Summary
Protokollen, der præsenteres her, demonstrerer stereotaksi til svinehjernen ved hjælp af konvektionsforstærkede infusioner med realtids magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) visualiseringsvejledning og visualisering af infusionsdistribution i realtid.
Abstract
Det overordnede mål med denne procedure er at udføre stereotaxy i svinehjernen med realtids magnetisk resonans (MR) visualiseringsvejledning for at give præcise infusioner. Motivet blev placeret udsat i MR-boringen for optimal adgang til toppen af kraniet med torsoen hævet, halsen bøjet og hovedet skråt nedad. To ankerstifter forankret på det bilaterale zygoma holdt hovedet stabilt ved hjælp af hovedholderen. En magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) flex-spole blev placeret rostralt over hovedholderen, så kraniet var tilgængeligt for interventionsproceduren. Et planlægningsgitter placeret på hovedbunden blev brugt til at bestemme kanylens passende indgangspunkt. Den stereotaktiske ramme blev sikret og justeret iterativt gennem softwareprojektion, indtil den projicerede radiale fejl var mindre end 0,5 mm. En håndboremaskine blev brugt til at skabe et burrhul til indsættelse af kanylen. En gadoliniumforstærket co-infusion blev brugt til at visualisere infusionen af en cellesuspension. Gentagne T1-vægtede MR-scanninger blev registreret i realtid under agentleveringsprocessen for at visualisere mængden af gadoliniumfordeling. MR-styret stereotaksi muliggør præcis og kontrolleret infusion i svinehjernen med samtidig overvågning af kanyleindsættelsesnøjagtighed og bestemmelse af agentfordelingsvolumen.
Introduction
I denne protokol beskriver vi anvendelsen af et interventionel magnetisk resonansbilleddannelse (iMRI) stereotaktisk system til kanyleplacering og realtidsvisualisering af infusioner i svinehjernen. Udviklingen af iMRI-systemer muliggør nøjagtig kateterplacering1. iMRI muliggør visualisering af fordelingen af infusionsmidlet i hjernen hos patienter under generel anæstesi 1,2 for at evaluere nøjagtigheden af proceduren i realtid.
Det MR-guidede stereotaktiske system er en målrettet platform, der giver mulighed for målretningsnøjagtighedunder millimeter 1. Det bruger en kraniemonteret sigteanordning i forbindelse med dedikeret software, der giver anatomisk billeddannelse af hjernen med projicerede blyindsættelsesbaner og justeringsparametre. iMRI-vejledning til stereotaktisk kirurgisk indgreb i hjernen har vist sig effektiv i kliniske applikationer, såsom dyb hjernestimulering til behandling af Parkinsons sygdom 2,3,4,5, fokal ablation til behandling af epilepsi 6,7 og konvektionsforstærket levering (CED) af lægemidler til centralnervesystemet 8,9.
CED-metoden bruges til direkte at levere terapeutiske midler til centralnervesystemet ved hjælp af væskekonvektion. Dette er baseret på en lille hydrostatisk trykgradient, der muliggør strømning af et infusat fra spidsen af infusionskanylen ind i det omgivende ekstracellulære rum10. Stereotaktiske metoder bruges til at levere høje koncentrationer af makromolekyler, små molekyler11,12, celletransplantation13,14,15 eller terapeutiske midler i det valgte hjernevævsmål og omgå blod-hjerne-barrieren. Faktorer som permeabilitet, diffusionskoefficienter, modtryk, optagelse og clearance mekanismer påvirker diffusionen af de terapeutiske midler16. Denne teknik anvender et gadoliniumbaseret co-infusat1 til klinisk CED til at overvåge infusionsmidlet i realtid i parenkymmålet. Parametre som fordelingsvolumen i vævet og relateret kinetik efter målrettet nøjagtighed overvåges med iMRI.
