Name: role of diffusion mri tractography in endoscopic endonasal skull base surgery
Uploaded: 2021-07-05T13:00:00
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Agradecemos aos técnicos de radiologia e aos enfermeiros da Área de Neuroradiologia, IRCCS Istituto delle Scienze Neurologiche di Bologna, e sua Coordenadora Dra.

O protocolo segue os padrões éticos do Comitê local de Pesquisa e com a declaração de Helsinque de 1964 e suas alterações posteriores ou padrões éticos comparáveis.
1. Seleção dos pacientes
<ol><li>Adotar os seguintes critérios de inclusão: pacientes maiores de 18 anos, plenamente colaborando, apresentando um tumor da base craniana, ou região pituitária-diencephalic.</li>
	<li>Exclua pacientes com contraindicação à Ressonância Magnética (ou seja, marcapasso ou material f...

A aplicação do protocolo apresentado resultou em um tratamento seguro e eficaz de um dos tumores intracranianos mais desafiadores, como um craniofarngioma invadindo o ventrículo3, possivelmente abrindo um novo horizonte para uma lesão que foi definida por H. Cushing cerca de um século atrás como o neoplasma intracraniano mais desconcertante1. A combinação de planejamento pré-operatório preciso, integração de técnicas avançadas de ressonância magnética e avaliações clí...

