Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي للحقن إلى دماغ الخنزير

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

Summary

يوضح البروتوكول المقدم هنا التجسيم لدماغ الخنزير باستخدام الحقن المعززة بالحمل الحراري ، مع إرشادات تصور التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في الوقت الفعلي وتصور توزيع التسريب في الوقت الفعلي.

Abstract

الهدف العام من هذا الإجراء هو إجراء التجسيم في دماغ الخنزير مع إرشادات التصور بالرنين المغناطيسي (MR) في الوقت الفعلي لتوفير دفعات دقيقة. تم وضع الشخص منبطحا في تجويف MR للوصول الأمثل إلى الجزء العلوي من الجمجمة مع رفع الجذع ، وثني الرقبة ، وميل الرأس إلى أسفل. دبابيس تثبيت مثبتة على الزيجوما الثنائية أبقت الرأس ثابتا باستخدام حامل الرأس. تم وضع ملف مرن للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) عبر حامل الرأس بحيث يمكن الوصول إلى الجمجمة لإجراء التدخل. تم استخدام شبكة تخطيط موضوعة على فروة الرأس لتحديد نقطة الدخول المناسبة للقنية. تم تأمين الإطار التجسيمي ومواءمته بشكل متكرر من خلال إسقاط البرنامج حتى كان الخطأ الشعاعي المتوقع أقل من 0.5 مم. تم استخدام مثقاب يدوي لإنشاء ثقب لدغ لإدخال القنية. تم استخدام التسريب المشترك المعزز بالجادولينيوم لتصور ضخ تعليق الخلية. تم تسجيل فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي المتكررة بوزن T1 في الوقت الفعلي أثناء عملية تسليم الوكيل لتصور حجم توزيع الجادولينيوم. يسمح التصوير المجسم الموجه بالرنين المغناطيسي بالتسريب الدقيق والمتحكم فيه في دماغ الخنزير ، مع المراقبة المتزامنة لدقة إدخال القنية وتحديد حجم توزيع العامل.

Introduction

في هذا البروتوكول ، نصف تطبيق نظام التصوير بالرنين المغناطيسي التدخلي (iMRI) لوضع القنية والتصور في الوقت الفعلي للحقن في دماغ الخنزير. يسمح تطوير أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي بإدخال قسطرة بدقة1. يسمح التصوير بالرنين المغناطيسي بتصور توزيع عامل التسريب في دماغ المرضى تحت التخدير العام 1,2 لتقييم دقة الإجراء في الوقت الفعلي.

نظام التوجيه التجسيمي الموجه بالرنين المغناطيسي هو منصة مستهدفة تسمح بدقة استهداف أقل من المليمتر1. يستخدم جهاز تصويب مثبت على الجمجمة جنبا إلى جنب مع برنامج مخصص يوفر تصويرا تشريحيا للدماغ مع مسارات إدخال الرصاص المتوقعة ومعلمات التعديل. أثبتت إرشادات التصوير بالرنين المغناطيسي للتدخل الجراحي التجسيمي للدماغ فعاليتها في التطبيقات السريرية ، مثل التحفيز العميق للدماغ في علاج مرض باركنسون2،3،4،5 ، والاستئصال البؤري لعلاج الصرع6،7 ، والتسليم المعزز بالحمل الحراري (CED) للأدوية إلى الجهاز العصبي المركزي8،9.

تستخدم طريقة CED لتوصيل العوامل العلاجية مباشرة إلى الجهاز العصبي المركزي باستخدام الحمل الحراري للسوائل. يعتمد هذا على تدرج ضغط هيدروستاتيكي صغير يتيح تدفق التسريب من طرف قنية التسريب إلى الفضاء خارج الخلية المحيط10. تستخدم طرق التجسيم لتقديم تركيزات عالية من الجزيئات الكبيرة ، أو الجزيئات الصغيرة11،12 ، أو زرع الخلايا 13،14،15 ، أو العوامل العلاجية في هدف أنسجة المخ المختار ، والتحايل على الحاجز الدموي الدماغي. تؤثر عوامل مثل النفاذية ومعاملات الانتشار والضغط الخلفي والامتصاص وآليات التخليص على انتشار العوامل العلاجية16. تستخدم هذه التقنية co-infusate1 القائم على الجادولينيوم ل CED السريري ، لمراقبة عامل التسريب في الوقت الفعلي في الهدف متني. تتم مراقبة المعلمات مثل حجم التوزيع في الأنسجة والحركية ذات الصلة بعد الدقة المستهدفة باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي iMRI.

