Name: role of diffusion mri tractography in endoscopic endonasal skull base surgery
Uploaded: 2021-07-05T13:00:00
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Nos gustaría agradecer a los técnicos de radiología y al personal de enfermería del Área de Neurorradiología, IRCCS Istituto delle Scienze Neurologiche di Bologna, y a su Coordinadora Dra. Maria Grazia Crepaldi, por su colaboración.

El protocolo sigue los estándares éticos del Comité Local de Investigación y con la declaración de Helsinki de 1964 y sus enmiendas posteriores o estándares éticos comparables.
1. Selección de los pacientes
<ol><li>Adoptar los siguientes criterios de inclusión: pacientes mayores de 18 años, plenamente colaboradores, que presenten un tumor de la base del cráneo, o región hipofisario-diencefálica.</li>
	<li>Excluir a los pacientes con contraindicación para la resonancia magnétic...

La aplicación del protocolo presentado resultó en un tratamiento seguro y efectivo de uno de los tumores intracraneales más desafiantes, como un craneofaringioma que invade el3er ventrículo, posiblemente abriendo un nuevo horizonte para una lesión que fue definida por H. Cushing hace aproximadamente un siglo como la neoplasia intracraneal más desconcertante1. La combinación de una planificación preoperatoria precisa, la integración de técnicas avanzadas de resonancia magnétic...

