Name: magnetic resonance-guided stereotaxy for infusions to the pig brain
Uploaded: 2023-03-31T12:45:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Magnetic Resonance-Guided Stereotaxy for Infusions to the Pig Brain at JoVE.com

Les auteurs déclarent que cette étude a reçu un financement philanthropique de la chaire John S. « Steve » Dunn, Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe en recherche sur les tumeurs cérébrales à Houston Methodist. Le bailleur de fonds n’a pas participé à la conception de l’étude, à la collecte, à l’analyse, à l’interprétation des données, à la rédaction de cet article ou à la décision de le soumettre pour publication.
Ce travail a été financé en partie par le numéro de subvention RP190587 de la Cancer Prevention and Research Initiative (CPRIT) et de la Houston Methodist Foundation.
Les auteurs remercient Vi Phan et Lien My Phan, du Translational Imaging Center du Houston Methodist Research Institute, pour leur aide dans l’imagerie par résonance magnétique.
Les auteurs déclarent que cette étude a reçu un financement philanthropique de Paula et Rusty Walter et Walter Oil & Gas Corp Endowment à Houston Methodist. Le bailleur de fonds n’a pas participé à la conception de l’étude, à la collecte, à l’analyse, à l’interprétation des données, à la rédaction de cet article ou à la décision de le soumettre pour publication.

L’étude a été approuvée par le Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux de l’Institut de recherche méthodiste de Houston, numéro d’approbation IACUC IS00006378. Toutes les méthodes expérimentales ont été réalisées conformément aux directives et réglementations nationales et institutionnelles pertinentes.
1. Positionnement des animaux
<ol><li>Positionnez le sujet pour un accès optimal au sommet du crâne : placez le sujet sur la table d’IRM en préparation de l’IRM. REMARQUE : Renseignements sur le sujet : porc domestique, femelle, 25 kg, âge de 14 semaines.<ol><li>Sédatif le sujet avec de la kétamine (600 mg par voie intramusculaire [IM]) et du midazolam (5 mg IM). Administrer les analgésiques hydromorphone (4 mg IM), carprofène (100 mg par os) et fentanyl (25 μg topique), l’antibiotique ceftriaxone (550 mg par voie intraveineuse [IV]) et NaCl (0,9% IV).</li>
		<li>Intuber le sujet. Maintenir l’anesthésie avec 2% -3% isoflurane.</li>
	</ol></li>
	<li>Surveillez les signes vitaux du sujet tout au long de la procédure.<ol><li>Aérer mécaniquement à 16-19 respirations/min avec un ventilateur.</li>
	</ol></li>
	<li>Placez le sujet sur la table d’IRM en préparation des examens IRM.</li>
	<li>Placez le sujet en position couchée avec la tête face à l’alésage de l’IRM.</li>
	<li>Placez une bobine flexible à quatre canaux IRM standard sur le support de tête.</li>
	<li>Stabilisez la tête du sujet avec le support de tête.</li>
	<li>Soulevez le torse avec des serviettes et des coussinets en mousse. L’objectif est que la tête tombe légèrement vers le bas, avec le cou fléchi et le museau touchant presque la table. Cela permettra de s’assurer que le cadre stéréotaxique et la canule de perfusion s’insèrent dans l’alésage du scanner IRM. Ancrez les broches du support de tête IRM sur le zygome bilatéral pour maintenir la tête fixée à la table d’IRM.</li>
	<li>Vérifiez que le haut du crâne est incliné vers l’arrière du scanner avec le cou fléchi. Cette position permet au chirurgien d’avoir accès au haut du cuir chevelu lorsque le sujet entre à l’IRM.</li>
	<li>Une fois réglée, la table d’IRM est déplacée dans l’alésage du scanner jusqu’à ce que la tête du sujet atteigne la fin de l’alésage.</li>
</ol>2. Planification de l’insertion chirurgicale avec guidage de visualisation assisté par IRM
<ol><li>Préparez la zone de manière stérile, en prenant soin d’éviter que le matériel préparé ne pénètre dans les yeux du sujet. Placez des serviettes stériles autour de la zone chirurgicale. Placez un champ stérile avec une ouverture vers le haut du crâne auquel le chirurgien peut accéder.</li>
	<li>Placez la grille de planification fiduciaire sur le cuir chevelu du sujet en apposant le côté adhésif de la grille sur la tête du patient, centré autour de l’emplacement du trou de bavure.</li>
	<li>Décollez la couche supérieure remplie de liquide de la grille tout en maintenant fermement la couche inférieure en position.</li>
	<li>Effectuez le scanner IRM avec la grille en place. La scintigraphie nécessite souvent l’administration intraveineuse d’un agent de contraste par résonance magnétique pour visualiser le système vasculaire : utiliser une concentration de 1 mmol/mL de l’agent de contraste gadolinium pour un volume de perfusion de 2,5 mL. REMARQUE: Le scan scout est une image préliminaire prise avant l’étude d’imagerie définitive. L’objectif est pour le chirurgien de s’assurer que l’imagerie est effectuée à proximité de la région d’intérêt et de définir les limites de l’imagerie. La dose recommandée à la concentration de 1 mmol/mL, selon le fabricant, pour l’agent de contraste est de 0,1 mL par kilogramme que pèse l’animal.</li>
	<li>Sélectionnez l’emplacement précis du cerveau pour l’insertion de la canule dans le logiciel de guidage par résonance magnétique.</li>
