Un protocole standardisé pour la cartographie fonctionnelle du moteur utilisant la stimulation magnétique transcrânienne naviguée

Summary

Ici, nous décrivons un protocole standardisé pour la cartographie motrice utilisant nTMS combiné à la reconstruction du tractus corticospinal (CST) basée sur l’imagerie tensorielle de diffusion (DTI). Le protocole est reproductible, cliniquement réalisable et facilement intégrable dans les flux de travail cliniques courants, offrant un cadre solide et précieux pour l’évaluation des voies motrices, la recherche sur la neuroplasticité et la planification de la rééducation.

Abstract

La stimulation magnétique transcrânienne naviguée (nTMS) repose sur l’intégration de données d’imagerie cérébrale individuelles pour déterminer la position précise de la bobine de stimulation, permettant ainsi une stimulation guidée anatomiquement des cibles corticales. L’intérêt des systèmes de neuronavigation est bien reconnu pour l’optimisation du positionnement des bobines lors des traitements répétitifs de SMT (srr). De plus, la nTMS est de plus en plus appliquée à la cartographie fonctionnelle des régions cérébrales dans différentes applications, telles que l’identification et la délimitation des zones motrices et du langage éloquentes avant la résection tumorale. Outre son utilité pour optimiser les procédures neurochirurgicales, la cartographie nTMS peut également être un outil pour surveiller la plasticité corticale et quantifier l’intégrité du système moteur dans diverses maladies neurologiques. Cet article méthodologique présente un protocole standardisé pour la cartographie motrice utilisant la nTMS, en combinaison avec la reconstruction du faisceau corticospinal (CST) basée sur l’imagerie tensorielle de diffusion (DTI). Cette approche permet une délimitation précise des régions motrices corticales éloquentes et de leurs projections sous-corticales, ainsi que la détection de réorganisations fonctionnelles chez des patients présentant des lésions adjacentes. Intégrée à la planification préchirurgicale, cette méthode fournit des conseils pour des stratégies chirurgicales individualisées visant à maximiser la résection des lésions tout en préservant la fonction motrice. Le protocole présenté ici est reproductible, cliniquement applicable et adapté à l’intégration dans les flux de travail routiniers. Il constitue un outil prometteur pour la recherche en neuroplasticité et la planification de la réhabilitation.

Introduction

Maximiser l’étendue de la résection dans les tumeurs cérébrales motrices éloquentes tout en minimisant les déficits moteurs postopératoires reste un défi central en neurochirurgie. La cartographie par stimulation électrique directe intraopératoire (DES) est la technique « référence » pour fournir des informations anatomo-fonctionnelles fiables concernant la représentation corticale et sous-corticale des voies ^motrices 1,2,3,4,5. Cependant, pour la planification préopératoire, la stratification des risques et le suivi optimal du patient, il est crucial de délimiter l’anatomie fonctionnelle individuelle avant la chirurgie. La relation entre l’anatomie et la fonction dans les aires motrices corticales ne peut être déduite à partir de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) structurelle cérébrale conventionnelle, car les tumeurs cérébrales peuvent induire une distorsion anatomique significative ou une réorganisation plastique des réseaux moteurs.

La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) a été introduite comme une méthode non invasive pour sonder le cortex^{moteur 6} et a ensuite été adaptée pour la cartographie fonctionnelle du cortex^{moteur 7,8}, notamment lors de tests préopératoires en enregistrant les potentiels moteurs évoqués (MEPs) de différents muscles avec électromyographie^{de surface 9,10,11}. Les premiers protocoles TMS non navigués étaient techniquement exigeants et manquaient de précision anatomique. L’intégration ultérieure avec les données IRM individuelles et la navigation basée sur le champ électrique ont permis un guidage précis des sites de stimulation, améliorant la précision anatomo-fonctionnelle 12,13,14 et la reproductibilité^15,16. En provoquant directement les MEP, la TMS naviguée (nTMS) offre une résolution temporelle à l’échelle de la milliseconde et une localisation spatiale sub-centimétrique de la sortie corticospinale avec une bonne concordance avec la DES^{intraopératoire} 17,18,19. La nTMS guidée par image est sûre, bien^{tolérée 20,21}, et approuvée par la Food and Drug Administration (FDA) pour la cartographie fonctionnelle préchirurgicale du cortex moteur pendant plus de 15^{ans et 22}.

En cartographie motrice, les représentations corticales sont délimitées en échantillonnant les amplitudes MEP sur les sites de stimulation ciblés afin de construire des cartes motrices spécifiques à^{chaque patient 23}. Comparée à l’IRM fonctionnelle basée sur la tâche (IRMf), la nTMS présente une concordance spatiale plus étroite avec la DES^{intraopératoire} 24,25,26. Alors que les décisions intraopératoires reposent finalement sur la DES lorsque les lésions touchent ou envadissent les zones motrices, la nTMS préopératoire fournit des informations complémentaires précieuses en exportant des sites positifs à la stimulation comme graines pour l’imagerie tensorielle de diffusion (DTI) de la reconstruction du faisceau corticospinal (CST). Cette approche est particulièrement utile pour évaluer l’intégrité corticospinale lorsque les tumeurs affectent principalement les voies motrices dans la substance blanche^{sous-corticale 27,28}. De plus, la cartographie motrice préopératoire de la nTMS a montré une bonne valeur prédictive^{positive 29,30} et une valeur prédictive négative élevée 29,30,31, avec des résultats chirurgicaux ^améliorés 17,18,19,32. Il a également récemment été prouvé qu’il est un outil efficace pour évaluer la fonction motrice^{postopératoire 31,33}. Pour ces raisons, la cartographie motrice de la nTMS est de plus en plus utilisée à la fois pour l’évaluation préopératoire et le suivi postopératoire en neurochirurgie. Des recommandations méthodologiques pour la cartographie corticale avec nTMS ont été publiées en^{2017 34}. À la lumière de ces études récentes et de l’intégration des techniques d’imagerie modernes, cette méthodologie peut désormais être affinée afin d’offrir des orientations plus précises pour la pratique clinique et la recherche.