تمت دراسة دراسات CED لعوامل التسريب عبر نظام التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في الرئيسيات غير البشرية ، مما أدى إلى إجراءات دقيقة ويمكن التنبؤ بها وآمنة. ثبت أن دقة وضع قنية التسريب تصل إلى خطأ وضع أقل من ملليمتر17. يوفر النظام توزيعا يمكن التنبؤ به بالتسريب ، مع زيادة خطية ملحوظة في حجم التوزيع مع حجم التسريب ، مما يؤدي إلى قنية مقاومة للارتجاع تم إدخالها لاحقا لحقن CED18. تم الإبلاغ عن أن إجراء التسريب بالرنين المغناطيسي iMRI هذا لا يؤدي إلى أي آثار غير مرغوب فيها في الرئيسيات غير البشرية19.

هنا ، نقوم بتوسيع تطبيق sterotaxy الموجه بالرنين المغناطيسي على دماغ الخنزير ، لتقديم ومراقبة توزيع عامل التسريب الذي يتكون من تعليق خلية 300 ميكرولتر. يسمح حجم دماغ الخنزير بالتصوير والتدخلات الجراحية العصبية التي يمكن تطبيقها سريريا على البشر ، وهو أمر غير ممكن في النماذج الحيوانية الأصغر للمرض20. علاوة على ذلك ، ينتج الجهاز المناعي للخنزير استجابات مماثلة لتلك التي لدى البشر من حيث الاستجابات للعوامل البيولوجية أو العلاجية الأخرى21. لذلك ، فإن العمل مع هذا النوع الحيواني لإجراءات توصيل الأدوية التجسيمية له آثار سريرية انتقالية مباشرة وقد يكون أسهل من الناحية اللوجستية من أبحاث الرئيسيات غير البشرية.

استخدمنا نموذج خنزير (خنازير منزلية ، أنثى ، 25 كجم ، 14 أسبوعا من العمر) للتجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي. تم الإبلاغ عن التنفيذ البصري للإجراء التجسيمي في الخنازير في هذه الدراسة. وصفنا تكيفات المساحة لاستيعاب رأس خنزير ، وتصور الإجراء في كل من الفيديو والصور ، والتصوير بالرنين المغناطيسي المتزامن لتقييم توزيع الانغماس في دماغ الخنزير. تم إجراء التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في مساحة التصوير بالرنين المغناطيسي 3T.

من خلال هذه التجربة ، توضح مجموعتنا أداء التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في دماغ الخنزير ، وجدول زمني أساسي للتصوير لتتبع الحقن داخل الدماغ. يمكن تطبيق التقنية العامة للتجسيم السريري الذي يتم إجراؤه على البشر على جمجمة الخنازير والدماغ.

الهدف العام من هذا الإجراء هو إجراء التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في دماغ الخنزير مع إرشادات تصور التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي. يتم تحقيق ذلك من خلال وضع الشخص أولا في تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي للوصول الأمثل إلى الجزء العلوي من الجمجمة. الخطوة الثانية هي التخطيط للإدخال الجراحي مع إرشادات التصور بمساعدة التصوير بالرنين المغناطيسي ، والتي تتضمن وضع ومسح شبكة إيمانية لتحديد نقطة الدخول المناسبة لمسار مخطط له مسبقا. يتم تحقيق ذلك من خلال مغنطة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة (1 مم متناحي الخواص) T1 موزونة بمسح صدى التدرج السريع (MPRAGE) ، في مدة 7 دقائق و 44 ثانية. بعد ذلك ، نقوم بتأمين الإطار التجسيمي على الرأس ، وضبط المحاذاة بشكل متكرر من خلال إسقاط البرنامج حتى يصبح الخطأ الشعاعي المتوقع أقل من 0.5 مم. توفر عمليات مسح صدى الدوران السريع 2D turbo (مدة 13 ثانية) في الاتجاهات المائلة إرشادات الصورة. بعد ذلك ، يتم إجراء شق على الجلد ، ويتم استخدام مثقاب يدوي لإنشاء ثقب لدغ لإدخال قنية التسريب في الإحداثيات المحددة مسبقا. الخطوة الأخيرة هي مراقبة التسريب من خلال فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي المتكررة بوزن T1 (3D MPRAGE ؛ 1 دقيقة و 45 ثانية) في الوقت الفعلي باستخدام التسريب المشترك للجلادولينيوم. تظهر النتائج أن التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي يسمح بالتسريب الدقيق والمتحكم فيه في دماغ الخنزير ، بناء على توجيه التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي وفحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي 3D MPRAGE اللاحقة T1 (دقة 1 مم الخواص) المستخدمة لتصور حجم التوزيع.