	<li>Assurez-vous que le logiciel permet de visualiser la trajectoire prévue du chirurgien pour la pose de la canule, en fonction de la cible sélectionnée. Assurez-vous que le logiciel produit la visualisation de la trajectoire et le point d’entrée correspondant. NOTE: Pour cette étude, un site dans le cortex frontal a été sélectionné pour cibler la substance blanche. C’est un endroit où de nombreux gliomes humains apparaissent et se développent22. C’est aussi un site privilégié pour la diffusion le long des parcelles de matière blanche23. REMARQUE: Considérez la décision du chirurgien pour un point d’entrée, une cible et une trajectoire souhaitée afin de minimiser les transgressions piales et sulcales et d’éviter les vaisseaux sanguins.</li>
	<li>Ajustez la trajectoire suggérée, y compris les points d’entrée et de cible souhaités, en faisant glisser manuellement les points d’entrée et de cible projetés dans le logiciel pour éviter les vaisseaux sanguins et minimiser les transgressions piales et sulcales. La trajectoire peut être modifiée et visualisée en trois dimensions.</li>
	<li>Une fois que la trajectoire souhaitée est identifiée en fonction des préférences du chirurgien, exécutez le logiciel de guidage par résonance magnétique pour trouver le point d’entrée sur la grille.<ol><li>Faites défiler la trajectoire prévue sur le scan pour trouver le point d’entrée sur le cuir chevelu. Le logiciel spécifie les coordonnées de la grille en fonction de la projection de la trajectoire prévue sur la grille.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Sécurisation du cadre stéréotaxique et ajustement itératif de l’alignement grâce à la projection logicielle
<ol><li>Assemblez le cadre stéréotaxique autour des coordonnées du point d’entrée souhaité sur la grille en fixant d’abord la base avec six vis à ancrage osseux et quatre vis décalées.</li>
	<li>Fixez les six vis ancrées à l’os au crâne au-dessus de la grille, à travers le cuir chevelu. Les six vis d’ancrage sont utilisées pour stabiliser le cadre stéréotaxique et éviter tout mouvement pendant le perçage.</li>
	<li>Fixez les quatre vis décalées situées à la base de la tour à travers la peau, ancrées sur le crâne. Ils agissent comme une contre-force pour serrer les vis d’os centrales, en soulevant la base du cadre vers les vis centrales, et pour stabiliser la base.</li>
	<li>Une fois que la base du cadre stéréotaxique est sécurisée, continuez avec l’assemblage du cadre.</li>
	<li>Effectuez l’IRM MPRAGE pondérée haute résolution T1, une option du logiciel IRM, avec le cadre mis en place pour capturer les images fiduciaires et confirmer la trajectoire.</li>
	<li>Confirmez la trajectoire d’insertion de canule projetée souhaitée avec le logiciel, en visualisant l’IRM et la trajectoire planifiée.<ol><li>Des IRM 2D par écho de spin 2D sont ensuite prises pour confirmer l’alignement du cadre avec le sujet une fois que le cadre est en place. En cas de désalignement entre la position actuelle de l’image et la trajectoire souhaitée, le logiciel affiche les paramètres de réglage. REMARQUE: Le logiciel calcule la différence radiale entre la projection de la position actuelle de l’image stéréotaxique et le point cible défini. Cette erreur est utilisée pour calculer l’erreur projetée, qui est à son tour utilisée pour calculer les ajustements requis à la trame afin de la minimiser.</li>
	</ol></li>
	<li>Effectuez les réglages pitch-roll et X-Y en tournant les molettes, comme indiqué par les paramètres de réglage de sortie dans le logiciel.</li>
	<li>Répétez la visualisation IRM de la trajectoire par logiciel et effectuez des ajustements de rotation et de translation (à l’aide des molettes) de la canule de ciblage si nécessaire.</li>
	<li>À l’aide du logiciel de guidage par résonance magnétique, mesurez l’épaisseur du crâne à la trajectoire souhaitée et la distance totale au cerveau. REMARQUE: Le logiciel calcule la distance entre le haut du cadre (vissé au crâne) et le point cible pour estimer la longueur totale.</li>
</ol>4. Perçage et insertion de la canule pour perfusion
<ol><li>Utilisez un gommage à l’iode avant d’effectuer l’incision pour prévenir l’infection.</li>
	<li>Faites une incision de 3 cm sur le cuir chevelu, à l’aide d’un scalpel sous le cadre stéréotaxique.</li>
	<li>Configurez le cadre pour l’insertion du perçage en effectuant les ajustements avant de créer le trou d’accès.<ol><li>Retirez et remplacez le tube de guidage central par un tube qui s’adapte à un foret de 3,4 mm pour le perçage.</li>
	</ol></li>
	<li>Assurez-vous qu’un assistant est présent pour maintenir le cadre en place pendant que le chirurgien s’entraîne avec une perceuse manuelle pour ajouter une stabilité supplémentaire à la monture.</li>
	<li>Laissez le chirurgien percer avec une perceuse hélicoïdale manuelle pour créer un trou de bavure de 3,4 mm de diamètre.</li>
	<li>Installez le cadre pour la deuxième insertion de forage afin d’élargir le trou de bavure et d’éviter les collisions osseuses qui peuvent modifier la trajectoire.<ol><li>Installez la perceuse avec le foret de 4,5 mm; Remplacez le tube de guidage central par un tube qui s’adapte à ce foret plus grand.</li>
		<li>Créez un trou de bavure de 4,5 mm.</li>
	</ol></li>
	<li>Effectuez une IRM pour vous assurer que la canule de ciblage est revenue à la trajectoire prévue, car le forage à travers le cadre peut parfois déplacer la canule.</li>
	<li>Percer la dure-mère avec un stylet tranchant.</li>
