תפקיד של דיפוזיה MRI המתיחה בניתוח בסיס גולגולת אנדוסקופי
Summary
אנו מציגים פרוטוקול לשילוב מדרכיית MRI של דיפוזיה בעבודה של המטופל לניתוח אנדוסקופי אנדונאסלי לגידול בבסיס הגולגולת. השיטות לאימוץ מחקרי הדמיה מוחית אלה בשלבים הטרום-אופרטיביים מתוארות.
Abstract
ניתוח אנדוסקופי אנדונסאלי קיבל תפקיד בולט בניהול גידולים מורכבים בבסיס הגולגולת. זה מאפשר כריתה של קבוצה גדולה של נגעים שפירים ומאירים דרך מסלול אנטומי טבעי חוץ גולגולתי, המיוצג על ידי חללי האף, הימנעות נסיגה מוחית ומניפולציה נוירווסקולרית. זה בא לידי ביטוי על ידי ההתאוששות הקלינית המהירה של המטופלים ואת הסיכון הנמוך של sequelae נוירולוגי קבוע, המייצג את האזהרה העיקרית של ניתוח בסיס הגולגולת קונבנציונאלי. ניתוח זה חייב להיות מותאם לכל מקרה ספציפי, בהתחשב בתכונותיו ובקשריו עם המבנים העצביים שמסביב, המבוססים בעיקר על דימות מוחי לפני הניתוח. טכניקות MRI מתקדמות, כגון המתיחה, אומצו לעתים רחוקות בניתוח בסיס הגולגולת עקב בעיות טכניות: תהליכים ארוכים ומסובכים ליצירת שחזורים אמינים להכללה במערכת הנוירונים.
מאמר זה נועד להציג את הפרוטוקול המיושם במוסד ומדגיש את שיתוף הפעולה הסינרגיסטי ואת עבודת הצוות בין נוירוכירורגים לצוות הדמיה העצבית (נוירולוגים, נוירורדולוגים, נוירופסיכולוגים, פיזיקאים וביו-הנדסה) במטרה הסופית לבחור את הטיפול האופטימלי לכל מטופל, לשפר את התוצאות הניתוחיות ולקדם רפואה מותאמת אישית בתחום זה.
Introduction
האפשרות להתקרב לבסיס הגולגולת באזורים האמצעיים והפרמדיים דרך מסלול אחורי, לאמץ את פוסה האף כחללים טבעיים, ישהיסטוריהארוכה, שראשיתה יותר ממאה ואחת . עם זאת, ב -20 השנים האחרונות, ההדמיה והטכנולוגיות האופרטיביות השתפרו מספיק כדי להרחיב את האפשרות שלהם לכלול את הטיפול בגידולים המורכבים ביותר כגון מנינגיומות, אקורדומות, כונדרוסארקומות וקרניופרינגיומות1 בשל (1) הקדמה של האנדוסקופ, המעניק מבט פנורמי ומפורט 2D / 3D של אזורים אלה למנתח, (2) פיתוח מערכות נוירונים תוך ניתוחיות, ו-(3) יישום מכשירים כירורגיים ייעודיים. כפי שהוכח בקפדנות על ידי קסאם ואח ‘ ואושר על ידי ביקורות מרובות ומטא-ניתוחים, היתרונות של גישה כירורגית זו מיוצגים בעיקר על ידי סיכוייה לכרות גידולים מאתגרים בבסיס הגולגולת, הימנעות מכל נסיגה מוחית ישירה או מניפולציה עצבית, ובכך להפחית את הסיכון לסיבוכים כירורגיים והמשך נוירולוגי וחזותי לטווח ארוך2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12.
עבור מספר גידולים בגולגולת וגידולים יותרת המוח-דיאנספליים, המטרה הכירורגית האידיאלית השתנתה בשנים האחרונות מהסרת הגידול הנרחבת ביותר האפשרית להסרה הבטוחה ביותר עם שימור התפקודים הנוירולוגיים כדי לשמור על איכות החיים של המטופל3. מגבלה זו יכולה להיות מפוצה על ידי טיפולים אדג’ובנטיים חדשניים ויעילים, כגון הקרנות (אימוץ חלקיקים מסיביים כגון פרוטון או יונים פחמן בעת הצורך) ועל ניאופלסמות נבחרות, על ידי כימותרפיה כמעכבים של מסלול BRAF / MEK עבור craniopharyngiomas13,14,15.
