Name: ブタ脳への注入のための磁気共鳴ガイド下定位固定装置 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-31T12:45:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: 学ぶブタ脳へのMRIガイド下定位固定装置を用いた対流増強注入法。リアルタイム磁気共鳴画像法で注入剤の分布をモニタリングし、神経外科の翻訳的研究に応用する精密な薬物送達プロトコルを確立する。

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著者らは、この研究がヒューストンメソジストの脳腫瘍研究におけるJohn S. "Steve" Dunn, Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe Chairから慈善資金を受け取ったと宣言している。資金提供者は、研究のデザイン、収集、分析、データの解釈、この記事の執筆、または出版のために提出する決定に関与していませんでした。
この研究は、Cancer Prevention and Research Initiative(CPRIT)およびHouston Methodist Foundationからの助成金番号RP190587によって部分的に資金提供されました。
著者らは、ヒューストンメソジスト研究所のトランスレーショナルイメージングセンターのVi PhanとLien My Phanに、MRイメージングの支援に感謝しています。
著者らは、この研究がヒューストンメソジストのポーラとラスティウォルターとウォルターオイル&ガスコープ基金から慈善資金を受け取ったと宣言しています。資金提供者は、研究デザイン、収集、分析、データの解釈、この記事の執筆、または出版のために提出する決定に関与していませんでした。

この研究は、ヒューストンメソジスト研究所の施設動物管理および使用委員会、IACUC承認番号IS00006378によって承認されました。すべての実験方法は、関連する国内および機関のガイドラインおよび規制に従って実施されました。
1.動物のポジショニング
<ol><li>頭蓋骨の上部に最適にアクセスできるように被験者を配置します:MRIスキャンの準備として、被験者をMRIテーブルに置きます。 注:主題情報:家畜、雌、25 kg、14週齢。<ol><li>ケタミン(筋肉内[IM]600 mg)とミダゾラム(5 mg IM)で被験者を鎮静させます。.鎮痛薬ヒドロモルフォン(4 mg IM)、カルプロフェン(100 mg / os)、フェンタニル(25 μg局所)、抗生物質セフトリアキソン(550 mg静脈内[IV])、およびNaCl(0.9%IV)を投与します。.</li>
		<li>被験者に挿管します。2%〜3%のイソフルランで麻酔を維持する。</li>
	</ol></li>
	<li>手順全体を通して被験者のバイタルサインを監視します。<ol><li>人工呼吸器を使用して16〜19呼吸/分で機械的に換気します。</li>
	</ol></li>
	<li>MRIスキャンの準備として、被験者をMRIテーブルに置きます。</li>
	<li>頭をMRIボアに向けて被験者を腹臥位に置きます。</li>
	<li>標準のMRI4チャンネルフレックスコイルをヘッドホルダーに配置します。</li>
	<li>ヘッドホルダーで被験者の頭を安定させます。</li>
	<li>タオルとフォームパッドで胴体を持ち上げます。目標は、頭がわずかに下に倒れ、首が曲がり、鼻がテーブルにほぼ触れることです。これは、定位フレームと注入カニューレがMRIスキャナーのボア内に収まるようにするのに役立ちます。MRIヘッドホルダーピンを両側接合体に固定して、ヘッドをMRIテーブルに固定したままにします。</li>
	<li>首を曲げた状態で、頭蓋骨の上部がスキャナーの背面に向かって傾斜していることを確認します。この位置により、被験者がMRIに入ったときに外科医が頭皮の上部にアクセスできるようになります。</li>
	<li>セットされると、MRIテーブルは、被験者の頭がボアの端に達するまでスキャナーのボアに移動します。</li>
</ol>2. MRI支援可視化ガイダンスによる外科的挿入の計画
<ol><li>準備した材料が被験者の目に入らないように注意しながら、無菌で領域を準備します。手術部位の周りに滅菌タオルを置きます。外科医がアクセスできる頭蓋骨の上部に向かって開口部のある滅菌ドレープを配置します。</li>
	<li>グリッドの接着側を患者の頭の上に貼り付け、バリ穴がある場所を中心に、基準計画グリッドを被験者の頭皮に配置します。</li>
	<li>グリッドの最上部の液体で満たされた層をはがし、下層を所定の位置にしっかりと保持します。</li>
