JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neuroscience

Магнитно-резонансная стереотаксия для инфузий в мозг свиньи

Published: March 31, 2023
doi:
10.3791/64079
, , , , , , , , , , , , ,
1Department of Neurosurgery,Houston Methodist Research Institute, 2ClearPoint Neuro, 3Translational Imaging Center,Houston Methodist Research Institute

Summary

Протокол, представленный здесь, демонстрирует стереотаксию мозга свиньи с использованием инфузий с усилением конвекции, с визуализацией магнитно-резонансной томографии (МРТ) в режиме реального времени и визуализацией распределения инфузий в режиме реального времени.

Abstract

Общая цель этой процедуры состоит в том, чтобы выполнить стереотаксию в мозге свиньи с помощью визуализации магнитного резонанса (МРТ) в режиме реального времени для обеспечения точных инфузий. Испытуемый был расположен в отверстии MR для оптимального доступа к верхней части черепа с поднятым туловищем, согнутой шеей и наклоненной вниз головой. Два анкерных штифта, закрепленных на двусторонней зигоме, удерживали голову устойчиво с помощью держателя головы. Гибкая катушка магнитно-резонансной томографии (МРТ) была размещена рострально через держатель головы, чтобы череп был доступен для процедуры вмешательства. Планировочная сетка, размещенная на коже головы, использовалась для определения соответствующей точки входа канюли. Стереотаксическая рамка была закреплена и выровнена итеративно с помощью программной проекции до тех пор, пока проецируемая радиальная ошибка не составила менее 0,5 мм. Ручное сверло использовалось для создания отверстия для заусенца для вставки канюли. Коинфузия с добавлением гадолиния использовалась для визуализации инфузии клеточной суспензии. Повторные Т1-взвешенные МРТ-сканирования регистрировались в режиме реального времени в процессе доставки агента для визуализации объема распределения гадолиния. Стереотаксия под управлением МРТ позволяет проводить точную и контролируемую инфузию в мозг свиньи с одновременным мониторингом точности введения канюли и определением объема распределения агента.

Introduction

В этом протоколе мы описываем применение стереотаксической системы интервенционной магнитно-резонансной томографии (иМРТ) для размещения канюли и визуализации инфузий в мозг свиньи в режиме реального времени. Разработка систем iMRI позволяет точно устанавливать катетер1. iMRI позволяет визуализировать распределение инфузионного агента в головном мозге пациентов под общим наркозом 1,2 для оценки точности процедуры в режиме реального времени.

Стереотаксическая система с mr-наведением представляет собой целевую платформу, которая обеспечивает точность прицеливания ниже миллиметра1. Он использует прицельное устройство, установленное на черепе, в сочетании со специальным программным обеспечением, которое обеспечивает анатомическую визуализацию мозга с прогнозируемыми траекториями вставки свинца и параметрами корректировки. Руководство iMRI по стереотаксическому хирургическому вмешательству в головной мозг доказало свою эффективность в клинических применениях, таких как глубокая стимуляция мозга при лечении болезни Паркинсона 2,3,4,5, фокальная абляция для лечения эпилепсии 6,7 и конвекционно-усиленная доставка (CED) лекарств в центральную нервную систему 8,9.

Метод CED используется для непосредственной доставки терапевтических агентов в центральную нервную систему с помощью конвекции жидкости. Это основано на небольшом гидростатическом градиенте давления, который обеспечивает поток инфузии из кончика инфузионной канюли в окружающее внеклеточное пространство10. Стереотаксические методы используются для доставки высоких концентраций макромолекул, малых молекул11,12, трансплантации клеток 13,14,15 или терапевтических агентов в выбранную мишень ткани мозга, обходя гематоэнцефалический барьер. Такие факторы, как проницаемость, коэффициенты диффузии, противодавление, поглощение и механизмы клиренса, влияют на диффузию терапевтических агентов16. Этот метод использует коинфузию1 на основе гадолиния для клинического CED, чтобы контролировать инфузионный агент в режиме реального времени в паренхиматозную мишень. Такие параметры, как объем распределения в ткани и связанная с ним кинетика после целевой точности, контролируются с помощью iMRI.