A possibilidade de se aproximar da linha média do crânio e regiões paramedianas através de uma rota anterior, adotando o fossae nasal como cavidades naturais, tem uma longa história, datando de mais de um século1. No entanto, nos últimos 20 anos, a visualização e as tecnologias operacionais melhoraram o suficiente para expandir sua possibilidade de incluir o tratamento dos tumores mais complexos, como meningiomas, chordomas, condrosarcomas e craniopharyngiomas1 devido à (1) introdução do endoscópio, que dá uma visão panorâmica e detalhada 2D/3D dessas regiões ao cirurgião, (2) o desenvolvimento de sistemas de neuronavigação intraoperatória e (3) a implementação de instrumentos cirúrgicos dedicados. Como meticulosamente demonstrado por Kassam et al. e confirmado por múltiplas revisões e meta-análises, as vantagens dessa abordagem cirúrgica são representadas principalmente por suas chances de resseccionar tumores desafiadores da base craniana, evitando qualquer retração cerebral direta ou manipulação nervosa, reduzindo assim o risco de complicações cirúrgicas e sequelas neurológicas e visuais de longo prazo2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12.
Para múltiplas bases cranianas e tumores pituitário-diencephalic, o objetivo cirúrgico ideal mudou nos últimos anos desde a remoção mais extensa do tumor possível até a remoção mais segura com a preservação das funções neurológicas para preservar a qualidade de vida do paciente3. Essa limitação poderia ser compensada por tratamentos inovadores e eficazes, como a radioterapia (adotando partículas maciças como prótons ou íons de carbono quando apropriado) e, para neoplasias selecionadas, por quimioterapia como inibidores da via BRAF/MEK para o craniofarngiomas13,14,15.
No entanto, para perseguir essas metas, uma avaliação pré-operatória cuidadosa é crucial, para adequar a estratégia cirúrgica à característica específica de cada caso2. Na maioria dos centros, o protocolo pré-operatório de ressonância magnética geralmente é realizado apenas com sequências estruturais padrão, que proporcionam a caracterização morfológica da lesão. No entanto, com essas técnicas nem sempre é possível avaliar a relação anatômica do tumor com estruturas adjacentes de forma confiável3. Além disso, cada paciente pode apresentar diferentes perfis de reorganização funcional induzidos pela patologia detectáveis apenas com a trografia de ressonância magnética difusa e ressonância magnética funcional (RMF), que podem ser utilizados para fornecer orientação tanto no planejamento cirúrgico quanto nas etapas intraoperatórias16,17.
Atualmente, a ressonância magnética é a modalidade de neuroimagem mais utilizada para mapeamento da atividade funcional cerebral e conectividade, como orientação para o planejamento cirúrgico18,19 e para melhorar o desfecho dos pacientes20. FMRI baseada em tarefas é a modalidade de escolha para identificar regiões cerebrais "eloquentes" que estão funcionalmente envolvidas no desempenho específico da tarefa (por exemplo, toques nos dedos, fluência fonêmica), mas não é aplicável para o estudo de tumores de base de crânio.
A maniação de ressonância magnética permite a reconstrução in vivo e não invasiva de conexões cerebrais de matéria branca, bem como nervos cranianos, investigando a estrutura hodológica cerebral21. Diferentes algoritmos de tractografia foram desenvolvidos para reconstruir caminhos axonais ligando perfis de difusividade de moléculas de água, avaliados dentro de cada voxel cerebral. A tractografia determinística segue a direção dominante de difusividade, enquanto a tratoografia probabilística avalia a distribuição de conectividade de possíveis caminhos. Além disso, diferentes modelos podem ser aplicados para avaliar a difusividade dentro de cada voxel, sendo possível definir duas categorias principais: modelos de fibra única, como o modelo tensor de difusão, onde uma única orientação de fibra é avaliada, e modelos de fibra múltipla, como a desconvolução esférica, onde várias orientações de fibra de travessia são reconstruídas22,23. Apesar do debate metodológico sobre a mania de ressonância magnética difusa, sua utilidade no fluxo de trabalho neurocirúrgico está atualmente estabelecida. É possível avaliar a luxação do trato de matéria branca e a distância do tumor, preservando conexões específicas de matéria branca. Além disso, mapas de imagem tensor de difusão (DTI), especialmente anisotropia fracionária (FA) e difusividade média (DM), podem ser aplicados para avaliar alterações microestruturais de matéria branca relacionadas à possível infiltração do tumor e ao monitoramento longitudinal do trato. Todas essas características tornam a tografia de ressonância magnética difusa uma ferramenta poderosa tanto para o planejamento pré-cirúrgico quanto para a tomada de decisões intraoperatórias através dos sistemas de neuronavigação24.
No entanto, a aplicação de técnicas de tractografia à cirurgia de base do crânio tem sido limitada pela necessidade de conhecimento técnico especializado e pelo trabalho demorado para otimizar a aquisição da sequência de ressonância magnética de difusão, o protocolo de análise e a incorporação de resultados de tractografia nos sistemas de neuronavigção25. Por fim, outras limitações devem-se às dificuldades técnicas que estendem essas análises de estruturas de matéria branca intraparenquimal para extra-parenchymal, como nervos cranianos. De fato, apenas estudos recentes apresentaram resultados preliminares tentando integrar ressonância magnética avançada e cirurgia de base do crânio26,27,28.
O presente artigo apresenta um protocolo para o manejo multidisciplinar de tumores pituitário-diencephalic e base do crânio utilizando a trateografia de ressonância magnética difusa. A implementação desse protocolo na instituição resultou da colaboração entre neurocirurgiões, neurocrinologistas e a equipe de neuroimagem (incluindo a expertise clínica e bioinformática) para oferecer uma abordagem multi-axial integrada eficaz a esses pacientes.
No centro, temos protocolos multidisciplinares integrados para o gerenciamento de pacientes com tumores de base craniana, para fornecer a descrição mais informativa possível, e para adequar e personalizar o plano cirúrgico. Mostramos que esse protocolo pode ser adotado tanto no cenário clínico quanto na pesquisa de qualquer paciente com tumor de base craniana para orientar a estratégia de tratamento e melhorar o conhecimento sobre as modificações cerebrais induzidas por essas lesões.