	<li>Insérez la canule de perfusion pré-amorcée compatible avec le cadre. Assurez-vous que la canule a une contre-pression neutre ou positive constante pour limiter l’introduction de bulles d’air. REMARQUE: Le logiciel fournit une profondeur spécifiée à la cible planifiée.</li>
	<li>Mesurez la profondeur sur la canule de perfusion compatible avec le cadre stéréotaxique et utilisez la butée de profondeur associée à la canule. Cet arrêt en profondeur garantit que la canule atteint l’emplacement souhaité et ne le dépasse pas. Il y a aussi un ensemble de serrure et de quai avec une vis supplémentaire pour s’assurer que la canule reste à la profondeur souhaitée.</li>
</ol>5. Surveillance de la perfusion avec des IRM répétées
<ol><li>Effectuez une IRM pour évaluer l’insertion de la canule à l’emplacement cible correct dans le cerveau.</li>
	<li>Commencez la perfusion de l’agent désiré en co-infusion avec un agent de contraste à base de gadolinium. REMARQUE: Dans cette expérience, une concentration de 1 mM d’agent de contraste à base de gadolinium a été utilisée, mais cela peut devoir être ajusté en fonction de l’application. Un volume de perfusion total de 300 μL a été administré à un débit de 10 μL / min, bien que cela puisse également varier.</li>
	<li>Effectuer une IRM à intervalles réguliers pour surveiller la perfusion et le volume de distribution de l’agent inséré dans la canule dans le cerveau, ce qui peut être déduit en raison de la co-perfusion de gadolinium. REMARQUE: Une zone hyperintense autour de l’extrémité de la canule indique la présence de l’agent de contraste à base de gadolinium.</li>
	<li>Une fois la perfusion terminée, arrêtez la pompe. REMARQUE : Le débit de perfusion utilisé dans cette étude était de 30 μL/min, jusqu’à ce que le volume de 300 μL de la suspension cellulaire soit complètement perfusé.</li>
	<li>Laisser la canule rester dans le cerveau pendant 5 minutes après la fin de la perfusion avant de retirer la canule. NOTE: La canule de perfusion est généralement laissée en place pendant 5 minutes après la fin de la perfusion pour réduire le refoulement21,24.</li>
	<li>Retirez la canule manuellement à travers le cadre.</li>
	<li>Retirez le cadre de la tête en le démontant dans l’ordre inverse de la façon dont il a été construit.</li>
	<li>Fermez l’incision avec une suture monocrylique 3-0 ou 4-0.</li>
	<li>Éteignez l’isoflurane pour préparer la récupération.</li>
	<li>Extuber le sujet et le laisser récupérer sous observation par l’équipe vétérinaire.</li>
</ol>

<ol>
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S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+optimized+system+for+interventional+magnetic+resonance+imaging-guided+stereotactic+surgery:+preliminary+evaluation+of+targeting+accuracy.">An optimized system for interventional magnetic resonance imaging-guided stereotactic surgery: preliminary evaluation of targeting accuracy.</a> Neurosurgery. 70, 95-103 (2012).</li><li>Foltynie, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI-guided+STN+DBS+in+Parkinson's+disease+without+microelectrode+recording:+efficacy+and+safety.">MRI-guided STN DBS in Parkinson's disease without microelectrode recording: efficacy and safety.</a> Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 82 (4), 358-363 (2011).</li><li>Sidiropoulos, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intraoperative+MRI+for+deep+brain+stimulation+lead+placement+in+Parkinson's+disease:+1+year+motor+and+neuropsychological+outcomes.">Intraoperative MRI for deep brain stimulation lead placement in Parkinson's disease: 1 year motor and neuropsychological outcomes.</a> Journal of Neurology. 263 (6), 1226-1231 (2016).</li><li>Ostrem, J. 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SG, EAS, CJK ont les divulgations suivantes: Employé par ClearPoint Neuro. 
Tous les autres auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.

Ce protocole présente la performance de la stéréotaxie guidée par IRM au cerveau du porc à l’intérieur d’une machine d’IRM 3T avec la possibilité d’une précision de ciblage submillimétrique, comme dans les études précédentes 1,4,17,18,25. Des expériences antérieures sur des cadavres avec stéréotaxie guidée par IRM ont montré une erreur radiale de 0,2 ± 0,1 mm1. Dans ce rapport, l’erreur de profondeur finale par rapport à la trajectoire prévue était de 1,4 mm en raison de l’évaluation en ligne et de l’ajustement de la trajectoire par les chirurgiens. L’erreur de profondeur finale était comparable aux résultats d’erreur radiale (moins de 2 mm) pour les implémentations cliniques de procédures stéréotaxiques d’IRMi chez l’homme26.
Ici, nous montrons le placement du sujet sur la table d’IRM, avec son tronc soulevé de telle sorte que la tête puisse tomber légèrement vers le bas et pointer vers l’extérieur vers l’extrémité de l’alésage MR. Ce placement de la tête est essentiel pour fournir au chirurgien l’espace nécessaire pour effectuer la procédure. Le cadre stéréotaxique permet une infusion précise et contrôlée dans des modèles de cerveau de porc. De plus, l’imagerie par résonance magnétique en temps réel permet de déterminer avec précision le volume de distribution. Les porcs, en tant que grands modèles animaux pour les perfusions suivies en temps réel en IRM, présentent la possibilité d’étudier l’administration de médicaments au cerveau, l’administration cellulaire et d’autres agents de valeur translationnelle.