Protocol

تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسية في معهد هيوستن ميثوديست للبحوث ، رقم موافقة IACUC IS00006378. تم تنفيذ جميع الأساليب التجريبية وفقا للمبادئ التوجيهية واللوائح الوطنية والمؤسسية ذات الصلة.

1. تحديد المواقع الحيوانية

  1. ضع الموضوع للوصول الأمثل إلى الجزء العلوي من الجمجمة: ضع الموضوع على طاولة التصوير بالرنين المغناطيسي استعدادا لفحص التصوير بالرنين المغناطيسي.
    ملاحظة: معلومات الموضوع: الخنازير المحلية ، أنثى ، 25 كجم ، 14 أسبوعا من العمر.
    1. قم بتهدئة الموضوع باستخدام الكيتامين (600 مجم في العضل [IM]) والميدازولام (5 مجم بالحقن العضلي). تطبيق المسكنات هيدرومورفون (4 ملغ IM)، كاربروفين (100 ملغ لكل نظام تشغيل)، والفنتانيل (25 ميكروغرام موضعي)، المضاد الحيوي سيفترياكسون (550 ملغ عن طريق الوريد [IV])، وكلوريد الصوديوم (0.9٪ IV).
    2. تنبيب الموضوع. الحفاظ على التخدير مع 2٪ -3٪ إيزوفلوران.
  2. راقب العلامات الحيوية للموضوع طوال الإجراء.
    1. تهوية ميكانيكية عند 16-19 تنفس / دقيقة باستخدام جهاز التنفس الصناعي.
  3. ضع الموضوع على طاولة التصوير بالرنين المغناطيسي استعدادا لفحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي.
  4. ضع الهدف في وضع الانبطاح بحيث يكون الرأس مواجها لتجويف التصوير بالرنين المغناطيسي.
  5. ضع ملفا مرنا قياسيا بأربع قنوات بالرنين المغناطيسي على حامل الرأس.
  6. ثبت رأس الهدف باستخدام حامل الرأس.
  7. ارفع الجذع بالمناشف ومنصات الرغوة. الهدف هو أن يسقط الرأس إلى أسفل قليلا ، مع ثني الرقبة ولمس الخطم الطاولة تقريبا. سيساعد ذلك على ضمان أن الإطار التجسيمي وقنية التسريب يتناسبان مع تجويف ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. ثبت دبابيس حامل رأس التصوير بالرنين المغناطيسي على الزيجوما الثنائية للحفاظ على الرأس مثبتا على طاولة التصوير بالرنين المغناطيسي.
  8. تأكد من أن الجزء العلوي من الجمجمة يميل نحو الجزء الخلفي من الماسح الضوئي مع ثني الرقبة. يتيح هذا الوضع للجراح الوصول إلى الجزء العلوي من فروة الرأس عندما يدخل الشخص إلى التصوير بالرنين المغناطيسي.
  9. بمجرد ضبطه ، يتم نقل جدول التصوير بالرنين المغناطيسي إلى تجويف الماسح الضوئي حتى يصل رأس الشخص إلى نهاية التجويف.

