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

Presentiamo un protocollo standardizzato per la mappatura motoria e la valutazione del tratto corticospinale utilizzando TMS navigata combinata con DTI, adatto alla pianificazione neurochirurgica e alla ricerca sulla neuroplasticità. Sebbene la stimolazione elettrica diretta intraoperatoria sia lo standard d'oro per la mappatura motoria, i metodi preoperatori esistenti sono limitati. Sono necessari metodi migliorati di mappatura motoria preoperatoria per aiutare i neurochirurghi a migliorare la pianificazione chirurgica e valutare meglio i rischi chirurgici.

Questo protocollo utilizza la TMS navigata per una mappatura accurata del percorso motorio e una pianificazione chirurgica migliorata. Per cominciare, importare immagini cerebrali anatomiche ad alta risoluzione del soggetto nel sistema di neuronavigazione per generare una ricostruzione cerebrale tridimensionale. Segna i punti anatomici chiave sull'imaging a risonanza magnetica all'interno del software di neuronavigazione identificando il nasion, l'orecchio destro e l'orecchio sinistro.

Ora, posiziona il soggetto su una poltrona comoda con una leggera reclinazione per ridurre la tensione alla schiena. Regola il poggiatesta per sostenere la testa e il collo all'interno dell'inion. Metti il tracciatore di testa sulla fronte del soggetto.

Utilizzando la penna digitalizzante, co-registra i punti anatomici chiave del soggetto con l'immagine importata nel software di neuronavigazione e affina la registrazione digitalizzando ulteriori punti del cuoio capelluto per il matching della superficie del cuoio capelluto. Valida la coregistrazione, assicurando un errore di coregistrazione sotto i tre millimetri. Successivamente, dai al soggetto un paio di tappi per le orecchie e indossa cuffie protettive durante la stimolazione.

Poi prepara la pelle sopra il muscolo bersaglio raschiandola delicatamente con dei cuscinetti alcolici e poi attacca elettrodi superficiali. Posizionare elettrodi superficiali sui muscoli di interesse usando un montaggio addome-tendine e l'elettrodo di massa su un sito neutro. Collega tutti gli elettrodi all'amplificatore per elettromiografia.

Inizia l'acquisizione dell'elettromiografia e verifica che i muscoli siano a riposo. Sul volume cerebrale renderizzato nel software di neuronavigazione, regolare la profondità di squamazione tra 15 e 25 millimetri dal cuoio capelluto per visualizzare in modo ottimale l'anatomia corticale in base alle caratteristiche individuali del caso, poi avviare l'unità stimolatrice. Posiziona la bobina di stimolazione tangenzialmente al cuoio capelluto e stabilizzala usando una mano sul manico e l'altra sulla superficie della spirale per mantenere un contatto saldo durante il riposizionamento.

Stimolare a un'intensità sufficiente a evocare potenziali motorizzati revocati nell'intervallo di ampiezza da 100 a 500 microvolt. Ora, regola l'orientamento della bobina in base all'arto che si sta mappa. Per l'arto superiore e il volto, mantenere la spirale perpendicolare al solco centrale per garantire una corrente indotta da posteriore a anteriore.

Per il ramo inferiore, orientare la bobina perpendicolarmente alla linea mediana sagittale per generare una direzione di corrente media-laterale. Esegui stimolazioni attraverso la regione bersaglio. Distanzia i punti di stimolazione da uno a due millimetri e campiona tre linee parallele lungo il giro.

Distanzia ogni stimolazione di almeno 1,5 secondi. Ferma la mappatura del percorso una volta registrati 20-30 potenziali motori evocati per muscolo e rivedi tutti i potenziali evocati motori. Successivamente, visualizza le registrazioni utilizzando una scala di colori normalizzata per identificare il punto caldo per ciascun muscolo, definito come il punto di stimolazione che evoca la più grande ampiezza potenziale evocata motorizzata.

Individua l'area contenente le risposte di più alta ampiezza e seleziona la singola risposta con la maggiore ampiezza all'interno di quella regione. Per ogni muscolo, si seleziona il punto caldo per determinare la soglia motore a riposo per memorizzare la posizione e l'orientamento della bobina per un uso costante durante la misurazione della soglia e determinare la soglia motore a riposo per ciascun muscolo. Assicurati che il soggetto rimanga completamente rilassato senza contrazioni muscolari involontarie.