Le porc a des différences anatomiques distinctes à prendre en compte, par rapport aux humains ou aux primates non humains. Au fur et à mesure que les porcs grandissent, la taille du corps dans l’alésage MR devient un défi. La forme de la tête et du torse est différente de celle des humains, ce qui s’avère difficile à accommoder pour un accès optimal au cerveau pour le chirurgien, à la fois pour l’intervention chirurgicale et l’insertion de la canule dans l’espace à l’extérieur de l’alésage IRM. Par conséquent, il est essentiel de positionner le sujet de manière à ce que le chirurgien ait accès à la tête à partir de l’extrémité de l’alésage MR.
La différence d’épaisseur du crâne entre les porcs et les humains est un facteur à considérer. Dans ce protocole, la visualisation IRMi a permis une estimation précise de l’épaisseur du crâne pour une procédure efficace de trou de bavure. Compte tenu de l’utilisation de ces outils neurochirurgicaux mini-invasifs, le rétablissement des animaux s’est déroulé sans incident.
La visualisation guidée par RM fournit des conseils en temps réel pour l’accès au cerveau du porc, l’insertion de la canule et la surveillance de l’agent de perfusion. Le processus de forage, la déformation des tissus et / ou la perturbation des voies de substance blanche ont été signalés pour contribuer aux difficultés d’administration de l’agent au cerveau25. Les balayages IRM itératifs pendant la planification et l’insertion de la canule permettent de petits ajustements. De plus, les paramètres de perfusion tels que le débit de perfusion ou la précision de l’insertion de la canule pourraient être modifiés en temps réel ou suspendus, comme dicté par l’imagerie intra-procédurale. Enfin, un équilibre approprié du co-infusat à base de gadolinium doit être choisi, afin d’obtenir une évaluation claire du volume de distribution de l’agent.
La surconcentration de l’agent de contraste à base de gadolinium peut avoir obscurci sa distribution dans les IRM27, montrant une tache noire autour de l’extrémité de la canule, entourée d’une zone hyperintense qui montrait les limites extérieures du volume de perfusion. Les images disponibles de la procédure sont limitées en raison des contraintes associées au tournage dans l’espace IRM limité autour de la zone de travail du chirurgien. Les séquences vidéo peropératoires ont été utilisées pour guider la description du protocole.
Les agents de perfusion par stéréotaxie guidée par IRM chez les porcs et d’autres modèles de grands animaux ont donné lieu à des procédures précises, prévisibles et sûres. La démonstration de la stéréotaxie IRMi chez les porcs fournit la base de l’évolutivité des traitements de recherche qui ont une grande valeur translationnelle pour les humains. Les modèles porcins ont été largement utilisés pour étudier les réponses immunologiques en raison de leur similitude avec la réponse humaine par rapport à d’autres espèces28. Les agents thérapeutiques administrés au cerveau peuvent être étudiés dans le contexte d’une perfusion cible précise, avec l’avantage supplémentaire d’une visualisation IRM en temps réel de l’emplacement de la perfusion, des ajustements nécessaires et de l’évaluation peropératoire de sa distribution dans le tissu.

Dans ce protocole, nous décrivons l’application d’un système stéréotaxique d’imagerie par résonance magnétique interventionnelle (IRMi) pour le placement des canules et la visualisation en temps réel des perfusions dans le cerveau du porc. Le développement de systèmes IRMi permet un placement précis du cathéter1. L’IRMi permet de visualiser la distribution de l’agent de perfusion dans le cerveau des patients sous anesthésie générale 1,2 afin d’évaluer la précision de la procédure en temps réel.
Le système stéréotaxique guidé par IRM est une plate-forme ciblée qui permet une précision de ciblage inférieure au millimètre1. Il utilise un dispositif de visée monté sur le crâne en conjonction avec un logiciel dédié qui fournit une imagerie anatomique du cerveau avec des trajectoires d’insertion de plomb projetées et des paramètres d’ajustement. Les conseils IRMi pour l’intervention chirurgicale stéréotaxique au cerveau se sont révélés efficaces dans des applications cliniques, telles que la stimulation cérébrale profonde dans le traitement de la maladie de Parkinson 2,3,4,5, l’ablation focale pour le traitement de l’épilepsie 6,7 et l’administration assistée par convection (DCE) de médicaments au système nerveux central 8,9.
La méthode CED est utilisée pour administrer directement des agents thérapeutiques au système nerveux central par convection fluide. Ceci est basé sur un petit gradient de pression hydrostatique qui permet l’écoulement d’un infusat de la pointe de la canule de perfusion dans l’espace extracellulaire environnant10. Les méthodes stéréotaxiques sont utilisées pour délivrer de fortes concentrations de macromolécules, de petites molécules 11,12, de transplantation cellulaire13,14,15 ou d’agents thérapeutiques dans la cible de tissu cérébral choisie, contournant ainsi la barrière hémato-encéphalique. Des facteurs tels que la perméabilité, les coefficients de diffusion, la contre-pression, l’absorption et les mécanismes de clairance affectent la diffusion des agents thérapeutiques16. Cette technique utilise un co-infusat1 à base de gadolinium pour la CED clinique, afin de surveiller l’agent de perfusion en temps réel dans la cible parenchymateuse. Des paramètres tels que le volume de distribution dans le tissu et la cinétique associée après la précision ciblée sont surveillés avec l’IRMi.
