Name: role of diffusion mri tractography in endoscopic endonasal skull base surgery
Uploaded: 2021-07-05T13:00:00
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Nous tenons à remercier les techniciens en radiologie et le personnel infirmier de la zone de neuroradiologie, IRCCS Istituto delle Scienze Neurologiche di Bologna, et leur coordinatrice, la Dre Maria Grazia Crepaldi, pour leur collaboration.

Le protocole suit les normes éthiques du Comité local de recherche et la déclaration d’Helsinki de 1964 et ses amendements ultérieurs ou des normes éthiques comparables.
1. Sélection des patients
<ol><li>Adoptez les critères d’inclusion suivants: patients âgés de plus de 18 ans, collaborant pleinement, présentant une tumeur de la base du crâne ou une région hypophyso-difencéphale.</li>
	<li>Exclure les patients présentant une contre-indication à l’IRM (c.-à-d. un stimul...

L’application du protocole présenté a abouti à un traitement sûr et efficace de l’une des tumeurs intracrâniennes les plus difficiles telles qu’un craniopharyngiome envahissant le3ème ventricule, ouvrant peut-être un nouvel horizon pour une lésion définie par H. Cushing il y a environ un siècle comme le néoplasme intracrânien le plus déconcertant1. La combinaison d’une planification préopératoire précise, de l’intégration de techniques d’IRM avancées et d?...