	<li>グリッドを設定した状態でMRIスカウトスキャンを実行します。スキャンでは、血管系を視覚化するためにMR造影剤の静脈内投与が必要になることがよくあります:2.5 mLの注入量に対して1 mmol / mL濃度の造影剤ガドリニウム造影剤を使用します。 注意: スカウトスキャンは、決定的な画像検査の前に撮影された予備画像です。目的は、外科医が関心領域の近くでイメージングが行われることを確認し、イメージング境界を定義することです。造影剤の1 mmol / mL濃度での推奨用量は、動物の体重1キログラムあたり0.1 mLです。</li>
	<li>MRガイダンスソフトウェアでカニューレ挿入の正確な脳の位置を選択します。</li>
	<li>ソフトウェアが、選択したターゲットに基づいて、カニューレ配置のための外科医の計画軌道の視覚化を可能にすることを確認してください。ソフトウェアが軌道の視覚化と対応するエントリポイントを出力することを確認します。 注:この研究では、白質を標的とする前頭皮質の部位が選択されました。これは、多くのヒト神経膠腫が発生し、成長する場所です22。また、白質路23に沿った普及のための優先的な場所でもあります。 注:穿孔および溝の違反を最小限に抑え、血管を回避するために、エントリポイント、ターゲット、および望ましい軌道に関する外科医の決定を検討してください。</li>
	<li>ソフトウェアで投影されたエントリポイントとターゲットポイントを手動でドラッグして、目的のエントリポイントとターゲットポイントを含む提案された軌道を調整し、血管を回避し、椎間板と溝の違反を最小限に抑えます。軌道は3次元で変更して表示できます。</li>
	<li>外科医の好みに基づいて目的の軌道が特定されたら、MRガイダンスソフトウェアを実行してグリッド上のエントリポイントを見つけます。<ol><li>スキャンで計画された軌道をスクロールして、頭皮のエントリポイントを見つけます。ソフトウェアは、グリッド上の計画された軌道の投影に基づいてグリッド座標を指定します。</li>
	</ol></li>
</ol>3. 定位フレームを固定し、ソフトウェア投影によりアライメントを反復的に調整
<ol><li>最初に6本のボーン固定ネジと4本のオフセットネジでベースを固定することにより、グリッド上の目的のエントリポイント座標の周りに定位フレームを組み立てます。</li>
	<li>6本の骨固定ネジを頭皮を通してグリッド上の頭蓋骨に固定します。6本のアンカーネジは、定位フレームを安定させ、穴あけ中の動きを避けるために使用されます。</li>
	<li>タワーの基部にある4本のオフセットネジを、頭蓋骨に固定されているスキンを通して固定します。それらは、フレームベースをセンターネジに持ち上げることによってセンターボーンネジを締め、ベースを安定させるためのカウンターフォースとして機能します。</li>
	<li>定位フレームベースが固定されたら、フレームの組み立てを続行します。</li>
	<li>MRIソフトウェアのオプションである高解像度T1強調MPRAGE MRIスキャンを、フレームを所定の位置に設定してフレーム基準をキャプチャし、軌道を確認します。</li>
	<li>ソフトウェアで目的のカニューレ挿入軌道を確認し、MRIスキャンと計画軌道を視覚化します。<ol><li>その後の2DターボスピンエコーMRIスキャンが行われ、フレームが所定の位置に配置されたら、フレームと被写体の位置合わせが確認されます。現在のフレーム位置と目的の軌道の間にずれがある場合、ソフトウェアは調整パラメータを出力します。 注: ソフトウェアは、定位フレームの現在位置と定義されたターゲット ポイントの投影の半径方向の差を計算します。このエラーは、予測誤差を計算するために使用され、フレームを最小化するために必要な調整を計算するために使用されます。</li>
	</ol></li>
	<li>ソフトウェアの出力調整パラメータで示されているように、サムホイールを回してピッチロールとXY調整を実行します。</li>
	<li>ソフトウェア対応のMRIによる軌跡の視覚化を繰り返し、必要に応じてターゲットカニューレの回転および並進調整(サムホイールを使用)を実行します。</li>
	<li>MRガイダンスソフトウェアを使用して、目的の軌道での頭蓋骨の厚さと脳までの総距離を測定します。 注意: ソフトウェアは、フレームの上部(頭蓋骨にねじ込まれている)からターゲットポイントまでの距離を計算して、全長を推定します。</li>
</ol>4.注入用のカニューレの穴あけと挿入
<ol><li>感染を防ぐために切開を行う前にヨウ素スクラブを使用してください。</li>
	<li>定位フレームの下のメスを使用して、頭皮を3 cm切開します。</li>
	<li>アクセス穴を作成する前に調整を実行して、ドリル挿入用のフレームを設定します。<ol><li>センターガイドチューブを取り外し、穴あけ用の3.4mmドリルビットに適合するチューブと交換します。</li>
	</ol></li>
	<li>外科医が手動ドリルでドリルしている間、フレームを所定の位置に保持するためのアシスタントがいることを確認して、フレームの安定性を高めます。</li>