CED-studier af infusionsmidler via et MR-vejledt stereotaksisystem er blevet undersøgt i ikke-menneskelige primater, hvilket resulterer i nøjagtige, forudsigelige og sikre procedurer. Nøjagtigheden af placering af infusionskanyler har vist sig at nå submillimeterplaceringsfejl17. Systemet giver en forudsigelig infusionsfordeling med en observeret lineær stigning i fordelingsvolumen med infusionsvolumen, hvilket fører til en efterfølgende indført refluksresistent kanyle til CED-infusioner18. Denne iMRI-infusionsprocedure blev rapporteret ikke at pådrage sig nogen uheldige virkninger hos ikke-humane primater19.
Her udvider vi anvendelsen af MR-vejledt sterotaxy til grisehjernen for at levere og overvåge fordelingen af et infusionsmiddel bestående af en 300 μL cellesuspension. Størrelsen af svinehjernen giver mulighed for billeddannelse og neurokirurgiske indgreb, der kan anvendes klinisk på mennesker, hvilket ikke er muligt i mindre dyremodeller af sygdom20. Desuden frembringer svinets immunsystem reaktioner, der svarer til menneskers reaktioner med hensyn til reaktioner på biologiske eller andre terapeutiske midler21. Derfor har arbejdet med denne dyreart til stereotaktiske lægemiddelafgivelsesprocedurer direkte translationelle kliniske implikationer og kan være logistisk lettere end med ikke-menneskelig primatforskning.
Vi brugte en svinemodel (tamsvin, hun, 25 kg, 14 uger) til MR-guidet stereotaksi. Den visuelle implementering af den stereotaktiske procedure hos svin er rapporteret i denne undersøgelse. Vi beskriver tilpasningerne af rummet til at rumme et grisehoved, visualisering af proceduren både i video og billeder og samtidig MR-billeddannelse for at evaluere infusatfordeling i svinehjernen. MR-guidet stereotaksi blev udført i et 3T MR-rum.
Med dette eksperiment demonstrerer vores gruppe udførelsen af MR-guidet stereotaksi i svinehjernen og en grundlæggende billeddannelsestidslinje til sporing af infusioner i hjernen. Den generelle teknik til klinisk stereotaksi udført hos mennesker kan anvendes på svinekraniet og hjernen.
Det overordnede mål med denne procedure er at udføre MR-guidet stereotaksi i svinehjernen med realtids MR-visualiseringsvejledning. Dette opnås ved først at placere motivet, der er udsat i MR-boringen, for optimal adgang til toppen af kraniet. Det andet trin er at planlægge den kirurgiske indsættelse med MR-assisteret visualiseringsvejledning, som involverer placering og scanning af et fiducial gitter for at bestemme det passende indgangspunkt for en forud planlagt bane. Dette opnås med en højopløselig (1 mm isotrop) T1-vægtet 3D-magnetiseringsforberedt MPRAGE-scanning (rapid gradient echo) i en varighed på 7 minutter og 44 s. Dernæst fastgør vi den stereotaktiske ramme på hovedet og justerer justeringen iterativt gennem softwareprojektion, indtil den projicerede radiale fejl er mindre end 0,5 mm. Hurtige 2D turbo spin ekko scanninger (varighed på 13 s) i skrå retninger giver billedvejledning. Derefter foretages et snit på huden, og en håndbor bruges til at skabe et burrhul til indsættelse af infusionskanylen ved de foruddefinerede koordinater. Det sidste trin er at overvåge infusionen med gentagne T1-vægtede MR-scanninger (3D MPRAGE; 1 min 45 s) i realtid med gladolinium co-infusion. Resultaterne viser, at MR-vejledt stereotaksi giver mulighed for præcis og kontrolleret infusion i grisehjernen, baseret på MR-vejledning i realtid og efterfølgende T1-vægtede 3D MPRAGE MR-scanninger (1 mm isotropisk opløsning), der bruges til at visualisere fordelingsvolumenet.
Protocol
Undersøgelsen blev godkendt af Institutional Animal Care and Use Committee ved Houston Methodist Research Institute, IACUC godkendelsesnummer IS00006378. Alle eksperimentelle metoder blev udført i overensstemmelse med de relevante nationale og institutionelle retningslinjer og regler.
1. Placering af dyr
- Placer motivet for optimal adgang til toppen af kraniet: Placer motivet på MR-bordet som forberedelse til MR-scanningen.
OBS: Emneinformation: tamsvin, hun, 25 kg, 14 uger.- Bedøm forsøgspersonen med ketamin (600 mg intramuskulært [IM]) og midazolam (5 mg IM). Administrer smertestillende midler hydromorphon (4 mg IM), carprofen (100 mg pr. OS) og fentanyl (25 μg topisk), antibiotika ceftriaxon (550 mg intravenøst [IV]) og NaCl (0,9% IV).
- Intubere emnet. Oprethold anæstesi med 2% -3% isofluran.
- Overvåg motivets vitale tegn under hele proceduren.
- Ventiler mekanisk ved 16-19 respirationer/min med en ventilator.
- Placer emnet på MR-bordet som forberedelse til MR-scanningerne.
- Placer motivet i en udsat position med hovedet vendt mod MR-boringen.
- Placer en standard MR firekanals flexspole på hovedholderen.
- Stabiliser motivets hoved med hovedholderen.
- Hæv torsoen med håndklæder og skumpuder. Målet er, at hovedet falder lidt nedad, med nakken bøjet og snuden næsten rører bordet. Dette vil medvirke til at sikre, at den stereotaktiske ramme og infusionskanulen passer ind i MR-scannerens boring. Forankr MR-hovedholderstifterne på det bilaterale zygoma for at holde hovedet fastgjort til MR-bordet.
- Kontroller, at toppen af kraniet er skråt mod bagsiden af scanneren med nakken bøjet. Denne position gør det muligt for kirurgen at få adgang til toppen af hovedbunden, når emnet kommer ind i MR.
- Når den er indstillet, flyttes MR-tabellen ind i scannerens boring, indtil motivets hoved når enden af boringen.
2. Planlægning af kirurgisk indsættelse med MR-assisteret visualiseringsvejledning
- Forbered området på en steril måde, og pas på at undgå, at det forberedte materiale kommer ind i motivets øjne. Placer sterile håndklæder omkring det kirurgiske område. Placer en steril drapering med en åbning mod toppen af kraniet, som kirurgen kan få adgang til.
- Placer det fiduciale planlægningsgitter på motivets hovedbund ved at fastgøre den klæbende side af gitteret over patientens hoved, centreret omkring placeringen af, hvor burrhullet vil være.
- Skræl det øverste væskefyldte lag af gitteret, mens du holder det nederste lag fast på plads.
- Udfør MR-spejderscanningen med gitteret på plads. Scanningen kræver ofte intravenøs MR-kontrastmiddeladministration for at visualisere vaskulaturen: Brug en koncentration på 1 mmol / ml af kontrastmidlet gadoliniumkontrastmiddel til et infusionsvolumen på 2,5 ml.
BEMÆRK: Spejderscanningen er et foreløbigt billede taget før den endelige billeddannelsesundersøgelse. Formålet er, at kirurgen skal sikre, at billeddannelse udføres tæt på interesseområdet, og at definere billeddannelsesgrænser. Den anbefalede dosis ved 1 mmol / ml koncentration, ifølge producenten, for kontrastmidlet er 0,1 ml pr. Kg, som dyret vejer. - Vælg den præcise hjerneplacering for kanyleindsættelse i MR-vejledningssoftwaren.
- Sørg for, at softwaren tillader visualisering af kirurgens planlagte bane for kanyleplacering, baseret på det valgte mål. Sørg for, at softwaren udsender banevisualiseringen og det tilsvarende indgangspunkt.
BEMÆRK: Til denne undersøgelse blev et sted i frontal cortex valgt til at målrette mod hvidt stof. Dette er et sted, hvor mange menneskelige gliomer opstår og vokser22. Det er også et foretrukket sted for spredning langs hvide stofområder23.