La posibilidad de acercarse a la base del cráneo de la línea media y las regiones paramedianas a través de una vía anterior, adoptando las fosas nasales como cavidades naturales, tiene una larga historia, que se remonta a más de un siglo1. Sin embargo, en los últimos 20 años, las tecnologías de visualización y operación han mejorado lo suficiente como para ampliar su posibilidad de incluir el tratamiento de los tumores más complejos como meningiomas, cordomas, condrosarcomas y craneofaringiomas1 debido a la (1) introducción del endoscopio, que proporciona una vista panorámica y detallada 2D / 3D de estas regiones al cirujano, (2) el desarrollo de sistemas de neuronavegación intraoperatoria, y (3) la implementación de instrumentos quirúrgicos dedicados. Como lo demostraron minuciosamente Kassam et al. y lo confirmaron múltiples revisiones y metanálisis, las ventajas de este enfoque quirúrgico están representadas principalmente por sus posibilidades de resecar tumores de la base del cráneo desafiantes, evitando cualquier retracción cerebral directa o manipulación nerviosa, reduciendo así el riesgo de complicaciones quirúrgicas y secuelas neurológicas y visuales a largo plazo2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12.
Para múltiples tumores de base de cráneo y diencefálicos hipofisarios, el objetivo quirúrgico ideal ha cambiado en los últimos años de la extirpación tumoral más extensa posible a la extirpación más segura con preservación de las funciones neurológicas para preservar la calidad de vida del paciente3. Esta limitación podría compensarse con tratamientos adyuvantes innovadores y eficaces, como la radioterapia (adoptando partículas masivas como iones de protones o carbono cuando proceda) y, para neoplasias seleccionadas, mediante quimioterapia como inhibidores de la vía BRAF/MEK para los craneofaringiomas13,14,15.
Sin embargo, para perseguir estos objetivos, es crucial una cuidadosa evaluación preoperatoria, para adaptar la estrategia quirúrgica a la característica específica de cada caso2. En la mayoría de los centros, el protocolo preoperatorio de RM se suele realizar solo con secuencias estructurales estándar, que proporcionan la caracterización morfológica de la lesión. Sin embargo, con estas técnicas no siempre es posible evaluar de forma fiable la relación anatómica del tumor con las estructuras adyacentes3. Además, cada paciente puede presentar diferentes perfiles de reorganización funcional inducidos por patología detectables solo con tractografía por resonancia magnética de difusión y resonancia magnética funcional (fMRI), que pueden utilizarse para proporcionar orientación tanto en la planificación de la cirugía como en los pasos intraoperatorios16,17.
Actualmente, la resonancia magnética funcional es la modalidad de neuroimagen más utilizada para mapear la actividad funcional cerebral y la conectividad, como guía para la planificación quirúrgica18,19 y para mejorar el resultado de los pacientes20. La resonancia magnética funcional basada en tareas es la modalidad de elección para identificar regiones cerebrales "elocuentes" que están funcionalmente involucradas en el desempeño de tareas específicas (por ejemplo, golpeteos con los dedos, fluidez fonémica), pero no es aplicable para el estudio de tumores de la base del cráneo.
La tractografía por resonancia magnética de difusión permite la reconstrucción in vivo y no invasiva de las conexiones cerebrales de la materia blanca, así como de los nervios craneales, investigando la estructura hodológica del cerebro21. Se han desarrollado diferentes algoritmos de tractografía para reconstruir las vías axonales mediante la vinculación de perfiles de difusividad de moléculas de agua, evaluados dentro de cada vóxel cerebral. La tractografía determinista sigue la dirección de la difusividad dominante, mientras que la tractografía probabilística evalúa la distribución de conectividad de las posibles vías. Adicionalmente, se pueden aplicar diferentes modelos para evaluar la difusividad dentro de cada vóxel, y es posible definir dos categorías principales: modelos de fibra única, como el modelo de tensor de difusión, donde se evalúa una orientación de fibra única, y modelos de fibra múltiple, como la deconvolución esférica, donde se reconstruyen varias orientaciones de fibra cruzada22,23. A pesar del debate metodológico sobre la tractografía por resonancia magnética de difusión, actualmente se ha establecido su utilidad en el flujo de trabajo neuroquirúrgico. Es posible evaluar la dislocación del tracto de la materia blanca y la distancia al tumor, preservando las conexiones específicas de la materia blanca. Además, se pueden aplicar mapas de imágenes de tensor de difusión (DTI), especialmente la anisotropía fraccional (FA) y la difusividad media (DM), para evaluar las alteraciones microestructurales de la materia blanca relacionadas con la posible infiltración tumoral y para la monitorización longitudinal del tracto. Todas estas características hacen de la tractografía por resonancia magnética por difusión una potente herramienta tanto para la planificación prequirúrgica como para la toma de decisiones intraoperatorias a través de sistemas de neuronavegación24.
Sin embargo, la aplicación de las técnicas de tractografía a la cirugía de la base del cráneo se ha visto limitada por la necesidad de conocimientos técnicos especializados y el trabajo lento para optimizar la adquisición de la secuencia de resonancia magnética de difusión, el protocolo de análisis y la incorporación de resultados de la tractografía en los sistemas de neuronavegación25. Finalmente, otras limitaciones se deben a las dificultades técnicas para extender estos análisis desde las estructuras intraparenquimatosas hasta las extraparenquimatosas de la materia blanca, como los nervios craneales. De hecho, solo estudios recientes presentaron resultados preliminares que intentaron integrar la resonancia magnética avanzada y la cirugía de la base del cráneo26,27,28.
El presente trabajo presenta un protocolo para el manejo multidisciplinario de tumores hipofisario-diencefálicos y de la base del cráneo mediante tractografía por resonancia magnética de difusión. La implementación de este protocolo en la institución fue el resultado de la colaboración entre neurocirujanos, neuroendocrinólogos y el equipo de neuroimagen (incluyendo experiencia clínica y bioinformática) para ofrecer un enfoque multiaxial integrado efectivo a estos pacientes.
En el centro, hemos integrado protocolos multidisciplinarios para el manejo de pacientes con tumores de la base del cráneo, para proporcionar la descripción más informativa posible, y para adaptar y personalizar el plan quirúrgico. Demostramos que este protocolo puede ser adoptado tanto en el ámbito clínico como en el de investigación para cualquier paciente con tumor de base craneal para guiar la estrategia de tratamiento y mejorar el conocimiento sobre las modificaciones cerebrales inducidas por estas lesiones.