	<li>外科医に手動ツイストドリルでドリルして、直径3.4mmのバリ穴を作成します。</li>
	<li>2番目のドリル挿入用にフレームを設定して、バリ穴を広げ、軌道を変える可能性のある骨の衝突を回避します。<ol><li>4.5mmのドリルビットでドリルをセットアップします。センターガイドチューブを、この大きなドリルビットに適合するチューブと交換します。</li>
		<li>4.5mmのバリ穴を作成します。</li>
	</ol></li>
	<li>MRIスキャンを実行して、フレームにドリルで穴を開けるとカニューレがずれることがあるため、ターゲットカニューレが計画された軌道に戻ったことを確認します。</li>
	<li>鋭いスタイレットで硬膜を突き刺します。</li>
	<li>事前にプライミングされたフレーム互換の輸液カニューレを挿入します。気泡の導入を制限するために、カニューレの背圧が一定であることを確認してください。 注: ソフトウェアは、計画されたターゲットに指定された深さを提供します。</li>
	<li>定位フレーム対応注入カニューレの深さを測定し、カニューレ関連デプスストップを使用します。この深さの停止は、カニューレが所望の位置に到達し、それを超えないことを保証する。カニューレが希望の深さにとどまるようにするための追加のネジを備えたロックとドックアセンブリもあります。</li>
</ol>5.繰り返しMRIスキャンで注入を監視する
<ol><li>MRIスキャンを実行して、脳内の正しいターゲット位置へのカニューレの挿入を評価します。</li>
	<li>ガドリニウムベースの造影剤との共注入として所望の薬剤の注入を開始する。 注:この実験では、1 mM濃度のガドリニウムベースの造影剤を使用しましたが、これは用途に応じて調整する必要がある場合があります。合計300μLの注入量を10μL / minの速度で投与したが、これも変化してもよい。</li>
	<li>定期的にMRIスキャンを実行して、ガドリニウムの同時注入により推測できる脳内のカニューレ挿入剤の注入と分布量を監視します。 注:カニューレ先端の周りの過信号領域は、ガドリニウムベースの造影剤の存在を示しています。</li>
	<li>注入が終了したら、ポンプを停止します。 注:この研究で使用された注入速度は、300μLの容量の細胞懸濁液が完全に注入されるまで、30μL / minでした。</li>
	<li>カニューレを取り外す前に、注入の終了後5分間カニューレを脳内にとどまらせます。 注:注入カニューレは通常、逆流を減らすために注入の終了後5分間そのままにしておきます21,24。</li>
	<li>フレームを通してカニューレを手動で取り外します。</li>
	<li>フレームを組み立て方法と逆の順序で分解して、ヘッドからフレームを取り外します。</li>
	<li>実行中の3-0または4-0モノクリル縫合糸で切開を閉じます。</li>
	<li>回復の準備をするためにイソフルランをオフにします。</li>
	<li>被験者を抜管し、獣医チームによる観察下で被験者が回復できるようにします。</li>
</ol>

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</ol>

SG、EAS、CJK は以下の開示事項を開示しています:ClearPoint Neuro が採用しています。 
他のすべての著者は、利益相反を宣言しません。

このプロトコルは、以前の研究で達成されたように、3T MRマシン内のブタ脳にMRガイド下定位固定装置の性能を提示し、サブミリメートルのターゲティング精度の可能性を秘めています1,4,17,18,25。MRガイド下定位固定装置を用いた以前の死体実験では、0.2 ± 0.1 mm1の半径方向誤差が示されました。この報告では、計画された軌道に関する最終的な深さ誤差は、外科医による軌道のオンライン評価と調整により1.4mmでした。最終的な深さ誤差は、ヒトにおけるiMRI定位処置の臨床実施における半径方向誤差所見(2mm未満)に匹敵した26。
ここでは、MRIテーブル上での被験者の配置を示し、頭がわずかに下向きに倒れ、MRボアの端に向かって外側を向くように体幹を持ち上げます。この頭の配置は、外科医に手順を実行するためのスペースを提供するために重要です。定位フレームは、ブタの脳モデルへの正確で制御された注入を可能にします。さらに、リアルタイムのMRイメージングにより、分布量を正確に決定できます。ブタは、MRIでリアルタイムで追跡される輸液のための大型動物モデルとして、脳への薬物送達、細胞送達、および他の翻訳的価値のある薬剤の研究の可能性を提示する。
ブタには、人間や人間以外の霊長類と比較して、考慮すべき明確な解剖学的違いがあります。豚が成長するにつれて、MRボアの体のサイズが課題になります。頭部と胴体の形状は人間とは異なり、外科手術とMRボアの外側のスペースへのカニューレ挿入の両方で、外科医が脳への最適なアクセスに対応することは困難です。したがって、外科医がMRボアの端から頭にアクセスできるように被験者を配置することが重要です。