Исследования Инфузионных агентов CED через стереотаксиальную систему под управлением MR были изучены на нечеловеческих приматах, что привело к точным, предсказуемым и безопасным процедурам. Было показано, что точность размещения инфузионной канюли достигает субмиллиметровой погрешности размещения17. Система обеспечивает предсказуемое распределение инфузии с наблюдаемым линейным увеличением объема распределения с объемом инфузии, что приводит к последующему введению рефлюкс-резистентной канюли для инфузий CED18. Сообщалось, что эта процедура инфузии иМРТ не вызывает неблагоприятных последствий у нечеловеческих приматов19.

Здесь мы расширяем применение МР-управляемой стеротаксии в мозге свиньи, чтобы доставлять и контролировать распределение инфузионного агента, состоящего из клеточной суспензии 300 мкл. Размер мозга свиньи позволяет проводить визуализацию и нейрохирургические вмешательства, которые могут быть применены клинически к людям, что невозможно на небольших животных моделях заболевания20. Кроме того, иммунная система свиньи производит реакции, аналогичные реакции человека с точки зрения реакций на биологические или другие терапевтические агенты21. Таким образом, работа с этим видом животных для стереотаксических процедур доставки лекарств имеет прямые трансляционные клинические последствия и может быть логистически проще, чем с исследованиями нечеловеческих приматов.

Мы использовали модель свиньи (домашняя свинья, самка, 25 кг, 14-недельный возраст) для стереотаксии под управлением MR. В этом исследовании сообщается о визуальной реализации стереотаксической процедуры у свиней. Мы описываем адаптацию пространства для размещения головы свиньи, визуализацию процедуры как в видео, так и на изображениях, а также параллельную МР-визуализацию для оценки распределения инфузий в мозге свиньи. Стереотаксия под МР-контролем выполнялась в пространстве МРТ 3T.

С помощью этого эксперимента наша группа демонстрирует производительность стереотаксии под управлением MR в мозге свиньи и базовую временную шкалу визуализации для отслеживания инфузий в мозге. Общая методика клинической стереотаксии, выполняемая на людях, может быть применена к черепу и мозгу свиньи.

Общей целью этой процедуры является выполнение стереотаксии под управлением МРТ в мозге свиньи с помощью руководства по визуализации МРТ в режиме реального времени. Это достигается путем первого позиционирования субъекта в отверстии МРТ для оптимального доступа к верхней части черепа. Вторым шагом является планирование хирургического введения с помощью руководства по визуализации с помощью МРТ, которое включает в себя размещение и сканирование фидуциальной сетки для определения подходящей точки входа для заранее запланированной траектории. Это достигается с помощью высокочастотного (1 мм изотропного) T1-взвешенного 3D-намагниченного 3D-сканирования с быстрым градиентным эхо (MPRAGE) продолжительностью 7 мин и 44 с. Затем мы закрепляем стереотаксическую рамку на головке и итеративно регулируем выравнивание с помощью программной проекции до тех пор, пока проецируемая радиальная ошибка не составит менее 0,5 мм. Быстрое 2D-сканирование спинового эха (продолжительность 13 с) в наклонных ориентациях обеспечивает управление изображением. Затем на коже делается разрез, а ручное сверло используется для создания отверстия для заусенца для введения инфузионной канюли по заданным координатам. Заключительным этапом является мониторинг инфузии с помощью повторных Т1-взвешенных МРТ-сканирований (3D MPRAGE; 1 мин 45 с) в режиме реального времени с коинфузией гладолиниума. Результаты показывают, что стереотаксия под управлением МРТ позволяет проводить точную и контролируемую инфузию в мозг свиньи на основе МРТ-наведения в режиме реального времени и последующих Т1-взвешенных 3D-МРТ MPRAGE (изотропное разрешение 1 мм), используемых для визуализации объема распределения.