Des études de DEC sur les agents de perfusion au moyen d’un système de stéréotaxie guidée par RM ont été étudiées chez des primates non humains, ce qui a donné lieu à des procédures précises, prévisibles et sûres. Il a été démontré que la précision de placement des canules de perfusion atteint l’erreur de placement submillimétrique17. Le système assure une distribution prévisible de la perfusion, avec une augmentation linéaire observée du volume de distribution avec le volume de perfusion, conduisant à une canule résistante au reflux introduite ultérieurement pour les perfusions de CED18. Cette procédure de perfusion d’IRMi n’a entraîné aucun effet indésirable chez les primates non humains19.
Ici, nous étendons l’application de la stérotaxie guidée par RM au cerveau du porc, afin de délivrer et de surveiller la distribution d’un agent de perfusion constitué d’une suspension cellulaire de 300 μL. La taille du cerveau du porc permet des interventions d’imagerie et neurochirurgicales qui peuvent être appliquées cliniquement à l’homme, ce qui n’est pas possible dans les modèles animaux plus petits de la maladie20. En outre, le système immunitaire du porc produit des réponses similaires à celles de l’homme en termes de réponses à des agents biologiques ou à d’autres agents thérapeutiques21. Par conséquent, travailler avec cette espèce animale pour des procédures stéréotaxiques d’administration de médicaments a des implications cliniques translationnelles directes et peut être logistiquement plus facile qu’avec la recherche sur les primates non humains.
Nous avons utilisé un modèle de porc (porc domestique, femelle, 25 kg, âge de 14 semaines) pour la stéréotaxie guidée par IRM. La mise en œuvre visuelle de la procédure stéréotaxique chez les porcs est rapportée dans cette étude. Nous décrivons les adaptations de l’espace pour accueillir une tête de porc, la visualisation de la procédure à la fois en vidéo et en images, et l’imagerie IRM simultanée pour évaluer la distribution de l’infusat dans le cerveau du porc. La stéréotaxie guidée par IRM a été réalisée dans un espace d’IRM 3T.
Avec cette expérience, notre groupe démontre la performance de la stéréotaxie guidée par IRM dans le cerveau du porc et une chronologie d’imagerie de base pour suivre les perfusions dans le cerveau. La technique générale de stéréotaxie clinique réalisée chez l’homme peut être appliquée au crâne et au cerveau du porc.
L’objectif global de cette procédure est d’effectuer une stéréotaxie guidée par IRM dans le cerveau du porc avec un guidage de visualisation IRM en temps réel. Ceci est réalisé en positionnant d’abord le sujet couché dans l’alésage IRM pour un accès optimal au sommet du crâne. La deuxième étape consiste à planifier l’insertion chirurgicale avec un guidage de visualisation assisté par IRM, ce qui implique la mise en place et le balayage d’une grille fiduciaire pour déterminer le point d’entrée approprié pour une trajectoire pré-planifiée. Ceci est réalisé avec un balayage à écho à gradient rapide (MPRAGE) à haute résolution (1 mm isotrope) à pondération T1, d’une durée de 7 min et 44 s. Ensuite, nous fixons le cadre stéréotaxique sur la tête et ajustons l’alignement de manière itérative grâce à la projection logicielle jusqu’à ce que l’erreur radiale projetée soit inférieure à 0,5 mm. Les échos de rotation turbo 2D rapides (durée de 13 s) en orientation oblique fournissent un guidage d’image. Ensuite, une incision est faite sur la peau et une perceuse à main est utilisée pour créer un trou de bavure pour l’insertion de la canule de perfusion aux coordonnées prédéfinies. La dernière étape consiste à surveiller la perfusion avec des IRM répétées pondérées en T1 (MPRAGE 3D; 1 min 45 s) en temps réel avec une co-infusion de gladolinium. Les résultats montrent que la stéréotaxie guidée par IRM permet une perfusion précise et contrôlée dans le cerveau du porc, sur la base d’un guidage par RM en temps réel et de scanners IRM 3D MPRAGE pondérés en T1 (résolution isotrope de 1 mm) utilisés pour visualiser le volume de distribution.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3 Tesla Siemens MAGNETOM Vida</td>
			<td>Siemens Healthineers</td>
			<td></td>
			<td>70 cm wide-bore 3 Tesla whole body MRI scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Four channel flex coil</td>
			<td>Siemens Healthineers</td>
			<td></td>
			<td>Placed ventrally to allow access to the skull&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR Neuro Patient Drape</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-PD-05</td>
			<td>MR Neuro Patient Drape, Marker Pen, Track Ball Cover, Cable Cover</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR Neuro Procedure Drape Tapered - Long</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-PD-02-L</td>
			<td>MR Neuro Procedure Drape Tapered, Marker Pen, Track Ball Cover</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR Neuro Procedure Drape Tapered w/Extension - Long</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-PD-03-L</td>
			<td>MR Neuro Procedure Drape Tapered w/Extension, Marker Pen, Track Ball Cover</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR Neuro Scanner Bore Drape w/Extension</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-PD-04</td>
			<td>MR Neuro Scanner Bore Drape w/Extension</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalp Mount Base</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-SM-01</td>
			<td>Scalp Mount Base and centering too</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Skull Mount Base</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-SK-01</td>
			<td>Skull Mount Base</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Accessory Kit</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS -AK-01-11</td>
			<td>Stylet, Lancet, Peel-Away Sheath (2), Ruler, Depth Stop (2)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Guide Tubes</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-GT-01</td>
			<td>15 GA Guide Tube, 18 GA Guide Tube and 16GA Guide Tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Guide Tubes .052&#8221; / 18 ga</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-GT-02</td>
			<td>.052&#8221; Guide Tubes that fit 18 ga devices (5)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Guide Tubes .060&#8221; / 17 ga</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-GT-03</td>