豚と人間の頭蓋骨の厚さの違いは考慮すべき要素です。このプロトコルでは、iMRIの視覚化により、頭蓋骨の厚さを正確に推定し、効率的なバリ穴の手順が可能になりました。これらの低侵襲脳神経外科ツールの使用を考えると、動物の回復は問題なくした。
MRガイド付きの視覚化は、豚の脳へのアクセス、カニューレの挿入、および輸液剤のモニタリングのためのリアルタイムのガイダンスを提供します。穿孔プロセス、組織の変形、および/または白質路の破壊は、脳への薬剤送達の困難に寄与することが報告されている25。計画およびカニューレ挿入中の反復MRスキャンは、小さな調整を可能にします。さらに、注入速度やカニューレ挿入の精度などの注入パラメータは、手順内イメージングによって決定されるように、リアルタイムで変更または一時停止することができます。最後に、薬剤の分布量の明確な評価を得るために、ガドリニウムベースの共注入物の適切なバランスを選択する必要があります。
ガドリニウムベースの造影剤の過剰濃度は、MRIスキャン27におけるその分布を覆い隠し、注入量の外側の限界を示す過激な領域に囲まれて、カニューレ先端の周囲に黒い斑点を示した可能性がある。外科医の作業エリア周辺の限られたMRIスペースでの撮影に関連する制約により、手順の利用可能な映像は制限されます。術中のビデオ映像は、プロトコルの説明をガイドするために使用されました。
ブタやその他の大型動物モデルにおけるMRガイド下定位固定装置 による 輸液剤は、正確で予測可能で安全な手順をもたらしました。ブタにおけるiMRI定位の実証は、ヒトにとって高い翻訳価値を保持する研究治療のスケーラビリティの基礎を提供します。ブタモデルは、他の種と比較してヒトの応答と類似しているため、免疫学的応答の研究に広く使用されてきました28。脳に送達される治療薬は、正確な標的注入のコンテキストで研究することができ、注入場所のリアルタイムMRI視覚化、必要な調整、および組織内のその分布の術中評価という追加の利点があります。

このプロトコルでは、カニューレの配置とブタの脳への注入のリアルタイム視覚化のためのインターベンショナル磁気共鳴画像法(iMRI)定位システムのアプリケーションについて説明します。iMRIシステムの開発により、正確なカテーテル留置が可能になります1。iMRIは、全身麻酔下の患者の脳内の輸液剤の分布を視覚化し1,2、手順の精度をリアルタイムで評価することができます。
MR誘導定位システムは、サブミリメートルのターゲティング精度を可能にするターゲットプラットフォームです1。頭蓋骨に取り付けられた照準装置と専用ソフトウェアを組み合わせて使用し、投影されたリード挿入軌道と調整パラメータで脳の解剖学的イメージングを提供します。脳への定位外科的介入のためのiMRIガイダンスは、パーキンソン病の治療における脳深部刺激療法2,3,4,5、てんかんの治療のための局所アブレーション6,7、および中枢神経系への薬物の対流増強送達(CED)などの臨床応用において有効であることが証明されています8,9。
CED法は、流体対流を利用して治療薬を中枢神経系に直接送達するために使用されます。これは、注入カニューレの先端から周囲の細胞外空間10への注入液の流れを可能にする小さな静水圧勾配に基づいている。定位法は、高濃度の高分子、小分子11、12、細胞移植13、14、15、または治療薬を選択された脳組織標的に送達し、血液脳関門を回避するために使用される。透過性、拡散係数、背圧、取り込み、およびクリアランス機構などの要因は、治療薬16の拡散に影響を及ぼす。この技術は、臨床CEDのためのガドリニウムベースの共注入物1を利用して、実質標的への注入剤をリアルタイムでモニターする。組織内の分布量や目標精度後の関連する動態などのパラメータは、iMRIで監視されます。
MRガイド下定位固定装置 を介した 輸液剤のCED研究は、ヒト以外の霊長類で研究されており、正確で予測可能で安全な手順が得られています。輸液カニューレ留置精度は、サブミリメートル留置誤差17に達することが示されている。このシステムは、予測可能な注入分布を提供し、注入量に伴って分布体積の直線的な増加が観察され、その後、CED注入のために逆流抵抗性カニューレが導入される18。このiMRI注入手順は、非ヒト霊長類に厄介な影響を及ぼさないと報告されました19。
ここでは、MRガイド下ステロタキシーのブタ脳への適用を拡大し、300 μLの細胞懸濁液からなる輸液剤の分布を送達およびモニタリングします。ブタの脳の大きさは、ヒトに臨床的に適用できるイメージングおよび脳神経外科的介入を可能にするが、これは疾患20の小動物モデルでは不可能である。さらに、ブタの免疫系は、生物学的または他の治療薬に対する応答に関してヒトと同様の応答を生じる21。したがって、定位薬物送達手順のためにこの動物種を使用することは、直接的なトランスレーショナル臨床的意味を持ち、非ヒト霊長類研究よりもロジスティック的に簡単である可能性があります。