<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

A cirurgia endonasal endoscópica ganhou um papel proeminente no manejo de tumores complexos da base craniana. Permite a ressecção de um grande grupo de lesões benignas e malignas através de uma via extra-craniana natural, representada pelas cavidades nasais, evitando retração cerebral e manipulação neurovascular. Isso se reflete na pronta recuperação clínica dos pacientes e pelo baixo risco de sequelas neurológicas permanentes, representando a principal ressalva da cirurgia convencional da base craniana. Esta cirurgia deve ser adaptada a cada caso específico, considerando suas características e relação com estruturas neurais circundantes, principalmente baseadas na neuroimagem pré-operatória. Técnicas avançadas de ressonância magnética, como a tractografia, raramente têm sido adotadas na cirurgia da base do crânio devido a problemas técnicos: processos longos e complicados para gerar reconstruções confiáveis para inclusão no sistema de neuronavigção. 
Este artigo tem como objetivo apresentar o protocolo implementado na instituição e destaca a colaboração sinérgica e o trabalho em equipe entre neurocirurgiões e a equipe de neuroimagem (neurologistas, neuroradiologistas, neuropsicólogos, físicos e bioengenheiros) com o objetivo final de selecionar o tratamento ideal para cada paciente, melhorar os resultados cirúrgicos e buscar o avanço da medicina personalizada neste campo.

Uma mulher de 55 anos apresentava déficits visuais progressivos. Seu histórico médico não era notável. Na avaliação oftalmológica, foi revelada a redução bilateral da acuidade visual (6/10 no olho direito e 8/10 no olho esquerdo) e o campo visual informatizado apresentou hemianopia bitemporal completa. Não foram evidentes mais déficits no exame neurológico, mas o paciente relatou asthenia persistente e aumento da sensação de fome e sede nos últimos 2-3 meses, com ganho de ...

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Role of Diffusion MRI Tractography in Endoscopic Endonasal Skull Base Surgery

Apresentamos um protocolo para integrar a mania de ressonância magnética difusa no trabalho do paciente para cirurgia endonasal endonasal endoscópica para um tumor de base craniana. Os métodos de adoção desses estudos de neuroimagem nas fases pré e intraoperatória são descritos.

Papel da Ramografia de Ressonância Magnética em Cirurgia de Base do Crânio Endonasal Endoscópica

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 ...