עם זאת, כדי לרדוף אחר מטרות אלה, הערכה טרום ניתוחית זהירה היא קריטית, כדי להתאים את האסטרטגיה הכירורגית לתכונה הספציפית של כל מקרה2. ברוב המרכזים, פרוטוקול טרום הניתוח MRI מבוצע בדרך כלל רק עם רצפים מבניים סטנדרטיים, המספקים את האפיון המורפולוגי של הנגע. עם זאת, עם טכניקות אלה לא תמיד ניתן להעריך את היחסים האנטומיים של הגידול עם מבנים סמוכיםאמין 3. יתר על כן, כל מטופל עשוי להציג פרופילי ארגון מחדש פונקציונליים שונים הנגרמים על ידי פתולוגיה הניתנים לזיהוי רק עם משטח MRI דיפוזיה ו- MRI תפקודי (fMRI), אשר ניתן להשתמש בהם כדי לספק הדרכה הן בתכנון הניתוח והן בשלבים תוך ניתוחיים16,17.
נכון לעכשיו, fMRI הוא המודאליות הדמיה המוחית הנפוצה ביותר למיפוי פעילות תפקודית המוח וקישוריות, כהנחיה לתכנון כירורגי18,19 ולשפר את התוצאה שלהחולים 20. fMRI מבוסס משימה הוא המודאליות של בחירה לזהות אזורי מוח “רהוטים” המעורבים מבחינה תפקודית בביצועי משימה ספציפיים (למשל, הקשה על האצבעות, שטף פונטי), אך אינו ישים לחקר גידולים בבסיס הגולגולת.
דיפוזיה MRI המתירה שחזור ויוו ולא פולשני של קשרים במוח החומר הלבן, כמו גם עצבים גולגולתיים, לחקור את המבנה hodological המוח21. אלגוריתמים שונים של המתיחה פותחו כדי לשחזר מסלולים אקסונליים על ידי קישור פרופילי דיפוזיה של מולקולות מים, המוערכים בתוך כל ווקסל במוח. המתיחה הדטרמיניסטית עוקבת אחר כיוון הדיפוזיה הדומיננטי, ואילו המתיחה הפרוצדורלית מעריכה את התפלגות הקישוריות של מסלולים אפשריים. בנוסף, ניתן ליישם מודלים שונים כדי להעריך דיפוזיה בתוך כל voxel, וניתן להגדיר שתי קטגוריות עיקריות: מודלים סיבים יחידים, כגון מודל טנסור דיפוזיה, שבו מוערך כיוון סיב יחיד, ומודלים מרובי סיבים, כגון דה-קונבולציה כדורית, שבהם משוחזרים מספר כיוונים של סיבים חוצים22,23. למרות הוויכוח המתודולוגי על מדרכיית MRI דיפוזיה, התועלת שלה בזרימת העבודה הנוירוכירורגית מבוססת כיום. ניתן להעריך את פריקת דרכי החומר הלבן ואת המרחק לגידול, תוך שמירה על קשרים ספציפיים של חומר לבן. יתר על כן, ניתן ליישם מפות הדמיית טנזור דיפוזיה (DTI), במיוחד אניזוטרופיה חלקית (FA) ודיפוזיה ממוצעת (MD), כדי להעריך שינויים בחומר הלבן מיקרו-מבני הקשורים לחדירה אפשרית לגידול ולניטור דרכי האורך. כל התכונות הללו הופכות את ה- MRI של דיפוזיה לכלי רב עוצמה הן לתכנון טרום ניתוחי והן לקבלת החלטות תוך-ניתוחיות באמצעות מערכות נוירונוביגציה24.
עם זאת, היישום של טכניקות המתיחה לניתוח בסיס הגולגולת הוגבל על ידי הצורך בידע טכני מיוחד ואת העבודה גוזלת זמן כדי לייעל רכישת רצף MRI דיפוזיה, פרוטוקול ניתוח, ושילוב תוצאות המתיחה במערכות neuronavigation25. לבסוף, מגבלות נוספות נובעות מהקשיים הטכניים המרחיבים ניתוחים אלה ממבני חומר לבן תוך-פרנשיליים עד לא-פרו-פריצ’ימליים, כעצבי גולגולת. ואכן, רק מחקרים אחרונים הציגו תוצאות ראשוניות המנסות לשלב ניתוח MRI ובסיס גולגולת מתקדם26,27,28.
המאמר הנוכחי מציג פרוטוקול לניהול רב תחומי של גידולים בבלוטת יותרת המוח ובסיס הגולגולת באמצעות מדרכי MRI דיפוזיה. יישום פרוטוקול זה במוסד נבע משיתוף הפעולה בין נוירוכירורגים, נוירו-אנדוקרינולוגים וצוות הדמיית המוח (כולל מומחיות קלינית וביואינפורמטיקה) כדי להציע גישה רב-צירית משולבת יעילה לחולים אלה.
