Summary
Protokollen som presenteres her demonstrerer stereotaksi til ved hjelp av konveksjonsforsterkede infusjoner, med sanntids magnetisk resonansavbildning (MRI) visualiseringsveiledning og sanntids infusjonsdistribusjonsvisualisering.
Abstract
Det overordnede målet med denne prosedyren er å utføre stereotaksi i med sanntids magnetisk resonans (MR) visualiseringsveiledning for å gi presise infusjoner. Motivet ble plassert utsatt i MR-boringen for optimal tilgang til toppen av skallen med overkroppen hevet, nakken bøyd og hodet skrått nedover. To ankerpinner forankret på den bilaterale zygoma holdt hodet stødig ved hjelp av hodeholderen. En magnetisk resonansavbildning (MRI) flex-spole ble plassert rostralt over hodeholderen slik at skallen var tilgjengelig for intervensjonsprosedyren. Et planleggingsnett plassert i hodebunnen ble brukt til å bestemme riktig inngangspunkt for kanylen. Den stereotaktiske rammen ble sikret og justert iterativt gjennom programvareprojeksjon til den projiserte radiale feilen var mindre enn 0,5 mm. En håndbor ble brukt til å lage et burrhull for innsetting av kanylen. En gadoliniumforsterket koinfusjon ble brukt til å visualisere infusjonen av en cellesuspensjon. Gjentatte T1-vektede MR-skanninger ble registrert i sanntid under agentleveringsprosessen for å visualisere volumet av gadoliniumdistribusjon. MR-guidet stereotaksi muliggjør presis og kontrollert infusjon i, med samtidig overvåking av kanyleinnsettingsnøyaktighet og bestemmelse av fordelingsvolumet av midlet.
Introduction
I denne protokollen beskriver vi anvendelsen av et intervensjonelt magnetisk resonans imaging (iMRI) stereotaktisk system for kanyleplassering og sanntidsvisualisering av infusjoner i. Utviklingen av iMRI-systemer muliggjør nøyaktig kateterplassering1. iMRI tillater visualisering av fordelingen av infusjonsmidlet i hjernen hos pasienter under generell anestesi 1,2 for å evaluere nøyaktigheten av prosedyren i sanntid.
Det MR-guidede stereotaktiske systemet er en målrettet plattform som muliggjør sub-millimeter målrettingsnøyaktighet1. Den bruker en skallemontert sikteanordning i forbindelse med dedikert programvare som gir anatomisk avbildning av hjernen med projiserte blyinnsettingsbaner og justeringsparametere. iMRI-veiledning for stereotaktisk kirurgisk inngrep i hjernen har vist seg å være effektiv i kliniske anvendelser, for eksempel dyp hjernestimulering ved behandling av Parkinsons sykdom 2,3,4,5, fokal ablasjon for behandling av epilepsi 6,7 og konveksjonsforsterket levering (CED) av legemidler til sentralnervesystemet 8,9.
CED-metoden brukes til å levere terapeutiske midler direkte til sentralnervesystemet ved hjelp av væskekonveksjon. Dette er basert på en liten hydrostatisk trykkgradient som gjør det mulig å strømme et infusat fra tuppen av infusjonskanylen inn i det omkringliggende ekstracellulære rommet10. Stereotaktiske metoder brukes til å levere høye konsentrasjoner av makromolekyler, små molekyler 11,12, celletransplantasjon13,14,15 eller terapeutiske midler inn i det valgte hjernevevsmålet, omgå blod-hjernebarrieren. Faktorer som permeabilitet, diffusjonskoeffisienter, mottrykk, opptak og clearancemekanismer påvirker diffusjonen av de terapeutiske midlene16. Denne teknikken benytter et gadoliniumbasert koinfusat1 for klinisk CED, for å overvåke infusjonsmidlet i sanntid inn i parenkymmålet. Parametre som distribusjonsvolum i vevet og tilhørende kinetikk etter målrettet nøyaktighet overvåkes med iMRI.