Usando um protocolo integrado de neuroimagem e neurocirurgia, é possível mesclar diferentes conhecimentos em uma estrutura sinérgica para adaptar uma cirurgia de ressecção tumoral específica do paciente. Utilizando a maniação de ressonância magnética, é possível visualizar a luxação do trato de matéria branca e a distância do tumor. Sua versatilidade na cirurgia de glioma foi estabelecida e também pode ser aplicada em epilepsia focal resistente a medicamentos.A integração de técnicas avançadas de neuroimagem na cirurgia endonasal endonasal endoscópica para tumores pituitários, diencephalicos e cranianos é eficaz no aumento da segurança cirúrgica, na redução das complicações e na melhoria dos resultados e qualidade de vida dos pacientes. A trografia de ressonância magnética combinada com a tarefa fMRI permite o monitoramento da reorganização estrutural e funcional cerebral após a cirurgia. Além disso, a correlação com os desfechos clínicos é útil para propostas clínicas e de pesquisa.Tanto a cirurgia endonasal endonasal endoscópica quanto a neuroimagem avançada requerem um longo período de treinamento. Sugerimos uma observação ou uma bolsa em centros de referência terciários acadêmicos nos quais essas técnicas estão sendo implementadas. Através de demonstração visível, é possível fazer as etapas deste método que ainda não foram padronizadas e esclarecer como integrar diferentes conhecimentos.Usando um scanner de alto campo de protocolo multimodal padronizado, adquira sequências anatômicas de alta resolução e volumétricas usando administração de agente de contraste pré e pós-gadolinium ponderada por T1 e imagens ponderadas por FLAIR T2. Adquira fatias sagiais contínuas fornecendo uma resolução isotrópica de um por um milímetro cúbico de tempo de varredura de cerca de cinco minutos por sequência. Adquira uma sequência de alta resolução de peso T2 para localização da área tumoral para visualização do nervo craniano com a interferência construtiva volumétrica e a dimensão voxel de estado estável de 0,5 por 0,5 milímetros cúbicos e um tempo de varredura de cerca de nove minutos.Adquira sequências ponderadas por difusão usando imagens de eco planar de tiro único, uma dimensão de voxel de dois por dois milímetros cúbicos, 64 direções de gradiente magnético com um valor B de 2.000 segundos por milímetro quadrado, 98 milissegundos de tempo de eco e 4.300 milissegundos de tempo de relaxamento. Adquira cinco volumes com um valor B nulo no início da aquisição ponderada por difusão com a direção de codificação de fase definida como anterior-posterior e um tempo de varredura de cinco minutos. Em seguida, adquira três volumes com um valor B nulo, mas inverteu a direção de codificação de fase posterior-anterior para corrigir quaisquer distorções de imagem devido à aquisição de imagem echo planar e um tempo de varredura de 42 segundos.Serão adquiridas fatias contínuas perto do axial. Para segmentação do tumor, carregue as imagens no software ITK-SNAP e inspecione o tumor no t1. nii, talento.nii, e t1_contrast. imagens nii. Em seguida, selecione o plano anatômico a seguir ao desenhar a lesão.Para análise tractográfica do tumor segmentado, execute a função fsl-dtifit para modelar a difusividade nas diferentes direções espaciais e obter o fa. nii, md. ii, e v1.mapas de tensor de difusão nii. Avalie os mapas de imagem do tensor de difusão para avaliar quaisquer valores de difusividade anormais que possam ocorrer na presença de edema ou infiltração do tumor e selecione o seed_image e inclua opções baseadas no conhecimento anatômico a priori para adotar uma abordagem de alvo de sementes. Em seguida, desenhe manualmente regiões de interesse para definir a semente ou o alvo para a tractografia.Para uma descrição precisa dos parâmetros de imagem do tensor de difusão, use algoritmo de longo trato, como o algoritmo baseado em MATLAB que modela a geometria do tratado de superfície com as propriedades do operador laplaciano. Para visualizar a renderização de volume 3D, no software Surf Ice, clique em arquivo e abra no painel de comando e selecione o arquivo obj. Antes de agendar o procedimento, realize um exame físico neurológico com uma coleta de informações anamnésticas sobre ganho de peso, sensação de fome, monitoramento contínuo da temperatura retal a cada dois minutos durante 24 horas e registro de ciclo de sono/vigília 24 horas.Com base nos resultados da segmentação tumoral e na relação com as estruturas neurais eloquentes funcionais, discuta a candidatura do paciente à cirurgia em reunião da equipe colegiada para determinar a abordagem cirúrgica mais adequada. Após selecionar o corredor cirúrgico com o risco mínimo de lesão nas estruturas neurais, defina a área de ressecção segura para cada caso, localizando a estrutura neural crítica sob a qual a proximidade da ressecção deve ser presa para evitar danos permanentes. Em seguida, mescle as sequências de ressonância magnética mais relevantes e importe as sequências, incluindo as reconstruções da tractografia, no sistema de navegação neurológica de fase operativa.Antes de iniciar o