2. التخطيط للإدخال الجراحي مع إرشادات التصور بمساعدة التصوير بالرنين المغناطيسي

  1. جهز المنطقة بطريقة معقمة ، مع الحرص على تجنب دخول المواد المعدة إلى عيون الموضوع. ضع مناشف معقمة حول منطقة الجراحة. ضع ستارة معقمة مع فتحة باتجاه الجزء العلوي من الجمجمة يمكن للجراح الوصول إليها.
  2. ضع شبكة التخطيط الائتماني على فروة رأس الشخص عن طريق تثبيت الجانب اللاصق للشبكة فوق رأس المريض ، متمركزا حول موقع وجود ثقب الأزيز.
  3. انزع الطبقة العلوية المملوءة بالسوائل من الشبكة مع تثبيت الطبقة السفلية بإحكام في موضعها.
  4. قم بإجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي الكشفي مع ضبط الشبكة في مكانها. غالبا ما يتطلب الفحص إعطاء عامل تباين MR عن طريق الوريد لتصور الأوعية الدموية: استخدم تركيز 1 مليمول / مل من عامل تباين الجادولينيوم لحجم تسريب 2.5 مل.
    ملاحظة: المسح الكشفي هو صورة أولية تم التقاطها قبل دراسة التصوير النهائية. والغرض من ذلك هو أن يضمن الجراح إجراء التصوير بالقرب من المنطقة محل الاهتمام ، وتحديد حدود التصوير. الجرعة الموصى بها بتركيز 1 مليمول / مل ، وفقا للشركة المصنعة ، لعامل التباين هي 0.1 مل لكل كيلوغرام يزن الحيوان.
  5. حدد موقع الدماغ الدقيق لإدخال القنية في برنامج التوجيه بالرنين المغناطيسي.
  6. تأكد من أن البرنامج يسمح بتصور المسار المخطط للجراح لوضع القنية ، بناء على الهدف المحدد. تأكد من أن البرنامج يخرج تصور المسار ونقطة الدخول المقابلة.
    ملاحظة: بالنسبة لهذه الدراسة ، تم اختيار موقع في القشرة الأمامية لاستهداف المادة البيضاء. هذا هو المكان الذي تنشأ فيه العديد من الأورام الدبقية البشرية وتنمو22. وهو أيضا موقع تفضيلي للنشر على طول مساحات المادة البيضاء23.
    ملاحظة: ضع في اعتبارك قرار الجراح بشأن نقطة الدخول والهدف والمسار المطلوب لتقليل تجاوزات pial و sulcal وتجنب الأوعية الدموية.
  7. اضبط المسار المقترح ، بما في ذلك نقاط الدخول والهدف المطلوبة ، عن طريق سحب نقاط الدخول والهدف المتوقعة يدويا في البرنامج لتجنب الأوعية الدموية وتقليل التجاوزات الأنبوبية والكبرية. يمكن تغيير المسار وعرضه في ثلاثة أبعاد.
  8. بمجرد تحديد المسار المطلوب بناء على تفضيل الجراح ، قم بتشغيل برنامج التوجيه بالرنين المغناطيسي للعثور على نقطة الدخول على الشبكة.
    1. قم بالتمرير خلال المسار المخطط له على الفحص للعثور على نقطة الدخول على فروة الرأس. يحدد البرنامج إحداثيات الشبكة بناء على إسقاط المسار المخطط له على الشبكة.