Dans cet article, nous présentons un protocole standardisé pour la cartographie motrice avec la nTMS, combinant différentes techniques pour évaluer les représentations corticales et souscorticales préopératoires des voies motrices pour la planification de la résection tumorale dans des conditions cliniques réelles.

Protocol

Cette étude a été menée conformément aux directives nationales et internationales d’éthique pour la recherche humaine. L’analyse rétrospective des données anonymisées des patients collectées lors des soins de routine a été réalisée avec un consentement éclairé obtenu au moment des soins, conformément à la réglementation française. Des données de démonstration provenant de sujets en bonne santé, co-auteurs du manuscrit, ont été incluses avec un consentement écrit éclairé pour la participation et la publication de données et d’images. C’est le protocole actuel utilisé à l’hôpital Henri Mondor (Créteil, France) et à l’hôpital universitaire d’Aarhus (Danemark) pour la planification préopératoire en chirurgie des tumeurs cérébrales.

1. Acquisition de données de neuroimagerie pour la neuronavigation

1. Vérifier l’absence de contre-indication à la nTMS et à l’IRM à l’aide des dossiers médicaux et des entretiens avec le patient, y compris le dispositif ferromagnétique intracrânien, l’épilepsie non contrôlée, le pacemaker, la grossesse ou l’allaitement³⁵.
2. Acquérir une image cérébrale anatomique à haute résolution incluant à la fois les oreilles et le sommet crânien (sans plis ni déformations dues aux écouteurs IRM) afin de permettre une reconstruction cérébrale précise par le système de neuronavigation.
   1. Utilisez la recommandation suivante pour la séquence IRM :
      Écho anatomique 3D pondéré en T1 (T1w)
      Voxels isotropes de 1 mm (ou moins)
      ≥Système IRM 1,5-Tesla (3 T préféré).
   2. Sinon, utilisez ces séquences acceptables :
      3D-FLAIR
      T1W 3D amélioré au contraste
3. Acquérir l’imagerie pondérée par diffusion (DWI) avant injection de contraste pour une tractographie ultérieure basée sur l’imagerie tensorielle de diffusion (^{DTI) 36}.
   1. Utilisez les paramètres d’acquisition^{minimums suivants : 37} :
      Voxels isotropes de 2 mm
      Directions d’encodage par diffusion : 25 ≥
      valeur b : ≈ 800 s/mm²
      Images non pondérées par diffusion : ≥ 3 volumes b0 (b = 0 s/mm²)
   2. Utilisez les paramètres recommandés suivants (pour une meilleure estimation des tenseurs et de la tractographie) :
      Directions d’encodage par diffusion : ≥ 64
      Valeur B : 1000 S/^{mm 2}
      Résolution spatiale supérieure (≤ 2 mm isotrope)

2. Préparer le sujet

1. Importez l’image anatomique IRM du sujet dans le système de neuronavigation pour générer une reconstruction cérébrale en 3D.
2. Indiquez les points anatomiques clés de l’IRM dans le logiciel de neuronavigation (Nasion, oreille droite, oreille gauche).
   1. Utilisez la racine du crus helicis pour une précision supérieure.
   2. Sinon, utilisez le tragus, mais sa surface plus grande peut augmenter le décalage de co-enregistrement.
      REMARQUE : Pour raccourcir la cartographie motrice, ces étapes préparatoires peuvent être effectuées avant d’installer le sujet dans la pièce.
3. Placez le sujet sur un fauteuil confortable, avec une légère inclinaison (20-30°) pour réduire la tension^{dorsale 38}. Ajustez l’appuie-tête pour soutenir la tête et le cou à l’intérieur.
4. Vérifiez la présence d’objets métalliques dans la tête et le cou (par exemple, boucles d’oreilles, épingles à cheveux, piercings) et retirez-les avant de commencer la procédure.
5. Préparez la peau du front pour la position du traceur de tête.
   1. Nettoie la peau avec des tampons alcoolisés ou un gel abrasif doux.
   2. Assurez-vous que la peau est complètement sèche avant de placer le traceur.
6. Placez le traceur de tête sur le front afin qu’il reste stable tout au long de la séance de stimulation.
   1. Placez-le au-dessus des sourcils et sous la ligne de cheveux.
   2. Placez-la soit au milieu, soit légèrement latéralement.
   3. Fixez le traceur avec sa surface adhésive ou un élastique.
7. Co-enregistrer les points anatomiques clés du patient avec l’image importée dans le logiciel de neuronavigation (voir Figure 1).
   1. Utilisez le stylo de numérisation pour marquer les repères anatomiques.
   2. Assurez-vous que les lobes d’oreilles sont libres de l’appuie-tête afin d’éviter tout déplacement des points de repère³⁹.
   3. Si l’anatomie de l’oreille apparaît déformée lors de l’IRM (par exemple, pavillon de l’oreille repliée), redéfinissez le point correspondant sur l’image avant la numérisation.
8. Une fois terminé, le logiciel valide les trois points fiduciaux si l’erreur de décalage est inférieure à 3 mm. Si l’erreur de décalage est trop importante, essayez les étapes suivantes dans l’ordre :
   1. Numérisez une seconde fois les points anatomiques clés du patient.
   2. Redéfinissez les points anatomiques de l’oreille gauche et droite sur l’IRM.
   3. Numérisez en appuyant doucement sur l’hélice du lobe de l’oreille, car les écouteurs IRM ont peut-être déplacé l’oreille de quelques millimètres.
9. Affinez la déformation en numérisant des points supplémentaires du cuir chevelu (correspondance cuir chevelu-surface).
10. Validez la co-inscription, avec une erreur de co-enregistrement inférieure à 3 mm (2 mm préféré). Si le décalage dépasse 3 mm, répétez les étapes 2,7-2,9.