CED-studier av infusjonsmidler via et MR-guidet stereotaksisystem har blitt studert hos ikke-humane primater, noe som resulterer i nøyaktige, forutsigbare og sikre prosedyrer. Infusjonskanyleplasseringsnøyaktighet har vist seg å nå sub-millimeter plasseringsfeil17. Systemet gir en forutsigbar infusjonsfordeling, med en observert lineær økning i distribusjonsvolum med infusjonsvolum, noe som fører til en senere introdusert refluksresistent kanyle for CED-infusjoner18. Denne infusjonsprosedyren med iMRI ble rapportert å ikke medføre noen uheldige effekter hos ikke-humane primater19.
Her utvider vi anvendelsen av MR-veiledet sterotaksi på, for å levere og overvåke fordelingen av et infusjonsmiddel bestående av en 300 μL cellesuspensjon. Størrelsen på grishjernen tillater avbildning og nevrokirurgiske inngrep som kan brukes klinisk på mennesker, noe som ikke er mulig i mindre dyremodeller av sykdom20. Videre produserer immunsystemet til grisen lignende responser som hos mennesker når det gjelder responser på biologiske eller andre terapeutiske midler21. Derfor har arbeid med denne dyrearten for stereotaktiske legemiddelleveringsprosedyrer direkte translasjonelle kliniske implikasjoner og kan være logistisk enklere enn med ikke-menneskelig primatforskning.
Vi brukte en grisemodell (tamsvin, kvinne, 25 kg, 14 ukers alder) for MR-guidet stereotaksi. Den visuelle implementeringen av den stereotaktiske prosedyren hos griser er rapportert i denne studien. Vi beskriver tilpasninger av rommet for å imøtekomme et grisehode, visualisering av prosedyren både i video og bilder, og samtidig MR-avbildning for å evaluere infusatfordeling i. MR-guidet stereotaksi ble utført i et 3T MR-rom.
Med dette eksperimentet demonstrerer vår gruppe ytelsen til MR-guidet stereotaksi i, og en grunnleggende bildebehandlingstidslinje for å spore infusjoner i hjernen. Den generelle teknikken for klinisk stereotaxy utført hos mennesker kan brukes på svineskallen og hjernen.
Det overordnede målet med denne prosedyren er å utføre MR-guidet stereotaksi i med sanntids MR-visualiseringsveiledning. Dette oppnås ved først å plassere motivet utsatt i MR-boringen for optimal tilgang til toppen av skallen. Det andre trinnet er å planlegge kirurgisk innsetting med MR-assistert visualiseringsveiledning, som innebærer plassering og skanning av et fiducial rutenett for å bestemme riktig inngangspunkt for en forhåndsplanlagt bane. Dette oppnås med en høyoppløselig (1 mm isotropisk) T1-vektet 3D-magnetisering forberedt rask gradient ekko (MPRAGE) skanning, i en varighet på 7 minutter og 44 s. Deretter sikrer vi den stereotaktiske rammen på hodet, og justerer justeringen iterativt gjennom programvareprojeksjon til den projiserte radiale feilen er mindre enn 0,5 mm. Raske ekkoskanninger med 2D-turbospinn (varighet på 13 s) i skrå retning gir bildeveiledning. Deretter gjøres et snitt på huden, og en håndbor brukes til å lage et burrhull for innsetting av infusjonskanylen ved de forhåndsdefinerte koordinatene. Det siste trinnet er å overvåke infusjonen med gjentatte T1-vektede MR-undersøkelser (3D MPRAGE; 1 min 45 s) i sanntid med gladolinium-koinfusjon. Resultatene viser at MR-guidet stereotaksi muliggjør presis og kontrollert infusjon i, basert på sanntids MR-veiledning og påfølgende T1-vektede 3D MPRAGE MR-skanninger (1 mm isotrop oppløsning) som brukes til å visualisere distribusjonsvolumet.
Protocol
Studien ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee ved Houston Methodist Research Institute, IACUC godkjenningsnummer IS00006378. Alle eksperimentelle metoder ble utført i samsvar med relevante nasjonale og institusjonelle retningslinjer og forskrifter.
1. Plassering av dyr
- Plasser motivet for optimal tilgang til toppen av skallen: plasser motivet på MR-bordet som forberedelse til MR-skanningen.
