Name: role of diffusion mri tractography in endoscopic endonasal skull base surgery
Uploaded: 2021-07-05T13:00:00
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神経放射線領域の放射線技師と看護師のスタッフ、IRCCS Istituto delle Scienze Neurologiche diボローニャ、コーディネーターのマリア・グラツィア・クレパルディ博士の協力に感謝します。

この議定書は、地方研究委員会の倫理基準に従い、1964年のヘルシンキ宣言とその後の改正または同等の倫理基準に従っています。
1. 患者の選択
<ol><li>以下の包含基準を採用する:18歳以上の患者、完全に協力し、頭蓋骨の腫瘍を提示する、または下垂体-脳症領域。</li>
	<li>MRIに禁忌(ペースメーカーまたは強磁性体)を有する患者、または創発的な臨床状態(すなわち、頭?...

提示されたプロトコルの適用は、3番目の心室に侵入する頭蓋内腫瘍のような最も困難な頭蓋内腫瘍の1つの安全かつ効果的な治療をもたらし、おそらく約1世紀前にH.クッシングによって最もバッフル性頭蓋内新生物として定義された病変の新しい地平線を開いた。正確な術前計画、高度なMRI技術の統合、および学際的な臨床評価の組み合わせは、最も適切な外科的回...

前経路を通って頭蓋骨の基幹正線およびパラメディアン領域に接近する可能性は、鼻窩を自然腔として採用し、1世紀以上前にさかのぼる長い歴史を有する。しかし、過去20年間で、視覚化と手術技術は、これらの領域のパノラマと詳細な2D / 3Dビューを外科医に与える内視鏡の(1)導入による髄膜腫、脊索腫、軟骨肉腫、および頭蓋咽頭腫などの最も複雑な腫瘍の治療を含む可能性を拡大するのに十分に改善されました。 (2)術中神経ナビゲーションシステムの開発、および(3)専用の手術器具の実装。Kassamらによって苦労して示され、複数のレビューとメタ分析によって確認されるように、この外科的アプローチの利点は、主に挑戦的な頭蓋骨ベース腫瘍を切除する機会によって表され、直接的な脳の引き込みや神経操作を避け、外科的合併症および長期的な神経学的および視覚的後遺のリスクを減少させる。 5、6、7、8、9、10、11、12。
複数の頭蓋骨ベースおよび下垂体- 脳症性腫瘍の場合、理想的な外科的目標は、患者の生活の質を維持するための神経機能の保存と神経機能の保存と可能な最も広範な腫瘍除去に過去数年間で変更されました3.この制限は、放射線療法(適切な場合には陽子または炭素イオンなどの巨大な粒子を採用する)などの革新的かつ効果的なアジュバント治療によって補償され得るとともに、選択された新生物に対しては、CRAF/MEK経路の阻害剤としての化学療法によって、CRAF/MEK経路をクラニオヒリンギオマース13,14,15に対して行う。
しかし、これらの目標を追求するためには、術前の注意深い評価が重要であり、各症例の特定の特徴2に合わせて外科戦略を調整する。ほとんどのセンターでは、MRI術前プロトコルは、通常、病変の形態学的特徴を提供する標準的な構造配列でのみ行われる。しかし、これらの技術を用いて、確実に隣接する構造を有する腫瘍の解剖学的関係を確実に評価することは必ずしも可能ではない。さらに、各患者は、拡散MRIトラクトグラフィーおよび機能MRI(fMRI)でのみ検出可能な異なる病理誘発機能再編成プロファイルを提示し得るが、これは手術計画及び術中ステップ16、17の両方で指導を提供するために使用することができる。
現在、fMRIは脳機能活性および接続性をマッピングするための最も一般的に使用される神経イメージングモダリティであり、外科計画18,19のガイダンスとして、患者の転帰を改善するためのガイダンスとして20。タスクベースのfMRIは、特定のタスクのパフォーマンス(例えば、指のタッピング、音素流流性)に機能的に関与する「雄弁な」脳領域を同定するための選択のモダリティであるが、頭蓋骨の基礎腫瘍の研究には適用されない。
拡散MRIトラクトグラフィーは、脳の脳の接続だけでなく、脳の脳の接続だけでなく、脳の脳の接続の生体内および非侵襲的な再構築を可能にし、脳のホドロジー構造21を調査する。各脳ボクセル内で評価される水分子拡散性プロファイルをリンクさせることによって軸索経路を再構築するために、異なるトラクトグラフィーアルゴリズムが開発されている。決定論的なトラクトグラフィーは支配的な拡散性方向に従い、確率的なトラクトグラフィーは可能な経路の結合分布を評価する。さらに、各ボクセル内の拡散率を評価するために異なるモデルを適用することができ、2つの主要なカテゴリを定義することができます:拡散テンソルモデルのような単一繊維モデル、単一繊維配向が評価される場合、および球状デコンボリューションなどの複数繊維モデル、いくつかの交差繊維配向が22、23を再構築する。拡散MRIの学問法についての方法論的議論にもかかわらず、脳神経外科ワークフローにおけるその有用性は現在確立されている。特定の白質の接続を維持し、腫瘍への白物質の割り当てと距離を評価することが可能です。さらに、拡散テンソルイメージング(DTI)マップ、特に分数異方性(FA)および平均拡散性(MD)は、腫瘍浸潤の可能性に関連する微細構造白質の変化を評価し、縦方向の眼道モニタリングのために適用することができる。これらすべての特徴は、拡散MRIのトラクトグラフィーを、神経ナビゲーションシステム24を通じた術前計画および術内意思決定の両方のための強力なツールにする。
しかしながら、カルトラグラフィー技術のスカルカルベース手術への応用は、専門的な技術的知識と、拡散MRI配列取得を最適化するための時間のかかる作業の必要性によって制限されており、分析プロトコル、及び神経ナビゲーションシステム25にトラクトグラフィー結果を組み込む。最後に、さらなる制限は、頭蓋神経として、これらの分析を内在性から接合白物質構造に拡張する技術的な困難によるものです。実際、最近の研究だけが高度なMRIと頭蓋骨ベース手術26、27、28を統合しようとする予備的な結果を提示した。
本論文は、拡散MRIの学問を用いた下垂体-脳症および頭蓋骨の基底腫瘍の学際的管理のためのプロトコルを提示する。このプロトコルの導入は、神経外科医、神経内分泌学者、および神経イメージングチーム(臨床およびバイオインフォマティクスの専門知識を含む)との連携から生じ、これらの患者に効果的な統合的な多軸アプローチを提供した。
センターでは、頭蓋骨の基部腫瘍を有する患者を管理し、可能な限り最も有益な説明を提供し、外科計画を調整し、パーソナライズするための学際的なプロトコルを統合しました。我々は、このプロトコルが治療戦略を導き、これらの病変によって誘発される脳修飾に関する知識を改善するために、頭蓋骨の基底腫瘍を有する患者の臨床および研究の両方に採用できることを示す。