3. تأمين الإطار التجسيمي وضبط المحاذاة بشكل متكرر من خلال إسقاط البرامج

  1. قم بتجميع الإطار التجسيمي حول إحداثيات نقطة الدخول المطلوبة على الشبكة عن طريق تأمين القاعدة أولا بستة براغي مثبتة بالعظام وأربعة براغي إزاحة.
  2. ثبت البراغي الستة المثبتة بالعظام على الجمجمة فوق الشبكة ، من خلال فروة الرأس. تستخدم مسامير التثبيت الستة لتثبيت الإطار التجسيمي وتجنب أي حركة أثناء الحفر.
  3. قم بتأمين مسامير الإزاحة الأربعة الموجودة في قاعدة البرج من خلال الجلد ، مثبتة على الجمجمة. إنها تعمل كقوة مضادة لتشديد مسامير العظم المركزية ، عن طريق رفع قاعدة الإطار إلى البراغي المركزية ، وتثبيت القاعدة.
  4. بمجرد أن تصبح قاعدة الإطار التجسيمي آمنة ، تابع تجميع الإطار.
  5. قم بإجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي MPRAGE عالي الدقة T1 ، وهو خيار في برنامج التصوير بالرنين المغناطيسي ، مع وضع الإطار في مكانه لالتقاط الثقوب الإطارية وتأكيد المسار.
  6. تأكد من مسار إدخال القنية المتوقع المطلوب باستخدام البرنامج ، وتصور فحص التصوير بالرنين المغناطيسي والمسار المخطط له.
    1. يتم أخذ فحوصات الرنين المغناطيسي اللاحقة 2D turbo spin echo لتأكيد محاذاة الإطار مع الموضوع بمجرد وضع الإطار في مكانه. إذا كان هناك اختلال في المحاذاة بين موضع الإطار الحالي والمسار المطلوب ، فإن البرنامج يخرج معلمات الضبط.
      ملاحظة: يقوم البرنامج بحساب الفرق الشعاعي بين إسقاط الموضع الحالي للإطار التجسيمي ونقطة الهدف المحددة. يستخدم هذا الخطأ لحساب الخطأ المتوقع ، والذي يستخدم بدوره لحساب التعديلات المطلوبة على الإطار لتقليله.
  7. قم بإجراء تعديلات لفة الملعب و X-Y عن طريق تدوير عجلات الإبهام ، كما هو موضح في معلمات ضبط الإخراج في البرنامج.
  8. كرر تصور التصوير بالرنين المغناطيسي المدعوم بالبرامج للمسار وقم بإجراء تعديلات دورانية ومتعدية (باستخدام عجلات الإبهام) لقنية الاستهداف حسب الضرورة.
  9. باستخدام برنامج التوجيه بالرنين المغناطيسي ، قم بقياس سمك الجمجمة في المسار المطلوب والمسافة الإجمالية إلى الدماغ.
    ملاحظة: يقوم البرنامج بحساب المسافة من أعلى الإطار (مشدود إلى الجمجمة) إلى نقطة الهدف لتقدير الطول الإجمالي.

4. حفر وإدخال قنية للتسريب

  1. استخدم مقشر اليود قبل إجراء الشق لمنع العدوى.
  2. قم بعمل شق 3 سم على فروة الرأس ، باستخدام مشرط تحت الإطار التجسيمي.
  3. قم بإعداد الإطار لإدخال المثقاب عن طريق إجراء التعديلات قبل إنشاء فتحة الوصول.
    1. قم بإزالة أنبوب التوجيه المركزي واستبداله بأنبوب يناسب مثقاب 3.4 مم للحفر.
  4. تأكد من وجود مساعد لتثبيت الإطار في مكانه أثناء قيام الجراح بالحفر باستخدام مثقاب يدوي لإضافة ثبات إضافي إلى الإطار.
  5. دع الجراح يحفر باستخدام مثقاب ملتوي يدوي لإنشاء ثقب نتوء بقطر 3.4 مم.
  6. قم بإعداد إطار لإدخال المثقاب الثاني لتوسيع فتحة النتوء وتجنب الاصطدامات العظمية التي قد تغير المسار.
    1. قم بإعداد المثقاب باستخدام مثقاب 4.5 مم ؛ استبدل أنبوب التوجيه المركزي بآخر يناسب لقمة الثقب الأكبر هذه.
    2. قم بإنشاء ثقب لدغ 4.5 مم.
  7. قم بإجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي للتأكد من عودة القنية المستهدفة إلى المسار المخطط له ، حيث يمكن أن يؤدي الحفر عبر الإطار في بعض الأحيان إلى تحريك القنية.
  8. بيرس الجافية مع stylet حاد.
  9. أدخل قنية التسريب المتوافقة مع الإطار المعدة مسبقا. تأكد من أن القنية لديها ضغط خلفي محايد أو إيجابي ثابت للحد من إدخال فقاعات الهواء.
    ملاحظة: يوفر البرنامج عمقا محددا للهدف المخطط له.
  10. قم بقياس العمق على قنية التسريب المتوافقة مع الإطار التجسيمي واستخدم توقف العمق المرتبط بالقنية. يضمن توقف العمق هذا وصول القنية إلى الموقع المطلوب وعدم تجاوزه. يوجد أيضا مجموعة قفل ورصيف مع برغي إضافي لضمان بقاء القنية في العمق المطلوب.