במרכז שילבנו פרוטוקולים רב תחומיים לניהול מטופלים עם גידולים בבסיס הגולגולת, כדי לספק את התיאור האינפורמטיבי ביותר האפשרי, להתאים ולהתאים אישית את התוכנית הכירורגית. אנו מראים כי פרוטוקול זה יכול להיות מאומץ הן קליני ואת הגדרת המחקר עבור כל חולה עם גידול בסיס הגולגולת כדי להנחות את אסטרטגיית הטיפול ולשפר את הידע על השינויים במוח המושרה על ידי נגעים אלה.
Protocol
Representative Results
Discussion
היישום של הפרוטוקול המוצג הביא לטיפול בטוח ויעיל של אחד הגידולים תוך גולגולתיים המאתגרים ביותר כגון craniopharyngioma פולש לחדר 3rd, אולי לפתוח אופק חדש עבור נגע שהוגדר על ידי H. Cushing לפני כמאה שנה כמו neoplasm תוך גולגולתי מבלבל ביותר1. השילוב של תכנון טרום ניתוחי מדויק, שילוב טכניקות …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות לטכנאי הרדיולוגיה ולצוות האחיות של האזור הנוירורדיולוגי, IRCCS Istituto delle Scienze Neurologiche di Bologna, ולמתאם שלהם ד”ר מריה גרציה קרפלדי, על שיתוף הפעולה ביניהם.
Materials
| BRAF V600E-specific clone VE1 | Ventana | ||
| Dural Substitute | Biodesign, Cook Medical | ||
| Endoscope | Karl Storz, 4mm in diameter, 18 cm in length, Hopkins II – Karl Storz Endoscopy | ||
| Immunohistochemical staining instrument | Ventana Benchmark, Ventana Medical Systems | ||
| MRI | 3T Magnetom Skyra, Siemens Health Care | ||
| Neuronavigator | Stealth Station S8 Surgical Navigation System, MEDTRONIC |
References
- Wang, A. J., Zaidi, H. A., Laws, E. D. History of endonasal skull base surgery. Journal of Neurosurgical Sciences. 60 (4), 441-453 (2016).
- Kassam, A. B., Gardner, P., Snyderman, C., Mintz, A., Carrau, R. Expanded endonasal approach: fully endoscopic, completely transnasal approach to the middle third of the clivus, petrous bone, middle cranial fossa, and infratemporal fossa. Neurosurgical Focus. 19 (1), 6 (2005).
- Schwartz, T. H., Morgenstern, P. F., Anand, V. K. Lessons learned in the evolution of endoscopic skull base surgery. Journal of Neurosurgery. 130 (2), 337-346 (2019).
- Cossu, G., et al. Surgical management of craniopharyngiomas in adult patients: a systematic review and consensus statement on behalf of the EANS skull base section. Acta Neurochirurgica. 162 (5), 1159-1177 (2020).
- Komotar, R. J., Starke, R. M., Raper, D. M., Anand, V. K., Schwartz, T. H. Endoscopic endonasal compared with microscopic transsphenoidal and open transcranial resection of craniopharyngiomas. World Neurosurgery. 77 (2), 329-341 (2012).
- Clark, A. J., et al. Endoscopic surgery for tuberculum sellae meningiomas: a systematic review and meta-analysis. Neurosurgical Review. 36 (3), 349-359 (2013).
- Ditzel Filho, L. F., et al. Endoscopic Endonasal Approach for Removal of Tuberculum Sellae Meningiomas. Neurosurgical Clinics of North America. 26 (3), 349 (2015).
- Labidi, M., et al. Clivus chordomas: a systematic review and meta-analysis of contemporary surgical management. Journal of Neurosurgical Science. 60 (4), 476-484 (2016).
- Cannizzaro, D., et al. Microsurgical versus endoscopic trans-sphenoidal approaches for clivus chordoma: a pooled and meta-analysis. Neurosurgical Review. , (2020).
- Fujii, T., Platt, A., Zada, G. Endoscopic Endonasal Approaches to the Craniovertebral Junction: A Systematic Review of the Literature. Journal of Neurological Surgery: Part B Skull Base. 76 (6), 480-488 (2015).