<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

内視鏡内視鏡手術は、複雑な頭蓋骨の基底腫瘍の管理において顕著な役割を果たしている。これは、脳の引き込みおよび神経血管操作を回避し、鼻腔に代表される自然な解剖学的頭蓋外路を介して良性および悪性病変の大規模なグループの切除を可能にする。これは、患者の迅速な臨床回復と永久的な神経学的後遺症のリスクが低く、従来の頭蓋骨ベース手術の主な注意点を表す。この手術は、主に術前の神経イメージングに基づいて、周囲の神経構造との特徴と関係を考慮して、それぞれの特定のケースに合わせて調整する必要があります。トラクトグラフィーなどの高度なMRI技術は、神経ナビゲーションシステムに含まれる信頼性の高い再構築を生成するための長くて複雑なプロセスという技術的な問題のために、頭蓋骨ベース手術で採用されることはほとんどありませんでした。 
本論文は、この機関で実施されるプロトコルを提示し、神経外科医と神経イメージングチーム(神経科医、神経放射線科医、神経心理学者、物理学者、バイオエンジニア)との相乗的な協力とチームワークを強調し、各患者に最適な治療法を選択し、外科的結果を改善し、この分野における個別化医療の進歩を追求することを目的とする。

進歩的な視覚障害を呈した55歳の女性。彼女の病歴は目立たなかった。眼科評価では、視力の両側減少(右目6/10、左目8/10)が明らかにされ、コンピュータ化された視野は完全な二時間性ヘミアノピアを示した。神経学的検査ではそれ以上の赤字は明らかではなかったが、患者は過去2〜3ヶ月間に持続的な失血症と飢餓と渇きの感覚の増加を報告し、体重増加は4〜5kg、排?...