BEMÆRK: Overvej kirurgens beslutning om et indgangspunkt, mål og ønsket bane for at minimere pial- og sulkaltransgressioner og undgå blodkar. - Juster den foreslåede bane, herunder de ønskede indgangs- og målpunkter, ved manuelt at trække de projicerede indgangs- og målpunkter i softwaren for at undgå blodkar og minimere pial- og sulkale overtrædelser. Banen kan ændres og ses i tre dimensioner.
- Når den ønskede bane er identificeret baseret på kirurgens præference, skal du køre MR-vejledningssoftwaren for at finde indgangspunktet på gitteret.
- Rul gennem den planlagte bane på scanningen for at finde indgangspunktet i hovedbunden. Softwaren specificerer gitterkoordinaterne baseret på fremskrivningen af den planlagte bane på nettet.
3. Sikring af den stereotaktiske ramme og justering af justeringen iterativt gennem softwareprojektion
- Saml den stereotaktiske ramme omkring de ønskede indgangspunktskoordinater på gitteret ved først at fastgøre basen med seks knogleforankrede skruer og fire forskudte skruer.
- Fastgør de seks knogleforankrede skruer til kraniet over gitteret gennem hovedbunden. De seks ankerskruer bruges til at stabilisere den stereotaktiske ramme og undgå enhver bevægelse under boringen.
- Fastgør de fire forskydningsskruer placeret i bunden af tårnet gennem huden, forankret på kraniet. De fungerer som en modkraft til at stramme midterbenskruerne ved at løfte rammebasen til midterskruerne og stabilisere basen.
- Når den stereotaktiske rammebase er fast, skal du fortsætte med rammesamlingen.
- Udfør den T1-vægtede MPRAGE MR-scanning med høj opløsning, en mulighed i MR-softwaren, med rammen indstillet til at fange rammefiducialerne og bekræfte banen.
- Bekræft den ønskede projicerede kanyleindsættelsesbane med softwaren, visualiser MR-scanningen og den planlagte bane.
- Efterfølgende 2D turbo spin echo MR-scanninger tages for at bekræfte justering af rammen med motivet, når rammen er på plads. Hvis der er en forskydning mellem den aktuelle rammeposition og den ønskede bane, udsender softwaren justeringsparametre.
BEMÆRK: Softwaren beregner den radiale forskel mellem projektionen af den stereotaktiske rammes aktuelle position og det definerede målpunkt. Denne fejl bruges til at beregne den forventede fejl, som igen bruges til at beregne de nødvendige justeringer af rammen for at minimere den.
- Efterfølgende 2D turbo spin echo MR-scanninger tages for at bekræfte justering af rammen med motivet, når rammen er på plads. Hvis der er en forskydning mellem den aktuelle rammeposition og den ønskede bane, udsender softwaren justeringsparametre.
- Udfør pitch-roll- og X-Y-justeringerne ved at dreje tommelfingerhjulene, som angivet af outputjusteringsparametrene i softwaren.
- Gentag den softwareaktiverede MR-visualisering af banen, og udfør rotations- og translationsjusteringer (ved hjælp af tommelfingerhjulene) af målretningskanulen efter behov.
- Ved hjælp af MR-vejledningssoftwaren måles tykkelsen af kraniet ved den ønskede bane og den samlede afstand til hjernen.
BEMÆRK: Softwaren beregner afstanden fra toppen af rammen (skruet fast på kraniet) til målpunktet for at estimere den samlede længde.
4. Boring og indsættelse af kanylen til infusion
- Brug en jodskrubbe, før du udfører snittet for at forhindre infektion.
- Lav et 3 cm snit i hovedbunden ved hjælp af en skalpel under den stereotaktiske ramme.
- Opsæt rammen til indsættelse af bor ved at udføre justeringerne, før du opretter adgangshullet.
- Fjern og udskift midterstyrerøret med et, der passer til et 3,4 mm bor til boring.
- Sørg for, at en assistent er til stede for at holde rammen på plads, mens kirurgen borer med en manuel boremaskine for at tilføje yderligere stabilitet til rammen.