Figure 1 : Co-enregistrement de la tête du patient avec l’IRM anatomique. Côté gauche : Enregistrement basé sur un monument. Panneaux supérieurs : Identification des repères anatomiques sur l’IRM (oreille gauche, naïson, oreille droite) dans le logiciel de neuronavigation. Panneaux inférieurs : numérisation des points de repère sur le patient à l’aide du stylo de numérisation. Côté droit : affinement de la correspondance de surface en utilisant des points supplémentaires sur le cuir chevelu. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

3. Préparation des muscles cartographiés

1. Donnez des bouchons d’oreilles au sujet et portez des cache-oreilles protectrices pendant la stimulation.
2. Préparez la peau sur le muscle cible en grattant doucement la peau avec des tampons d’alcool et/ou des cotons avec un gel abrasif doux.
3. Placez des électrodes de surface sur les muscles d’intérêt lors d’un montage ventre-tendons, comme pour les MEP cliniques de routine. Jusqu’à six muscles différents peuvent être cartographiés simultanément.
4. Placez l’électrode de terre sur un site neutre, comme le moignon de l’épaule, la surface dorsale de la main ou la surface médiale du tibia.
5. Connectez toutes les électrodes à l’amplificateur EMG.
6. Commencez l’acquisition de l’EMG pour afficher un EMG continu de tous les canaux et vérifiez que les muscles sont au repos.
7. Vérifiez que les canaux EMG sont exempts de bruit excessif de 50/60 Hz (< 50 μV). Si le bourdonnement électrique est excessif, essayez les étapes suivantes dans l’ordre :
   1. Vérifiez que les électrodes sont bien fixées à la peau, sans aucun décollement.
   2. Repositionnez les câbles d’électrodes à l’intérieur de la chaise pour éviter le contact avec les parties métalliques ou le sol.
   3. Éloignez la partie distale des dérivations de l’électrode du système de neuronavigation et des sources d’alimentation alternative.
   4. Remplacez les électrodes et réappliquez-les avec une orientation différente du câble (voir les étapes 3.7.2 et 3.7.3).
   5. Débranchez la chaise de son alimentation.
   6. Placez l’électrode de terre sur la même branche que les muscles cartographiés.
   7. Répétez les étapes dans l’ordre jusqu’à ce que le bruit soit réduit en dessous du seuil.
8. Une fois le bruit 50/60 Hz réduit, redémarrez l’enregistrement EMG pour réinitialiser la ligne de base.
9. Une fois ces étapes de préparation franchies, procédez à une cartographie grossière des muscles sélectionnés.
   REMARQUE : Une séance de cartographie standard doit inclure au moins un muscle par segment du membre supérieur et deux muscles du membre inférieur. Le tableau 1 présente les muscles couramment cartographiés, qui doivent être adaptés selon la localisation de la lésion et la présentation clinique du^{patient 34}.

Membre	Muscle	Alternative(s)
Main	Premier Interosseus Dorsal (IDE)	Ravisseur du pouce court (APB)
	Petit abducteur des doigts (ADM)
Avant-bras	Radiale fléchisseur du carpe (FCR)	Radiale extenseur du carpi (ECR)
Bras / Épaule	Biceps	-
	Deltoïde
Leg	Tibial antérieur (TA)	Soleus (SOL)
Pied	Abductor hallucis (AH)	Plantaire médialement (MP)
Visage	Orbiculaire oris	Nasalis

Tableau 1 : Muscles suggérés pour la cartographie motrice.