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Role of Diffusion MRI Tractography in Endoscopic Endonasal Skull Base Surgery

頭蓋骨基腫瘍の内視鏡的内視鏡手術に至る患者ワークアップに拡散MRIトラクトグラフィーを統合するプロトコルを提示する。術前および術中段階においてこれらの神経イメージング研究を採用するための方法について説明する。

内視鏡内視鏡頭蓋基外科における拡散MRIトラクトグラフィーの役割

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 ...

統合された神経イメージングと脳神経外科プロトコルを使用して、患者固有の腫瘍切除手術を調整するために相乗的なフレームワークで異なる専門知識をマージすることが可能です。MRIのトラクトグラフィーを用いて、白質管脱臼および腫瘍距離を可視化することができる。グリオーマ手術におけるその多様性は確立されており、薬剤耐性の焦点てんかんにも適用することができる。下垂体、脳症、頭蓋骨ベースの腫瘍の内視鏡内視鏡手術における高度な神経イメージング技術の統合は、外科的安全性の向上、合併症の軽減、患者の転帰および生活の質の向上に有効である。MRIトラクトグラフィーとタスクfMRIを組み合わせることで、手術後の脳構造および機能再編成のモニタリングが可能になります。また、臨床結果との相関は、臨床および研究の提案に有用である。内視鏡内視鏡手術と高度な神経イメージングの両方が長いトレーニング期間を必要とします。我々は、これらの技術が実施されている学術第三次紹介センターでのオブザーバーシップまたはフェローシップを提案する。目に見えるデモンストレーションを通して、まだ標準化されていないこの方法の手順を作成し、異なる専門知識を統合する方法を明確にすることができます。標準化されたマルチモーダルMRIプロトコル高磁場スキャナを使用して、T1加重プレガドリニウムおよびポストガドリニウム造影剤投与およびFLAIR T2重み付け画像を使用して、高解像度および体積解剖学的配列を取得します。連続的な矢状スライスを取得し、シーケンスあたり約5分の走査時間を1立方ミリメートルずつ1立方ミリメートルずつ等方性分解能を提供します。高分解能T2重み付けシーケンスを取得し、脳神経の視覚化のために、体積的建設的な干渉と0.5 x 0.5 x 0.5立方ミリメートルの定常ボクセル次元と約9分のスキャン時間で腫瘍領域を局所化します。シングルショットエコー平面画像、2×2×2立方ミリメートルボクセル次元、2,000秒/平方ミリメートルB値の64磁性勾配方向、98ミリ秒エコー時間、4,300ミリ秒の緩和時間を使用して、拡散加重シーケンスを取得します。位相符号化方向を前部後方に設定し、スキャン時間を5分に設定して、拡散加重取得の開始時にヌルB値を持つ5つのボリュームを取得します。次に、ヌルB値を持つ3つのボリュームを取得するが、逆の後方相のエンコード方向を取得し、エコー平面画像取得および42秒の走査時間に起因する任意の画像歪みを修正する。連続近傍軸スライスが取得されます。腫瘍のセグメンテーションのために、ITK-SNAPソフトウェアに画像をロードし、t1の腫瘍を検査します。ニイ、フレア。ニイ、そしてt1_contrast。nii画像。次に、病変を描画するときに従う解剖面を選択します。セグメント化された腫瘍の管法分析では、fsl-dtifit関数を実行して、異なる空間方向の拡散性をモデル化し、fa. nii, md を取得します。ii、およびv1。nii拡散テンソルマップ。拡散テンソルイメージングマップを評価して、腫瘍浮腫または浸潤の存在下で発生する異常な拡散性値を評価し、seed_imageを選択し、シードターゲットアプローチを採用するための事前解剖学的知識に基づくオプションを含めます。次に、対象の領域を手動で描画し、トラクトグラフィーのシードまたはターゲットを設定します。拡散テンソルイメージングパラメータの正確な説明を得る場合は、ラプラシアンオペレータプロパティを使用してサーフェストラクトジオメトリをモデル化するMATLABベースのアルゴリズムなどの長いトラクトアルゴリズムを使用します。3D ボリューム レンダリングを視覚化するには、Surf Ice ソフトウェアで[ファイル]をクリックし、コマンド パネルで開き、obj ファイルを選択します。手順をスケジュールする前に、体重増加、飢餓の感覚、24時間ごとに直腸温度の継続的な監視、および24時間睡眠/覚醒サイクル記録に関する分析情報のコレクションを使用して神経学的身体検査を行います。腫瘍のセグメンテーションの結果と機能的雄弁な神経構造との関係に基づいて、最も適切な外科的アプローチを決定するために、共同チームミーティングで手術のための患者立候補について議論する。神経構造への傷害のリスクが最も少ない外科廊下を選択した後、各症例の安全な切除領域を定義し、永久的な損傷を避けるために切除を逮捕しなければならない重要な神経構造を局在化する。