MR誘導定位固定装置にはブタモデル(家畜豚、雌、25kg、14週齢)を用いた。ブタにおける定位処置の視覚的実施は、この研究で報告されている。豚の頭を収容するためのスペースの適応、ビデオと画像の両方での手順の視覚化、および豚の脳内の注入液分布を評価するための同時MRイメージングについて説明します。MRガイド下定位固定装置は、3T MRI空間で実施されました。
この実験により、私たちのグループは、ブタの脳におけるMRガイド下定位固定機能のパフォーマンスと、脳内の注入を追跡するための基本的なイメージングタイムラインを実証します。ヒトで行われた臨床的定位固定法の一般的な技術は、ブタの頭蓋骨と脳に適用することができます。
この手順の全体的な目標は、リアルタイムのMRI視覚化ガイダンスを使用して、ブタの脳でMRガイド下定位固定機能を実行することです。これは、頭蓋骨の上部への最適なアクセスのために、最初にMRIボアにうつ伏せの被験者を配置することによって達成されます。2番目のステップは、MRI支援視覚化ガイダンスを使用して外科的挿入を計画することであり、これには、事前に計画された軌道の適切なエントリポイントを決定するための基準グリッドの配置とスキャンが含まれます。これは、高解像度(1mm等方性)T1強調3D磁化準備急速勾配エコー(MPRAGE)スキャンで7分44秒の持続時間で達成されます。次に、定位フレームをヘッドに固定し、投影された半径方向の誤差が0.5mm未満になるまで、ソフトウェア投影によってアライメントを繰り返し調整します。斜め方向での高速2Dターボスピンエコースキャン(持続時間13秒)は、画像ガイダンスを提供します。次に、皮膚を切開し、ハンドドリルを使用して、事前定義された座標に注入カニューレを挿入するためのバリ穴を作成します。最後のステップは、グラドリニウム共注入でリアルタイムで繰り返しT1強調MRIスキャン(3D MPRAGE;1分45秒)を使用して注入を監視することです。結果は、リアルタイムのMRガイダンスと、分布量を視覚化するために使用されるその後のT1強調3D MPRAGE MRIスキャン(1 mm等方性分解能)に基づいて、MRガイド下定位固定装置がブタの脳への正確で制御された注入を可能にすることを示しています。

<table><tbody><tr><td>3テスラ シーメンス マグニートム ビダ</td><td>シーメンス Healthineers</td><td></td><td>70 cm ワイドボア 3 テスラ全身 MRI スキャナー</td></tr><tr><td>4 チャンネル フレックス コイル</td><td>シーメンス Healthineers</td><td></td><td>頭蓋骨へのアクセスを可能にするために腹側に配置されています&nbsp;</td></tr><tr><td>MRニューロ患者ドレープ</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-PD-05</td><td>MRニューロ患者ドレープ、マーカーペン、トラックボールカバー、ケーブルカバー</td></tr><tr><td>MRニューロプロシードレープテーパード - Long</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-PD-02-L</td><td>MRニューロプロシードレープテーパードラープ、マーカーペン、トラックボールカバー</td></tr><tr><td>MRニューロプロシードレープテーパード(エクステンション付き) - Long</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-PD-03-L</td><td>MRニューロプロシードレープテーパードレープエクステンション、マーカーペン、トラックボールカバー</td></tr><tr><td>MRニューロスキャナーボアドレープエクステンション付き</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td>. <td>NGS-PD-04</td><td>MRニューロスキャナーボアドレープエクステンション付き</td></tr><tr><td>スカルプマウントベース</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-SM-01</td><td>スカルプマウントベースとセンタリングも</td></tr><tr><td>スカルマウントベース</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-SK-01</td><td>スカルマウントベース</td></tr><tr><td>SMARTFrame アクセサリーキット</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS -AK-01-11</td><td>スティレット、ランセット、ピールアウェイシース (2)、定規、デプスストップ (2)</td></tr><tr><td>SMARTFrame ガイドチューブ</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-GT-01</td><td>15 GA ガイドチューブ、18 GA ガイドチューブ、16GA ガイドチューブ</td></tr><tr><td>SMARTFrame ガイドチューブ .052" / 18 ga</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-GT-02.052</td><td>"18 gaデバイスに適合するガイドチューブ (5)</td></tr><tr><td>SMARTFrameガイドチューブ.060" / 17 ga</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-GT-03.060</td><td>"17 gaデバイスに適合するガイドチューブ (5)</td></tr><tr><td>SMARTFrameガイドチューブ.064" / CP Stylet</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-GT-04.064</td><td>"ClearPointスタイレットに適合するガイドチューブ (5)</td></tr><tr><td>SMARTFrameガイドチューブ.068" / 16 ga</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-GT-05.068</td><td>"16 gaデバイスに適合するガイドチューブ (5)</td></tr><tr><td>SMARTFrameガイドチューブ.074" / 15 ga</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-GT-06.074</td><td>"15 gaデバイスに適合するガイドチューブ (5)</td></tr><tr><td>SMARTFrame MR Fiducial</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-BM-05</td><td>MR Fiducials (5)</td></tr><tr><td>SMARTFrame Scalp Mount Rescue Screw &ndash;Long</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-RS-02</td><td>ショートスカルプマウントレスキューボーンスクリュー (3)</td></tr><tr><td>SMARTFrame スカルプマウントレスキュースクリュー &ndash;Short</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-RS-03</td><td>ロングスカルプマウントレスキューボーンスクリュー (3)</td></tr><tr><td>SMARTFrame スカルマウントレスキュースクリュー</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-RS-01</td><td>スカルマウントレスキューボーンスクリュー (3)</td></tr><tr><td>SMARTFrame サムホイールエクステンションセット。</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS -TE-01</td><td>ライト ハンド コントローラー</td></tr><tr><td>SmartFrame XG デバイス ガイド, 2.5 mm</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-XG-03</td><td>2.5 mm デバイス ガイド</td></tr><tr><td>SmartFrame XG デバイス ガイド, 3.2 mm</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-XG-04</td><td>3.2 mm デバイス ガイド</td></tr><tr><td>SMARTFrame XG ドリル ガイド, 4.5 mm</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-XG-02</td><td>4.5 mm ドリル ガイド</td></tr><tr><td>SMARTFrame XG ドリルガイド、6.0 mm</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-XG-05</td><td>6.0-mm ドリルガイド</td></tr><tr><td>SMARTFrame XG 