4. Cartographie grossière pour identifier le point chaud et déterminer le seuil moteur au repos (RMT)

1. Sur le volume cérébral rendu dans le logiciel, ajustez la profondeur de pelage entre 15 et 25 mm de profondeur sur le cuir chevelu, cas par cas, afin de mieux révéler l’anatomie corticale. L’objectif est de visualiser les gyris précentraux et postcentraux, le sillon central, ainsi que les sillons frontaux supérieur et inférieur.
   REMARQUE : L’identification du gyrus précentral est plus facile lorsque le sujet présente un bouton manuel en forme d'« oméga^{» 40,41}. Cependant, ce jalon est inconstant ^42,43. Dans de tels cas, plusieurs méthodes sont recommandées pour identifier le gyrus^précentral 43,44,45.
2. Démarre l’unité de stimulation.
3. Positionnez la bobine de stimulation (en forme de huit) tangentielle au cuir chevelu (voir Figure 2).
   1. Stabilisez la bobine avec une main sur la poignée et l’autre sur la bobine pour maintenir un contact stable avec le cuir chevelu lors du repositionnement.
   2. Utilisez l’assistance à la neuronavigation (angle de la bobine, distance entre la bobine et la tête, indicateurs d’inclinaison) pour garantir une position précise de la bobine sur chaque site de stimulation.
   3. Maintenez un champ électrique induit stable (EF, V/m) en évitant l’inclinaison de la bobine.
   4. Adoptez une posture confortable car la résistance peut être lourde. Utilisez un bras de maintien de câble pour réduire la tension tout en gardant la bobine librement mobile.
4. Stimuler à une intensité ajustée pour susciter des réponses dans la plage d’amplitude de 100-500 μV (pic à pic)⁴⁶.
   REMARQUE : Cela est généralement atteint entre 35 % et 45 % de la sortie maximale du stimulateur (MSO) pour les membres supérieurs et entre 50 % et 80 % de la MSO pour les membres inférieurs. Cependant, cette plage de valeurs s’applique aux sujets en bonne santé et peut être plus élevée lorsque la tumeur infiltre les régions motrices.
5. Notez que l’orientation de la bobine pour la cartographie grossière (ainsi que la finesse de la cartographie) dépend de la branche cartographiée (voir Figure 3) :
   1. Pour le membre supérieur et le visage : garder une orientation en spirale perpendiculaire au sillon central (alignée sur le sillus), afin de maintenir un courant électrique induit dans une direction postérieure^{à antérieure 47}.
      1. Pour le membre supérieur : commencez à stimuler sur la partie supérieure (épaule) ou la partie médiane (muscles de l’avant-bras et de la main) de la paroi postérieure du pommeau, en faisant face au sillon frontal supérieur.
      2. Pour le visage : commencez à stimuler sur la paroi postérieure du gyrus précentral face au sillon frontal inférieur. Vérifiez les latences de réponse pour vous assurer qu’elles proviennent des voies cortico-bulbaires. Les MEP faciales ont une latence de 7 à 13 ms, tandis que la réponse musculaire directe (mouvement de mâchoire) induite par la nTMS a une latence d’environ 3 à 4 ms.
   2. Pour le membre inférieur : maintenir une orientation en spirale perpendiculaire à la ligne médiane sagittale, avec un courant électrique induit dans une direction moyenne à^{latérale de 34}. Les orientations alternatives des bobines incluent la parallèle à la ligne médiane sagittale 48,49,50 et/ou perpendiculaire aux plis du lobule paracentral et du gyrus précentral.
6. Effectuez des stimulations sur le gyrus précentral.
   1. Des points de stimulation spatiale espacés de 2 à 5 mm, soit visuellement, soit à l’aide d’une grille de stimulation.
   2. Lorsqu’elle est réalisée visuellement, on échantillonne trois raies parallèles à travers le gyrus. Cela suffit généralement.
   3. Espacez chaque stimulation d’au moins 1,5 s, de préférence avec un intervalle interstimulus aléatoire.
7. Si aucune réponse n’est obtenue, augmentez l’intensité du stimulus de 10 % par rapport à la valeur de départ et répétez comme précédemment.
8. Arrêtez la cartographie grossière une fois que 20 à 30 réponses par muscle sont enregistrées.
9. Examinez tous les députés européens pour exclure les enregistrements contaminés.
10. Identifiez le « point chaud » pour chaque muscle. Le « point chaud » est le point de stimulation qui déclenche la MEP de plus grande amplitude. Pour garantir une définition fiable du point^{chaud 51}
    1. Affichez les enregistrements de chaque muscle en utilisant une échelle de couleurs normalisée.
    2. Localisez la zone contenant les MEP de plus grande amplitude.
    3. Triez les MEP par amplitude, du plus élevé au plus bas.
    4. Sélectionnez la MEP à plus grande amplitude dans cette zone, en évitant des réponses simples anormalement élevées (généralement les deux premières MEP).
11. Pour chaque muscle, sélectionnez le point chaud afin de déterminer le seuil moteur au repos (RMT). Cela permettra d’économiser la position et l’orientation de la bobine tout au long du processus de détermination du RMT, garantissant une mesure fiable^{de 52}.
12. Déterminez la RMT pour chaque muscle séparément, soit en utilisant une technique de chasse au seuil⁵³ , soit en identifiant la plus faible intensité du stimulus ( % MSO) qui provoque des MEPs ≥ 50μV dans 5 essais consécutifs sur 10 (méthode Rossini-Rothwell)⁵⁴. Utilisez la RMT de chaque muscle comme référence pour définir l’intensité du stimulus lors de la cartographie fine.