Per ogni muscolo, eseguire la stimolazione dal 105%-110% della sua soglia motoria a riposo. Utilizzando la stessa orientazione delle coil della mappatura del percorso, riduci la distanza tra i punti di stimolazione per ottenere una risoluzione più alta. Delinea le mappe motorie funzionali come aree corticali, dove la stimolazione magnetica transcranica navigata genera potenziali motori evocati di 50 microvolt o superiori.

Esegui la stimolazione finché le mappe motorie non sono delimitate da una o due linee consecutive di siti negativi che non riescono a ecitare potenziali evocati motori. Assicurati che le mappe motorie siano ellittiche, con pochi siti negativi all'interno. Per eventuali punti di stimolazione negativi all'interno della mappa motoria, eseguire stimolazioni aggiuntive in momenti diversi per tenere conto dei cambiamenti transitori nell'eccitabilità della corteccia motoria.

Apri il pannello di revisione potenziale evocato dal motore o il visualizzatore di segnali nel software di neuronavigazione. Ispezionare ogni potenziale evocato da motore registrato per correggere ampiezza e latenza e regolare i marker se necessario. Escludere i punti di stimolazione artificiali o anomali dal dataset e visualizzare la mappa motoria di ciascun muscolo in formato binario.

Esporta i punti di stimolazione positivi a profondità 15, 20 e 25 millimetri in formato DICOM binarizzato. Usa questi file per il tracciamento delle fibre, impiegando i punti di stimolazione positivi come punti semi per la ricostruzione del tratto corticospinale. Per l'analisi della mappatura motoria, importare i file DICOM delle mappe motorie in un software di analisi delle immagini compatibile con la neuronavigazione neurochirurgica per la rimozione dei tumori cerebrali.

Registra l'immagine anatomica ponderata T1 con i DICOM della mappa motoria e i file di imaging pesati per diffusione. Genera oggetti dai DICOM della mappa motoria ed espandili di uno o due millimetri per aumentare la sensibilità. Ritaglia le mappe motorie per escludere le orecchie e il nasion per evitare ricostruzioni errate delle fibre durante la trattografia.

Disegna manualmente una regione finale di interesse al livello pontino inferiore sullo stesso lato dell'emisfero mappato. Esegui il tracciamento della fibra utilizzando le regioni di interesse della mappa motorica come punti semi e la regione pontina di interesse come punto finale. Seleziona un algoritmo di tracografia adatto, come il tracciamento semplificato deterministico o la trattografia probabilistica, e adatta i parametri di tracciamento in base al caso specifico.

Infine, segmenta il tumore cerebrale e crea un oggetto corrispondente all'interno del software di analisi. Visualizza il tratto corticospinale separato da una parte dell'arto usando colori diversi o come un tratto unificato rispetto all'intera mappatura motoria. La soglia motore a riposo è stata determinata nel punto caldo del primo muscolo dorsale interosseo identificato tramite la mappatura del percorso in un soggetto sano, e la posizione e l'orientamento della spirale sono stati mantenuti nella stessa posizione durante la procedura utilizzando un bersaglio di neuronavigazione.

La mappatura motoria di un soggetto sano ha rivelato rappresentazioni corticali per l'arto inferiore sinistro, l'arto superiore e il viso, con siti di stimolazione positivi codificati a colori per ampiezza potenziale evocata motoria e siti negativi mostrati in grigio. La mappatura motoria corticale e la ricostruzione dei tratti corticospinali sono state eseguite in un paziente con metastasi cerebrale da cancro ai polmoni che coinvolgeva il giro premotorio con deficit motorio dell'arto superiore. Combinando la neuronavigazione con il cervello anatomico del soggetto, questo protocollo NTMS fornisce un'identificazione precisa e la delineazione delle regioni corticali motorie eloquenti in meno di 19 minuti.

Una selezione attenta dell'intensità della stimolazione è fondamentale, poiché influisce sulla determinazione del potenziale evocato motorio e sull'interpretazione della mappa motoria. Il livello di risultato netto fornisce una mappa conservativa che approssima la stimolazione elettrica diretta. Questa tecnica è stata sviluppata inizialmente per fornire informazioni funzionali clinicamente utili per la pianificazione chirurgica.

Inoltre, sappiamo ora che questa tecnica può essere applicata per la valutazione longitudinale della plasticità motoria in vari disturbi neurologici o psichiatrici.