5. مراقبة التسريب بفحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي المتكررة

  1. قم بإجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي لتقييم إدخال القنية إلى الموقع المستهدف الصحيح في الدماغ.
  2. ابدأ ضخ العامل المطلوب كتسريب مشترك مع عامل تباين قائم على الجادولينيوم.
    ملاحظة: في هذه التجربة ، تم استخدام تركيز 1 مللي مول من عامل التباين القائم على الجادولينيوم ، ولكن قد يلزم تعديل ذلك بناء على التطبيق. تم إعطاء ما مجموعه 300 ميكرولتر من حجم التسريب بمعدل 10 ميكرولتر / دقيقة ، على الرغم من أن هذا قد يختلف أيضا.
  3. قم بإجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي على فترات زمنية منتظمة لمراقبة ضخ وحجم توزيع العامل الذي تم إدخاله في القنية في الدماغ ، والذي يمكن الاستدلال عليه بسبب التسريب المشترك للجادولينيوم.
    ملاحظة: تشير المنطقة شديدة الكثافة حول طرف القنية إلى وجود عامل التباين القائم على الجادولينيوم.
  4. بمجرد انتهاء التسريب ، أوقف المضخة.
    ملاحظة: كان معدل التسريب المستخدم في هذه الدراسة 30 ميكرولتر / دقيقة ، حتى تم حقن حجم 300 ميكرولتر من معلق الخلية بالكامل.
  5. دع القنية تبقى في الدماغ لمدة 5 دقائق بعد إنهاء التسريب قبل إزالة القنية.
    ملاحظة: عادة ما تترك قنية التسريب في مكانها لمدة 5 دقائق بعد إنهاء التسريب لتقليل التدفق العكسي21,24.
  6. قم بإزالة القنية يدويا من خلال الإطار.
  7. قم بإزالة الإطار من الرأس عن طريق تفكيكه بترتيب عكسي من كيفية بنائه.
  8. أغلق الشق بخياطة أحادية اللون 3-0 أو 4-0.
  9. قم بإيقاف تشغيل الأيزوفلوران للتحضير للتعافي.
  10. قم بنزع الأنبوب من الموضوع والسماح للموضوع بالتعافي تحت الملاحظة من قبل الفريق البيطري.

Representative Results

يوفر موضع الخنزير في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي وصولا مثاليا للجراح للعمل وتخليص الإطار التجسيمي وقنية التسريب (الشكل 1). تم رفع جذع الموضوع بالمناشف ومنصات الرغوة. مكن ذلك الرأس من السقوط لأسفل قليلا في نهاية تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي ، وبالتالي ضمن أن الإطار التجسيمي وموقع إدخال قنية التسريب يمكن الوصول إليهما على النحو الأمثل للجراح.

يسمح التصور الموجه بالتصوير بالرنين المغناطيسي بالتخطيط الدقيق وإدخال قنية إلى الدماغ (الشكل 2). يوفر برنامج التوجيه بالرنين المغناطيسي نقطة الإدخال لتحقيق المسار المطلوب.

تم مسح الإطار التجسيمي ضوئيا في البرنامج ، وتم تعديله للوصول بشكل فعال إلى الموقع المطلوب (الشكل 3). في هذا العرض التوضيحي ، تم اختيار موقع في القشرة الأمامية. بمجرد ضبط الإطار ، تم استخدام البرنامج لتقدير سمك جمجمة الخنزير ، والمسافة إلى الموقع المطلوب من قاعدة الإطار ، وتعديلات معلمة الإطار للوصول إلى الموقع المطلوب. في هذه الحالة ، بالنسبة للموقع وزاوية الإدخال المحددة ، كان سمك الجمجمة التي ستعبرها القنية 4.7 مم ، و 4.4 مم من السطح الداخلي للجمجمة إلى سطح الدماغ (الشكل 3 أ).

أخيرا ، أظهرت فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي التكرارية بعد تسريب القنية كيف تم توصيل التسريب إلى أنسجة المخ (الشكل 4). قدمت هذه المسوحات أيضا مقارنة بين إسقاط القنية (المستطيل الأزرق) ومسار القنية المسقط (المستطيل الأصفر) ، مما يدل على فعالية هذه التقنية في الوصول إلى الموقع المطلوب. تم إجراء فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي على فترات منتظمة من 4-6 دقائق وانتهت بمسح 10 و 30 دقيقة. كان التسريب المعزز بالجادولينيوم قابلا للسحب في عمليات المسح هذه ، والتي قدمت تصورا في الوقت الفعلي لحجم توزيع العامل.