procedimento, selecione a modalidade de registro eletromagnético da cirurgia cerebral. Registre o sistema de navegação neurológica no paciente, adotando uma técnica de rastreamento livre ou marcadores externos e controle a precisão do registro alcançado, verificando a posição dos marcadores externos na ressonância magnética importada. Quando o paciente estiver pronto, use um endoscópio de grau zero para colher a aba nasoseptal.Em seguida, realize uma efenoidectomia anterior e uma septostomia posterior e ethmoidectomia, preservando o turbinado médio possível. Abra o porão e os ossos do tubérculo. Após a coagulação do seio intracavernous superior, faça uma incisão em forma de H na camada dura.Deixe o tumor pelo plano aracnoidal e desativo centralmente o tumor. Remova a cápsula tumoral das estruturas neurais diencefálicas circundantes e use óptica angular para explorar a cavidade cirúrgica para quaisquer pedaços restantes do tumor. Quando todo o tumor tiver sido removido, use uma camada intracraniana intradural de substituição dural para fechar a abertura osteo-meningeal.Em seguida, coloque uma camada intracraniana extradraniana de substituição dural andaime com gordura abdominal e eventualmente osso e cubra o fechamento com o retalho nasoseptal. Neste paciente representativo, a ressonância magnética revelou um tumor supravenmar ocupando a cisterna optoquismática e invadindo o terceiro ventrículo com uma morfologia policística irregular. A tractografia da via óptica e os nervos cranianos ópticos bilaterais foram reconstruídos, mas artefatos de suscetibilidade dentro da interface entre os ossos cerebrais e vasos sanguíneos não permitiram uma reconstrução completa das fibras que ligavam o quiasmo óptico aos nervos ópticos.A investigação do perfil de difusividade do trato piramicular e de um mapa de imagem tensor de difusão de longo trato mostraram a presença de uma hiperintensidade focal flair T2 no nível do membro posterior direito da cápsula interna, correspondendo a um aumento de 5% da medida de difusividade média direita em comparação com o lado esquerdo. Usando uma abordagem transtuberculum de transplante endonasal endonasal endoscópica, o tumor foi centralmente desativo em conjunto com a drenagem de seu componente cístico. O craniofarngioma foi então capaz de ser progressivamente separado das estruturas neurais para adotar o aracnoide como um plano de decote.Ao final da cirurgia, foi alcançada a remoção completa do tumor com a preservação da anatomia hipotalâmica. O reparo do defeito osteo-dural foi então realizado utilizando-se gordura abdominal e a aba nasoseptal. Três meses após a cirurgia, observou-se uma remoção completa do tumor sem recorrência ou recorrência.No trabalho pré-operatório, as etapas mais relevantes são: uma aquisição precisa de sequências ponderadas por difusão e segmentação tumoral. Durante a cirurgia, o ponto chave é uma identificação precisa das estruturas neurais. A visualização das estruturas neurais fornecidas por este método pode ser adotada para todas as regiões baseadas no crânio, reduzindo o risco de incapacidades permanentes para muitos outros tumores.A reconstrução tractográfica de nervos cranianos e vias neurológicas pode facilitar nossa compreensão da relação entre tumores e estruturas, potencialmente fornecendo um preditor de desfecho inovador para os sintomas do paciente.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Neuroimagem Funcional Usando rompimento da barreira hemato-encefálica ultra-sônico e Manganês-RM

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

Neurociência

Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

A seqüência de difusão na Medula Espinhal Rat Cervical

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

Imagens ao vivo de nicotina Induzida Sinalização de Cálcio e Neurotransmitter lançamento Junto ventrais do hipocampo Axons

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

Optogenetic Functional MRI

Ressonância magnética funcional optogenética

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

Utilizando metodologias combinadas para definir o papel do Plasma Membrane entrega durante Axon Ramificação e Neuronal morfogênese

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

Medição Conectividade no Visual principal via de albinismo humano utilizando tensor de difusão e 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

Abordagem endoscópica Endonasal Trans-esfenoidal: Cirurgia minimamente invasiva para Adenomas da hipófise

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

Evacuação de hemorragia intracerebral endoscópica minimamente invasiva

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

Imagem latente de ressonância magnética do tensor da difusão na compressão crônica da medula espinal

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

Ressonância magnética funcional em conjunto com um novo dispositivo robótico induzido à mão compatível com ressonância magnética para avaliar a reabilitação de indivíduos que se recuperam de déficits de aperto de mão

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