩散剖面和长路扩散张力成像图的统计数据显示，与左侧相比，内部胶囊右后肢水平存在焦点FLIR T2加权超强，对应于右侧平均扩散度测量增加5%。使用内窥镜内膜延长移植转管的方法，肿瘤在囊性成分排出的同时集中去散。颅骨血管瘤随后能够逐渐脱离神经结构，采用阿拉奇诺伊德作为平面。手术结束时，通过保存下丘脑解剖学，完成了肿瘤切除。然后使用腹部脂肪和鼻皮瓣进行骨质疏松缺陷的修复。手术后三个月，观察到完全切除肿瘤，没有残留物或复发。在术前工作，最相关的步骤是：准确的扩散加权序列采集和肿瘤分割。在手术过程中，关键是准确识别神经结构。这种方法提供的神经结构的可视化可以用于所有基于头骨的区域，从而降低许多其他肿瘤永久残疾的风险。颅神经和神经通路的传道重建可以促进我们对肿瘤与结构之间关系的理解，为患者症状提供创新的结果预测器。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

使用超声波血脑屏障破坏和锰增强MRI的脑功能成像

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

科研

神经科学

Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

在大鼠颈脊髓弥散成像

Magnetic resonance imaging (MRI) is the state of the art approach for assessing the status of the spinal cord noninvasively, and can be used as a ...

Live Imaging of Nicotine Induced Calcium Signaling and Neurotransmitter Release Along Ventral Hippocampal Axons

尼古丁诱导的钙信号和神经递质的释放了沿着腹侧海马轴突实时成像

Sustained enhancement of axonal signaling and increased neurotransmitter release by the activation of pre-synaptic nicotinic acetylcholine receptors ...

Optogenetic Functional MRI

光遗传学功能磁共振成像

The investigation of the functional connectivity of precise neural circuits across the entire intact brain can be achieved through optogenetic functional ...

Utilizing Combined Methodologies to Define the Role of Plasma Membrane Delivery During Axon Branching and Neuronal Morphogenesis

采用组合运用各种方法，定义质膜交付在轴突分支和神经元形态发生中的作用

During neural development, growing axons extend to multiple synaptic partners by elaborating axonal branches. Axon branching is promoted by extracellular ...

Measuring Connectivity in the Primary Visual Pathway in Human Albinism Using Diffusion Tensor Imaging and Tractography

在人类白化病的初级视途径弥散张量成像和测量束成像连通

In albinism, the number of ipsilaterally projecting retinal ganglion cells (RGCs) is significantly reduced. The retina and optic chiasm have been proposed ...

Endoscopic Endonasal Trans-sphenoidal Approach: Minimally Invasive Surgery for Pituitary Adenomas

内镜下鼻跨蝶入路: 垂体腺瘤的微创手术

Endoscopic endonasal trans-sphenoidal surgery has become the gold standard for the surgical treatment of pituitary adenomas and many other pituitary ...

Minimally Invasive Endoscopic Intracerebral Hemorrhage Evacuation

微创内窥镜内腹出血疏散

Intracerebral hemorrhage (ICH) is a subtype of stroke with high mortality and poor functional outcomes, largely because there are no evidence-based ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

扩散张量磁共振成像在慢性脊髓压迫中的应用

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic ...

Functional MRI in Conjunction with a Novel MRI-compatible Hand-induced Robotic Device to Evaluate Rehabilitation of Individuals Recovering from Hand Grip Deficits

功能 MRI 与新型 MRI 兼容手感应机器人设备结合，以评估从手柄缺陷中恢复的个人的康复情况

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a non-invasive magnetic resonance imaging technique that images brain activation in vivo, using endogenous ...