MERK: Emneinformasjon: tamsvin, kvinne, 25 kg, 14 ukers alder.- Sedate personen med ketamin (600 mg intramuskulært [IM]) og midazolam (5 mg IM). Administrer smertestillende hydromorfon (4 mg IM), karprofen (100 mg per os) og fentanyl (25 μg aktuell), antibiotika ceftriaxon (550 mg intravenøst [IV]) og NaCl (0,9% IV).
- Intubere motivet. Opprettholde anestesi med 2% -3% isofluran.
- Overvåk motivets vitale tegn gjennom hele prosedyren.
- Ventiler mekanisk ved 16-19 respirasjoner/min med respirator.
- Plasser emnet på MR-bordet som forberedelse til MR-skanningene.
- Plasser motivet i en utsatt stilling med hodet vendt mot MR-boringen.
- Plasser en standard MR firekanals flexspole på hodeholderen.
- Stabiliser motivets hode med hodeholderen.
- Løft overkroppen med håndklær og skumputer. Målet er at hodet skal falle litt nedover, med nakken bøyd og snuten nesten berører bordet. Dette vil bidra til å sikre at den stereotaktiske rammen og infusjonskanylen passer inn i boringen av MR-skanneren. Forankre MR-hodeholderpinnene på den bilaterale zygomaen for å holde hodet festet til MR-bordet.
- Kontroller at toppen av skallen er skrå mot baksiden av skanneren med nakken bøyd. Denne stillingen gjør det mulig for kirurgen å ha tilgang til toppen av hodebunnen når motivet går inn i MR.
- Når den er satt, flyttes MR-tabellen inn i skannerens boring til motivets hode når slutten av boringen.
2. Planlegging av kirurgisk innsetting med MR-assistert visualiseringsveiledning
- Forbered området på en steril måte, og pass på at det forberedte materialet ikke kommer inn i motivets øyne. Plasser sterile håndklær rundt operasjonsområdet. Plasser en steril drapering med en åpning mot toppen av skallen som kirurgen kan få tilgang til.
- Plasser det fiduciale planleggingsrutenettet på fagets hodebunn ved å feste limsiden av rutenettet over pasientens hode, sentrert rundt plasseringen av hvor burrhullet vil være.
- Fjern det øverste væskefylte laget av rutenettet mens du holder det nedre laget godt på plass.
- Utfør MR-speiderskanningen med rutenettet satt på plass. Skanningen krever ofte intravenøs MR-kontrastmiddeladministrasjon for å visualisere vaskulaturen: bruk en konsentrasjon på 1 mmol / ml av kontrastmidlet gadoliniumkontrastmiddel for et infusjonsvolum på 2,5 ml.
MERK: Speiderskanningen er et foreløpig bilde tatt før den endelige bildestudien. Hensikten er at kirurgen skal sikre at bildediagnostikk utføres nær interesseområdet, og å definere avbildningsgrenser. Den anbefalte dosen ved 1 mmol/ml konsentrasjon, i henhold til produsenten, for kontrastmiddelet er 0,1 ml per kilo som dyret veier. - Velg den nøyaktige hjerneplasseringen for kanyleinnsetting i MR-veiledningsprogramvaren.
- Sørg for at programvaren tillater visualisering av kirurgens planlagte bane for kanyleplassering, basert på det valgte målet. Forsikre deg om at programvaren sender ut banevisualiseringen og det tilhørende inngangspunktet.
MERK: For denne studien ble et sted i frontal cortex valgt for å målrette hvit substans. Dette er et sted hvor mange menneskelige gliomer oppstår og vokser22. Det er også et fortrinnssted for formidling langs hvite substanskanaler23.
MERK: Vurder kirurgens beslutning for et inngangspunkt, mål og ønsket bane for å minimere piale og sulkale overtredelser og unngå blodkar. - Juster den foreslåtte banen, inkludert ønsket oppføring og målpunkter, ved å dra de projiserte inngangs- og målpunktene manuelt i programvaren for å unngå blodkar og minimere piale og sulkale overtredelser. Banen kan endres og ses i tre dimensjoner.
- Når ønsket bane er identifisert basert på kirurgens preferanse, kjør MR-veiledningsprogramvaren for å finne inngangspunktet på rutenettet.
- Bla gjennom den planlagte banen på skanningen for å finne inngangspunktet i hodebunnen. Programvaren spesifiserer rutenettkoordinatene basert på projeksjonen av den planlagte banen på rutenettet.