Protocol

Исследование было одобрено Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию в Хьюстонском методистском научно-исследовательском институте, номер одобрения IACUC IS00006378. Все экспериментальные методы были выполнены в соответствии с соответствующими национальными и институциональными руководящими принципами и правилами. 1. Позиционирование животных Расположите субъекта для оптимального доступа к верхней части черепа: поместите субъекта на стол МРТ в рамках подготовки к МРТ-сканированию.ПРИМЕЧАНИЕ: Предметная информация: домашняя свинья, сука, 25 кг, 14-недельный возраст.Успокаивайте испытуемого кетамином (600 мг внутримышечно [в/м]) и мидазоламом (5 мг в/м). Вводят анальгетики гидроморфон (4 мг в/м), карпрофен (100 мг на ОС) и фентанил (25 мкг местно), антибиотик цефтриаксон (550 мг внутривенно [IV]) и NaCl (0,9% IV). Интубировать тему. Поддерживайте анестезию 2%-3% изофлураном. Следите за жизненно важными показателями субъекта на протяжении всей процедуры.Искусственно проветривать при 16-19 дыханиях/мин с помощью вентилятора. Поместите объект на стол МРТ в рамках подготовки к МРТ-сканированию. Поместите объект в положение лежа головой лицом к отверстию МРТ. Поместите стандартную четырехканальную гибкую катушку МРТ на держатель головки. Стабилизируйте голову субъекта с помощью держателя головы. Поднимите туловище полотенцами и поролоновыми прокладками. Цель состоит в том, чтобы голова немного упала вниз, с согнутой шеей и мордой, почти касающейся стола. Это поможет гарантировать, что стереотаксическая рамка и инфузионная канюля помещаются в отверстие МРТ-сканера. Закрепите штифты держателя головки МРТ на двусторонней зигоме, чтобы голова была прикреплена к столу МРТ. Убедитесь, что верхняя часть черепа наклонена к задней части сканера с согнутой шеей. Это положение позволяет хирургу иметь доступ к верхней части кожи головы, когда субъект входит в МРТ. После установки стол МРТ перемещается в отверстие сканера до тех пор, пока голова субъекта не достигнет конца отверстия. 2. Планирование хирургического введения с помощью МРТ-руководства по визуализации Подготовьте область стерильным образом, позаботившись о том, чтобы подготовленный материал не попал в глаза субъекта. Разместите стерильные полотенца вокруг хирургической зоны. Поместите стерильную драпировку с отверстием в верхней части черепа, к которому хирург может получить доступ. Поместите фидуциальную планировочную сетку на кожу головы испытуемого, прикрепив клеевую сторону сетки над головой пациента, сосредоточенную вокруг места, где будет отверстие заусенца. Снимите верхний заполненный жидкостью слой сетки, прочно удерживая нижний слой в нужном положении. Выполните МРТ-сканирование разведчика с сеткой, установленной на месте. Сканирование часто требует внутривенного введения контрастного вещества MR для визуализации сосудистой системы: используйте концентрацию контрастного вещества гадолиния 1 ммоль / мл для объема инфузии 2,5 мл.ПРИМЕЧАНИЕ: Скаутское сканирование является предварительным изображением, сделанным перед окончательным исследованием изображений. Цель состоит в том, чтобы хирург обеспечил, чтобы визуализация проводилась близко к интересующей области, и определил границы визуализации. Рекомендуемая доза в концентрации 1 ммоль/мл, согласно производителю, для контрастного вещества составляет 0,1 мл на килограмм, который весит животное. Выберите точное местоположение мозга для введения канюли в программном обеспечении MR-guidance. Убедитесь, что программное обеспечение позволяет визуализировать запланированную траекторию хирурга для размещения канюли на основе выбранной цели. Убедитесь, что программное обеспечение выводит визуализацию траектории и соответствующую точку входа.ПРИМЕЧАНИЕ: Для этого исследования был выбран участок в лобной коре для нацеливания на белое вещество. Это место, где многие человеческие глиомы возникают и растут22. Это также предпочтительное место для распространения вдоль трактов белого вещества23.ПРИМЕЧАНИЕ: Рассмотрите решение хирурга о точке входа, цели и желаемой траектории, чтобы свести к минимуму нарушения пиальной и сулькальной смолы и избежать кровеносных сосудов. Отрегулируйте предлагаемую траекторию, включая желаемые точки входа и цели, вручную перетаскивая прогнозируемые точки входа и цели в программном обеспечении, чтобы избежать кровеносных сосудов и свести к минимуму нарушения пиальной и бороздной смолы. Траекторию можно изменять и рассматривать в трех измерениях. Как только желаемая траектория будет определена на основе предпочтений хирурга, запустите программное обеспечение MR-guidance, чтобы найти точку входа в сетку.Прокрутите запланированную траекторию на сканировании, чтобы найти точку входа на коже головы. Программное обеспечение задает координаты сетки на основе проекции запланированной траектории на сетку. 