Figure 2 : Installation expérimentale de nTMS. Le sujet est assis avec un léger inclinaison et un soutien pour les bras, avec des électrodes EMG placées sur les muscles ciblés. L’opérateur tient la bobine en forme de huit pour la stabiliser afin de maintenir un contact tangent avec le cuir chevelu, tout en surveillant le champ électrique induit (flèches : direction, cercle : intensité) et les MEP induites. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 3 : Interface de neuronavigation pendant la cartographie. Retour en temps réel sur la position de la bobine (jonction des flèches bleue et rouge), l’inclinaison de la bobine, la direction du champ électrique (flèche bleue-rouge) et l’intensité du champ (anneau environnant coloré) assurant une stimulation précise à chaque site cortical. Panneau supérieur : Cartographie grossière du membre supérieur, avec la spirale orientée perpendiculairement au sillon central. Panneau inférieur : Cartographie fine du tibial antérieur, avec l’enroulement orienté perpendiculairement à la ligne médiane sagittale. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

5. Cartographie fine

1. Assurez-vous que le sujet est complètement détendu, sans contraction musculaire involontaire.
2. Pour chaque muscle, effectuez la stimulation à 105-110 % de son RMT.
   1. Utilisez la même orientation de la bobine que lors du mapping grossier (voir les étapes 4.5 et 4.6).
   2. Réduisez l’espacement entre les points de stimulation (4 à 6 lignes parallèles par gyrus).
   3. Maintenir un intervalle interstimulus ≥ 1,5 s, de préférence aléatoire.
3. Délimitez les cartes motrices fonctionnelles comme des aires corticales où la nTMS génère des MEPs ≥ 50 μV (pic à pic).
   REMARQUE : Pour la cartographie du membre inférieur, une alternative consiste à partir de 110 % de la RMT du membre supérieur, et à ajuster la PE par étapes de ± 10 V/m jusqu’à obtenir des MEP^{cohérents de 34}.
4. Effectuez la stimulation jusqu’à ce que les cartes motrices soient bordées par une ou deux lignes consécutives de sites négatifs qui ne parviennent pas à provoquer les MEP.
   1. Si une bordure négative claire n’est pas obtenue, prolongez l’échantillonnage en maintenant le même espacement, jusqu’à ce que les réponses disparaissent de manière fiable.
   2. Si les réponses positives s’étendent dans des régions inhabituelles, vérifiez et adaptez l’angle de la bobine, la fibre de tension et la RMT.
      REMARQUE : Le nombre de points par muscle peut varier (30 à 100 impulsions) selon la représentation corticale du muscle et le degré de déplacement cérébral induit par la tumeur.
5. Évitez les orientations des bobines qui produisent des emplacements ou amplitudes anormales de la MEP. En particulier, une orientation de 45° (par rapport à la ligne médiane) peut produire des MEPs du membre supérieur très antérieurs et peut ne pas représenter une représentation corticale motrice^{précise 47}.
6. Assurez-vous que les cartes motrices sont elliptiques, avec quelques sites négatifs à l’intérieur. Pour les points de stimulation négatifs dans la carte motrice, effectuer des stimulations supplémentaires à différents moments de l’évaluation afin de contrôler les changements transitoires de l’excitabilité du cortex moteur.
7. Si de nombreuses réponses négatives (<50 μV) surviennent pendant la cartographie, essayez les étapes suivantes dans l’ordre :
   1. Demandez au sujet de rester éveillé, car cela reflète souvent une diminution de l’état de vigilance.
   2. Vérifiez que l’intensité de la stimulation n’a pas diminué.
   3. Considérons la répétition de la RMT, car la valeur initiale peut avoir été influencée par un état d’hyperexcitabilité transitoire.
8. Si de nombreuses MEPs d’amplitude anormalement élevée apparaissent (> 1000 μV) et que la carte s’étend excessivement, essayez les étapes suivantes dans l’ordre :
   1. Demandez au sujet de détendre le membre, même en montrant une activité musculaire continue si nécessaire (retour de signal).
   2. Si l’activité musculaire persiste, demandez au sujet de secouer le membre ou de le déplacer dans une position plus détendue. Si nécessaire, appliquez un mouvement passif concentrique sur le muscle testé (par exemple avec un objet pour les muscles de la main et l’hallucis abducteur, ou avec le support du pied pour le tibial antérieur).
   3. Considérons la répétition de la TMR, car la valeur initiale pourrait avoir été influencée par un état transitoire d’hypoexcitabilité du cortex moteur.

6. Post-traitement, analyse des données MEP et exportation

1. Examinez et ajustez les MEP pour chaque muscle.
   1. Ouvrez le panneau de revue MEP ou le visualiseur de signal dans le logiciel de neuronavigation.
   2. Inspectez chaque MEP enregistré pour corriger l’amplitude et la latence et ajustez les marqueurs si nécessaire.
2. Excluez les points de stimulation arteffactuels ou anormaux.
   1. Ouvrez la liste de stimulation ou l’espace de travail de cartographie dans le logiciel.
   2. Retirez les essais de stimulation contenant des artefacts ou des positions incorrectes des bobines (voir Figure 4).
3. Affichez la carte motrice de chaque muscle sous forme binaire (positif/négatif ; au-dessus/en dessous de 50 μV).
4. Exportez les points de stimulation positifs au format DICOM inbinarisé de profondeur de 15, 20 et 25 mm. Utilisez ces fichiers pour le suivi de fibres afin de reconstruire le CST, en utilisant les points de stimulation positifs comme graines pour la tractographie.
5. Pour mesurer d’autres paramètres de la carte corticale (centre de gravité, densité de la carte, taille de la carte motrice), exportez les données à la profondeur de peeling de stimulation ou à 20 mm (profondeur de peeling standard⁾25,55,56,57,58.