3. Sikring av stereotaktisk ramme og justering av justeringen iterativt gjennom programvareprojeksjon
- Monter den stereotaktiske rammen rundt de ønskede inngangspunktkoordinatene på rutenettet ved først å sikre basen med seks beinforankrede skruer og fire offsetskruer.
- Fest de seks beinforankrede skruene til skallen over rutenettet, gjennom hodebunnen. De seks ankerskruene brukes til å stabilisere den stereotaktiske rammen og unngå bevegelse under boring.
- Fest de fire offsetskruene som ligger ved foten av tårnet gjennom huden, forankret på skallen. De fungerer som en motkraft for å stramme senterbenskruene, ved å løfte rammebasen til midtskruene og for å stabilisere basen.
- Når den stereotaktiske rammebasen er sikker, fortsett med rammemontering.
- Utfør den høyoppløselige T1-vektede MPRAGE MR-skanningen, et alternativ i MR-programvaren, med rammen satt på plass for å fange rammefiducialene og bekrefte banen.
- Bekreft ønsket projisert kanyleinnsettingsbane med programvaren, visualiser MR-skanningen og planlagt bane.
- Påfølgende 2D turbo spin echo MR-skanninger blir tatt for å bekrefte justering av rammen med motivet når rammen er på plass. Hvis det er en feiljustering mellom gjeldende rammeposisjon og ønsket bane, sender programvaren ut justeringsparametere.
MERK: Programvaren beregner den radiale forskjellen mellom projeksjonen av gjeldende posisjon for den stereotaktiske rammen og det definerte målpunktet. Denne feilen brukes til å beregne den projiserte feilen, som igjen brukes til å beregne de nødvendige justeringene av rammen for å minimere den.
- Påfølgende 2D turbo spin echo MR-skanninger blir tatt for å bekrefte justering av rammen med motivet når rammen er på plass. Hvis det er en feiljustering mellom gjeldende rammeposisjon og ønsket bane, sender programvaren ut justeringsparametere.
- Utfør pitch-roll- og X-Y-justeringene ved å vri på tommelhjulene, som indikert av utgangsjusteringsparametrene i programvaren.
- Gjenta den programvareaktiverte MR-visualiseringen av banen og utfør rotasjons- og translasjonsjusteringer (ved hjelp av tommelhjulene) på målrettingskanylen etter behov.
- Ved hjelp av MR-veiledningsprogramvaren måler du tykkelsen på skallen ved ønsket bane og den totale avstanden til hjernen.
MERK: Programvaren beregner avstanden fra toppen av rammen (skrudd til skallen) til målpunktet for å estimere den totale lengden.
4. Boring og innsetting av kanylen til infusjon
- Bruk en jodskrubb før du utfører snittet for å forhindre infeksjon.
- Lag et snitt på 3 cm i hodebunnen, ved hjelp av en skalpell under den stereotaktiske rammen.
- Sett opp rammen for innsetting av boring ved å utføre justeringene før du oppretter tilgangshullet.
- Fjern og bytt ut senterføringsrøret med et som passer til en 3,4 mm borkrone for boring.
- Sørg for at en assistent er til stede for å holde rammen på plass mens kirurgen borer med en manuell drill for å gi rammen ekstra stabilitet.
- La kirurgen bore med en manuell vribor for å lage et burrhull med en diameter på 3,4 mm.
- Sett opp rammen for den andre boreinnsettingen for å utvide burrhullet og unngå benete kollisjoner som kan endre banen.
- Sett opp boret med 4,5 mm borkrone; Bytt ut senterføringsrøret med et som passer til denne større borkronen.
- Lag et 4,5 mm burrhull.
- Utfør en MR-skanning for å sikre at målkanylen har returnert til den planlagte banen, da boring gjennom rammen noen ganger kan skifte kanylen.
- Pierce dura med en skarp stylet.
- Sett inn den preprimerte rammekompatible infusjonskanylen. Sørg for at kanylen har et konsekvent nøytralt eller positivt mottrykk for å begrense innføringen av luftbobler.