3. Закрепление стереотаксической рамки и итеративная регулировка выравнивания с помощью программной проекции Соберите стереотаксическую рамку вокруг желаемых координат точки входа на сетке, сначала закрепив основание шестью винтами с костяным креплением и четырьмя офсетными винтами. Закрепите шесть винтов с костным креплением к черепу по сетке, через кожу головы. Шесть анкерных винтов используются для стабилизации стереотаксической рамы и предотвращения любого движения во время сверления. Закрепите четыре смещенных винта, расположенных у основания башни, через обшивку, закрепленную на черепе. Они действуют как встречная сила, чтобы затянуть центральные костные винты, поднимая основание рамы к центральным винтам, и стабилизировать основание. Как только стереотаксическое основание кадра будет надежно закреплено, продолжите сборку рамы. Выполните МРТ-сканирование MPRAGE с высоким разрешением T1, опцию в программном обеспечении МРТ, с установленным кадром для захвата фидуциалов кадра и подтверждения траектории. Подтвердите желаемую проекционную траекторию вставки канюли с помощью программного обеспечения, визуализируя МРТ-сканирование и запланированную траекторию.Последующие 2D турбо спиновые эхо-МРТ-сканирования проводятся для подтверждения выравнивания кадра с объектом после того, как кадр находится на месте. При возникновении несоответствия между текущим положением кадра и желаемой траекторией программное обеспечение выводит параметры корректировки.ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение вычисляет радиальную разницу между проекцией текущего положения стереотаксического кадра и определенной целевой точкой. Эта ошибка используется для вычисления прогнозируемой ошибки, которая, в свою очередь, используется для расчета необходимых корректировок кадра для ее минимизации. Выполняйте регулировки тангажа и X-Y, поворачивая колеса большого пальца, как указано в выходных параметрах регулировки в программном обеспечении. Повторите программную визуализацию траектории МРТ и при необходимости выполните вращательные и поступательные корректировки (с помощью колес большого пальца) канюли наведения. Используя программное обеспечение MR-наведения, измерьте толщину черепа на нужной траектории и общее расстояние до мозга.ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение вычисляет расстояние от верхней части рамы (привинченной к черепу) до целевой точки, чтобы оценить общую длину. 4. Сверление и вставка канюли для инфузии Используйте йодный скраб перед выполнением разреза, чтобы предотвратить инфекцию. Сделайте разрез 3 см на волосистой части головы, используя скальпель под стереотаксической рамкой. Настройте раму для вставки сверла, выполнив настройки перед созданием отверстия для доступа.Снимите и замените центральную направляющую трубу на ту, которая подходит для сверления 3,4 мм. Убедитесь, что присутствует помощник, чтобы удерживать раму на месте, в то время как хирург сверлит ручную дрель, чтобы добавить дополнительную устойчивость раме. Пусть хирург сверлит с помощью ручного сверла, чтобы создать отверстие для заусенца диаметром 3,4 мм. Установите раму для второй вставки сверла, чтобы расширить отверстие заусенца и избежать костных столкновений, которые могут изменить траекторию.Установите сверло с сверлом 4,5 мм; замените центральную направляющую трубу на ту, которая подходит для этого большего сверла. Создайте отверстие для заусенцев диаметром 4,5 мм. Выполните МРТ-сканирование, чтобы убедиться, что канюля наведения вернулась на запланированную траекторию, так как сверление через раму иногда может сместить канюлю. Проткните твердую мозговую оболочку острым стилетом. Вставьте предварительно загрунтованную совместимую с рамой инфузионную канюлю. Убедитесь, что канюля имеет постоянное нейтральное или положительное противодавление, чтобы ограничить введение пузырьков воздуха.ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение обеспечивает заданную глубину для запланированной цели. Измерьте глубину на стереотаксической инфузионной канюле, совместимой с кадром, и используйте упор глубины, связанный с канюлей. Эта остановка глубины гарантирует, что канюля достигает нужного места и не выходит за его пределы. Существует также замок и док в сборе с дополнительным винтом, чтобы канюля оставалась на нужной глубине. 5. Мониторинг инфузии с помощью повторных МРТ-сканирований Выполните МРТ-сканирование, чтобы оценить вставку канюли в правильное целевое место в головном мозге. Начните инфузию желаемого агента в виде совместной инфузии с контрастным веществом на основе гадолиния.ПРИМЕЧАНИЕ: В этом эксперименте использовалась концентрация контрастного вещества на основе гадолиния 1 мМ, но это, возможно, потребуется скорректировать в зависимости от применения. В общей сложности 300 мкл объема инфузии вводили со скоростью 10 мкл/мин, хотя это также может варьироваться. Выполняйте МРТ-сканирование через регулярные промежутки времени, чтобы контролировать инфузию и объем распределения агента, вставленного канюлей, в головном мозге, что может быть выведено из-за совместной инфузии гадолиния.ПРИМЕЧАНИЕ: Гиперинтенсивная область вокруг кончика канюли указывает на наличие контрастного вещества на основе гадолиния. Как только инфузия закончится, остановите насос.ПРИМЕЧАНИЕ: Скорость инфузии, используемая в этом исследовании, составляла 30 мкл/мин, пока объем клеточной суспензии в 300 мкл не был полностью инфузионирован. Дайте канюле остаться в мозге в течение 5 минут после прекращения инфузии перед удалением канюли.ПРИМЕЧАНИЕ: Инфузионную канюлю обычно оставляют на месте в течение 5 мин после прекращения инфузии для уменьшения обратного потока21,24. Извлеките канюлю вручную через рамку. Снимите раму с головки, разобрав ее в обратном порядке от того, как она была построена. Закройте разрез бегущим 3-0 или 4-0 монокриловым швом. Выключите изофлуран, чтобы подготовиться к восстановлению. Экстубируйте субъекта и позвольте субъекту выздороветь под наблюдением ветеринарной команды.