Figure 1
الشكل 1: موضع الموضوع على جدول التصوير بالرنين المغناطيسي. يتم رفع الجذع ، وثني الرقبة ، ويميل الرأس إلى أسفل. (أ) قبل الدخول إلى تجويف MR. (ب) وضع الهدف من خلال تجويف MR للوصول الأمثل إلى قمة الجمجمة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 2
الشكل 2: التصور التجسيمي الموجه بالرنين المغناطيسي . (أ) تصور المسار المخطط. يقوم البرنامج بإخراج موقع نقطة الدخول في الشبكة ، الموضوعة على فروة الرأس. (ب) موقع نقطة الدخول على فروة الرأس. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 3
الشكل 3: مسار التدخل بعد تثبيت الإطار على الجمجمة. أ: قياسات عمق العظام والمسافة إلى الدماغ. (ب) إطار تجسيمي على الجمجمة ، مع ثقب نتوء تم إنشاؤه باستخدام مثقاب يدوي. (ج) الإطار التجسيمي وإسقاط إعادة البناء 3D على البرنامج. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 4
الشكل 4: الفاصل الزمني لعامل التسريب المعزز بالجادولينيوم. تشير المنطقة شديدة الكثافة حول طرف القنية إلى وجود الجادولينيوم. تم الحصول على فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي المتكررة عبر الزمن لتتبع حجم توزيع العامل أثناء التسريب: (A) t = 0 ، (B) t = 4 min ، (C) t = 8 min ، (D) t = 12 دقيقة ، (E) t = 20 دقيقة ، (F) t = 26 دقيقة ؛ وبعد انتهاء التسريب: (G) t = 36 دقيقة ، و (H) t = 60 دقيقة. يحدث تصور العامل المشترك بعد 4 دقائق. المستطيل الأزرق هو موضع القنية المقاسة ، بينما يظهر المستطيل الأصفر مسار القنية المتوقع. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Discussion

يقدم هذا البروتوكول أداء التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي إلى دماغ الخنزير داخل جهاز 3T MR مع إمكانية دقة الاستهداف دون المليمتر ، كما تم تحقيقه في الدراسات السابقة1،4،17،18،25. أظهرت تجارب الجثث السابقة مع التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي خطأ شعاعيا قدره 0.2 ± 0.1 مم1. في هذا التقرير ، كان خطأ العمق النهائي فيما يتعلق بالمسار المخطط له 1.4 مم بسبب التقييم عبر الإنترنت وتعديل المسار من قبل الجراحين. كان خطأ العمق النهائي مشابها لنتائج الخطأ الشعاعي (أقل من 2 مم) للتطبيقات السريرية لإجراءات التصوير بالرنين المغناطيسي التجسيمي في البشر26.

هنا ، نوضح موضع الموضوع على طاولة التصوير بالرنين المغناطيسي ، مع رفع جذعه بحيث يمكن أن يسقط الرأس لأسفل قليلا ويشير إلى الخارج نحو نهاية تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي. يعد وضع الرأس هذا أمرا بالغ الأهمية لتزويد الجراح بمساحة لإجراء العملية. يسمح الإطار التجسيمي بالتسريب الدقيق والمتحكم فيه في نماذج دماغ الخنزير. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي بتحديد حجم التوزيع بدقة. تقدم الخنازير ، كنماذج حيوانية كبيرة للحقن التي يتم تتبعها في الوقت الفعلي في التصوير بالرنين المغناطيسي ، إمكانية دراسة توصيل الدواء إلى الدماغ ، وتوصيل الخلايا ، وعوامل أخرى ذات قيمة انتقالية.

لدى الخنزير اختلافات تشريحية مميزة يجب مراعاتها ، مقارنة بالبشر أو الرئيسيات غير البشرية. مع نمو الخنازير ، يصبح حجم الجسم في تجويف MR تحديا. يختلف شكل الرأس والجذع عن البشر ، مما يثبت صعوبة استيعابه للوصول الأمثل إلى الدماغ للجراح ، سواء بالنسبة للإجراء الجراحي أو إدخال القنية في الفراغ خارج تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي. لذلك ، من الأهمية بمكان وضع الموضوع بطريقة تمكن الجراح من الوصول إلى الرأس من نهاية تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي.

الفرق في سمك الجمجمة بين الخنازير والبشر هو عامل يجب مراعاته. في هذا البروتوكول ، سمح تصور التصوير بالرنين المغناطيسي بتقدير دقيق لسمك الجمجمة لإجراء ثقب لدغ فعال. بالنظر إلى استخدام أدوات جراحة الأعصاب طفيفة التوغل هذه ، كان تعافي الحيوانات هادئا.