MERK: Programvaren gir en spesifisert dybde til det planlagte målet. - Mål dybden på den stereotaktiske rammekompatible infusjonskanylen og bruk det kanyleassosierte dybdestoppet. Dette dybdestoppet sikrer at kanylen når ønsket sted og ikke går utover den. Det er også en lås og dock-montering med en ekstra skrue for å sikre at kanylen holder seg på ønsket dybde.
5. Overvåking av infusjonen med gjentatte MR-undersøkelser
- Utfør en MR-skanning for å vurdere innsetting av kanylen til riktig målplassering i hjernen.
- Start infusjonen av ønsket middel som en samtidig infusjon med et gadoliniumbasert kontrastmiddel.
MERK: I dette eksperimentet ble det brukt en 1 mM konsentrasjon av gadoliniumbasert kontrastmiddel, men dette må kanskje justeres basert på applikasjonen. Totalt 300 μL infusjonsvolum ble administrert med en hastighet på 10 μL / min, selv om dette også kan varieres. - Utfør en MR-undersøkelse med jevne mellomrom for å overvåke infusjonen og distribusjonsvolumet av det kanyleinnsatte middelet i hjernen, som kan utledes på grunn av samtidig infusjon av gadolinium.
MERK: Et hyperintenst område rundt kanylespissen indikerer tilstedeværelsen av det gadoliniumbaserte kontrastmiddelet. - Når infusjonen avsluttes, stopp pumpen.
MERK: Infusjonshastigheten som ble brukt i denne studien var 30 μL/min, inntil 300 μL-volumet av cellesuspensjonen var fullstendig infundert. - La kanylen forbli i hjernen i 5 minutter etter avsluttet infusjon før du fjerner kanylen.
MERK: Infusjonskanylen blir vanligvis stående i 5 minutter etter avsluttet infusjon for å redusere tilbakestrømningenpå 21,24. - Fjern kanylen manuelt gjennom rammen.
- Fjern rammen fra hodet ved å demontere den i omvendt rekkefølge fra hvordan den ble bygget.
- Lukk snittet med en løpende 3-0 eller 4-0 monokrylsutur.
- Slå av isofluranet for å forberede restitusjonen.
- Extubate motivet og la motivet komme seg under observasjon av veterinærteamet.
Representative Results
Griseposisjonen i MR-skanneren gir optimal operasjonstilgang og klaring for stereotaktisk ramme og infusjonskanyle (figur 1). Observandens overkropp ble hevet med håndklær og skumputer. Dette gjorde at hodet falt litt nedover i enden av MR-boringen, og sørget derfor for at den stereotaktiske rammen og infusjonskanylens innsettingssted var optimalt tilgjengelig for kirurgen.
Den MR-veiledede visualiseringen muliggjør presis planlegging og innsetting av en kanyle til hjernen (figur 2). MR-veiledningsprogramvaren gir innsettingspunktet for å oppnå ønsket bane.
Den stereotaktiske rammen ble skannet i programvaren, og den ble justert for effektivt å nå ønsket sted (figur 3). I denne demonstrasjonen ble det valgt et sted i frontal cortex. Når rammen var satt, ble programvaren brukt til å estimere tykkelsen på griseskallen, avstanden til ønsket sted fra rammebasen og rammeparameterjusteringene for å nå ønsket sted. I dette tilfellet, for plasseringen og innsettingsvinkelen som ble valgt, var tykkelsen på skallen som kanylen ville krysse 4,7 mm og 4,4 mm fra den indre overflaten av skallen til overflaten av hjernen (figur 3A).
Endelig viste iterativ interoperativ MR-undersøkelse etter kanyleinfusjonen hvordan infusjonen ble levert til hjernevevet (figur 4). Disse skanningene ga også en sammenligning av kanyleprojeksjonen (blått rektangel) og projisert kanylebane (gult rektangel), som viser effektiviteten av denne teknikken for å nå ønsket sted. MR-skanninger ble tatt med jevne mellomrom på 4-6 minutter og avsluttet med 10 og 30 min skanning. Den gadoliniumforsterkede infusjonen var trekkbar i disse skanningene, noe som ga en sanntidsvisualisering av distribusjonsvolumet til midlet.