			<td>.060&#8221; Guide Tubes that fit 17 ga devices (5)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Guide Tubes .064&#8221; / CP Stylet</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-GT-04</td>
			<td>.064&#8221; Guide Tubes that fit ClearPoint Stylets (5)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Guide Tubes .068&#8221; / 16 ga</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-GT-05</td>
			<td>.068&#8221; Guide Tubes that fit 16 ga devices (5)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Guide Tubes .074&#8221; / 15 ga</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-GT-06</td>
			<td>.074&#8221; Guide Tubes that fit 15 ga devices (5)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame MR Fiducial</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-BM-05</td>
			<td>MR Fiducials (5)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Scalp Mount Rescue Screw &#8211; Long</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-RS-02</td>
			<td>Short Scalp Mount Rescue Bone Screws (3)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Scalp Mount Rescue Screw &#8211; Short</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-RS-03</td>
			<td>Long Scalp Mount Rescue Bone Screws (3)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Skull Mount Rescue Screw</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-RS-01</td>
			<td>Skull Mount Rescue Bone Screws (3)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame Thumb Wheel Extension Set.</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS -TE-01</td>
			<td>Light Hand Controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SmartFrame XG Device Guide, 2.5 mm</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-XG-03</td>
			<td>2.5-mm Device Guide</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SmartFrame XG Device Guide, 3.2 mm</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-XG-04</td>
			<td>3.2-mm Device Guide</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame XG Drill Guide, 4.5 mm</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-XG-02</td>
			<td>4.5-mm Drill Guide</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame XG Drill Guide, 6.0 mm</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-XG-05</td>
			<td>6.0-mm Drill Guide</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame XG Exchangeable Device Guides</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-XG-01</td>
			<td>Device Guide, 3.4-mm, Device Guide, 14 GA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-SF-02-11</td>
			<td>Stereotactic Frame, Skull Mount Base, Centering Ring, Dock, Standard Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame, 5 Fr</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-SF-02-11-5</td>
			<td>Stereotactic Frame, Centering Ring, Dock, 5 Fr Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame, 7 Fr</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-SF-02-11-7</td>
			<td>Stereotactic Frame, Centering Ring, Dock, 7 Fr Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTGrid MR Planning Grid</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS -SG-01-11</td>
			<td>Marking Grid and Marking Tool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTTip MR Drill Kit, 4.5-mm</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-DB-45</td>
			<td>4.5-mm Drill Bit, 3.2-mm Drill Bit, Lancet, Depth Stop, Ruler</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMARTTwist MR Hand Drill</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-HD-01</td>
			<td>Hand Drill</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VentiPAC&#160;</td>
			<td>SurgiVet</td>
			<td>V727000 &#160;&#160;</td>
			<td>Mechanical ventilator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wharen Centering Guide</td>
			<td>ClearPoint Neuro, Inc</td>
			<td>NGS-CG-01</td>
			<td>Wharen Centering Guide</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnetic resonance-guided stereotaxy for infusions to the pig brain

L’objectif global de cette procédure est d’effectuer une stéréotaxie dans le cerveau du porc avec un guidage de visualisation par résonance magnétique (RM) en temps réel pour fournir des perfusions précises. Le sujet était positionné sur le ventre dans l’alésage MR pour un accès optimal au sommet du crâne avec le torse relevé, le cou fléchi et la tête inclinée vers le bas. Deux broches d’ancrage ancrées sur le zygome bilatéral maintenaient la tête stable à l’aide du support de tête. Une bobine flexible d’imagerie par résonance magnétique (IRM) a été placée rostralement sur le support de tête afin que le crâne soit accessible pour la procédure d’intervention. Une grille de planification placée sur le cuir chevelu a été utilisée pour déterminer le point d’entrée approprié de la canule. Le cadre stéréotaxique a été sécurisé et aligné de manière itérative par projection logicielle jusqu’à ce que l’erreur radiale projetée soit inférieure à 0,5 mm. Une perceuse à main a été utilisée pour créer un trou de bavure pour l’insertion de la canule. Une co-infusion enrichie de gadolinium a été utilisée pour visualiser la perfusion d’une suspension cellulaire. Des IRM répétées pondérées en T1 ont été enregistrées en temps réel pendant le processus d’administration de l’agent pour visualiser le volume de distribution du gadolinium. La stéréotaxie guidée par IRM permet une perfusion précise et contrôlée dans le cerveau du porc, avec une surveillance simultanée de la précision de l’insertion de la canule et la détermination du volume de distribution de l’agent.

La position du porc dans le scanner IRM offre au chirurgien un accès optimal à l’opération et un dégagement pour le cadre stéréotaxique et la canule de perfusion (Figure 1). Le torse du sujet était relevé avec des serviettes et des coussinets en mousse. Cela a permis à la tête de tomber légèrement vers le bas à l’extrémité de l’alésage MR et a donc permis au chirurgien de s’assurer que le cadre stéréotaxique et l’emplacement d’insertion de la canule de perfusion étaient accessibles de manière optimale pour le chirurgien.
La visualisation guidée par IRM permet une planification et une insertion précises d’une canule dans le cerveau (Figure 2). Le logiciel de guidage MR fournit le point d’insertion pour atteindre la trajectoire souhaitée.