<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 cirugía endoscópica endonasal ha ganado un papel destacado en el tratamiento de tumores complejos de la base del cráneo. Permite la resección de un gran grupo de lesiones benignas y malignas a través de una vía anatómica extracraneal natural, representada por las cavidades nasales, evitando la retracción cerebral y la manipulación neurovascular. Esto se refleja en la pronta recuperación clínica de los pacientes y el bajo riesgo de secuelas neurológicas permanentes, lo que representa la principal advertencia de la cirugía convencional de la base del cráneo. Esta cirugía debe adaptarse a cada caso concreto, considerando sus características y relación con las estructuras neuronales circundantes, en su mayoría basadas en neuroimámenes preoperatorios. Las técnicas avanzadas de resonancia magnética, como la tractografía, rara vez se han adoptado en la cirugía de la base del cráneo debido a problemas técnicos: procesos largos y complicados para generar reconstrucciones confiables para su inclusión en el sistema de neuronavegación. 
Este trabajo tiene como objetivo presentar el protocolo implementado en la institución y destaca la colaboración sinérgica y el trabajo en equipo entre los neurocirujanos y el equipo de neuroimagen (neurólogos, neurorradiólogos, neuropsicólogos, físicos y bioingenieros) con el objetivo final de seleccionar el tratamiento óptimo para cada paciente, mejorar los resultados quirúrgicos y perseguir el avance de la medicina personalizada en este campo.

Mujer de 55 años que presentaba déficits visuales progresivos. Su historial médico no era notable. En la evaluación oftalmológica, se reveló una reducción bilateral de la agudeza visual (6/10 en el ojo derecho y 8/10 en el ojo izquierdo), y el campo visual computarizado mostró hemianopia bitemporal completa. No se evidenciaron más déficits en el examen neurológico, pero el paciente informó astenia persistente y un aumento de la sensación de hambre y sed en los 2-3 meses anter...

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Role of Diffusion MRI Tractography in Endoscopic Endonasal Skull Base Surgery

Presentamos un protocolo para integrar la tractografía por resonancia magnética de difusión en el trabajo del paciente hasta la cirugía endonasal endoscópica para un tumor de la base del cráneo. Se describen los métodos para adoptar estos estudios de neuroimagen en las fases pre e intraoperatoria.

Papel de la tractografía por resonancia magnética de difusión en la cirugía endoscópica endonasal de la base del cráneo

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 ...