La possibilité d’approcher la ligne médiane de base du crâne et les régions paramédiaines par une voie antérieure, en adoptant les fosses nasales comme cavités naturelles, a une longue histoire, remontant à plus d’un siècle1. Cependant, au cours des 20 dernières années, les technologies de visualisation et opératoires se sont suffisamment améliorées pour élargir leur possibilité d’inclure le traitement des tumeurs les plus complexes telles que les méningiomes, les chordomes, les chondrosarcomes et les craniopharyngiomes1 en raison de l’introduction (1) de l’endoscope, qui donne une vue panoramique et détaillée 2D / 3D de ces régions au chirurgien, (2) le développement de systèmes de neuronavigation peropératoires, et (3) la mise en œuvre d’instruments chirurgicaux dédiés. Comme l’ont minutieusement démontré Kassam et al. et confirmé par de multiples revues et méta-analyses, les avantages de cette approche chirurgicale sont principalement représentés par ses chances de réséquer les tumeurs de la base du crâne difficiles, en évitant toute rétraction cérébrale directe ou manipulation nerveuse, réduisant ainsi le risque de complications chirurgicales et de séquelles neurologiques et visuelles à long terme2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12.
Pour les tumeurs multiples de la base du crâne et de l’hypophyse-diféphale, l’objectif chirurgical idéal a changé au cours des dernières années, passant de l’ablation tumorale la plus étendue possible à l’ablation la plus sûre avec préservation des fonctions neurologiques pour préserver la qualité de vie du patient3. Cette limitation pourrait être compensée par des traitements adjuvants innovants et efficaces, tels que la radiothérapie (adoptant des particules massives telles que des protons ou des ions carbone le cas échéant) et, pour certains néoplasmes, par la chimiothérapie en tant qu’inhibiteurs de la voie BRAF/MEK pour les craniopharyngiomes13,14,15.
Cependant, pour poursuivre ces objectifs, une évaluation préopératoire minutieuse est cruciale, afin d’adapter la stratégie chirurgicale à la spécificité de chaque cas2. Dans la plupart des centres, le protocole préopératoire de l’IRM n’est généralement effectué qu’avec des séquences structurelles standard, qui fournissent la caractérisation morphologique de la lésion. Cependant, avec ces techniques, il n’est pas toujours possible d’évaluer de manière fiable la relation anatomique de la tumeur avec les structures adjacentes3. De plus, chaque patient peut présenter différents profils de réorganisation fonctionnelle induite par la pathologie détectables uniquement avec la tractographie par IRM de diffusion et l’IRM fonctionnelle (IRMf), qui peuvent être utilisées pour fournir des conseils à la fois dans la planification de la chirurgie et dans les étapes peropératoires16,17.
Actuellement, l’IRMf est la modalité de neuroimagerie la plus couramment utilisée pour cartographier l’activité fonctionnelle et la connectivité cérébrales, comme guide pour la planification chirurgicale18,19 et pour améliorer le résultat des patients20. L’IRMf basée sur les tâches est la modalité de choix pour identifier les régions cérébrales « éloquentes » qui sont fonctionnellement impliquées dans la performance de tâches spécifiques (par exemple, tapotement des doigts, fluidité phonémique), mais n’est pas applicable à l’étude des tumeurs de la base du crâne.
La tractographie par IRM de diffusion permet une reconstruction in vivo et non invasive des connexions cérébrales de la substance blanche ainsi que des nerfs crâniens, en étudiant la structure hodologique du cerveau21. Différents algorithmes de tractographie ont été développés pour reconstruire les voies axonales en reliant les profils de diffusivité des molécules d’eau, évalués dans chaque voxel cérébral. La tractographie déterministe suit la direction de diffusivité dominante, tandis que la tractographie probabiliste évalue la distribution de connectivité des voies possibles. En outre, différents modèles peuvent être appliqués pour évaluer la diffusivité au sein de chaque voxel, et il est possible de définir deux catégories principales: les modèles à fibre unique, tels que le modèle de tenseur de diffusion, où une seule orientation de fibre est évaluée, et les modèles à fibres multiples, tels que la déconvolution sphérique, où plusieurs orientations de fibres croisées sont reconstruites22,23. Malgré le débat méthodologique sur la tractographie par IRM de diffusion, son utilité dans le flux de travail neurochirurgical est actuellement établie. Il est possible d’évaluer la luxation du tractus de la substance blanche et la distance à la tumeur, en préservant les connexions spécifiques de la substance blanche. De plus, les cartes d’imagerie par tenseur de diffusion (DTI), en particulier l’anisotropie fractionnaire (FA) et la diffusivité moyenne (MD), peuvent être appliquées pour évaluer les altérations microstructurales de la substance blanche liées à une éventuelle infiltration tumorale et pour la surveillance longitudinale des voies. Toutes ces caractéristiques font de la tractographie irm par diffusion un outil puissant à la fois pour la planification pré-chirurgicale et la prise de décision peropératoire grâce aux systèmes de neuronavigation24.
Cependant, l’application des techniques de tractographie à la chirurgie de la base du crâne a été limitée par le besoin de connaissances techniques spécialisées et le travail fastidieux pour optimiser l’acquisition de séquences IRM de diffusion, le protocole d’analyse et l’intégration des résultats de la tractographie dans les systèmes de neuronavigation25. Enfin, d’autres limitations sont dues aux difficultés techniques qui étendent ces analyses des structures de la substance blanche intraparenchymateuses aux structures extra-parenchymateuses, comme les nerfs crâniens. En effet, seules des études récentes ont présenté des résultats préliminaires tentant d’intégrer l’IRM avancée et la chirurgie de la base du crâne26,27,28.
Le présent article présente un protocole pour la prise en charge multidisciplinaire des tumeurs hypophyso-diocéphales et de la base du crâne à l’aide de la tractographie par IRM de diffusion. La mise en œuvre de ce protocole dans l’établissement est le résultat de la collaboration entre neurochirurgiens, neuro-endocrinologues et l’équipe de neuroimagerie (y compris l’expertise clinique et bioinformatique) pour offrir une approche multiaxiale intégrée efficace à ces patients.
Dans le centre, nous avons intégré des protocoles multidisciplinaires pour la prise en charge des patients atteints de tumeurs de la base du crâne, afin de fournir la description la plus informative possible et d’adapter et de personnaliser le plan chirurgical. Nous montrons que ce protocole peut être adopté à la fois dans le cadre clinique et de recherche pour tout patient atteint d’une tumeur à base du crâne afin de guider la stratégie de traitement et d’améliorer les connaissances sur les modifications cérébrales induites par ces lésions.