يوفر التصور الموجه بالرنين المغناطيسي إرشادات في الوقت الفعلي للوصول إلى دماغ الخنزير ، وإدخال الكانيولا ، ومراقبة عامل التسريب. تم الإبلاغ عن أن عملية الحفر وتشوه الأنسجة و / أو تعطيل مساحات المادة البيضاء تساهم في صعوبات في توصيل العامل إلى الدماغ25. توفر فحوصات الرنين المغناطيسي التكرارية أثناء التخطيط وإدخال القنية القدرة على إجراء تعديلات صغيرة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تغيير معلمات التسريب مثل معدل التسريب أو دقة إدخال القنية في الوقت الفعلي أو إيقافها مؤقتا ، وفقا لما يمليه التصوير داخل الإجراء. أخيرا ، يجب اختيار توازن مناسب للانغماسات المشتركة القائمة على الجادولينيوم ، للحصول على تقييم واضح لحجم توزيع العامل.

قد يكون التركيز المفرط لعامل التباين القائم على الجادولينيوم قد حجب توزيعه في فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي27 ، مما يظهر بقعة سوداء حول طرف القنية ، محاطة بمنطقة شديدة الكثافة أظهرت الحدود الخارجية لحجم التسريب. اللقطات المتاحة للإجراء محدودة بسبب القيود المرتبطة بالتصوير في مساحة التصوير بالرنين المغناطيسي المحدودة حول منطقة عمل الجراح. تم استخدام لقطات الفيديو أثناء العملية لتوجيه وصف البروتوكول.

أدت عوامل التسريب عبر التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي في الخنازير ونماذج الحيوانات الكبيرة الأخرى إلى إجراءات دقيقة ويمكن التنبؤ بها وآمنة. يوفر إظهار التجسيم بالرنين المغناطيسي في الخنازير الأساس لقابلية التوسع في العلاجات البحثية التي تحمل قيمة انتقالية عالية للبشر. تم استخدام نماذج الخنازير على نطاق واسع لدراسة الاستجابات المناعية بسبب تشابهها مع الاستجابة البشرية مقارنة بالأنواع الأخرى28. يمكن دراسة العوامل العلاجية التي يتم توصيلها إلى الدماغ في سياق التسريب الدقيق للهدف ، مع فائدة إضافية تتمثل في تصور التصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الفعلي لموقع التسريب ، والتعديلات اللازمة ، والتقييم أثناء العملية لتوزيعه في الأنسجة.

Disclosures

لدى SG و EAS و CJK الإفصاحات التالية: تم توظيفه بواسطة ClearPoint Neuro.

يعلن جميع المؤلفين الآخرين عدم وجود تضارب في المصالح.

Acknowledgments

يعلن المؤلفون أن هذه الدراسة تلقت تمويلا خيريا من كرسي John S. "Steve" Dunn، Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe في أبحاث أورام الدماغ في هيوستن ميثوديست. لم يشارك الممول في تصميم الدراسة أو جمعها أو تحليلها أو تفسير البيانات أو كتابة هذه المقالة أو قرار تقديمها للنشر.

تم تمويل هذا العمل جزئيا من خلال المنحة رقم RP190587 من مبادرة الوقاية من السرطان والبحوث (CPRIT) ومؤسسة هيوستن الميثودية.

يشكر المؤلفون Vi Phan و Lien My Phan ، من مركز التصوير الانتقالي في معهد هيوستن ميثوديست للأبحاث ، لمساعدتهم في التصوير بالرنين المغناطيسي.

يعلن المؤلفون أن هذه الدراسة تلقت تمويلا خيريا من بولا ورستي والتر ووقف والتر للنفط والغاز في هيوستن ميثوديست. لم يشارك الممول في تصميم الدراسة أو جمعها أو تحليلها أو تفسير البيانات أو كتابة هذه المقالة أو قرار تقديمها للنشر.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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, 1 Suppl Operative 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

علم الأعصاب ، العدد 193 ،
التجسيم الموجه بالرنين المغناطيسي للحقن إلى دماغ الخنزير
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Cruz-Garza, J. G., Taghlabi, K. M.,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter