Un protocollo standardizzato per la mappatura motoria funzionale utilizzando stimolazione magnetica transcranica navigata

Summary

Qui descriviamo un protocollo standardizzato per la mappatura motoria utilizzando nTMS combinato con la ricostruzione del tratto corticospinale (CST) basata su imaging tensoriale di diffusione (DTI). Il protocollo è riproducibile, clinicamente fattibile e facilmente integrabile nei flussi di lavoro clinici di routine, fornendo un quadro solido e prezioso per la valutazione delle vie motorie, la ricerca sulla neuroplasticità e la pianificazione della riabilitazione.

Abstract

La stimolazione magnetica transcranica navigata (nTMS) si basa sull'integrazione di dati di imaging cerebrale individuali per determinare la posizione precisa della bobina di stimolazione, consentendo così la stimolazione guidata anatomicamente di bersagli corticali. L'interesse dei sistemi di neuronavigazione è ben riconosciuto nell'ottimizzazione della posizione delle coil durante trattamenti TMS ripetitivi (rTMS). Inoltre, la nTMS viene sempre più applicata per la mappatura funzionale delle regioni cerebrali in diverse applicazioni, come l'identificazione e la delineazione di aree motorie e linguistiche eloquenti prima della resezione tumorale. Oltre alla sua utilità nell'ottimizzare le procedure neurochirurgiche, la mappatura nTMS può anche essere uno strumento per monitorare la plasticità corticale e quantificare l'integrità del sistema motorio in varie malattie neurologiche. Questo articolo metodologico presenta un protocollo standardizzato per la mappatura motoria utilizzando nTMS, in combinazione con la ricostruzione del tratto corticospinale (CST) basata su diffusione e tensore (DTI). Questo approccio consente una delineazione precisa delle eloquenti regioni motorie corticali e delle loro proiezioni sottocorticali, nonché la rilevazione di riorganizzazioni funzionali nei pazienti con lesioni adiacenti. Quando integrato nella pianificazione pre-chirurgica, questo metodo fornisce indicazioni per strategie chirurgiche individualizzate volte a massimizzare la resezione della lesione preservando la funzione motoria. Il protocollo presentato qui è riproducibile, clinicamente applicabile e adatto all'integrazione nei flussi di lavoro di routine. Costituisce uno strumento promettente per la ricerca sulla neuroplasticità e la pianificazione della riabilitazione.

Introduction

Massimizzare l'entità della resezione nei tumori cerebrali motorio-eloquenti minimizzando al contempo i deficit motori postoperatori rimane una sfida centrale nella neurochirurgia. La mappatura intraoperatoria tramite stimolazione elettrica diretta (DES) è la tecnica "gold standard" per fornire informazioni anatomo-funzionali affidabili riguardo alla rappresentazione corticale e sottocorticale delle vie^motorie 1,2,3,4,5. Tuttavia, per la pianificazione preoperatoria, la stratificazione del rischio e la consulenza ottimale del paziente, è fondamentale delineare l'anatomia funzionale individuale prima dell'intervento. La relazione tra anatomia e funzione nelle aree motorie corticali non può essere dedotta dall'imaging strutturale convenzionale per risonanza magnetica cerebrale (MRI), poiché i tumori cerebrali possono indurre una significativa distorsione anatomica o riorganizzazione plastica delle reti motorie.

La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è stata introdotta come metodo non invasivo per sondare la corteccia^{motoria 6} ed è stata successivamente adattata per la mappatura funzionale della corteccia^{motoria 7,8}, inclusi test preoperatori registrando potenziali evocati motori (MEP) da diversi muscoli con elettromiografia^{superficiale 9,10,11}. I primi protocolli TMS non navigati erano tecnicamente impegnativi e mancavano di accuratezza anatomica. L'integrazione successiva con i dati individuali della risonanza magnetica e la navigazione basata su campo elettrico ha permesso una guida precisa dei siti di stimolazione, migliorando l'accuratezza^{anatomo-funzionale 12,13,14} e la riproducibilità^15,16. Evocando direttamente le MEP, la TMS navigata (nTMS) fornisce una risoluzione temporale su scala di millisecondi e una localizzazione spaziale sub-centimetrica dell'output corticospinale con buona concordanza con la DES^{intraoperatoria} 17,18,19. L'nTMS guidato da immagini è sicura, ben^{tollerata 20,21} e approvata dalla Food and Drug Administration (FDA) per la mappatura funzionale pre-chirurgica della corteccia motoria per oltre 15^{anni e 22}.

Nella mappatura motoria, le rappresentazioni corticali sono delineate campionando le ampiezze MEP tra i siti di stimolazione target per costruire mappe motorie specifiche per^{il paziente 23}. Rispetto alla risonanza magnetica funzionale basata su compiti (fMRI), la nTMS mostra una maggiore concordanza spaziale con la DES^{intraoperatoria} 24,25,26. Mentre le decisioni intraoperatorie si basano infine sulla DES quando le lesioni si avvicinano o invadono le aree motorie, la nTMS preoperatoria fornisce preziose informazioni complementari esportando siti positivi alla stimolazione come semi per la ricostruzione del tratto corticospinale (CST) per l'imaging di diffusione tensoriale (DTI). Questo approccio è particolarmente utile per valutare l'integrità corticospinale quando i tumori colpiscono principalmente i trattori motori nella sostanza bianca^{sottocorticale 27,28}. Inoltre, la mappatura motoria preoperatoria della nTMS ha mostrato un buon valore predittivo^{positivo 29,30} e un alto valore predittivo negativo 29,30,31, con risultati chirurgici^{migliorati 17,18,19,32}. È stato inoltre recentemente dimostrato essere uno strumento efficace per valutare la funzione motoria^{postoperatoria 31,33}. Per questi motivi, la mappatura motoria nTMS viene sempre più utilizzata sia per la valutazione preoperatoria sia per il follow-up post-operatorio in neurochirurgia. Raccomandazioni metodologiche per la mappatura corticale con nTMS sono state pubblicate nel^2017-34. Alla luce di questi studi recenti e dell'integrazione delle moderne tecniche di imaging, questa metodologia può ora essere perfezionata per fornire indicazioni più accurate per la pratica clinica e di ricerca.

In questo articolo presentiamo un protocollo standardizzato per eseguire la mappatura motoria con nTMS, combinando diverse tecniche per valutare rappresentazioni corticali e subcorticali preoperatorie delle vie motorie per la pianificazione della resezione tumorale in condizioni cliniche reali.

Protocol

Questo studio è stato condotto in conformità con le linee guida etiche nazionali e internazionali per la ricerca umana. L'analisi retrospettiva dei dati dei pazienti anonimizzati raccolti durante le cure di routine è stata effettuata con il consenso informato ottenuto al momento dell'assistenza, in conformità con le normative francesi. I dati dimostrativi di soggetti sani, coautori del manoscritto, sono stati inclusi con il consenso scritto informato per la partecipazione e la pubblicazione di dati e immagini. Questo è il protocollo attuale utilizzato nell'Ospedale Henri Mondor (Créteil, Francia) e nell'Ospedale Universitario di Aarhus (Danimarca) per la pianificazione preoperatoria nella chirurgia dei tumori cerebrali.

1. Acquisizione di dati di neuroimaging per la neuronavigazione

1. Verificare l'assenza di controindicazione a nTMS e risonanza magnetica utilizzando cartelle cliniche e interviste con il paziente, inclusi dispositivi ferromagnetici intracranici, epilessia non controllata, pacemaker, gravidanza o allattamento^{al seno 35}.
2. Acquisire un'immagine cerebrale anatomica ad alta risoluzione che includa sia le orecchie che il vertice cranico (senza pieghe o deformazioni dovute alle cuffie per risonanza magnetica) per consentire una ricostruzione cerebrale accurata da parte del sistema di neuronavigazione.
   1. Usa la seguente raccomandazione per la sequenza della risonanza magnetica:
      Eco-gradiente anatomico 3D ponderato per T1 (T1w)
      Voxel isotropi di 1 mm (o meno)
      ≥Sistema MRI 1,5-Tesla (preferito 3 T).
   2. In alternativa, usa queste sequenze accettabili:
      3D-FLAIR
      3D T1W con contrasto
3. Acquisire immagini ponderate per diffusione (DWI) prima dell'iniezione di contrasto per la successiva trattografia basata su Diffusion Tensor Imaging (^{DTI) 36}.
   1. Utilizzare i seguenti parametri minimi^{di acquisizione 37}:
      Voxel isotropi di 2 mm
      Direzioni di codifica per diffusione: ≥ 25
      Valore B: ≈ 800 s/mm²
      Immagini non ponderate per diffusione: ≥ 3 volumi b0 (b = 0 s/mm²)
   2. Utilizzare i seguenti parametri raccomandati (per migliorare la stima dei tensori e la trattorografia):
      Direzioni di codifica per diffusione: ≥ 64
      Valore B: 1000 S/^{mm 2}
      Risoluzione spaziale superiore (≤ 2 mm isotropa)

2. Prepara il soggetto

1. Importare l'immagine anatomica della risonanza magnetica del soggetto nel sistema di neuronavigazione per generare una ricostruzione cerebrale 3D.
2. Segna i punti anatomici chiave della risonanza magnetica all'interno del software di neuronavigazione (nasion, orecchio destro, orecchio sinistro).
   1. Usa la radice della crus helicis per una precisione maggiore.
   2. In alternativa, si usa il tragus, ma la sua superficie più ampia può aumentare il disadattamento della co-registrazione.
      NOTA: Per accorciare la mappatura motoria, questi passaggi preparatorii possono essere eseguiti prima di installare il soggetto nella stanza.
3. Posiziona il soggetto su una poltrona comoda, con una leggera reclinazione (20-30°) per ridurre la tensione^{dorsale 38}. Regola il poggiatesta per sostenere la testa e il collo all'interno dell'inion.
4. Controlla la presenza di oggetti metallici nelle zone della testa e del collo (ad esempio, orecchini, forcine, piercing) e rimuovili prima di iniziare la procedura.
5. Prepara la pelle sulla fronte per la posizione del tracciatore della testa.
   1. Pulisci la pelle usando assorbenti alcolici o gel abrasivo delicato.
   2. Assicurati che la pelle sia completamente asciutta prima di posizionare il tracker.
6. Posiziona il head tracker sulla fronte in modo che rimanga stabile durante tutta la sessione di stimolazione.
   1. Posizionalo sopra le sopracciglia e sotto l'attaccatura dei capelli.
   2. Posizionala o al centro o leggermente lateralmente.
   3. Fissa il tracker usando la sua superficie adesiva o con un elastico.
7. Co-registra i punti anatomici chiave del paziente con l'immagine importata nel software di neuronavigazione (vedi Figura 1).
   1. Usa la penna digitale per segnare i punti di riferimento anatomici.
   2. Assicurati che i lobi delle orecchie siano liberi dal poggiatesta per evitare qualsiasi spostamento dei punti di riferimento³⁹.
   3. Se l'anatomia dell'orecchio appare distorta nella risonanza magnetica (ad esempio, pavillone dell'orecchio piegata), ridefinire il punto corrispondente sull'immagine prima di digitalizzare.
8. Una volta completato, il software valida i tre punti fiduciari se l'errore di disadattamento è inferiore a 3 mm. Se l'errore di disadattamento è troppo grande, prova i seguenti passaggi in ordine:
   1. Digitalizza i punti anatomici chiave del paziente una seconda volta.
   2. Ridefinire i punti anatomici dell'orecchio sinistro e destro sulla risonanza magnetica.
   3. Digitalizza premendo delicatamente l'elica del lobo dell'orecchio, poiché le cuffie per risonanza magnetica potrebbero aver spostato l'orecchio di qualche millimetro.
9. Affina la registrazione digitalizzando ulteriori punti del cuoio capelluto (abbinamento scalpo-superficie).
10. Validare la co-registrazione, con un errore di co-registrazione inferiore a 3 mm (preferito 2 mm). Se la discrepanza supera i 3 mm, ripetere i passaggi 2.7-2.9.

Figura 1: Co-registrazione della testa del paziente con la risonanza anatomica. Lato sinistro: Registrazione basata su monumenti. Panel superiori: Identificazione dei punti di riferimento anatomici sulla risonanza magnetica (orecchio sinistro, nasione, orecchio destro) all'interno del software di neuronavigazione. Pannelli inferiori: Digitalizzazione dei punti di riferimento sul paziente utilizzando la penna digitalizzante. Lato destro: affinamento dell'abbinamento della superficie usando punti aggiuntivi per il cuoio capelluto. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

3. Preparazione dei muscoli mappati

1. Dai tappi alle orecchie al soggetto e indossa cuffie protettive durante la stimolazione.
2. Prepara la pelle sopra il muscolo bersaglio raschiando delicatamente la pelle con disinfettanti alcolici e/o cotton pad con un gel abrasivo delicato.
3. Posizionare elettrodi superficiali sui muscoli di interesse in un montaggio adtro-tendine, come per le MEP cliniche di routine. Possono essere mappati simultaneamente fino a sei muscoli diversi.
4. Posizionare l'elettrodo di terra su un punto neutro, come il moncone della spalla, la superficie dorsale della mano o la superficie mediale della tibia.
5. Collega tutti gli elettrodi all'amplificatore EMG.
6. Inizia l'acquisizione EMG per mostrare EMG continuo di tutti i canali e verifica che i muscoli siano a riposo.
7. Controlla che i canali EMG siano privi di rumore eccessivo a 50/60 Hz (< 50 μV). Se il ronzio elettrico è eccessivo, prova i seguenti passaggi in ordine:
   1. Verifica che gli elettrodi siano ben fissati alla pelle, senza distacco.
   2. Riposiziona i cavi degli elettrodi all'interno della sedia per evitare il contatto con parti metalliche o con il pavimento.
   3. Sposta la parte distale degli elettrodi lontano dal sistema di neuronavigazione e dalle fonti di alimentazione AC.
   4. Sostituire gli elettrodi e riapplicarli con una diversa orientazione del cavo (vedi passaggi 3.7.2 e 3.7.3).
   5. Scollega la sedia dall'alimentatore.
   6. Posiziona l'elettrodo di massa sullo stesso ramo dei muscoli mappati.
   7. Ripeti i passaggi in ordine finché il rumore non si riduce sotto la soglia.
8. Una volta minimizzato il rumore a 50/60 Hz, riavvia la registrazione EMG per resettare la linea di base.
9. Una volta superati questi passaggi di preparazione, procedere con la mappatura grossolana dei muscoli selezionati.
   NOTA: Una sessione standard di mappa dovrebbe includere almeno un muscolo per ogni segmento dell'arto superiore e due muscoli dell'arto inferiore. La Tabella 1 elenca i muscoli comunemente mappati, che devono essere adattati in base alla localizzazione della lesione e alla presentazione clinica del^{paziente 34}.

Limb	Muscoli	Alternative/e
Mano	Primo Interosseus Dorsale (FDI)	Rapitore Pollicis Brevis (APB)
	Abduttore Digiti Minimi (ADM)
Avambraccio	Radiale Carpi Flessore (FCR)	Estensore Carpi Radiale (ECR)
Braccio / Spalla	Bicipiti	-
	Deltoid
Gamba	Tibiale Anteriore (TA)	Soleo (SOL)
Piede	Allucis dell'abducente (AH)	Plantare mediale (MP)
Volto	Orbicolare Oris	Nasalis

Tabella 1: Muscoli suggeriti per la mappatura motoria.

4. Mappatura grossolana per identificare il punto caldo e determinare la Soglia del Motore a Riposo (RMT)

1. Sul volume cerebrale reso nel software, regolare la profondità di squamazione tra 15 e 25 mm di profondità sul cuoio capelluto, caso per caso, per rivelare al meglio l'anatomia corticale. L'obiettivo è visualizzare i giri precentrali e postcentrali, il solco centrale e i solchi frontali superiori e inferiori.
   NOTA: L'identificazione del giro precentrale è più facile quando il soggetto presenta una manopola "a forma di omega"^40,41. Tuttavia, questo traguardo è^{incostante 42,43}. In tali casi, sono raccomandati diversi metodi per identificare il giro precentrale 43,44,45.
2. Avvia l'unità stimolante.
3. Posiziona la bobina di stimolazione (a figura dell'otto) tangenziale al cuoio capelluto (vedi Figura 2).
   1. Stabilizza la spirale con una mano sul manico e l'altra sulla bobina per mantenere un contatto stabile con il cuoio capelluto durante il riposizionamento.
   2. Utilizzare l'assistenza alla neuronavigazione (angolo della bobina, distanza tra la bobina e la testa, indicatori di inclinazione) per garantire una posizione accurata della bobina su ciascun sito di stimolazione.
   3. Mantenere un campo elettrico indotto stabile (EF, V/m) evitando l'inclinazione della bobina.
   4. Adotta una postura comoda perché la spirale può essere pesante. Usa un braccio che tiene i cavi per ridurre la tensione del cavo mantenendo la bobina liberamente mobile.
4. Stimolare a un'intensità regolata per suscitare risposte nell'intervallo di ampiezza 100-500 μV (picco a picco^{) 46}.
   NOTA: Questo viene solitamente ottenuto tra il 35% e il 45% della Massima Uscita Stimolante (MSO) per gli arti superiori e tra il 50% e l'80% dell'MSO per gli arti inferiori. Tuttavia, questo intervallo di valori si applica ai soggetti sani e può essere più elevato quando il tumore si infiltra nelle regioni motorie.
5. Si noti che l'orientamento della bobina per la mappatura grossolana (così come la mappatura fine) dipende dal ramo mappato (vedi Figura 3):
   1. Per l'arto superiore e il volto: mantenere un'orientazione a spirale perpendicolare al solco centrale (allineata con il solco), per mantenere una corrente elettrica indotta in direzione^{posteriore-anteriore 47}.
      1. Per l'arto superiore: inizia a stimolare sopra la parte superiore (spalla) o la parte centrale (muscoli dell'avambraccio e della mano) della parete posteriore della manopola della mano, rivolta verso il solco frontale superiore.
      2. Per il viso: inizia a stimolare sulla parete posteriore del giro precentrale rivolto verso il solco frontale inferiore. Controlla le latenze di risposta per assicurarti che abbiano origine dalle vie corticobulbari. Le MEP facciali hanno una latenza di 7-13 ms, mentre la risposta muscolare diretta (scatto della mascella) indotta dalla nTMS ha una latenza di circa 3-4 ms.
   2. Per l'arto inferiore: mantenere un'orientazione della spirale perpendicolare alla linea mediana sagittale, con una corrente elettrica indotta in direzione^{media-laterale 34}. Orientamenti alternativi delle spirali includono parallelo alla linea mediana sagittale 48,49,50 e/o perpendicolare alle pieghe del lobulo paracentrale e del giro precentrale.
6. Esegui stimolazioni sul giro precentrale.
   1. Punti di stimolazione spaziale distanti 2-5 mm, sia visivamente che tramite una griglia di stimolazione.
   2. Quando eseguito visivamente, campiona tre linee parallele attraverso il giro. Questo di solito è sufficiente.
   3. Spaziano ogni stimolazione di almeno 1,5 s, preferibilmente con un intervallo interstimolo casuale.
7. Se non si ottengono risposte, aumentare l'intensità dello stimolo del 10% rispetto al valore iniziale e ripetere come prima.
8. Ferma la mappatura grossolana una volta registrate 20-30 risposte per muscolo.
9. Esaminare tutti i deputati per escludere registrazioni contaminate.
10. Identifica il "punto caldo" per ogni muscolo. Il "punto caldo" è il punto stimolante che esegue la MEP di ampiezza maggiore. Per garantire una definizione affidabile del punto caldo⁵¹
    1. Visualizza le registrazioni di ogni muscolo usando una scala di colori normalizzata.
    2. Individua l'area contenente MEP di massima ampiezza.
    3. Ordina i MEP per ampiezza, dal massimo al più basso.
    4. Seleziona la MEP di massima ampiezza all'interno di quest'area, evitando risposte singole anormalmente elevate (di solito le prime 2 MEP).
11. Per ogni muscolo, seleziona il punto caldo per determinare la soglia motore a riposo (RMT). Questo salverà la posizione e l'orientamento della bobina durante tutto il processo di determinazione RMT, garantendo una misurazione^{affidabile 52}.
12. Determinare la RMT per ogni muscolo separatamente, utilizzando una tecnica di caccia alla^{soglia 53} o identificando la minima intensità dello stimolo (% MSO) che provoca MEP ≥ 50μV in 5 su 10 tentativi consecutivi (metodo Rossini-Rothwell⁾⁵⁴. Usa la RMT di ogni muscolo come riferimento per impostare l'intensità dello stimolo durante la mappatura fine.

Figura 2: Configurazione sperimentale di nTMS. Il soggetto è seduto con una leggera reclinazione e supporto per il braccio, con elettrodi EMG posizionati sui muscoli bersaglio. L'operatore tiene la bobina a forma di otto per stabilizzarla e mantenere un contatto tangenziale con il cuoio capelluto, mentre monitora il campo elettrico indotto (frecce: direzione, cerchio: intensità) e le MEP indotte. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Interfaccia di neuronavigazione durante la mappatura. Feedback in tempo reale sulla posizione della bobina (giunzione delle frecce blu e rosse), inclinazione della bobina, direzione del campo elettrico (freccia blu-rossa) e intensità del campo (anello circostante colorato) garantendo una stimolazione accurata in ogni sito corticale. Pannello superiore: Mappatura grossolana del ramo superiore, con la bobina orientata perpendicolarmente al solco centrale. Pannello inferiore: mappa fine del tibiale anteriore, con la spirale orientata perpendicolarmente alla linea mediana sagittale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

5. Mappatura fine

1. Assicurati che il soggetto sia completamente rilassato, senza contrazioni muscolari involontarie.
2. Per ogni muscolo, esegui la stimolazione al 105-110% del RMT.
   1. Usa la stessa orientazione della bobina durante la mappatura grossolana (vedi passaggi 4.5 e 4.6).
   2. Riduci la distanza tra i punti di stimolazione (4-6 linee parallele per giro).
   3. Mantenere un intervallo interstimolo ≥ 1,5 s, preferibilmente randomizzato.
3. Delinea le mappe motorie funzionali come aree corticali in cui la nTMS genera MEPs ≥ 50 μV (picco a picco).
   NOTA: Per la mappatura dell'arto inferiore, un'alternativa è partire dal 110% della RMT dell'arto superiore e regolare la EF a passi di ± 10 V/m fino a raggiungere MEP^{costanti di 34}.
4. Esegui la stimolazione finché le mappe motorie non sono delimitate da una o due linee consecutive di siti negativi che non riescono a evocare MEP.
   1. Se non si ottiene un margine negativo chiaro, estendi il campionamento, mantenendo la stessa spaziatura, finché le risposte non scompaiono in modo affidabile.
   2. Se le risposte positive si espandono in regioni insolite, controlla e adatta l'angolo della bobina, la EF e la RMT.
      NOTA: Il numero di punti per muscolo può variare (da 30 a 100 impulsi) a seconda della rappresentazione corticale muscolare e del grado di spostamento cerebrale indotto dal tumore.
5. Evita orientamenti delle coil che generano posizioni o ampiezze anomale della MEP. In particolare, un orientamento di 45° (rispetto alla linea mediana) può produrre MEPs degli arti superiori molto anteriormente e potrebbe non rappresentare una rappresentazione cortagonale motoria^{accurata 47}.
6. Assicurati che le mappe motorie siano ellittiche, con alcuni punti negativi all'interno. Per i punti di stimolazione negativi all'interno della mappa motoria, esegui stimolazioni aggiuntive in diversi momenti durante la valutazione per controllare eventuali cambiamenti transitori nell'eccitabilità della corteccia motoria.
7. Se durante la mappatura si verificano molte risposte negative (<50 μV), prova i seguenti passaggi in ordine:
   1. Chiedi al soggetto di restare sveglio, poiché spesso riflette una riduzione dello stato di vigilanza.
   2. Controlla che l'intensità della stimolazione non sia diminuita.
   3. Si consideri di ripetere la RMT, poiché il valore iniziale potrebbe essere stato influenzato da uno stato di ipereccitabilità transitoria.
8. Se compaiono molti MEP ad ampiezza anormalmente elevata (> 1000 μV) e la mappa si espande eccessivamente, prova i seguenti passaggi in ordine:
   1. Chiedi al soggetto di rilassare l'arto, anche mostrando attività muscolare continua se necessario (feedback del segnale).
   2. Se l'attività muscolare persiste, chiedi al soggetto di scuotere l'arto o di muoverlo in una posizione più rilassata. Se necessario, applica un movimento passivo concentrico sul muscolo testato (ad esempio con un oggetto per i muscoli della mano e l'allucide abduttora, o con il supporto del piede per il tibiale anteriore).
   3. Si consideri di ripetere la RMT, poiché il valore iniziale potrebbe essere stato influenzato da uno stato transitorio di ipoeccitabilità della corteccia motoria.

6. Analisi post-elaborazione dei dati MEP ed esportazione

1. Rivedi e aggiusta i MEP per ogni muscolo.
   1. Apri il pannello di revisione MEP o il visualizzatore di segnali nel software di neuronavigazione.
   2. Ispezionare ogni MEP registrato per correggere ampiezza e latenza e regolare i marker se necessario.
2. Escludere i punti di stimolazione artefattuali o anomali.
   1. Apri la lista di stimolazione o lo spazio di lavoro di mappatura nel software.
   2. Rimuovere le prove di stimolazione contenenti artefatti o posizioni errate delle spire (vedi Figura 4).
3. Visualizza la mappa motoria di ciascun muscolo in un formato binario (positivo/negativo; sopra/sotto 50 μV).
4. Esportare i punti di stimolazione positivi al formato DICOM inbinarizzato di profondità 15, 20 e 25 mm. Usa questi file per il fiber-tracking per ricostruire la CST, usando i punti di stimolazione positivi come semi per la trattografia.
5. Per misurare altri parametri della mappa corticale (centro di gravità, densità della mappa, dimensione della mappa motoria), esportare i dati alla profondità di peeling di stimolazione o a 20 mm (profondità di peeling standard⁾25,55,56,57,58.

Figura 4: Analisi post-elaborazione dei dati MEP. Le tracce MEP vengono esaminate per correggere i marcatori di ampiezza e latenza ed escludere studi artefattuali (pannello destro: esempio di uno studio contaminato da attività EMG in corso). Le due stimolazioni (cerchi rossi) illustrano "risposte anomale" che si verificano nell'area negativa, probabilmente legate agli effetti dell'orientamento della spirale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

7. Analisi post-elaborazione della mappatura motorica

1. Importare il DICOM delle mappe motorie in un software di analisi delle immagini adatto alla neuronavigazione neurochirurgica per la rimozione di tumori cerebrali.
2. Registra l'immagine anatomica (T1w) con le mappe motorie, DICOM e DWI. Importare e registrare immagini aggiuntive se necessario (ad esempio, FLAIRw, SWI, T1w-gadolinum enloaded).
3. Generare oggetti dalla mappa motorica DICOM e ingrandirli di 2-3 mm per migliorare la sensibilità⁵⁹.
4. Ritaglia le mappe motorie per rimuovere orecchie e nasion per prevenire una ricostruzione anomala delle fibre durante il tracciamento delle fibre.
5. Traccia manualmente un ROI finale al livello pontino inferiore, ipsilateralmente rispetto all'emisfero mappato.
6. Esegui il tracciamento della fibra, usando i ROI della mappa motoria come semi e il ROI pontino come endpoint. Gli algoritmi di trattografia comunemente utilizzati includono il tracciamento streamline deterministico o la tractografia probabilistica a seconda della domanda clinica e degli esiti del tracciamento delle fibre.
   NOTA: Quando si utilizza software open-source di diffusione, sono necessari diversi passaggi di preprocessing prima della trattografia (deruoting, correzione di artefatti di Gibbs, correzione di movimento e distorsione, correzione del campo di bias B1, adattamento tensoriale e generazione di mappe FA).
7. Regolare i parametri del tracciamento della fibra con un'analisi caso per caso. I parametri raccomandati sono una lunghezza minima di 110-120 mm, un'angolazione massima di 30° e un FA fissato al 75% della Soglia FA (FAT, corrispondente all'FA in cui le prime fibre CST diventano visibili)^60,61.
8. Segmenta il tumore cerebrale su altre immagini (ad esempio FLAIR, gadolinio T1w) e crea un oggetto corrispondente.
9. Visualizza il CST sia per la parte di ciascun arto (in colori diversi) sia per l'intera mappatura dei motori.
10. Integra tutti i dati (semi corticali, CST, oggetto tumori cerebrali) nel software di navigazione in sala operatoria per la neurochirurgia.

Results

Presentiamo passaggi rappresentativi e i risultati della mappatura motoria ottenuti in diversi soggetti sani e in pazienti che hanno subito mappatura motoria in un ambiente clinico, utilizzando il nostro sistema TMS neuronavigato. La ricostruzione della CST è stata eseguita utilizzando un software di elaborazione dell'imaging adatto alla pianificazione della neurochirurgia, capace di registrazione multimodale delle immagini e di trattografia basata su DTI. Il sistema di neuronavigazione integra una bobina a forma di otto navigata, una telecamera stereotassica, un amplificatore EMG e fornisce una visualizzazione in tempo reale del campo elettrico indotto sulla ricostruzione cerebrale 3D utilizzando un modello individualizzato della testa multi-sfera.

La Figura 5 mostra la determinazione RMT nel punto caldo determinata dalla mappatura grossolana. La posizione e l'orientamento della bobina vengono mantenuti esattamente nello stesso punto per tutta la durata della procedura con l'aiuto del bersaglio di neuronavigazione. La Figura6 mostra una mappatura motoria di un soggetto sano. Sono stati mappati l'arto inferiore sinistro (coscia, gamba, piede), l'arto superiore (spalla, avambraccio, mano) e il viso. I siti di stimolazione positivi (codificati a colori per ampiezza MEP) e i siti negativi (grigi) delineano la rappresentazione motoria corticale. La Figura7 mostra la mappatura motoria e la ricostruzione della CST in un paziente con metastasi di cancro al polmone che coinvolge la regione premotoria e che è stata rivelata da un deficit motorio dell'arto superiore.

Figura 5: Mappatura grossolana e determinazione RMT al punto caldo (Primo Interosseus Dorsalis) in un soggetto sano, utilizzando TMS neuronavigata. Il punto caldo, identificato tramite mappatura grossolana (pannello in basso a sinistra), viene selezionato come obiettivo per la determinazione RMT. La posizione e l'orientamento della bobina vengono mantenuti esattamente nello stesso punto per tutta la procedura, con l'aiuto del bersaglio di neuronavigazione (pannello in basso a destra). I potenziali evocati motorizzati (MEP) si acquisiscono con tracce EMG continue e risposte epoche. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Mappatura della corteccia motoria dei muscoli inferiori, superiori e facciali utilizzando TMS neuronavigata. Muscoli registrati negli arti inferiori: quadricipite femorale (verde), tibiale anteriore (arancione), allucide abduttore (giallo). Muscoli registrati negli arti superiori: abduttore delle dita minimi (verde), flessore del carpo radiale (arancione), deltoide (giallo). Muscoli registrati nel viso: Nasalis (blu), Triangularis (viola). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Mappatura motoria corticale e ricostruzione CST per la pianificazione neurochirurgica. Mappatura nTMS-motoria (pannello sinistro) e ricostruzione guidata da nTMS dei tratti corticospinali (pannello destro) in un paziente con metastasi cerebrale (bianca) da cancro ai polmoni. Muscoli registrati: alluco abduttore (viola), tibiale anteriore (blu), deltoide (giallo), flessore carpo radiale (rosso), primo interosso dorsale (verde), orbiculare (ciano). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussion

In questo articolo presentiamo un protocollo standardizzato e riproducibile per la mappatura motoria corticale funzionale con nTMS, direttamente applicabile alla pianificazione chirurgica preoperatoria. Combinando la neuronavigazione con la ricostruzione anatomica del cervello del soggetto, questo protocollo standardizzato consente di identificare e delimitare le regioni corticali motorio-eloquenti durante un esame della durata inferiore a 90 minuti, a seconda del numero di muscoli studiati. Questo approccio è particolarmente rilevante nei pazienti con tumori motorio-eloquenti, dove la ricostruzione anatomica della CST è spesso limitata da due fattori: (i) spostamento anatomico dovuto a effetto di massa e/o edema e (ii) riorganizzazione funzionale delle rappresentazioni motorie. La trattografia di semina anatomica basata su punti di riferimento anatomici fissi può quindi essere fuorviante nel localizzare l'origine corticale e propagare errori durante il tracciamento delle fibre. La mappatura motoria corticale funzionale affronta questo problema utilizzando siti nTMS-positivi come semi corticali, ancorando così la tracografia alla mappa motoria attuale del paziente che guida l'output corticospinale. Durante l'analisi post-elaborazione, i ROI corticali derivati dalle mappe motorie dovrebbero essere ingranditi di 2-3 mm per mitigare il disallineamento associato alla fusione e per standardizzare il volume ROI (0,9 ± 0,1^{cm 3}), riducendo la variabilità operatore e tra soggetti e migliorando la comparabilità della trattografia^{CST 59}. Rispetto alla tratografia basata su punti di riferimento, la tractografia con nTMS produce ricostruzioni CST più plausibili e somatotopicamente coerenti, con meno linee di flusso aberranti e una minore variabilità tra^valutatori 27,61,62. Rispetto alla semina basata su fMRI, la tratografia basata su nTMS produce anche ricostruzioni più plausibili e una maggiore consistenza degli interratori nei pazienti con tumori adiacenti al^{CST 25}. Permette inoltre l'estrazione di diverse metriche dalla mappatura nTMS-motore e dalla CST seedata nTMS, che possono fungere da fattore predittivo dell'esito motorio post-operatorio. A livello corticale, la presenza di siti reattivi a nTMS all'interno del tumore è stata associata a un aumento del rischio di deficit motorio, con un valore predittivo positivo che varia tra il 50% e ^{il 90%30,63,64,65}. Al contrario, la resezione dei siti nTMS-negativi è considerata sicura, con un alto valore predittivo negativo che varia dal 90 al 100%30,31,65. A livello sottocorticale, una distanza tumore-tratto <8-12 mm è stata identificata come soglia critica associata a un aumento del rischio di deficit post-operatorio, purché il tumore non invada il giro precentrale 66,67,68,69,70,71. Inoltre, sono state proposte alterazioni microstrutturali del CST seminato con nTMS (riduzione dell'anisotropia frazionata con aumento della diffusività media) come ulteriori fattori di rischio per il deficit^{post-operatorio 70}. Infine, l'uso della tractografia basata su nTMS è stato associato a una maggiore estensione della resezione e a una sopravvivenza prolungata preservando la funzione motoria, supportandone l'integrazione nella pianificazione^{preoperatoria 72}.

Durante la mappatura motoria, un parametro chiave che influenza fortemente la distribuzione spaziale delle MEP e l'interpretabilità delle mappe motorie è l'intensità di stimolazione (SI). Un SI più alto aumenta la probabilità di risposta e la distribuzione spaziale (rischiando risposte falsamente positive), mentre un SI insufficiente aumenta il rischio di risposte falsamente negative. Per minimizzare questo bias, il SI dovrebbe essere scalato rispetto all'RMT e, quando possibile, adattato per mantenere un obiettivo EF stabile. In pratica, il SI vicino alla soglia trova un equilibrio tra sensibilità e specificità e fornisce mappe conservative vicine alla mappatura diretta della stimolazione elettrica. D'altra parte, scegliere un SI supra-soglia (ad esempio, RMT al 120%) può essere giustificato quando la sicurezza clinica dà priorità alla sensibilità ai margini della mappa, riconoscendo che un SI più alto espande sistematicamente la mappa^{motoria 73}. Nel contesto della mappatura di più muscoli, l'uso di un singolo SI può orientare la mappatura verso il muscolo con la soglia più bassa, poiché i muscoli adiacenti potrebbero avere profili di eccitabilità diversi. Di conseguenza, la RMT dovrebbe essere stimata per ogni^{muscolo 74}. D'altra parte, cambiamenti significativi nell'eccitabilità corticale, riflessi da variazioni inaspettate nelle ampiezze MEP, possono verificarsi durante una sessione di mappatura motoria, richiedendo una rivalutazione della RMT e una regolazione del SI.

L'uso di griglie di stimolazione durante la mappatura motorica aiuta a standardizzare la distanza e facilita la quantificazione della mappa (cioè, contando i quadrati attivi). Tuttavia, la dimensione della griglia modella direttamente i risultati: i quadrati grandi possono sovrastimare la dimensione della mappa, mentre i quadrati piccoli aumentano il rischio di sottocampionamento. Evidenze recenti suggeriscono che la mappatura nTMS può essere eseguita senza griglie, utilizzando un approccio guidato dall'anatomia con stimoli più densi vicino ai punti di riferimento anatomici e ai bordi^{della mappa 75}.

Dalla mappatura motorica possono derivare diversi parametri quantitativi, come il centro di gravità (CoG), l'area della mappa motorica e il volume. Il CoG è definito come la posizione ponderata in ampiezza in coordinate che rappresenta il centro della rappresentazione^{motoria 58}. Gli esami seriali hanno mostrato variazioni della CoG nei pazienti con tumori^cerebrali 76,77,78, raccogliendo evidenze di riorganizzazione funzionale nel tempo nella corteccia motoria. L'area e il volume della mappa motoria rappresentano l'estensione spaziale della rappresentazione motoria. L'area viene comunemente ottenuta contando i quadrati attivi su una griglia di stimolazione o utilizzando interpolazione spline nella stimolazione senza griglia, che collega i punti di stimolazione positivi con curve polinomiali lisce per generare una superficie continua o volume⁵⁶. Queste metriche possono essere monitorate longitudinalmente (studio di follow-up o valutazione di un intervento) oppure confrontate con l'emisfero contralesionale per indagare la plasticità motoria^corticale 79,80,81,82. Le metriche quantitative di mappatura motoria hanno il potenziale di essere estese oltre la neuro-oncologia, fornendo biomarcatori dell'integrità del sistema motorio e della plasticità correlata alle malattie^{nelle malattie neurologiche 55,83}.

Sebbene la nTMS sia ormai ben consolidata per la mappatura motoria preoperatoria, vanno riconosciute diverse limitazioni. Innanzitutto, l'accuratezza della co-registrazione e della mappatura corticale rimane in parte dipendente dall'operatore. È necessario un adeguato addestramento nella gestione delle coil, nella stabilità del testa-tracker e nell'aggiustamento tempestivo della stimolazione per garantire affidabilità e riproducibilità della tecnica, anche se studi precedenti hanno dimostrato che la nTMS fornisce una topografia motoria affidabile con un buon accordo tra operatori tra esaminatori esperti e^{principianti 84}. Una seconda limitazione riguarda l'influenza dell'edema perilesionale e dell'effetto di massa sulla tractografia. Un eccessivo edema perilesionale può ridurre l'accuratezza della ricostruzione CST basata su nTMS, in particolare nei voxel adiacenti alla lesione⁸⁵. Analogamente, discrepanze tra i dataset preoperatori e l'anatomia intraoperatoria reale possono verificarsi a causa dello spostamento cerebrale^{intraoperatorio 86,87}. Poiché lo spostamento cerebrale non può essere completamente prevenuto - specialmente nei tumori con importante effetto di massa - la precisione delle regioni motorie derivate dalla nTMS (sia corticali che subcorticali) può diminuire nelle fasi avanzate della resezione. Diverse strategie possono mitigare queste imprecisioni, tra cui limitare l'esposizione corticale non necessaria, controllare ripetutamente i punti di riferimento anatomici^{superficiali 88}, e utilizzare immagini intraoperatorie come risonanza magnetica, ecografia o TAC, combinate con la correzione della deformazione^cerebrale 89,90,91,92 . Infine, per quanto riguarda la sicurezza, la nTMS ha dimostrato un profilo di sicurezza favorevole nei pazienti con epilessia correlata al tumore. In serie ampie, le crisi indotte dalla stimolazione sono rare o assenti durante la mappatura^{preoperatoria 93}, supportando la sicurezza di questa tecnica quando vengono adottate le precauzioni appropriate.

Nel complesso, la nTMS fornisce informazioni funzionali clinicamente utili per la pianificazione chirurgica e apre la strada a studi longitudinali sulla plasticità del sistema motorio in varie malattie neurologiche o psichiatriche.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Software Elements	BrainLAB AG, Monaco, Germania		Software di elaborazione immagini e software di neuronavigazione in sala operatoria
Sistema TMS di neuronavigazione	Nexstim, Helsinki, Finlandia	Sistema NBS 5.1	Sistema TMS navigato con bobina a forma di otto e amplificatore EMG
Elettrodi superficiali per la registrazione EMG	Natus, Middleton, WI, USA	9013L0453	Per la registrazione EMG