Representative Results

Положение свиньи в МРТ-сканере обеспечивает оптимальный доступ для хирурга к операции и зазор для стереотаксической рамки и инфузионной канюли (рисунок 1). Туловище испытуемого было поднято полотенцами и поролоновыми прокладками. Это позволило головке немного опуститься вниз в конце отверстия МР и, следовательно, обеспечило оптимальность стереотаксической рамки и места введения инфузионной канюли для хирурга. Визуализация под управлением МРТ позволяет точно планировать и вставлять канюлю в мозг (рисунок 2). Программное обеспечение MR-наведения обеспечивает точку вставки для достижения желаемой траектории. Стереотаксический кадр сканировался в программном обеспечении, и он был настроен для эффективного достижения желаемого местоположения (рисунок 3). В этой демонстрации было выбрано место в лобной коре. После того, как рама была установлена, программное обеспечение использовалось для оценки толщины черепа свиньи, расстояния до желаемого места от основания рамы и корректировки параметров рамы для достижения желаемого местоположения. В этом случае для выбранного местоположения и угла введения толщина черепа, который канюля будет пересекать, составляла 4,7 мм и 4,4 мм от внутренней поверхности черепа до поверхности мозга (рисунок 3А). Наконец, итеративное интероперативное МРТ-сканирование после инфузии канюли показало, как инфузия доставлялась в ткань мозга (рисунок 4). Эти сканирования также обеспечили сравнение проекции канюли (синий прямоугольник) и прогнозируемой траектории канюли (желтый прямоугольник), которые показывают эффективность этого метода в достижении желаемого местоположения. МРТ-сканирование проводилось с регулярными интервалами в 4-6 минут и завершалось 10-30-минутным сканированием. Инфузия, усиленная гадолинием, была поддается обработке в этих сканированиях, что обеспечивало визуализацию объема распределения агента в режиме реального времени. Рисунок 1: Положение субъекта на столе МРТ. Туловище приподнято, шея согнута, а голова наклонена вниз. (A) Перед входом в отверстие MR. (B) Предмет, расположенный через отверстие MR для оптимального доступа к верхней части черепа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 2: Визуализация стереотаксии под управлением МР. (А) Визуализация планируемой траектории. Программа выводит точку входа в сетку, размещенную на скальпе. (B) Расположение точки входа на коже головы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 3: Траектория вмешательства после того, как каркас закреплен на черепе. (А) Измерения глубины кости и расстояния до мозга. (B) Стереотаксическая рамка на черепе, с отверстием для заусенцев, созданным с помощью ручного сверла. (C) Стереотаксическая рамка и проекция 3D-реконструкции на программное обеспечение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 4: Замедление инфузионного агента, усиленного гадолинием. Гиперинтенсивная область вокруг кончика канюли указывает на наличие гадолиния. Повторяющиеся МР-сканирования были получены во времени для отслеживания объема распределения агента во время инфузии: (A) t = 0, (B) t = 4 мин, (C) t = 8 мин, (D) t = 12 мин, (E) t = 20 мин, (F) t = 26 мин; и после окончания инфузии: (G) t = 36 мин, и (H) t = 60 мин. Визуализация коинфицированного средства происходит через 4 мин. Синий прямоугольник — это место расположения измеряемой канюли, в то время как желтый прямоугольник показывает проецируемую траекторию канюли. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Discussion

Этот протокол представляет производительность стереотаксии с МР-наведением к мозгу свиньи внутри машины 3T MR с возможностью субмиллиметровой точности нацеливания, как достигнуто в предыдущих исследованиях 1,4,17,18,25. Предыдущие эксперименты трупа со стереотаксией под управлением МР показали радиальную погрешность 0,2 ± 0,1 мм1. В этом отчете окончательная погрешность глубины относительно запланированной траектории составила 1,4 мм из-за онлайн-оценки и корректировки траектории хирургами. Окончательная погрешность глубины была сопоставима с результатами радиальной ошибки (менее 2 мм) для клинических реализаций стереотаксических процедур иМРТ у людей26.

Здесь мы демонстрируем размещение субъекта на столе МРТ, при этом его ствол поднят таким образом, что голова может слегка опуститься вниз и указать наружу к концу отверстия МРТ. Такое размещение головы имеет решающее значение для предоставления хирургу пространства для выполнения процедуры. Стереотаксическая рамка обеспечивает точную и контролируемую инфузию в модели мозга свиньи. Кроме того, МР-визуализация в режиме реального времени позволяет точно определить объем распределения. Свиньи, как крупные животные модели для инфузий, отслеживаемые в режиме реального времени в МРТ, представляют возможность изучения доставки лекарств в мозг, доставки клеток и других агентов поступательной ценности.

Свинья имеет отчетливые анатомические различия, которые следует учитывать, по сравнению с людьми или нечеловеческими приматами. По мере того, как свиньи растут, размер тела в отверстии MR становится проблемой. Форма головы и туловища отличается от человеческой, что оказывается сложным для оптимального доступа к мозгу для хирурга, как для хирургической процедуры, так и для введения канюли в пространство за пределами отверстия МР. Поэтому крайне важно расположить субъект таким образом, чтобы хирург имел доступ к голове с конца отверстия МР.

Разница в толщине черепа между свиньями и людьми является фактором, который следует учитывать. В этом протоколе визуализация iMRI позволила точно оценить толщину черепа для эффективной процедуры отверстия заусенца. Учитывая использование этих минимально инвазивных нейрохирургических инструментов, восстановление животных было без событий.

Визуализация под управлением МРТ обеспечивает в режиме реального времени руководство для доступа к мозгу свиньи, введения канюли и мониторинга инфузионного агента. Сообщалось, что процесс сверления, деформация тканей и/или разрушение трактов белого вещества способствуют трудностям в доставке агента в мозг25. Итеративное МРТ-сканирование во время планирования и вставки канюли обеспечивает возможность небольших корректировок. Кроме того, параметры инфузии, такие как скорость инфузии или точность введения канюли, могут быть изменены в режиме реального времени или приостановлены, как это диктуется внутрипроцедурной визуализацией. Наконец, должен быть выбран соответствующий баланс коинфузии на основе гадолиния, чтобы получить четкую оценку объема распределения агента.

Чрезмерная концентрация контрастного вещества на основе гадолиния, возможно, затемнила его распределение в МРТ-сканировании27, показывая черное пятно вокруг кончика канюли, окруженное гиперинтенсивной областью, которая показывала внешние границы объема инфузии. Доступные кадры процедуры ограничены из-за ограничений, связанных со съемкой в ограниченном пространстве МРТ вокруг рабочей зоны хирурга. Интраоперационные видеоматериалы использовались для описания протокола.