Utilizando un protocolo integrado de neuroimagen y neurocirugía, es posible fusionar diferentes conocimientos en un marco sinérgico para adaptar una cirugía de resección tumoral específica del paciente. Usando la tractografía por resonancia magnética, es posible visualizar la dislocación del tracto de la materia blanca y la distancia del tumor. Se ha establecido su versatilidad en la cirugía de glioma y también se puede aplicar en la epilepsia focal resistente a los medicamentos.La integración de técnicas avanzadas de neuroimagen en la cirugía endoscópica endonasal para tumores hipofisarios, diencefálicos y de cráneo es efectiva para aumentar la seguridad quirúrgica, reducir las complicaciones y mejorar los resultados y la calidad de vida de los pacientes. La tractografía por resonancia magnética combinada con la tarea fMRI permite el monitoreo de la reorganización estructural y funcional del cerebro después de la cirugía. Además, la correlación con los resultados clínicos es útil para las propuestas clínicas y de investigación.Tanto la cirugía endonasal endoscópica como la neuroimagen avanzada requieren un largo período de entrenamiento. Sugerimos una observación o una beca en centros de referencia terciaria académica en los que se están implementando estas técnicas. A través de una demostración visible, es posible realizar los pasos de este método que aún no se han estandarizado y aclarar cómo integrar diferentes experiencias.Utilizando un escáner de campo alto con protocolo de resonancia magnética multimodal estandarizado, adquiera secuencias anatómicas volumétricas y de alta resolución utilizando la administración de agentes de contraste pre y post-gadolinio ponderados por T1 y las imágenes ponderadas flair T2. Adquirir rodajas sagitales continuas proporcionando una resolución isotrópica de un tiempo de escaneo uno por uno por uno milímetro cúbico de unos cinco minutos por secuencia. Adquiera una secuencia ponderada en T2 de alta resolución para localizar el área del tumor para la visualización del nervio craneal con la interferencia constructiva volumétrica y la dimensión del vóxel en estado estacionario de 0,5 por 0,5 por 0,5 milímetros cúbicos y un tiempo de escaneo de aproximadamente nueve minutos.Adquiera secuencias ponderadas por difusión utilizando imágenes planas de eco de una sola toma, una dimensión de vóxel de dos por dos por dos milímetros cúbicos, 64 direcciones de gradiente magnético con un valor de 2, 000 segundos por milímetro cuadrado B, tiempo de eco de 98 milisegundos y tiempo de relajación de 4, 300 milisegundos. Adquiera cinco volúmenes con un valor B nulo al comienzo de la adquisición ponderada por difusión con la dirección de codificación de fase establecida en anterior-posterior y un tiempo de escaneo de cinco minutos. A continuación, adquiera tres volúmenes con un valor B nulo, pero invierta la dirección de codificación de la fase posterior-anterior para corregir cualquier distorsión de imagen debido a la adquisición de la imagen plana de eco y un tiempo de escaneo de 42 segundos.Se adquirirán rodajas continuas cerca de loxiales. Para la segmentación del tumor, cargue las imágenes en el software ITK-SNAP e inspeccione el tumor en la t1. nii, estilo.nii, y t1_contrast. imágenes nii. A continuación, seleccione el plano anatómico a seguir al dibujar la lesión.Para el análisis tractográfico del tumor segmentado, ejecute la función fsl-dtifit para modelar la difusividad en las diferentes direcciones espaciales y obtener el fa. nii, md. ii, y v1.mapas tensoriales de difusión nii. Evaluar los mapas de imágenes del tensor de difusión para evaluar cualquier valor de difusividad anormal que pueda ocurrir en presencia de edema o infiltración tumoral y seleccionar el seed_image e incluir opciones basadas en el conocimiento anatómico a priori para adoptar un enfoque de objetivo de semilla. Luego dibuje manualmente las regiones de interés para establecer la semilla o el objetivo para la tractografía.Para obtener una descripción precisa de los parámetros de imagen del tensor de difusión, utilice un algoritmo de tracto largo, como el algoritmo basado en MATLAB, que modela la geometría del tracto de superficie con las propiedades del operador laplaciano. Para visualizar la representación del volumen 3D, en el software Surf Ice, haga clic en archivo y ábrase en el panel de comandos y seleccione el archivo obj. Antes de programar el procedimiento, realice un examen físico neurológico con una colección de información anamnéstica sobre el aumento de peso, la sensación de hambre, el monitoreo continuo de la temperatura rectal cada dos minutos durante 24 horas y un registro del ciclo de sueño / vigilia de 24 horas.Con base en los resultados de la segmentación tumoral y la relación con las estructuras neuronales funcionales elocuentes, discutir la candidatura del paciente para la cirugía en una reunión de equipo colegiado para determinar el abordaje quirúrgico más adecuado. Después de seleccionar el corredor quirúrgico con el menor riesgo de lesión de las estructuras neuronales, defina el área de resección segura para cada caso, localizando la estructura neural crítica bajo la cual se debe detener la proximidad de la resección para evitar daños permanentes. Luego fusione las secuencias de resonancia magnética más relevantes e importe las secuencias, incluidas las reconstrucciones de tractografía, en