- Tubbs, R. S., Demerdash, A., Rizk, E., Chapman, J. R., Oskouian, R. J. Complications of transoral and transnasal odontoidectomy: a comprehensive review. Child’s Nervous System. 32 (1), 55-59 (2016).
- Zoli, M., et al. Endoscopic approaches to orbital lesions: case series and systematic literature review. Journal of Neurosurgery. 3, 1 (2020).
- Jensterle, M., et al. Advances in the management of craniopharyngioma in children and adults. Radiology and Oncology. 53 (4), 388-396 (2019).
- Roque, A., Odia, Y. BRAF-V600E mutant papillary craniopharyngioma dramatically responds to combination BRAF and MEK inhibitors. CNS Oncology. 6 (2), 95-99 (2017).
- Marucci, G., et al. Targeted BRAF and CTNNB1 next-generation sequencing allows proper classification of nonadenomatous lesions of the sellar region in samples with limiting amounts of lesional cells. Pituitary. 18 (6), 905-911 (2015).
- Silva, M. A., See, A. P., Essayed, W. I., Golby, A. J., Tie, Y. Challenges and techniques for presurgical brain mapping with functional MRI. NeuroImage Clinical. 17, 794-803 (2017).
- Duffau, H. Lessons from brain mapping in surgery for low-grade glioma: insights into associations between tumor and brain plasticity. The Lancet Neurology. 4 (8), 476-486 (2005).
- Maesawa, S., et al. Evaluation of resting state networks in patients with gliomas: connectivity changes in the unaffected side and its relation to cognitive function. PloS One. 10 (2), 0118072 (2015).
- Gonen, T., et al. Intra-operative multi-site stimulation: Expanding methodology for cortical brain mapping of language functions. PloS One. 12 (7), 0180740 (2017).
- Pillai, J. J. The evolution of clinical functional imaging during the past 2 decades and its current impact on neurosurgical planning. American Journal of Neuroradiology. 31 (2), 219-225 (2010).
- Bizzi, A. Presurgical mapping of verbal language in brain tumors with functional MR imaging and MR tractography. Neuroimaging Clinics of North America. 19 (4), 573-596 (2009).
- Dell’Acqua, F., Tournier, J. D. Modelling white matter with spherical deconvolution: How and why. NMR in Biomedicine. 32 (4), 3945 (2019).
- Maier-Hein, K. H., et al. The challenge of mapping the human connectome based on diffusion tractography. Nature Communications. 8 (1), 1349 (2017).
- Costabile, J. D., Alaswad, E., D’Souza, S., Thompson, J. A., Ormond, D. R. Current Applications of Diffusion Tensor Imaging and Tractography in Intracranial Tumor Resection. Frontiers in Oncology. 9, 426 (2019).
- Jacquesson, T., et al. Full tractography for detecting the position of cranial nerves in preoperative planning for skull base surgery: technical note. Journal of Neurosurgery. , 1-11 (2019).
- Zolal, A., et al. Comparison of probabilistic and deterministic fiber tracking of cranial nerves. Journal of Neurosurgery. 127 (3), 613-621 (2017).
- Ung, N., et al. A Systematic Analysis of the Reliability of Diffusion Tensor Imaging Tractography for Facial Nerve Imaging in Patients with Vestibular Schwannoma. Journal of Neurological Part B Skull Base. 77 (4), 314-318 (2016).
- Anik, I., et al. Visual Outcome of an Endoscopic Endonasal Transsphenoidal Approach in Pituitary Macroadenomas: Quantitative Assessment with Diffusion Tensor Imaging Early and Long-Term Results. World Neurosurgery. 12, 691-701 (2018).
- Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).
- Yushkevich, P. A., et al. User-Guided Segmentation of Multi-modality Medical Imaging Datasets with ITK-SNAP. Neuroinformatics. 17 (1), 83-102 (2019).
- Tournier, J. D., Calamante, F., Connelly, A. Robust determination of the fibre orientation distribution in diffusion MRI: non-negativity constrained super-resolved spherical deconvolution. NeuroImage. 35 (4), 1459-1472 (2007).
- Mormina, E., et al. Optic radiations evaluation in patients affected by high-grade gliomas: a side-by-side constrained spherical deconvolution and diffusion tensor imaging study. Neuroradiology. 58 (11), 1067-1075 (2016).
- Hales, P. W., et al. Delineation of the visual pathway in paediatric optic pathway glioma patients using probabilistic tractography, and correlations with visual acuity. Neuroimage Clinical. 11 (17), 541-548 (2017).
- Testa, C., et al. The effect of diffusion gradient direction number on corticospinal tractography in the human brain: an along-tract analysis. Magma. 30 (3), 265-280 (2017).