<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

La chirurgie endonasale endoscopique a acquis un rôle de premier plan dans la gestion des tumeurs complexes de la base du crâne. Il permet la résection d’un grand groupe de lésions bénignes et malignes par une voie anatomique extra-crânienne naturelle, représentée par les cavités nasales, évitant la rétraction cérébrale et la manipulation neurovasculaire. Cela se reflète dans la récupération clinique rapide des patients et le faible risque de séquelles neurologiques permanentes, ce qui représente la principale mise en garde de la chirurgie conventionnelle de la base du crâne. Cette chirurgie doit être adaptée à chaque cas spécifique, en tenant compte de ses caractéristiques et de sa relation avec les structures neuronales environnantes, principalement basées sur la neuroimagerie préopératoire. Les techniques avancées d’IRM, telles que la tractographie, ont rarement été adoptées dans la chirurgie de la base du crâne en raison de problèmes techniques: des processus longs et compliqués pour générer des reconstructions fiables à inclure dans le système de neuronavigation. 
Cet article vise à présenter le protocole mis en œuvre dans l’établissement et met en évidence la collaboration synergique et le travail d’équipe entre les neurochirurgiens et l’équipe de neuroimagerie (neurologues, neuroradiologues, neuropsychologues, physiciens et bioingénieurs) dans le but final de sélectionner le traitement optimal pour chaque patient, d’améliorer les résultats chirurgicaux et de poursuivre l’avancement de la médecine personnalisée dans ce domaine.

Une femme de 55 ans présentait des déficits visuels progressifs. Ses antécédents médicaux n’étaient pas remarquables. Lors de l’évaluation ophtalmologique, une réduction bilatérale de l’acuité visuelle (6/10 dans l’œil droit et 8/10 dans l’œil gauche) a été révélée, et le champ visuel informatisé a montré une hémianopie bitemporale complète. Aucun autre déficit n’était évident à l’examen neurologique, mais le patient a signalé une asthénie persista...

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Role of Diffusion MRI Tractography in Endoscopic Endonasal Skull Base Surgery

Nous présentons un protocole pour intégrer la tractographie par IRM de diffusion dans le travail des patients jusqu’à la chirurgie endoscopique endonasale pour une tumeur à la base du crâne. Les méthodes d’adoption de ces études de neuroimagerie dans les phases pré- et per-opératoires sont décrites.

Rôle de la tractographie par IRM de diffusion dans la chirurgie endoscopique de la base du crâne endonasal

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 ...