- Lad kirurgen bore med en manuel drejeboremaskine for at skabe et burrhul med en diameter på 3,4 mm.
- Opsæt rammen til den anden boreindsættelse for at udvide grathullet og undgå knoglekollisioner, der kan ændre banen.
- Opsæt boret med 4,5 mm boret; Udskift midterstyrerøret med et, der passer til dette større bor.
- Opret et 4,5 mm burrhul.
- Udfør en MR-scanning for at sikre, at målkanylen er vendt tilbage til den planlagte bane, da boring gennem rammen undertiden kan flytte kanylen.
- Pierce dura med en skarp stylet.
- Indsæt den forgrundede rammekompatible infusionskanule. Sørg for, at kanylen har et konstant neutralt eller positivt modtryk for at begrænse indførelsen af luftbobler.
BEMÆRK: Softwaren giver en specificeret dybde til det planlagte mål. - Mål dybden på den stereotaktiske rammekompatible infusionskanule, og brug det kanyleassocierede dybdestop. Dette dybdestop sikrer, at kanylen når det ønskede sted og ikke går ud over det. Der er også en låse- og dock-enhed med en ekstra skrue for at sikre, at kanylen forbliver i den ønskede dybde.
5. Overvågning af infusionen med gentagne MR-scanninger
- Udfør en MR-scanning for at vurdere indsættelsen af kanylen til den korrekte målplacering i hjernen.
- Start infusionen af det ønskede middel som en co-infusion med et gadoliniumbaseret kontrastmiddel.
BEMÆRK: I dette eksperiment blev der anvendt en koncentration på 1 mM af gadoliniumbaseret kontrastmiddel, men dette skal muligvis justeres baseret på applikationen. I alt 300 μL infusionsvolumen blev administreret med en hastighed på 10 μl / min, selvom dette også kan varieres. - Udfør en MR-scanning med regelmæssige tidsintervaller for at overvåge infusionen og fordelingsvolumenet af det kanyleindsatte middel i hjernen, hvilket kan udledes på grund af samtidig infusion af gadolinium.
BEMÆRK: Et hyperintenst område omkring kanylespidsen indikerer tilstedeværelsen af det gadoliniumbaserede kontrastmiddel. - Når infusionen er afsluttet, skal du stoppe pumpen.
BEMÆRK: Den infusionshastighed, der blev anvendt i dette studie, var 30 μl/min, indtil 300 μl volumen af cellesuspensionen var fuldstændigt infunderet. - Lad kanylen blive i hjernen i 5 minutter efter afslutning af infusionen, før kanylen fjernes.
BEMÆRK: Infusionskanulen forbliver typisk på plads i 5 minutter efter afslutning af infusionen for at reducere tilbageløb21,24. - Fjern kanylen manuelt gennem rammen.
- Fjern rammen fra hovedet ved at adskille den i omvendt rækkefølge fra, hvordan den blev bygget.
- Luk snittet med en løbende 3-0 eller 4-0 monocryl sutur.
- Sluk for isofluran for at forberede restitution.
- Ekstubere forsøgspersonen og lade forsøgspersonen komme sig under observation af veterinærteamet.
Representative Results
Grisens position i MR-scanneren giver optimal adgang for kirurgen til at operere og afstand til den stereotaktiske ramme og infusionskanulen (figur 1). Motivets torso blev hævet med håndklæder og skumpuder. Dette gjorde det muligt for hovedet at falde lidt nedad i slutningen af MR-boringen og sikrede derfor, at den stereotaktiske ramme og infusionskanulens indsættelsessted var optimalt tilgængelige for kirurgen.
Den MR-guidede visualisering giver mulighed for præcis planlægning og indsættelse af en kanyle i hjernen (figur 2). MR-vejledningssoftwaren giver indsættelsespunktet for at opnå den ønskede bane.