Инфузионные агенты через стереотаксию под управлением MR у свиней и других моделей крупных животных привели к точным, предсказуемым и безопасным процедурам. Демонстрация стереотаксии иМРТ у свиней обеспечивает основу для масштабируемости исследовательских методов лечения, которые имеют высокую трансляционную ценность для человека. Модели свиней широко использовались для изучения иммунологических реакций из-за их сходства с реакцией человека по сравнению с другими видами28. Терапевтические агенты, доставляемые в мозг, могут быть изучены в контексте точной целевой инфузии с дополнительным преимуществом визуализации МРТ в режиме реального времени места инфузии, необходимых корректировок и интраоперационной оценки ее распределения в ткани.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы заявляют, что это исследование получило филантропическое финансирование от John S. «Steve» Dunn, Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe Chair in Brain Tumor Research at Houston Methodist. Спонсор не участвовал в разработке, сборе, анализе, интерпретации данных, написании этой статьи или принятии решения о ее публикации.

Эта работа частично финансировалась за счет гранта RP190587 от Инициативы по профилактике и исследованию рака (CPRIT) и Хьюстонского методистского фонда.

Авторы благодарят Vi Phan и Lien My Phan из Центра трансляционной визуализации в Хьюстонском методистском научно-исследовательском институте за их помощь в МРТ-визуализации.

Авторы заявляют, что это исследование получило филантропическое финансирование от Паулы и Расти Уолтера и Walter Oil & Gas Corp Endowment в Houston Methodist. Спонсор не участвовал в разработке исследования, сборе, анализе, интерпретации данных, написании этой статьи или решении представить ее для публикации.