En utilisant un protocole intégré de neuroimagerie et de neurochirurgie, il est possible de fusionner différentes expertises dans un cadre synergique pour adapter une chirurgie de résection tumorale spécifique au patient. En utilisant la tractographie IRM, il est possible de visualiser la luxation du tractus de la substance blanche et la distance tumorale. Sa polyvalence dans la chirurgie du gliome a été établie et peut également être appliquée dans l’épilepsie focale résistante aux médicaments.L’intégration de techniques avancées de neuroimagerie dans la chirurgie endoscopique endonasale pour les tumeurs hypophysaires, diféphales et crâniennes est efficace pour augmenter la sécurité chirurgicale, réduire les complications et améliorer les résultats et la qualité de vie des patients. La tractographie IRM combinée à l’IRMf de tâche permet le suivi de la réorganisation structurelle et fonctionnelle du cerveau après la chirurgie. En outre, la corrélation avec les résultats cliniques est utile pour les propositions cliniques et de recherche.La chirurgie endonasale endoscopique et la neuroimagerie avancée nécessitent une longue période de formation. Nous suggérons un poste d’observateur ou une bourse dans des centres universitaires de référence tertiaire dans lesquels ces techniques sont mises en œuvre. Grâce à une démonstration visible, il est possible de faire les étapes de cette méthode qui n’ont pas encore été standardisées et de clarifier comment intégrer différentes expertises.À l’aide d’un scanner à haut champ à protocole d’IRM multimodale standardisé, acquérez des séquences anatomiques volumétriques et à haute résolution à l’aide de l’administration d’agents de contraste pré et post-gadolinium pondérés en T1 et de l’imagerie pondérée en T2 FLAIR. Acquérir des tranches sagnitales continues offrant une résolution isotrope d’un millimètre cube par un temps de balayage d’environ cinq minutes par séquence. Acquérir une séquence pondérée en T2 haute résolution pour localiser la zone tumorale pour la visualisation du nerf crânien avec l’interférence constructive volumétrique et la dimension voxel à l’état d’équilibre de 0,5 par 0,5 par 0,5 millimètre cube et un temps de balayage d’environ neuf minutes.Acquérez des séquences pondérées par diffusion à l’aide d’images planaires d’écho à prise unique, d’une dimension voxel de deux par deux millimètres cubes, de 64 directions de gradient magnétique avec une valeur B de 2 000 secondes par millimètre carré, un temps d’écho de 98 millisecondes et un temps de relaxation de 4 300 millisecondes. Acquérir cinq volumes avec une valeur B nulle au début de l’acquisition pondérée par diffusion avec la direction de codage de phase définie sur antérieur-postérieur et un temps de balayage de cinq minutes. Ensuite, acquérez trois volumes avec une valeur B nulle, mais une direction de codage de phase postérieure-antérieure inversée pour corriger les distorsions d’imagerie dues à l’acquisition d’image planaire d’écho et un temps de balayage de 42 secondes.Des tranches continues près axiales seront acquises. Pour la segmentation de la tumeur, chargez les images dans le logiciel ITK-SNAP et inspectez la tumeur dans le t1. nii, flair.nii, et t1_contrast. nii images. Sélectionnez ensuite le plan anatomique à suivre lors du dessin de la lésion.Pour l’analyse tractographique de la tumeur segmentée, exécutez la fonction fsl-dtifit pour modéliser la diffusivité dans les différentes directions spatiales et obtenir le fa. nii, md. ii, et v1.cartes des tenseurs de diffusion nii. Évaluer les cartes d’imagerie du tenseur de diffusion pour évaluer toute valeur de diffusivité anormale pouvant survenir en présence d’œdème tumoral ou d’infiltration et sélectionner les seed_image et inclure des options basées sur des connaissances anatomiques a priori pour adopter une approche de cible de semence. Ensuite, dessinez manuellement les régions d’intérêt pour définir la graine ou la cible pour la tractographie.Pour une description précise des paramètres d’imagerie du tenseur de diffusion, utilisez un algorithme à long tractus tel que l’algorithme basé sur MATLAB qui modélise la géométrie du tractus de surface avec les propriétés de l’opérateur laplacien. Pour visualiser le rendu du volume 3D, dans le logiciel Surf Ice, cliquez sur fichier et ouvrez dans le panneau de commande et sélectionnez le fichier obj. Avant de planifier la procédure, effectuez un examen physique neurologique avec une collection d’informations anamnestiques sur la prise de poids, la sensation de faim, la surveillance continue de la température rectale toutes les deux minutes pendant 24 heures et un enregistrement du cycle veille / sommeil de 24 heures.Sur la base des résultats de la segmentation tumorale et de la relation avec les structures neuronales fonctionnelles éloquentes, discutez de la candidature du patient à la chirurgie lors d’une réunion d’équipe collégiale pour déterminer l’approche chirurgicale la plus appropriée. Après avoir sélectionné le couloir chirurgical présentant le risque le plus minime de blessure aux structures neuronales, définissez la zone de résection sûre pour chaque cas, en localisant la structure neuronale critique sous laquelle la proximité de la résection doit être arrêtée pour éviter des dommages permanents. Ensuite, fusionnez les séquences IRM les plus pertinentes et importez les séquences, y compris les reconstructions de tractographie, dans le système de neuronavigation de la phase opératoire.Avant de