次に、最も関連性の高いMRI配列をマージし、経管造影を含む配列を手術段階神経ナビゲーションシステムにインポートします。手順を開始する前に、脳外科手術の電磁登録モダリティを選択します。患者に神経ナビゲーションシステムを登録し、無料の追跡技術または外部マーカーを採用し、達成された登録の精度を制御し、インポートされたMRI上の外部マーカーの位置を確認する。患者が準備ができたら、ゼロ度の内視鏡を使用して、ナソセプタルフラップを収穫する。次に、前部スフェノイ切切剖術と後部中隔切り術と民族排他切り切れ術を行い、中タービネートを可能な限り保存する。地下室と結核の骨を開きます。上層海綿状洞の凝固後、硬膜にH字型切開を行う。くも膜面で腫瘍を残し、腫瘍を中央からバルク解除する。周囲のジエンスファリック神経構造から腫瘍カプセルを取り除き、角度付き光学を使用して、腫瘍の残りの部分の外科的空洞を探索する。すべての腫瘍が除去されたら、硬膜置換の硬膜内頭蓋内層を使用して骨髄膜開閉を閉じる。その後、腹部脂肪で足場を置いた硬膜外頭蓋内層を置き、最終的に骨を取り、閉じ込めをナソセプタルフラップで覆います。この代表的な患者では、脳MRIは、視光性水槽を占有し、不規則な多嚢胞形態を有する第3心室に侵入する上頭蓋腫瘍を明らかにした。視経路学と両側視頭蓋神経は再構築されたが、脳骨と血管の界面内の感受性アーチファクトは、視神経に光キアズムを結ぶ繊維の完全な再構築を可能にしなかった。ピラミッド型拡散性プロファイルおよび長いトラクト拡散テンソル画像マップ統計の調査は、内部カプセルの右後肢のレベルにおける焦点FLAIR T2加重高強度の存在を示し、右側と比較して右平均拡散性尺度の5%の増加に対応した。内視鏡的内視鏡拡張移植経結核アプローチを用いて、腫瘍は嚢胞性成分の排出と併せて中央に脱増量された。その後、神経構造から徐々に切り離して切断面としてくも膜を採用することができた。手術終了時に、視床下部解剖の保存を伴う完全な腫瘍除去が達成された。骨デュラル欠損の修復は、その後、腹部脂肪およびナソセプタルフラップを使用して行われた。手術後3ヶ月後、残骸や再発のない完全な腫瘍除去が観察された。術前のワークアップでは、最も関連するステップは、正確な拡散重み付き配列の取得および腫瘍セグメンテーションである。手術中の重要なポイントは、神経構造の正確な同定です。この方法によって提供される神経構造の視覚化は、すべての頭蓋骨ベースの領域に採用することができ、他の多くの腫瘍に対する永久的な障害のリスクを減らすことができる。脳神経と神経経路の学道再建は、腫瘍と構造の関係を理解しやすくし、患者の症状に革新的な結果予測を提供する可能性がある。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

超音波血液脳関門の破壊とマンガン増強MRIを用いた脳機能イメージングの試み

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

Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

ラット頸部脊髄の拡散イメージング

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

ニコチン誘導性カルシウムシグナリングおよび腹側海馬軸索に沿って神経伝達物質放出のライブイメージング

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

Optogenetic Functional MRI

光遺伝学機能MRI

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

軸索分岐と神経形態形成中に形質膜配信の役割を定義するために組み合わせる方法論を活用

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

拡散テンソルイメージングとラクトを用いたヒト色素欠乏症における一次視覚経路で接続を測定します

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

内視鏡内視鏡下鼻内のトランス蝶アプローチ: 下垂体腺腫に対する低侵襲手術

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

低侵襲内視鏡性脳内出血

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

慢性脊髄圧迫における拡散テンソル磁気共鳴画像

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

手のグリップの欠陥から回復する個人のリハビリテーションを評価する新しいMRI互換手誘導ロボット装置と連動した機能MRI

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