Figure 4 : Analyse post-traitement des données MEP. Les traces MEP sont examinées pour corriger les marqueurs d’amplitude et de latence et exclure les essais artefactuels (panel de droite : exemple d’un essai contaminé par une activité EMG en cours). Les deux stimulations (cercles rouges) illustrent des « réponses anormales » survenant dans la zone négative, probablement liées aux effets d’orientation de la spirale. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

7. Analyse post-traitement de la cartographie moteur

1. Importez le DICOM des cartes motrices dans un logiciel d’analyse d’images adapté à la neurochirurgie neurochirurgicale pour l’ablation de tumeurs cérébrales.
2. Enregistrez l’image anatomique (T1w) avec les cartes motrices, DICOMs et DWI. Importez et enregistrez des images supplémentaires si nécessaire (par exemple, FLAIRw, SWI, T1w-gadolinum amélioré).
3. Générez des objets à partir des DICOM de la carte motrice et agrandissez de 2 à 3 mm pour améliorer la^{sensibilité 59}.
4. Recadrez les cartes motrices pour retirer les oreilles et la nasion afin d’éviter une reconstruction anormale des fibres lors du suivi des fibres.
5. Tracez manuellement un ROI final au niveau pontin inférieur, ipsilatéralement par rapport à l’hémisphère cartographié.
6. Effectuez le suivi de fibre, en utilisant les ROI de la carte moteur comme graines, et le ROI pontine comme point final. Les algorithmes de tractographie couramment utilisés incluent le suivi streamline déterministe ou la tractographie probabiliste selon la question clinique et les résultats du suivi des fibres.
   REMARQUE : Lors de l’utilisation d’un logiciel de diffusion open source, plusieurs étapes de prétraitement sont nécessaires avant la tractographie (réduction du bruit, correction d’artefacts de Gibbs, correction de déplacement et de distorsion, correction du champ de biais B1, ajustement des tenseurs et génération de cartes FA).
7. Ajustez les paramètres du suivi de la fibre au cas par cas. Les paramètres recommandés sont une longueur minimale de 110-120 mm, une angulation maximale de 30°, et un FA fixé à 75 % du seuil FA (FAT, correspondant au FA auquel les premières fibres CST deviennent visibles^)60,61.
8. Segmentez la tumeur cérébrale sur d’autres images (par exemple FLAIR, gadolinium T1w) et créez un objet correspondant.
9. Affichez le CST soit pour chaque partie de membre (en différentes couleurs), soit pour l’ensemble du cartographie moteur.
10. Intégrez toutes les données (graines corticales, CST, objet tumeur cérébrale) dans le logiciel de navigation en salle d’opération pour la neurochirurgie.

Results

Nous présentons des étapes représentatives et les résultats de la cartographie motrice obtenus chez différents sujets en bonne santé et chez des patients ayant subi une cartographie motrice en milieu clinique, en utilisant notre système TMS neuronavigué. La reconstruction de la CST a été réalisée à l’aide d’un logiciel de traitement d’imagerie adapté à la planification neurochirurgicale, capable d’enregistrement multimodal d’images et de tractographie basée sur DTI. Le système de neuronavigation intègre une bobine en forme de huit naviguée, une caméra stéréotaxique, un amplificateur EMG, et offre une visualisation en temps réel du champ électrique induit lors de la reconstruction cérébrale 3D à l’aide d’un modèle individualisé de tête multi-sphère.

La figure 5 montre la détermination du RMT au point chaud déterminée à partir de la cartographie grossière. La position et l’orientation de la bobine sont maintenues exactement au même endroit tout au long de la procédure grâce à la cible de neuronavigation. La figure6 montre une cartographie motrice d’un sujet sain. Le membre inférieur gauche (cuisse, jambe, pied), le membre supérieur (épaule, avant-bras, main) et le visage ont été cartographiés. Les sites de stimulation positifs (codés par couleur par l’amplitude MEP) et les sites négatifs (gris) délimitent la représentation corticale motrice. La figure7 montre la cartographie motrice et la reconstruction de la CST chez un patient atteint d’une métastase atteinte d’un cancer du poumon impliquant la région prémotrice et révélée par un déficit moteur du membre supérieur.