交換可能デバイスガイド</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-XG-01</td><td>デバイスガイド、3.4-mm、デバイスガイド、14 GA</td></tr><tr><td>SMARTFrame XG MRI-Guided 軌道フレーム</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-SF-02-11</td><td>定位フレーム、スカルマウントベース、センタリングリング、ドック、標準デバイスロック、大型デバイスロック、ドライバー、ロールロックネジ、ワッシャー付き</td></tr><tr><td>SMARTFrame XG MRIガイド軌道フレーム、5 Fr</td><td>ClearPoint Neuro、Inc</td><td>NGS-SF-02-11-5</td>定<td>位フレーム、センタリングリング、ドック、5 FRデバイスロック、大型デバイスロック、ドライバー、ロールロックネジ、ワッシャー付き</td></tr><tr><td>SMARTFrame XG MRIガイド軌道フレーム、7 Fr</td><td>ClearPoint Neuro、 Inc</td><td>NGS-SF-02-11-7</td><td>定位フレーム、センタリングリング、ドック、7 Fr デバイスロック、大型デバイスロック、ドライバー、ロールロックネジ ワッシャー付き</td></tr><tr><td>SMARTGrid MR プランニンググリッド</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS -SG-01-11</td><td>マーキンググリッドとマーキングツール</td></tr><tr><td>SMARTTip MR ドリルキット、4.5 mm</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-DB-45</td><td>4.5 mm ドリルビット、3.2 mm ドリルビット、ランセット、デプスストップ、定規</td></tr><tr><td>SMARTTwist MR ハンドドリル</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-HD-01</td><td>ハンドドリル</td></tr><tr><td>VentiPAC&nbsp;</td><td>SurgiVet</td><td>V727000 &nbsp;&nbsp;</td><td>機械式人工呼吸器</td></tr><tr><td>Wharen センタリングガイド</td><td>ClearPoint Neuro, Inc</td><td>NGS-CG-01</td><td>Wharen センタリングガイド</td></tr></tbody></table>

ブタ脳への注入のための磁気共鳴ガイド下定位固定装置

Magnetic Resonance-Guided Stereotaxy for Infusions to the Pig Brain

この手順の全体的な目標は、正確な注入を提供するために、リアルタイムの磁気共鳴(MR)視覚化ガイダンスを使用してブタの脳に定位固定術を実行することです。被験者は、胴体を上げ、首を曲げ、頭を下方に傾けた状態で、頭蓋骨の上部に最適にアクセスできるように、MRボアにうつ伏せに配置されました。両側接合体に固定された2つのアンカーピンは、ヘッドホルダーを使用してヘッドを安定させました。磁気共鳴画像法(MRI)フレックスコイルをヘッドホルダー全体に吻側に配置し、介入手順のために頭蓋骨にアクセスできるようにしました。頭皮に配置された計画グリッドを使用して、カニューレの適切なエントリポイントを決定しました。定位フレームは、投影された半径方向の誤差が0.5mm未満になるまで、ソフトウェア投影によって反復的に固定および位置合わせされました。ハンドドリルを使用して、カニューレを挿入するためのバリ穴を作成しました。ガドリニウム増強共注入を使用して、細胞懸濁液の注入を視覚化しました。ガドリニウム分布の量を視覚化するために、薬剤送達プロセス中にT1強調MRIスキャンを繰り返しリアルタイムで登録しました。MRIガイド下定位固定装置により、カニューレ挿入精度の同時モニタリングと薬剤分布量の決定により、ブタの脳への正確で制御された注入が可能になります。

MRIスキャナーのピグ位置は、外科医が手術するための最適なアクセスと、定位フレームと注入カニューレのクリアランスを提供します(図1)。被験者の胴体はタオルとフォームパッドで持ち上げられました。これにより、MRボアの端で頭部がわずかに下向きに倒れることができるため、外科医が定位フレームと注入カニューレ挿入位置に最適にアクセスできるようになりました。
MRIガイドによる視覚化により、カニューレの正確な計画と脳への挿入が可能になります(図2)。MRガイダンスソフトウェアは、目的の軌道を達成するための挿入点を提供します。