Den stereotaktiske ramme blev scannet i softwaren, og den blev justeret til effektivt at nå det ønskede sted (figur 3). I denne demonstration blev der valgt en placering i frontal cortex. Når rammen var indstillet, blev softwaren brugt til at estimere tykkelsen af svinekraniet, afstanden til det ønskede sted fra rammebasen og rammeparameterjusteringerne for at nå det ønskede sted. I dette tilfælde var tykkelsen af kraniet, som kanylen ville krydse, 4,7 mm og 4,4 mm fra kraniets indre overflade til hjernens overflade (figur 3A) for den valgte placering og indsættelsesvinkel.
Endelig viste iterative interoperative MR-scanninger efter kanyleinfusionen, hvordan infusionen blev leveret til hjernevævet (figur 4). Disse scanninger gav også en sammenligning af kanyleprojektionen (blåt rektangel) og projiceret kanylebane (gult rektangel), som viser effektiviteten af denne teknik til at nå det ønskede sted. MR-scanninger blev taget med jævne mellemrum på 4-6 minutter og afsluttet med 10 og 30 minutters scanninger. Den gadoliniumforstærkede infusion kunne trækkes i disse scanninger, hvilket gav en realtidsvisualisering af fordelingsvolumenet af midlet.
Figur 1: Emneposition på MR-tabellen. Torsoen hæves, nakken bøjes og hovedet skråner nedad. (A) Før du går ind i MR-boringen. (B) Motiv placeret gennem MR-boringen for optimal adgang til toppen af kraniet. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: MR-guidet stereotaksivisualisering . (A) Visualisering af det planlagte forløb. Softwaren udsender indgangspunktets placering i gitteret, placeret i hovedbunden. (B) Indgangspunktets placering i hovedbunden. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Interventionsbane, efter at rammen er fastgjort på kraniet . (A) Målinger af knogledybde og afstand til hjernen. (B) Stereotaktisk ramme på kraniet, med et burrhul skabt med en håndboremaskine. (C) Stereotaktisk ramme og 3D-rekonstruktionsprojektion på softwaren. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Time-lapse af det gadoliniumforstærkede infusionsmiddel. Det hyperintense område omkring kanylespidsen indikerer tilstedeværelsen af gadolinium. Gentagne MR-scanninger blev erhvervet over tid for at spore fordelingsvolumenet af midlet under infusion: (A) t = 0, (B) t = 4 min, (C) t = 8 min, (D) t = 12 min, (E) t = 20 min, (F) t = 26 min; og efter infusionens afslutning: (G) t = 36 min, og (H) t = 60 min. Visualisering af det co-infunderede middel sker efter 4 minutter. Det blå rektangel er den målte kanyleplacering, mens det gule rektangel viser den projicerede kanylebane. Klik her for at se en større version af denne figur.
Discussion
Denne protokol præsenterer udførelsen af MR-guidet stereotaksi til svinehjernen inde i en 3T MR-maskine med mulighed for submillimeter målretningsnøjagtighed, som opnået i tidligere undersøgelser 1,4,17,18,25. Tidligere kadaverforsøg med MR-vejledt stereotaksi viste en radial fejl på 0,2 ± 0,1 mm1. I denne rapport var den endelige dybdefejl i forhold til den planlagte bane 1,4 mm på grund af kirurgernes online evaluering og justering af banen. Den endelige dybdefejl var sammenlignelig med radiale fejlfund (under 2 mm) for kliniske implementeringer af iMRI stereotaktiske procedurer hos mennesker26.
Her demonstrerer vi motivets placering på MR-bordet med bagagerummet løftet, så hovedet kan falde lidt nedad og pege udad mod enden af MR-boringen. Denne hovedplacering er afgørende for at give kirurgen plads til at udføre proceduren. Den stereotaktiske ramme giver mulighed for præcis og kontrolleret infusion i svinehjernemodeller. Derudover giver MR-billeddannelse i realtid mulighed for nøjagtig bestemmelse af fordelingsvolumen. Grise, som store dyremodeller til infusioner spores i realtid i MR, præsenterer muligheden for undersøgelse af lægemiddelafgivelse til hjernen, cellelevering og andre midler af translationel værdi.