Figur 1: Subjektposisjon på MR-tabellen. Torso er hevet, nakken bøyd og hodet skrått nedover. (A) Før du går inn i MR-boringen. (B) Subjekt plassert gjennom MR-boringen for optimal tilgang til toppen av skallen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: MR-guidet stereotaksivisualisering . (A) Visualisering av den planlagte banen. Programvaren sender ut inngangspunktet i rutenettet, plassert i hodebunnen. (B) Inngangspunkt plassering i hodebunnen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Intervensjonsbane etter at rammen er festet på skallen . (A) Målinger av beindybde og avstand til hjernen. (B) Stereotaktisk ramme på skallen, med et burrhull opprettet med en håndbor. (C) Stereotaktisk ramme og 3D-rekonstruksjonsprojeksjon på programvaren. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Time-lapse for det gadoliniumforsterkede infusjonsmiddelet. Det hyperintense området rundt kanylespissen indikerer tilstedeværelsen av gadolinium. Repeterende MR-skanninger ble innhentet over tid for å spore distribusjonsvolumet til midlet under infusjon: (A) t = 0, (B) t = 4 min, (C) t = 8 min, (D) t = 12 min, (E) t = 20 min, (F) t = 26 min; og etter at infusjonen var avsluttet: (G) t = 36 min, og (H) t = 60 min. Visualisering av det co-infunderte middelet skjer etter 4 minutter. Det blå rektangelet er den målte kanyleplasseringen, mens det gule rektangelet viser den projiserte kanylebanen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Discussion
Denne protokollen presenterer ytelsen til MR-guidet stereotaksi til grishjernen inne i en 3T MR-maskin med mulighet for sub-millimeter målrettingsnøyaktighet, som oppnådd i tidligere studier 1,4,17,18,25. Tidligere kadavereksperimenter med MR-guidet stereotaksi viste en radiell feil på 0,2 ± 0,1 mm1. I denne rapporten var den endelige dybdefeilen med hensyn til den planlagte banen 1,4 mm på grunn av online evaluering og justering av banen av kirurgene. Den endelige dybdefeilen var sammenlignbar med radiale feilfunn (under 2 mm) for klinisk implementering av iMRI stereotaktiske prosedyrer hos mennesker26.
Her demonstrerer vi plasseringen av motivet på MR-bordet, med stammen løftet slik at hodet kan falle litt nedover og peke utover mot slutten av MR-boringen. Denne hodeplasseringen er avgjørende for å gi kirurgen plass til å utføre prosedyren. Den stereotaktiske rammen muliggjør presis og kontrollert infusjon i grishjernemodeller. I tillegg gir MR-avbildningen i sanntid nøyaktig bestemmelse av distribusjonsvolumet. Griser, som store dyremodeller for infusjoner sporet i sanntid i MR, presenterer muligheten for studier av legemiddellevering til hjernen, cellelevering og andre midler av translasjonsverdi.
Grisen har tydelige anatomiske forskjeller å ta hensyn til, sammenlignet med mennesker eller ikke-menneskelige primater. Etter hvert som grisene vokser, blir størrelsen på kroppen i MR-boringen en utfordring. Formen på hodet og overkroppen er forskjellig fra mennesker, noe som viser seg utfordrende å imøtekomme for optimal tilgang til hjernen for kirurgen, både for det kirurgiske inngrepet og kanyleinnsetting i rommet utenfor MR-boringen. Derfor er det viktig å plassere motivet på en slik måte at kirurgen har tilgang til hodet fra enden av MR-boringen.
Forskjellen i skalletykkelse mellom griser og mennesker er en faktor å vurdere. I denne protokollen tillot iMRI-visualiseringen presis estimering av skalletykkelsen for en effektiv burrhullprosedyre. Gitt bruken av disse minimalt invasive nevrokirurgiske verktøyene, var gjenoppretting av dyr begivenhetsløs.
Den MR-veiledede visualiseringen gir sanntidsveiledning for tilgang til, kanyleinnsetting og overvåking av infusjonsmidlet. Boreprosessen, vevsdeformasjon og / eller forstyrrelse av hvite substanskanaler har blitt rapportert å bidra til vanskeligheter med agentlevering til hjernen25. Iterative MR-skanninger under planlegging og kanyleinnsetting gir mulighet for små justeringer. I tillegg kan infusjonsparametere som infusjonshastigheten eller nøyaktigheten av kanyleinnsettingen endres i sanntid eller settes på pause, som diktert av den intra-prosedyremessige avbildningen. Til slutt må en passende balanse mellom det gadoliniumbaserte koinfusatet velges for å oppnå en klar evaluering av distribusjonsvolumet til midlet.
