Ein standardisiertes Protokoll für funktionelle motorische Kartierung unter Verwendung navigierter transkranialer magnetischer Stimulation

Wir präsentieren ein standardisiertes Protokoll für motorische Kartierung und Bewertung des kortikospinalen Trakts unter Verwendung navigierter TMS in Kombination mit DTI, das für neurochirurgische Planung und Neuroplastizitätsforschung geeignet ist. Während die intraoperative direkte elektrische Stimulation der Goldstandard für die motorische Kartierung ist, sind bestehende präoperative Methoden begrenzt. Verbesserte präoperative motorische Kartierungsmethoden sind erforderlich, um Neurochirurgen dabei zu helfen, ihre Operationsplanung zu verbessern und chirurgische Risiken besser einzuschätzen.

Dieses Protokoll verwendet navigierte TMS für eine genaue motorische Kartierung und verbesserte chirurgische Planung. Zu Beginn importieren Sie hochauflösende anatomische Gehirnbilder des Subjekts in das Neuronavigationssystem, um eine dreidimensionale Gehirnrekonstruktion zu erzeugen. Markiere die wichtigsten anatomischen Punkte in der Magnetresonanztomographie innerhalb der Neuronavigationssoftware, indem du Nasion, rechtes und linkes Ohr identifizierst.

Positioniere das Subjekt nun in einem bequemen Sessel mit leichter Lehnung, um Rückenspannungen zu verringern. Stellen Sie die Kopfstütze so ein, dass sie Kopf und Hals am Inneren stützt. Setze den Kopftracker auf die Stirn des Subjekts.

Mit dem Digitalisierungsstift werden die wichtigsten anatomischen Punkte am Subjekt mit dem importierten Bild in der Neuronavigationssoftware ko-registriert und die Registrierung durch Digitalisierung zusätzlicher Kopfhautpunkte für die Anpassung der Kopfhautoberfläche verfeinert. Validieren Sie die Koregistrierung und stellen Sie sicher, dass ein Koregistrierungsfehler unter drei Millimetern liegt. Gib dem Subjekt als Nächstes ein Paar Ohrstöpsel und trage während der Stimulation schützende Ohrenschützer.

Dann bereitet man die Haut über dem Zielmuskel vor, indem man ihn vorsichtig mit Alkoholpolstern abschabt und anschließend Oberflächenelektroden anbringt. Platzieren Sie Oberflächenelektroden an den interessierten Muskeln mit einer Bauchsehnenmontage und der Masseelektrode an einer neutralen Stelle. Verbinden Sie alle Elektroden mit dem Elektromyographie-Verstärker.

Beginnen Sie mit der Elektromyographie und überprüfen Sie, ob die Muskeln ruhen. Im gerenderten Gehirnvolumen in der Neuronavigationssoftware passen Sie die Abschältiefe auf zwischen 15 und 25 Millimeter von der Kopfhaut an, um die kortikale Anatomie anhand der individuellen Fallmerkmale optimal sichtbar zu machen, und starten Sie dann die Stimulator-Einheit. Positionieren Sie die Stimulationsspirale tangential zur Kopfhaut und stabilisieren Sie sie mit einer Hand am Griff und der anderen auf der Spuleoberfläche, um während der Neupositionierung festen Kontakt zu halten.

Stimulieren Sie mit einer Intensität, die ausreicht, um motorische Potentiale im Amplitudenbereich von 100 bis 500 Mikrovolt auszulösen. Nun passen Sie die Spulenausrichtung basierend auf dem zu kartierenden Glied an. Für die obere Gliedmaße und das Gesicht sollte die Spirale senkrecht zur zentralen Sulcus gehalten werden, um einen von hinten bis anterior induzierten Strom zu gewährleisten.

Für die untere Gliedmaße richtet man die Spirale senkrecht zur sagittalen Mittellinie aus, um eine mittlere bis laterale Stromrichtung zu erzeugen. Führen Sie Stimulationen über den Zielbereich durch. Trennen Sie die Stimulationspunkte ein bis zwei Millimeter auseinander und nehmen Sie drei parallele Linien entlang des Gyrus ab.

Geben Sie jede Stimulation mindestens 1,5 Sekunden Abstand. Stoppen Sie die Kurskartierung, sobald pro Muskel 20 bis 30 motorisch evokierte Potentiale aufgezeichnet wurden, und überprüfen Sie alle motorisch evokierten Potentiale. Anschließend werden die Aufnahmen mit einer normalisierten Farbskala angezeigt, um den Hotspot für jeden Muskel zu identifizieren, definiert als der Stimulationspunkt, der die größte motorisch ausgelöste Potentialamplitude auslöst.

Lokalisieren Sie den Bereich mit den Antworten mit der höchsten Amplitude und wählen Sie die einzelne Antwort mit der größten Amplitude innerhalb dieses Bereichs aus. Wählen Sie für jeden Muskel den Hotspot aus, um den Ruhemotorschwellenwert zu bestimmen, um die Position und Ausrichtung der Spule für die konsistente Nutzung während der Schwellenmessung zu speichern und den Ruhemotorschwellenwert für jeden Muskel zu bestimmen. Stellen Sie sicher, dass das Subjekt vollständig entspannt bleibt, ohne unwillkürliche Muskelkontraktionen.