L’image stéréotaxique a été scannée dans le logiciel et ajustée pour atteindre efficacement l’emplacement souhaité (Figure 3). Dans cette démonstration, un emplacement dans le cortex frontal a été choisi. Une fois le cadre défini, le logiciel a été utilisé pour estimer l’épaisseur du crâne de porc, la distance jusqu’à l’emplacement souhaité par rapport à la base du cadre et les ajustements des paramètres du cadre pour atteindre l’emplacement souhaité. Dans ce cas, pour l’emplacement et l’angle d’insertion choisis, l’épaisseur du crâne que la canule traverserait était de 4,7 mm et de 4,4 mm de la surface interne du crâne à la surface du cerveau (Figure 3A).
Enfin, des IRM interopératoires itératives après la perfusion de canule ont montré comment la perfusion a été administrée au tissu cérébral (Figure 4). Ces scans ont également fourni une comparaison de la projection de la canule (rectangle bleu) et de la trajectoire projetée de la canule (rectangle jaune), qui montrent l’efficacité de cette technique pour atteindre l’emplacement souhaité. Des examens par IRM ont été effectués à intervalles réguliers de 4 à 6 minutes et finalisés avec des examens de 10 et 30 minutes. La perfusion enrichie de gadolinium était traitable dans ces scans, ce qui a fourni une visualisation en temps réel du volume de distribution de l’agent.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64079/64079fig01.jpg"> Figure 1 : Position du sujet sur la table d’IRM. Le torse est relevé, le cou fléchi et la tête inclinée vers le bas. (A) Avant d’entrer dans l’alésage MR. (B) Sujet positionné à travers l’alésage MR pour un accès optimal au sommet du crâne. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64079/64079fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64079/64079fig02.jpg"> Figure 2 : Visualisation de la stéréotaxie guidée par RM. (A) Visualisation de la trajectoire planifiée. Le logiciel affiche l’emplacement du point d’entrée dans la grille, placé sur le cuir chevelu. (B) Emplacement du point d’entrée sur le cuir chevelu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64079/64079fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64079/64079fig03.jpg"> Figure 3 : Trajectoire d’intervention après la fixation du cadre sur le crâne. (A) Mesures de la profondeur osseuse et de la distance au cerveau. (B) Cadre stéréotaxique sur le crâne, avec un trou de bavure créé avec une perceuse à main. (C) Image stéréotaxique et projection de reconstruction 3D sur le logiciel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64079/64079fig03large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64079/64079fig04v2.jpg"> Figure 4 : Time-lapse de l’agent de perfusion enrichi en gadolinium. La zone hyperintense autour de la pointe de la canule indique la présence de gadolinium. Des IRM répétitives ont été acquises au fil du temps pour suivre le volume de distribution de l’agent pendant la perfusion : (A) t = 0, (B) t = 4 min, (C) t = 8 min, (D) t = 12 min, (E) t = 20 min, (F) t = 26 min; et après la fin de la perfusion : (G) t = 36 min, et (H) t = 60 min. La visualisation de l’agent co-infusé se produit après 4 minutes. Le rectangle bleu est le placement de la canule mesurée, tandis que le rectangle jaune montre la trajectoire projetée de la canule. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64079/64079fig04largev2.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Magnetic Resonance-Guided Stereotaxy for Infusions to the Pig Brain at JoVE.com

Magnetic Resonance-Guided Stereotaxy for Infusions to the Pig Brain

Le protocole présenté ici démontre la stéréotaxie au cerveau du porc à l’aide de perfusions améliorées par convection, avec guidage de visualisation par imagerie par résonance magnétique (IRM) en temps réel et visualisation de la distribution de perfusion en temps réel.

Stéréotaxie guidée par résonance magnétique pour les perfusions dans le cerveau du porc

The overall goal of this procedure is to perform stereotaxy in the pig brain with real-time magnetic resonance (MR) visualization guidance to provide ...