Overkonsentrasjonen av det gadoliniumbaserte kontrastmiddelet kan ha tilslørt distribusjonen i MR-undersøkelsene27, og viste en svart flekk rundt kanylespissen, omgitt av et hyperintenst område som viste yttergrensene for infusjonsvolumet. Tilgjengelige opptak av prosedyren er begrenset på grunn av begrensningene knyttet til filming i det begrensede MR-rommet rundt kirurgens arbeidsområde. Det intraoperative videoopptaket ble brukt til å veilede protokollbeskrivelsen.
Infusjonsmidler via MR-guidet stereotaksi hos griser og andre store dyremodeller har resultert i nøyaktige, forutsigbare og sikre prosedyrer. Demonstrasjon av iMRI-stereotaksi hos griser gir grunnlag for skalerbarheten til forskningsbehandlinger som har høy translasjonsverdi for mennesker. Grismodeller har blitt mye brukt til å studere immunologiske responser på grunn av deres likhet med den menneskelige responsen sammenlignet med andre arter28. Terapeutiske midler levert til hjernen kan studeres i sammenheng med presis målinfusjon, med den ekstra fordelen av sanntids MR-visualisering av infusjonsstedet, nødvendige justeringer og intraoperativ evaluering av fordelingen i vevet.
Disclosures
SG, EAS, CJK har følgende avsløringer: Ansatt av ClearPoint Neuro.
Alle andre forfattere oppgir ingen interessekonflikter.
Acknowledgments
Forfatterne erklærer at denne studien mottok filantropisk finansiering fra John S. "Steve" Dunn, Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe Chair i hjernesvulstforskning ved Houston Methodist. Finansiøren var ikke involvert i studiedesign, innsamling, analyse, tolkning av data, skriving av denne artikkelen eller beslutningen om å sende den inn for publisering.
Dette arbeidet ble delvis finansiert av tilskuddsnummer RP190587 fra Cancer Prevention and Research Initiative (CPRIT) og Houston Methodist Foundation.
Forfatterne takker Vi Phan og Lien My Phan, fra Translational Imaging Center ved Houston Methodist Research Institute, for deres hjelp med MR-bildebehandling.
Forfatterne erklærer at denne studien mottok filantropisk finansiering fra Paula og Rusty Walter og Walter Oil & Gas Corp Endowment ved Houston Methodist. Finansiøren var ikke involvert i studiedesign, innsamling, analyse, tolkning av data, skriving av denne artikkelen eller beslutningen om å sende den inn for publisering.
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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lee, P. S., et al. Outcomes of interventional-MRI versus microelectrode recording-guided subthalamic deep brain stimulation. Frontiers in Neurology. 9, 241 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bobo, R. H., et al.
- 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).
- 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).
- 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).
- Emborg, M. E., et al. Intraoperative intracerebral MRI-guided navigation for accurate targeting in nonhuman primates. Cell Transplantation. 19 (12), 1587-1597 (2010).
- 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).
- 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).
- Richardson, R. M., et al. T2 imaging in monitoring of intraparenchymal real-time convection-enhanced delivery. Neurosurgery. 69 (1), 154-163 (2011).
- 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).
- 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).
- Sauleau, P., Lapouble, E., Val-Laillet, D., Malbert, C. -H. The pig model in brain imaging and neurosurgery. Animal. 3 (8), 1138-1151 (2009).
- 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).
- Larjavaara, S., et al. Incidence of gliomas by anatomic location. Neuro-Oncology. 9 (3), 319-325 (2007).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sterk, B., et al. Initial clinical experience with ClearPoint smartframe array-aided stereotactic procedures. World Neurosurgery. 162, 120-130 (2022).
- 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).
- Dawson, H. D. A comparative assessment of the pig, mouse and human genomes. The Minipig in Biomedical Research. 1, 323-342 (2011).