Für jeden Muskel wird die Stimulation bei 105 % bis 110 % der Ruhemotorik durchgeführt. Mit derselben Spulenausrichtung wie bei der Kursabbildung reduzieren Sie den Abstand zwischen den Stimulationspunkten für eine höhere Auflösung. Definieren Sie funktionelle motorische Karten als kortikale Bereiche, in denen die transkranielle magnetische Stimulation motorisch ausgelöste Potentiale von 50 Mikrovolt oder mehr erzeugt.

Stimulation wird durchgeführt, bis die motorischen Karten von ein oder zwei aufeinanderfolgenden Linien negativer Stellen begrenzt sind, die keine motorisch ausgelösten Potentiale hervorrufen. Stellen Sie sicher, dass die Motorkarten elliptisch sind, mit wenigen negativen Stellen im Inneren. Für alle negativen Stimulationspunkte innerhalb der motorischen Karte werden zusätzliche Stimulationen zu verschiedenen Zeiten durchgeführt, um vorübergehende Veränderungen der Erregbarkeit des motorischen Kortex zu berücksichtigen.

Öffnen Sie das motorisch hervorgerufene potenzielle Überprüfungspanel oder den Signalanzeiger in der Neuronavigationssoftware. Überprüfen Sie jedes aufgezeichnete Motorpotenzial, um Amplitude und Latenz zu korrigieren und bei Bedarf die Marker anzupassen. Artifaktische oder abnormale Stimulationspunkte aus dem Datensatz ausschließen und die motorische Karte für jeden Muskel in einem binären Format anzeigen.

Exportieren Sie die positiven Stimulationspunkte in 15-, 20- und 25-Millimeter-Tiefen im binarisierten DICOM-Format. Verwenden Sie diese Dateien zur Ballaststoffverfolgung und nutzen die positiven Stimulationspunkte als Seed-Punkte für die Rekonstruktion des kortikospinalen Trakts. Zur Analyse der motorischen Kartierung importieren Sie die DICOM-Dateien der motorischen Karten in eine Bildanalyse-Software, die mit neurochirurgischer Neuronavigation zur Entfernung von Gehirntumoren kompatibel ist.

Registrieren Sie das anatomische T1-gewichtete Bild mit den Motorkarten-DICOMs und diffusionsgewichteten Bilddateien. Erzeugen Sie Objekte aus den Motorkarten-DICOMs und erweitern Sie sie um ein bis zwei Millimeter, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Schneiden Sie die Motorkarten so ab, dass Ohren und Nasion ausgeschlossen werden, um eine fehlerhafte Faserrekonstruktion während der Traktographie zu vermeiden.

Zeichnen Sie manuell ein Endgebiet von Interesse auf der unteren pontinen Ebene auf derselben Seite wie die abgebildete Hemisphäre. Führen Sie eine Faserverfolgung durch, wobei die Motorkartenregionen als Seed-Punkte und die pontine Region als Endpunkt fungieren. Wählen Sie einen geeigneten Traktographie-Algorithmus, wie deterministische stromlinienförmige Verfolgung oder probabilistische Traktographie, und passen Sie die Tracking-Parameter je nach Fall an.

Segmentieren Sie schließlich den Hirntumor und erstellen Sie ein entsprechendes Objekt in der Analysesoftware. Zeigen Sie den kortikospinalen Trakt entweder durch Gliedmaßenteile mit unterschiedlichen Farben getrennt oder als einheitlichen Trakt aus der gesamten motorischen Kartierung. Die Ruhemotor-Schwelle wurde am Hotspot des ersten interosseösen dorsalismusculus bestimmt, der durch Kurskartierung bei einem gesunden Versuchskörper identifiziert wurde, und die Position und Orientierung der Spirale wurden während des Eingriffs mit einem Neuronavigationsziel an derselben Stelle gehalten.

Die motorische Kartierung eines gesunden Subjekts zeigte kortikale Repräsentationen für die linke untere Gliedmaße, obere Gliedmaße und das Gesicht, wobei positive Stimulationsstellen farblich durch motorisch evokierte Potentialamplitude und negative Stellen in Grau dargestellt wurden. Die motorische kortikale Kartierung und Rekonstruktion der kortikospinalen Bahnen wurden bei einem Patienten mit Hirnmetastasen durch Lungenkrebs durchgeführt, der den prämotorischen Gyrus mit motorischem Defizit der oberen Extremität betrifft. Durch die Kombination von Neuronavigation mit dem anatomischen Gehirn des Subjekts ermöglicht dieses NTMS-Protokoll eine präzise Identifikation und Abgrenzung motorisch eloquenter kortikaler Regionen in weniger als 19 Minuten.

Eine sorgfältige Auswahl der Stimulationsintensität ist entscheidend, da sie die motorisch ausgelöste Potentialbestimmung und die motorische Karteninterpretation beeinflusst. Das Nettoergebnisniveau liefert eine konservative Karte, die direkte elektrische Stimulation approximiert. Diese Technik wurde ursprünglich entwickelt, um klinisch nützliche funktionelle Informationen für die chirurgische Planung bereitzustellen.

Außerdem wissen wir jetzt, dass diese Technik zur longitudinalen Beurteilung der motorischen Plastizität bei verschiedenen neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen angewendet werden kann.