- Talozzi, L., et al. Along-tract analysis of the arcuate fasciculus using the Laplacian operator to evaluate different tractography methods. Magnetic Resonance Imaging. 54, 183-193 (2018).
- Zoli, M., et al. Postoperative outcome of body core temperature rhythm and sleep-wake cycle in third ventricle craniopharyngiomas. Neurosurgical Focus. 41 (6), 12 (2016).
- Foschi, M., et al. Site and type of craniopharyngiomas impact differently on 24-hour circadian rhythms and surgical outcome. A neurophysiological evaluation. Autonomic Neuroscience. 208, 126-130 (2017).
- Mojón, A., Fernández, J. R., Hermida, R. C. Chronolab: an interactive software package for chronobiologic time series analysis written for the Macintosh computer. Chronobiology International. 9 (6), 403-412 (1992).
- Hardesty, D. A., Montaser, A. S., Beer-Furlan, A., Carrau, R. L., Prevedello, D. M. Limits of endoscopic endonasal surgery for III ventricle craniopharyngiomas. Journal of Neurosurgical Sciences. 62 (3), 310-321 (2018).
- Lee, W. H., et al. Effect of Dexmedetomidine Combined Anesthesia on Motor evoked Potentials During Brain Tumor Surgery. World Neurosurgery. 123, 280-287 (2019).
- Barazi, S. A., et al. Extended endoscopic transplanum-transtuberculum approach for pituitary adenomas. British Journal of Neurosurgery. 27 (3), 374-382 (2013).
- Singh, H., et al. Intraoperative Neurophysiological Monitoring for Endoscopic Endonasal Approaches to the Skull Base: A Technical Guide. Scientifica. , 1751245 (2016).
- Mazzatenta, D., et al. Outcome of Endoscopic Endonasal Surgery in Pediatric Craniopharyngiomas. World Neurosurgery. 134, 277-288 (2020).
- Milanese, L., et al. Antibiotic Prophylaxis in Endoscopic Endonasal Pituitary and Skull Base Surgery. World Neurosurgery. 106, 912-918 (2017).
- Hadad, G., et al. A novel reconstructive technique after endoscopic expanded endonasal approaches: vascular pedicle nasoseptal flap. Laryngoscope. 116 (10), 1882-1886 (2006).
- Zoli, M., et al. Cavernous sinus invasion by pituitary adenomas: role of endoscopic endonasal surgery. Journal of Neurosurgical Sciences. 60 (4), 485-494 (2016).
- Louis, D. N., et al. The 2016 World Health Organization classification of tumors of the central nervous system: a summary. Acta Neuropathologica. 131 (6), 803-820 (2016).
- Coury, J. R., Davis, B. N., Koumas, C. P., Manzano, G. S., Dehdashti, A. R. Histopathological and molecular predictors of growth patterns and recurrence in craniopharyngiomas: a systematic review. Neurosurgical Review. 43 (1), 41-48 (2020).
- Prieto, R., et al. Craniopharyngioma adherence: a comprehensive topographical categorization and outcome-related risk stratification model based on the methodical examination of 500 tumors. Neurosurgical Focus. 41 (6), 13 (2016).
- Cagnazzo, F., Zoli, M., Mazzatenta, D., Gompel, J. J. V. Endoscopic and Microscopic Transsphenoidal Surgery of Craniopharyngiomas: A Systematic Review of Surgical Outcomes Over Two Decades. Journal of Neurological Surgery: part A Central European Neurosurgery. 79 (3), 247-256 (2018).
- Cavallo, L. M., et al. The endoscopic endonasal approach for the management of craniopharyngiomas: a series of 103 patients. Journal of Neurosurgery. 121, 100-113 (2014).
- Andersson, J. L., Skare, S., Ashburner, J. How to correct susceptibility distortions in spin-echo echo-planar images: application to diffusion tensor imaging. Neuroimage. 20 (2), 870-888 (2003).
- Castellano, A., Cirillo, S., Bello, L., Riva, M., Falini, A. Functional MRI for Surgery of Gliomas. Current Treatment Options in Neurology. 19 (10), 34 (2017).
- Elowe-Gruau, E., et al. Childhood craniopharyngioma: hypothalamus-sparing surgery decreases the risk of obesity. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 98 (6), 2376-2382 (2013).
- Jacquesson, T., et al. Overcoming Challenges of Cranial Nerve Tractography: A Targeted Review. Neurosurgery. 84 (2), 313-325 (2019).