Figure 5 : Cartographie grossière et détermination RMT au point chaud (premier Interosseus dorsalis) chez un sujet sain, utilisant la TMS neuronaviguée. Le point chaud, identifié par cartographie grossière (panneau en bas à gauche), est sélectionné comme cible pour la détermination du RMT. La position et l’orientation de la bobine sont maintenues exactement au même endroit tout au long de la procédure, à l’aide de la cible de neuronavigation (panneau inférieur droit). Les potentiels évoqués moteurs (MEP) sont acquis grâce à des traces EMG continues et des réponses d’époque. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 6 : Cartographie du cortex moteur des muscles du membre inférieur, du membre supérieur et du visage à l’aide de la TMS neuronaviguée. Muscles enregistrés dans les membres inférieurs : quadriceps fémoral (vert), tibial antérieur (orange), hallucis abducteur (jaune). Muscles enregistrés dans les membres supérieurs : abducteurs minimes des doigts (vert), fléchisseurs radiaux du carpe (orange), deltoïde (jaune). Muscles enregistrés au visage : Nasalis (bleu), Triangularis (violet). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Figure 7 : Cartographie corticale motrice et reconstruction CST pour la planification neurochirurgicale. Cartographie nTMS-moteur (panneau gauche) et reconstruction guidée par nTMS des voies corticospinales (panneau droit) chez un patient présentant une métastase cérébrale (blanche) d’un cancer du poumon. Muscles enregistrés : abducteur hallucis (violet), tibial antérieur (bleu), deltoïde (jaune), fléchisseur du carpe radial (rouge), premier interosseus dorsal (vert), orbicularis (cyan). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Discussion

Dans cet article, nous présentons un protocole standardisé et reproductible pour la cartographie courticale fonctionnelle motrice avec la nTMS, directement applicable à la planification chirurgicale préopératoire. En combinant la neuronavigation avec la reconstruction anatomique du cerveau du sujet, ce protocole standardisé permet d’identifier et de délimiter les régions corticales moteur-éloquentes lors d’un examen de moins de 90 minutes, selon le nombre de muscles étudiés. Cette approche est particulièrement pertinente chez les patients présentant des tumeurs motrice-éloquentes, où la reconstruction anatomique du CST est souvent limitée par deux facteurs : (i) le déplacement anatomique dû à l’effet de masse et/ou à l’œdème et (ii) la réorganisation fonctionnelle des représentations motrices. La tractographie anatomique de l’ensemencement basée sur des repères anatomiques fixes peut donc être trompeuse pour localiser l’origine corticale et propager les erreurs tout au long du suivi des fibres. La cartographie corticale motrice fonctionnelle répond à ce problème en utilisant des sites nTMS-positifs comme graines corticales, ancrant ainsi la tractographie à la carte motrice actuelle du patient qui alimente la sortie corticospinale. Lors de l’analyse post-traitement, les ROI corticales dérivées des cartes motrices doivent être agrandies de 2 à 3 mm afin de réduire le désaccord associé à la fusion et de standardiser le volume ROI (0,9 ± 0,1^{cm 3}), réduisant la variabilité opérateur et entre sujets et améliorant la comparabilité de la tractographie^{CST 59}. Comparée à la tractographie basée sur des repères, la tractographie ensemencée par nTMS produit des reconstructions CST plus plausibles et somatotopiquement cohérentes, avec moins de lignes de courant aberrantes et une variabilité inter-évaluateurs plus^faible 27,61,62. Comparée à l’ensemencement basé sur IRMf, la tractographie basée sur nTMS produit également des reconstructions plus plausibles et une plus grande cohérence des interrateurs chez les patients atteints de tumeurs adjacentes à la^{CST 25}. Il permet également d’extraire plusieurs métriques de la cartographie nTMS-moteur et de la CST ensemée nTMS, qui peuvent servir de facteur prédictif des résultats moteurs postopératoires. Au niveau cortical, la présence de sites sensibles à la nTMS dans la tumeur a été associée à un risque accru de déficit moteur, avec une valeur prédictive positive allant de 50 à 90 ^%. En revanche, la résection des sites nTMS négatifs est considérée comme sûre, avec une forte valeur prédictive négative allant de 90 à 100 ^%. Au niveau sous-cortical, une distance tumeur-tractus <8-12 mm a été identifiée comme un seuil critique associé à un risque accru de déficit post-opératoire, tant que la tumeur n’envahit pas le gyrus précentral 66,67,68,69,70,71 . De plus, des altérations microstructurelles de la CST ensemencée en nTMS (diminution de l’anisotropie fractionnaire avec une diffusion moyenne accrue) ont également été proposées comme facteurs de risque supplémentaires pour le déficit^{post-opératoire 70}. Enfin, l’utilisation de la tractographie basée sur la nTMS a été associée à une plus grande étendue de résection et à une survie prolongée tout en préservant la fonction motrice, ce qui soutient son intégration dans la planification^{préopératoire 72}.

Lors de la cartographie motrice, un paramètre clé qui influence fortement la distribution spatiale des MEP et l’interprétabilité des cartes motrices est l’intensité de stimulation (SI). Un SI plus élevé augmente la probabilité de réponse et la dispersion spatiale (risque de fausses réponses positives), tandis qu’un SI insuffisant augmente le risque de fausses réponses négatives. Pour minimiser ce biais, le SI doit être mis à l’échelle par rapport à la RMT et, lorsque possible, ajusté pour maintenir une cible stable EF. En pratique, le SI proche du seuil trouve un équilibre entre sensibilité et spécificité et fournit des applications conservatrices proches de la cartographie directe de la stimulation électrique. En revanche, choisir un SI supra-seuil (par exemple, 120 % RMT) peut être justifié lorsque la sécurité clinique privilégie la sensibilité aux marges de la carte, en reconnaissant qu’un SI plus élevé élargit systématiquement la carte^{motrice 73}. Dans le contexte de la cartographie de plusieurs muscles, l’utilisation d’un seul SI peut orienter la correspondance vers le muscle au seuil le plus bas, car les muscles adjacents pourraient avoir des profils d’excitabilité différents. En conséquence, la RMT doit être estimée pour chaque^{muscle de 74}. En revanche, des changements significatifs de l’excitabilité corticale, reflétés par des variations inattendues des amplitudes MEP, peuvent survenir lors d’une séance de cartographie motrice, nécessitant une réestimation de la RMT et un ajustement de la SI.