el sistema de neuronavegación de fase operativa.Antes de comenzar el procedimiento, seleccione la modalidad de registro electromagnético de cirugía cerebral. Registrar el sistema de neuronavegación en el paciente, adoptando una técnica de seguimiento libre o marcadores externos y controlar la precisión del registro logrado, comprobando la posición de los marcadores externos en la resonancia magnética importada. Cuando el paciente esté listo, use un endoscopio de grado cero para cosechar el colgajo nasoseptal.A continuación, realizar una esfenoidectomía anterior y una septostomía posterior y etmoidectomía, preservando el cornete medio como sea posible. Abra la bodega y los huesos del tuberculum. Después de la coagulación del seno intracavernoso superior, haga una incisión en forma de H en la capa duramadre.Salga del tumor por el plano aracnoideo y desabulse el tumor centralmente. Extraiga la cápsula tumoral de las estructuras neuronales diencefálicas circundantes y use óptica en ángulo para explorar la cavidad quirúrgica en busca de cualquier pieza restante del tumor. Cuando se haya extirpado todo el tumor, use una capa intracraneal intracraneal de sustituto dural para cerrar la abertura osteo-meningeal.Luego coloque una capa intracraneal extradural de andamio sustituto dural con grasa abdominal y eventualmente hueso y cubra el cierre con el colgajo nasoseptal. En este paciente representativo, la resonancia magnética cerebral reveló un tumor supraselar que ocupa la cisterna optoquiasmática e invade el tercer ventrículo con una morfología poliquística irregular. Se reconstruyeron la tractografía de la vía óptica y los nervios craneales ópticos bilaterales, pero los artefactos de susceptibilidad dentro de la interfaz entre los huesos cerebrales y los vasos sanguíneos no permitieron una reconstrucción completa de las fibras que conectan el quiasma óptico con los nervios ópticos.La investigación del perfil de difusividad del tracto piramidal y un mapa de imágenes de tensor de difusión del tracto largo mostraron la presencia de una hiperintensidad focal ponderada por FLAIR T2 a nivel de la extremidad posterior derecha de la cápsula interna, lo que corresponde a un aumento del 5% de la medida de difusividad media derecha en comparación con el lado izquierdo. Utilizando un enfoque endoscópico de trasplante extendido transtuberculoso endonasal, el tumor se desabultó centralmente junto con el drenaje de su componente quístico. El craneofaringioma fue entonces capaz de separarse progresivamente de las estructuras neuronales para adoptar el aracnoideo como un plano de escisión.Al final de la cirugía, se logró la extirpación completa del tumor con la preservación de la anatomía hipotalámica. La reparación del defecto osteo-dural se realizó utilizando grasa abdominal y el colgajo nasoseptal. Tres meses después de la cirugía, se observó una extirpación completa del tumor sin remanente ni recurrencia.En el análisis preoperatorio, los pasos más relevantes son: una adquisición precisa de secuencias ponderadas por difusión y segmentación tumoral. Durante la cirugía, el punto clave es una identificación precisa de las estructuras neuronales. La visualización de las estructuras neuronales proporcionada por este método se puede adoptar para todas las regiones basadas en el cráneo, reduciendo el riesgo de discapacidades permanentes para muchos otros tumores.La reconstrucción tractográfica de los nervios craneales y las vías neuro puede facilitar nuestra comprensión de la relación entre los tumores y las estructuras, proporcionando potencialmente un predictor de resultados innovador para los síntomas del paciente.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Neuroimagen Funcional Utilizando ultrasonidos hematoencefálica perturbación de la barrera y la RM-manganeso mayor

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

Investigación

Neurociencias

Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

Imágenes de difusión en la médula espinal de rata 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

Imágenes en vivo de nicotina señalización de calcio inducido y neurotransmisor lanzamiento Junto ventrales hipocampo axones

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

Optogenetic Functional MRI

RM 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 metodologías combinadas para definir el papel de la membrana plasmática de entrega Durante Axon ramas y morfogénesis neuronal

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

La medición de conectividad en la vía visual primaria en albinismo humano recurriendo a imágenes de tensor de difusión y Tractografía

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

Enfoque Endonasal endoscópica trans-esfenoidal: Cirugía mínimamente invasiva para los Adenomas pituitarios

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

Evacuación endoscópica mínimamente invasiva de hemorragia intracerebral

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

Imagen de resonancia magnética del tensor de difusión en compresión de médula espinal crónica

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

Resonancia magnética funcional en conjunto con un nuevo dispositivo robótico inducido por RMN para evaluar la rehabilitación de las personas que se recuperan de los déficits de agarre de manos

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