Grisen har forskellige anatomiske forskelle at overveje sammenlignet med mennesker eller ikke-menneskelige primater. Når grise vokser, bliver størrelsen på kroppen i MR-boringen en udfordring. Formen på hovedet og torsoen er forskellig fra menneskers, hvilket viser sig udfordrende at rumme for optimal adgang til hjernen for kirurgen, både til kirurgisk procedure og kanyleindsættelse i rummet uden for MR-boringen. Derfor er det afgørende at placere emnet på en måde, så kirurgen har adgang til hovedet fra enden af MR-boringen.
Forskellen i kranietykkelse mellem svin og mennesker er en faktor at overveje. I denne protokol tillod iMRI-visualiseringen præcis estimering af kranietykkelsen for en effektiv burrhulsprocedure. I betragtning af brugen af disse minimalt invasive neurokirurgiske værktøjer var dyrs genopretning begivenhedsløs.
Den MR-guidede visualisering giver vejledning i realtid om adgang til grisehjernen, kanyleindsættelse og overvågning af infusionsmidlet. Boreprocessen, vævsdeformation og / eller forstyrrelse af hvide substanskanaler er blevet rapporteret at bidrage til vanskeligheder med levering af midler til hjernen25. Iterative MR-scanninger under planlægningen og kanyleindsættelse giver mulighed for små justeringer. Derudover kan infusionsparametre såsom infusionshastigheden eller nøjagtigheden af kanyleindsættelsen ændres i realtid eller sættes på pause som dikteret af den intraprocessuelle billeddannelse. Endelig skal der vælges en passende balance mellem det gadoliniumbaserede co-infusat for at opnå en klar vurdering af fordelingsvolumenet af midlet.
Overkoncentrationen af det gadoliniumbaserede kontrastmiddel kan have sløret dets fordeling i MR-scanningerne27 og vist en sort plet omkring kanylespidsen, omgivet af et hyperintenst område, der viste de ydre grænser for infusionsvolumenet. Tilgængelige optagelser af proceduren er begrænsede på grund af de begrænsninger, der er forbundet med at filme i det begrænsede MR-rum omkring kirurgens arbejdsområde. De intraoperative videooptagelser blev brugt til at guide protokolbeskrivelsen.
Infusionsmidler via MR-vejledt stereotaksi hos svin og andre store dyremodeller har resulteret i nøjagtige, forudsigelige og sikre procedurer. Påvisning af iMRI-stereotaksi hos svin giver grundlaget for skalerbarheden af forskningsbehandlinger, der har høj translationel værdi for mennesker. Svinemodeller er blevet brugt i vid udstrækning til at studere immunologiske reaktioner på grund af deres lighed med det menneskelige respons sammenlignet med andre arter28. Terapeutiske midler, der leveres til hjernen, kan studeres i forbindelse med præcis målinfusion med den ekstra fordel ved MR-visualisering i realtid af infusionsstedet, nødvendige justeringer og intraoperativ evaluering af dens fordeling i vævet.
Disclosures
SG, EAS, CJK har følgende oplysninger: Ansat af ClearPoint Neuro.
Alle andre forfattere erklærer ingen interessekonflikter.
Acknowledgments
Forfatterne erklærer, at denne undersøgelse modtog filantropisk finansiering fra John S. "Steve" Dunn, Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe Chair i hjernetumorforskning ved Houston Methodist. Finansieringsgiveren var ikke involveret i undersøgelsens design, indsamling, analyse, fortolkning af data, skrivning af denne artikel eller beslutningen om at indsende den til offentliggørelse.
Dette arbejde blev delvist finansieret af bevillingsnummer 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 hjælp med MR-billeddannelse.
Forfatterne erklærer, at denne undersøgelse modtog filantropisk finansiering fra Paula og Rusty Walter og Walter Oil &; Gas Corp Endowment ved Houston Methodist. Finansieringsgiveren var ikke involveret i undersøgelsens design, indsamling, analyse, fortolkning af data, skrivning af denne artikel eller beslutningen om at indsende den til offentliggørelse.
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).