Materials

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

References

  1. Larson, P. S., et al. An optimized system for interventional magnetic resonance imaging-guided stereotactic surgery: preliminary evaluation of targeting accuracy. Neurosurgery. 70, 95-103 (2012).
  2. Foltynie, T., et al. MRI-guided STN DBS in Parkinson’s disease without microelectrode recording: efficacy and safety. Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 82 (4), 358-363 (2011).
  3. Sidiropoulos, C., et al. Intraoperative MRI for deep brain stimulation lead placement in Parkinson’s disease: 1 year motor and neuropsychological outcomes. Journal of Neurology. 263 (6), 1226-1231 (2016).
  4. Ostrem, J. L., et al. Clinical outcomes using ClearPoint interventional MRI for deep brain stimulation lead placement in Parkinson’s disease. Journal of Neurosurgery. 124 (4), 908-916 (2016).
  5. Lee, P. S., et al. Outcomes of interventional-MRI versus microelectrode recording-guided subthalamic deep brain stimulation. Frontiers in Neurology. 9, 241 (2018).
  6. Patel, N. K., Plaha, P., Gill, S. S. Magnetic resonance imaging-directed method for functional neurosurgery using implantable guide tubes. Operative Neurosurgery. 61 (5), 358-366 (2007).
  7. Drane, D. L., et al. Better object recognition and naming outcome with MRI-guided stereotactic laser amygdalohippocampotomy for temporal lobe epilepsy. Epilepsia. 56 (1), 101-113 (2015).
  8. Chittiboina, P., Heiss, J. D., Lonser, R. R. Accuracy of direct magnetic resonance imaging-guided placement of drug infusion cannulae. Journal of Neurosurgery. 122 (5), 1173-1179 (2015).
  9. Han, S. J., Bankiewicz, K., Butowski, N. A., Larson, P. S., Aghi, M. K. Interventional MRI-guided catheter placement and real time drug delivery to the central nervous system. Expert Review of Neurotherapeutics. 16 (6), 635-639 (2016).
  10. Bobo, R. H., et al. Convection-enhanced delivery of macromolecules in the brain. Proceedings of the National Academy of Sciences. 91 (6), 2076-2080 (1994).
  11. Mittermeyer, G., et al. Long-term evaluation of a phase 1 study of AADC gene therapy for Parkinson’s disease. Human Gene Therapy. 23 (4), 377-381 (2012).
  12. Lonser, R. R., Sarntinoranont, M., Morrison, P. F., Oldfield, E. H. Convection-enhanced delivery to the central nervous system. Journal of Neurosurgery. 122 (3), 697-706 (2015).
  13. Subramanian, T., Deogaonkar, M., Brummer, M., Bakay, R. MRI guidance improves accuracy of stereotaxic targeting for cell transplantation in parkinsonian monkeys. Experimental Neurology. 193 (1), 172-180 (2005).
  14. Emborg, M. E., et al. Intraoperative intracerebral MRI-guided navigation for accurate targeting in nonhuman primates. Cell Transplantation. 19 (12), 1587-1597 (2010).
  15. Silvestrini, M. T., et al. Interventional magnetic resonance imaging-guided cell transplantation into the brain with radially branched deployment. Molecular Therapy. 23 (1), 119-129 (2015).
  16. Faraji, A. H., Rajendran, S., Jaquins-Gerstl, A. S., Hayes, H. J., Richardson, R. M. Convection-enhanced delivery and principles of extracellular transport in the brain. World Neurosurgery. 151, 163-171 (2021).
  17. Richardson, R. M., et al. T2 imaging in monitoring of intraparenchymal real-time convection-enhanced delivery. Neurosurgery. 69 (1), 154-163 (2011).
  18. Richardson, R. M., et al. Novel platform for MRI-guided convection-enhanced delivery of therapeutics: preclinical validation in nonhuman primate brain. Stereotactic and Functional Neurosurgery. 89 (3), 141-151 (2011).
  19. San Sebastian, W., et al. Safety and tolerability of magnetic resonance imaging-guided convection-enhanced delivery of AAV2-hAADC with a novel delivery platform in nonhuman primate striatum. Human Gene Therapy. 23 (2), 210-217 (2012).
  20. Sauleau, P., Lapouble, E., Val-Laillet, D., Malbert, C. -. H. The pig model in brain imaging and neurosurgery. Animal. 3 (8), 1138-1151 (2009).
  21. Yin, D., Forsayeth, J., Bankiewicz, K. S. Optimized cannula design and placement for convection-enhanced delivery in rat striatum. Journal of Neuroscience Methods. 187 (1), 46-51 (2010).
  22. Larjavaara, S., et al. Incidence of gliomas by anatomic location. Neuro-Oncology. 9 (3), 319-325 (2007).
  23. Pallud, J., Devaux, B., Daumas-Duport, C., Oppenheim, C., Roux, F. X. Glioma dissemination along the corticospinal tract. Journal of Neuro-Oncology. 73 (3), 239-240 (2005).
  24. White, E., Bienemann, A., Megraw, L., Bunnun, C., Gill, S. Evaluation and optimization of the administration of a selectively replicating herpes simplex viral vector to the brain by convection-enhanced delivery. Cancer Gene Therapy. 18 (5), 358-369 (2011).
  25. Chen, M. Y., Lonser, R. R., Morrison, P. F., Governale, L. S., Oldfield, E. H. Variables affecting convection-enhanced delivery to the striatum: a systematic examination of rate of infusion, cannula size, infusate concentration, and tissue-cannula sealing time. Journal of Neurosurgery. 90 (2), 315-320 (1999).
  26. Sterk, B., et al. Initial clinical experience with ClearPoint smartframe array-aided stereotactic procedures. World Neurosurgery. 162, 120-130 (2022).
  27. Rohrer, M., Bauer, H., Mintorovitch, J., Requardt, M., Weinmann, H. -. J. Comparison of magnetic properties of MRI contrast media solutions at different magnetic field strengths. Investigative Radiology. 40 (11), 715-724 (2005).
  28. Dawson, H. D. A comparative assessment of the pig, mouse and human genomes. The Minipig in Biomedical Research. 1, 323-342 (2011).

Tags

Magnetic Resonance ImagingStereotaxyInfusionPig BrainNeurosurgical InterventionMRI-guided ProcedureAnimal PositioningSurgical PlanningStereotactic FrameTrajectory PlanningEntry PointTarget Point

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Cruz-Garza, J. G., Taghlabi, K. M., Bhenderu, L. S., Gupta, S., Pandey, A., Frazier, A. M., Brisbay, S., Patterson, J. D., Salegio, E. A., Kantorak, C. J., Karmonik, C., Horner, P. J., Rostomily, R. C., Faraji, A. H. Magnetic Resonance-Guided Stereotaxy for Infusions to the Pig Brain. J. Vis. Exp. (193), e64079, doi:10.3791/64079 (2023).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image