L’utilisation de grilles de stimulation lors de la cartographie moteur aide à standardiser l’espacement et facilite la quantification des cartes (c’est-à-dire en comptant les carrés actifs). Cependant, la taille de la grille façonne directement les résultats : les grands carrés peuvent surestimer la taille de la carte, tandis que les petits carrés augmentent le risque de sous-échantillonnage. Des preuves récentes suggèrent que la cartographie nTMS peut être réalisée sans grilles, en utilisant une approche guidée par anatomie avec des stimuli plus denses près des repères anatomiques et des bords^{de la carte 75}.

Plusieurs paramètres quantitatifs peuvent être dérivés de la cartographie motrice, tels que le centre de gravité (CoG), la surface de la carte motrice et le volume. Le CoG est défini comme la position pondérée en amplitude en coordonnées qui représente le centre de la représentation^{motrice 58}. Les examens en série ont montré des variations de la CoG chez les patients atteints de tumeurs cérébrales^{76, 77, 78}, recueillant des preuves de réorganisation fonctionnelle au fil du temps dans le cortex moteur. La carte motrice de la surface et du volume représentent l’étendue spatiale de la représentation motrice. L’aire est généralement obtenue soit en comptant les carrés actifs sur une grille de stimulation, soit en utilisant l’interpolation spline en stimulation sans grille, qui relie les points de stimulation positifs à des courbes polinomiales lisses pour générer une surface continue ou un volume⁵⁶. Ces indicateurs peuvent être suivis longitudinalement (étude de suivi ou évaluation d’une intervention) ou comparés à l’hémisphère contralésionnel pour étudier la plasticité motrice^corticale 79,80,81,82. Les métriques quantitatives de cartographie motrice pourraient être étendues au-delà de la neuro-oncologie, fournissant des biomarqueurs de l’intégrité du système moteur et de la plasticité liée aux maladies dans les maladies^{neurologiques 55,83}.

Bien que la nTMS soit désormais bien établie pour la cartographie motrice préopératoire, plusieurs limites doivent être reconnues. Premièrement, la précision de la co-enregistrement et de la cartographie corticale reste en partie dépendante de l’opérateur. Une formation appropriée à la manipulation des bobines, à la stabilité tête-traceur et à un ajustement rapide de la stimulation sont nécessaires pour garantir la fiabilité et la reproductibilité de la technique, bien que des études antérieures aient montré que la nTMS offre une topographie moteur fiable avec un bon accord entre les opérateurs entre examinateurs experts^{et novices 84}. Une seconde limitation concerne l’influence de l’œdème périlélésionnel et de l’effet de masse sur la tractographie. Un œdème périlésial excessif peut réduire la précision de la reconstruction CST basée sur la nTMS, en particulier dans les voxels adjacents à la lésion⁸⁵. De même, des divergences entre les ensembles de données préopératoires et l’anatomie réelle intraopératoire peuvent survenir dues à un déplacement cérébral^{intraopératoire 86,87}. Parce que le déplacement cérébral ne peut pas être entièrement évité – en particulier dans les tumeurs présentant un effet de masse important – la précision des régions motrices dérivées de la nTMS (courticales et sous-corticales) peut diminuer lors des dernières étapes de la résection. Plusieurs stratégies peuvent atténuer ces inexactitudes, notamment la limitation de l’exposition corticale inutile, la vérification répétée des repères anatomiques^{superficiels 88}, et l’utilisation d’imagerie intraopératoire telles que l’IRM, l’échographie ou le scanner, combinée à la correction de la déformation^cérébrale 89,90,91,92 . Enfin, en ce qui concerne la sécurité, la nTMS a démontré un profil de sécurité favorable chez les patients atteints d’épilepsie tumorale. Dans les grandes séries, les crises induites par la stimulation sont rares ou absentes lors de la cartographie^{préopératoire 93}, ce qui soutient la sécurité de cette technique lorsque les précautions appropriées sont prises.

Dans l’ensemble, la nTMS fournit des informations fonctionnelles cliniquement utiles à la planification chirurgicale et ouvre la voie à des études longitudinales sur la plasticité du système moteur dans diverses maladies neurologiques ou psychiatriques.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Logiciels Elements	BrainLAB AG, Munich, Allemagne		Logiciels de traitement d’image et logiciels de neuronavigation en salle d’opération
Système de neuronavigation TMS   ;	Nexstim, Helsinki, Finlande	Système NBS 5.1	Système TMS navigué avec bobine en forme de huit et amplificateur EMG
Électrodes de surface pour l’enregistrement EMG   ;	Natus, Middleton, WI, États-Unis	9013L0453	Pour l’enregistrement EMG