Ici, nous étendons l’application de la stéréotaxie guidée par RM au cerveau du porc pour délivrer et surveiller la distribution d’un agent de perfusion. La taille du cerveau porcin permet l’imagerie et les interventions neurochirurgicales translationnelles. Nous utilisons le modèle de porc pour l’injection stéréotaxique guidée par IRM dans une suite d’IRM 3T.Nous rapportons visuellement la mise en œuvre de la procédure stéréotaxique chez les porcs et décrivons les adaptations de la suite d’IRM pour accueillir le porc, visualisons la procédure à la fois en imagerie vidéo et en IRM simultanée pour évaluer la distribution de l’infusat. Positionnement des animaux. Placez un sujet dans le tableau d’IRM en préparation de l’IRM.Soulevez le torse avec des serviettes et des coussinets en mousse. L’objectif est que la tête tombe légèrement vers le bas, le cou fléchi et le museau touchant presque la table. Les broches du support de tête IRM ont été ancrées sur le zygome bilatéral pour maintenir la tête fixée à la table MR.Une fois réglée, la table d’IRM est déplacée dans l’alésage du scanner jusqu’à ce que la tête du sujet atteigne la fin de l’alésage. Planification de l’insertion chirurgicale avec guidage de visualisation assisté par IRM. Préparez la zone de manière stérile.Placez la grille de planification fiduciaire sur le cuir chevelu du sujet en apposant le côté adhésif de la grille sur la tête du patient, centré autour de l’emplacement du trou de bavure. Effectuez le scanner IRM avec la grille en place. Ajustez la trajectoire suggérée, y compris les points d’entrée et de cible souhaités, en faisant glisser manuellement les points d’entrée et de cible projetés dans le logiciel pour éviter les vaisseaux sanguins et minimiser les transgressions peeling et sulcales.Une fois que la trajectoire souhaitée est identifiée en fonction des préférences du chirurgien, exécutez le logiciel de guidage par résonance magnétique pour trouver le point d’entrée sur la grille. Sécurisation de l’image stéréotaxique et ajustement itératif de l’alignement grâce à la projection logicielle. Assemblez le cadre stéréotaxique autour des coordonnées du point d’entrée souhaité sur la grille en fixant d’abord la base avec six vis à ancrage osseux et quatre vis décalées.Fixez les six vis ancrées à l’os au crâne sur la grille à travers le cuir chevelu. Les six vis d’ancrage sont utilisées pour stabiliser le cadre stéréotaxique et éviter tout mouvement pendant le perçage. Fixez les quatre vis décalées situées à la base de la tour à travers la peau, ancrées sur le crâne.Ils agissent comme une contre-force pour serrer les vis d’os centrales en soulevant la base du cadre vers les vis centrales et pour stabiliser la base. Une fois que la base du cadre stéréotaxique est sécurisée, continuez avec l’assemblage du cadre. Effectuez l’IRM MP-RAGE haute résolution pondérée T1, une option du logiciel IRM, avec le cadre défini en place pour capturer les fiduciaires de l’image et confirmer la trajectoire.Confirmez la trajectoire d’insertion de canule projetée souhaitée avec le logiciel. Effectuez les réglages de tangage, de roulis et XY en tournant les molettes, comme indiqué par les paramètres de réglage de sortie dans le logiciel. À l’aide du logiciel de guidage par résonance magnétique, mesurez l’épaisseur du crâne de la trajectoire souhaitée et la distance totale au cerveau.Perçage et insertion de la canule pour perfusion. Utilisez un gommage à l’iode avant d’effectuer l’incision pour prévenir l’infection. Faites une incision de trois centimètres sur le cuir chevelu à l’aide d’un scalpel sous le cadre stéréotaxique.Configurez le cadre pour l’insertion du perçage en effectuant les ajustements avant de créer le trou d’accès. Retirez et remplacez le tube de guidage central par celui qui s’adapte à un foret de 3,4 millimètres pour le perçage. Assurez-vous qu’un assistant est présent pour maintenir le cadre en place pendant que le chirurgien s’entraîne avec la perceuse manuelle pour ajouter une stabilité supplémentaire à la monture.Installez le cadre pour la deuxième insertion de forage afin d’élargir le trou de bavure et d’éviter les collisions osseuses qui pourraient modifier la trajectoire. Configurez la perceuse avec le foret de 4,5 millimètres. Remplacez le guide central par celui qui convient à ce foret plus grand.Créez un trou de bavure de 4,5 millimètres. Percer la dure-mère avec un stylet tranchant. Insérez la canule de perfusion préamorcée et compatible avec le cadre.Veuillez vous assurer que la canule a une contre-pression neutre ou positive constante pour éliminer les bulles d’air introduites. Le logiciel fournit une profondeur spécifique à la cible prévue. Mesurez la profondeur sur la canule de perfusion compatible avec le cadre stéréotaxique et utilisez la butée de profondeur associée à la canule.Surveillance de la perfusion avec des IRM répétées. Commencez la perfusion de l’agent désiré en co-infusion avec un agent de contraste à base de gadolinium. Effectuer une IRM à intervalles réguliers pour surveiller la perfusion et le volume de distribution de l’agent inséré dans la canule dans le cerveau, ce qui peut être déduit en raison de la co-perfusion de gadolinium.Une zone hyperintense autour de l’extrémité de la canule indique la présence de l’agent de contraste à base de gadolinium. Une fois la perfusion terminée, arrêtez la pompe. Laissez la canule rester dans le cerveau pendant cinq minutes après la fin de la perfusion avant de retirer la canule.La position du porc dans le scanner IRM offre un accès optimal au chirurgien pour opérer et une autorisation pour le cadre stéréotaxique et la canule de perfusion. La visualisation guidée par IRM permet une planification et une insertion précises d’une canule dans le cerveau. Le cadre stéréotaxique est scanné dans le logiciel et ajusté pour atteindre efficacement l’emplacement souhaité.Les IRM interopératoires itératives après la perfusion de canule montrent comment la perfusion est administrée au tissu cérébral. Le cadre stéréotaxique permet une infusion précise et contrôlée dans des modèles de cerveau de porc. Avec ce protocole, nous avons établi que des paramètres tels que le débit de perfusion ou la précision de l’insertion de la canule peuvent être modifiés en temps réel ou mis en pause selon l’imagerie intraprocédurale.Le système d’imagerie par résonance magnétique en temps réel permet une détermination précise du volume de distribution. Les porcs, en tant que grands modèles animaux pour les perfusions suivies en IRM en temps réel, présentent la possibilité d’étudier l’administration de médicaments au cerveau avec l’administration de cellules et d’autres agents de valeur translationnelle. La visualisation guidée par RM fournit des conseils en temps réel pour l’accès au cerveau du porc, l’insertion de la canule et la surveillance de l’agent de perfusion.Le processus de forage, la déformation des tissus et / ou la perturbation des voies de substance blanche ont été signalés pour contribuer aux difficultés et à la livraison d’agents au cerveau. Les IRM itératives pendant la planification et l’insertion de la canule permettent de petits ajustements.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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