commencer la procédure, sélectionnez la modalité d’enregistrement électromagnétique de la chirurgie cérébrale. Enregistrez le système de navigation neurologique sur le patient, en adoptant une technique de suivi libre ou des marqueurs externes et contrôlez la précision de l’enregistrement obtenu, en vérifiant la position des marqueurs externes sur l’IRM importée. Lorsque le patient est prêt, utilisez un endoscope à zéro degré pour prélever le lambeau nasoséptal.Ensuite, effectuez une sphénoïdectomie antérieure et une septostomie postérieure et une ethmoïdectomie, en préservant autant que possible le cornet moyen. Ouvrez la cave et les os du tubercule. Après la coagulation du sinus intracaverneux supérieur, faites une incision en forme de H dans la couche de la dura.Laissez la tumeur par le plan arachnoïdien et détraitez centralement la tumeur. Retirez la capsule tumorale des structures neurales drioncéphales environnantes et utilisez une optique inclinée pour explorer la cavité chirurgicale à la recherche de tout morceau restant de tumeur. Lorsque toute la tumeur a été enlevée, utilisez une couche intradurale intracrânienne de substitut dural pour fermer l’ouverture ostéo-méningée.Ensuite, placez une couche intracrânienne extradurale de substitut dural échafaudée de graisse abdominale et éventuellement d’os et couvrez la fermeture avec le lambeau nasoséptal. Chez ce patient représentatif, l’IRM cérébrale a révélé une tumeur suprascellaire occupant la citerne optochiasmatique et envahissant le troisième ventricule avec une morphologie polykystique irrégulière. La tractographie de la voie optique et les nerfs crâniens optiques bilatéraux ont été reconstruits, mais les artefacts de susceptibilité dans l’interface entre les os du cerveau et les vaisseaux sanguins n’ont pas permis une reconstruction complète des fibres reliant le chiasme optique aux nerfs optiques.L’étude du profil de diffusivité du tractus pyramidal et les statistiques d’une carte d’imagerie du tenseur de diffusion du tractus long ont montré la présence d’une hyperintensité focale pondérée flair T2 au niveau du membre postérieur droit de la capsule interne, correspondant à une augmentation de 5% de la mesure de diffusivité moyenne droite par rapport au côté gauche. En utilisant une approche endoscopique de greffe étendue endonasale transtuberculum, la tumeur a été dé-bulkée centralement en conjonction avec le drainage de sa composante kystique. Le craniopharyngiome a ensuite pu être progressivement détaché des structures neurales pour adopter l’arachnoïde comme plan de clivage.À la fin de la chirurgie, l’ablation complète de la tumeur avec préservation de l’anatomie hypothalamique a été réalisée. La réparation du défaut ostéo-dural a ensuite été réalisée à l’aide de graisse abdominale et du lambeau nasoséptal. Trois mois après la chirurgie, une ablation complète de la tumeur sans reste ni récidive a été observée.Dans le bilan préopératoire, les étapes les plus pertinentes sont: une acquisition précise des séquences pondérées par diffusion et la segmentation tumorale. Pendant la chirurgie, le point clé est une identification précise des structures neuronales. La visualisation des structures neuronales fournie par cette méthode peut être adoptée pour toutes les régions du crâne, réduisant ainsi le risque d’incapacités permanentes pour de nombreuses autres tumeurs.La reconstruction tractographique des nerfs crâniens et des voies neurologiques peut faciliter notre compréhension de la relation entre les tumeurs et les structures, fournissant potentiellement un prédicteur de résultat innovant pour les symptômes des patients.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Utilisation de neuro-imagerie fonctionnelle par ultrasons rupture de la barrière hémato-encéphalique et le manganèse-IRM

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

Recherche

Neurosciences

Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

Diffusion d&#39;imagerie dans la moelle épinière cervicale Rat

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 ...

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Imagerie en direct de la nicotine induit la signalisation du calcium et de la libération de neurotransmetteurs long ventrales hippocampe axones

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

Optogenetic Functional MRI

L&#39;IRM fonctionnelle optogénétiques

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

Utilisant Méthodologies combinés pour définir le rôle du Plasma Membrane Livraison Pendant Axon Branching et Neuronal morphogénèse

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

Mesure de la connectivité dans la voie visuelle primaire en albinisme humaine Utilisation Diffusion Tensor Imaging and Tractography

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

Approche endoscopique Endonasal Trans-sphénoïdal : Chirurgie mini-Invasive pour les adénomes de l’hypophyse

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

Évacuation de l’hémorragie intracérébrale endoscopique mini-invasive

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

Diffusion tenseur imagerie par résonance magnétique dans la compression de la moelle épinière chronique

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

IRM fonctionnelle en conjonction avec un nouveau dispositif robotique induit par l'IRM pour évaluer la réadaptation des personnes qui se remettent d'un déficit de poignée de main

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