定位フレームをソフトウェアでスキャンし、目的の位置に到達するように調整しました(図3)。このデモンストレーションでは、前頭皮質の位置が選択されました。フレームが設定されると、ソフトウェアを使用して、豚の頭蓋骨の厚さ、フレームベースから目的の場所までの距離、および目的の場所に到達するためのフレームパラメータの調整を推定しました。この場合、選択された位置と挿入角度について、カニューレが横断する頭蓋骨の厚さは4.7 mm、頭蓋骨の内面から脳の表面までは4.4 mmでした(図3A)。
最後に、カニューレ注入後の反復術間MRIスキャンは、注入がどのように脳組織に送達されるかを示しました(図4)。これらのスキャンでは、カニューレ投影(青い長方形)と投影されたカニューレ軌道(黄色の長方形)の比較も提供され、目的の位置に到達する上でのこの技術の有効性を示しています。MRスキャンは4〜6分の一定の間隔で撮影され、10分および30分のスキャンで終了しました。ガドリニウム増強注入はこれらのスキャンで扱いやすく、薬剤の分布量をリアルタイムで視覚化しました。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64079/64079fig01.jpg"> 図1:MRIテーブル上の被験者の位置。 胴体を上げ、首を曲げ、頭を下向きに傾けます。(A)MRボアに入る前。(B)頭蓋骨の上部への最適なアクセスのためにMRボアを介して配置された被験者。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64079/64079fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64079/64079fig02.jpg"> 図2:MRガイドによる定位固定装置の可視化 。 (A)計画された軌道の視覚化。ソフトウェアは、頭皮に配置されたグリッド内のエントリポイントの位置を出力します。(B)頭皮上のエントリポイントの位置。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64079/64079fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64079/64079fig03.jpg"> 図3:フレームが頭蓋骨に固定された後の介入軌跡 。 (A)骨の深さと脳までの距離の測定。(B)頭蓋骨の定位フレームで、ハンドドリルでバリ穴が開いています。(C)ソフトウェア上の定位フレームと3D再構成投影。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64079/64079fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64079/64079fig04v2.jpg"> 図4:ガドリニウム増強輸液剤のタイムラプス。 カニューレ先端の周りの過激な領域は、ガドリニウムの存在を示しています。反復MRスキャンを経時的に取得して、注入中の薬剤の分布量を追跡しました:(A)t = 0、(B)t = 4分、(C)t = 8分、(D)t = 12分、(E)t = 20分、(F)t = 26分;注入終了後:(G)t = 36分、および(H)t = 60分。共注入された薬剤の視覚化は4分後に行われます。青い長方形は測定されたカニューレの配置であり、黄色の長方形は投影されたカニューレの軌跡を示しています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64079/64079fig04largev2.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

ここで紹介するプロトコルは、対流増強注入を使用してブタの脳に定位固定性を示し、リアルタイムの磁気共鳴画像法(MRI)視覚化ガイダンスとリアルタイムの輸液分布視覚化を行います。

The overall goal of this procedure is to perform stereotaxy in the pig brain with real-time magnetic resonance (MR) visualization guidance to provide ...

ここでは、MRガイド下定位固定装置の適用をブタの脳に拡大し、輸液剤の分布を送達および監視します。豚の脳の大きさは、翻訳的な画像化および脳神経外科的介入を可能にする。3T MRIスイートのMRガイド下定位注射にブタモデルを使用します。ブタにおける定位固定装置手順の実施を視覚的に報告し、ブタを収容するためのMRIスイートの適応を説明し、注入液の分布を評価するためにビデオと同時MRイメージングの両方で手順を視覚化します。動物のポジショニング。MRIスキャンの準備として、MRIテーブルに被験者を配置します。タオルとフォームパッドで胴体を持ち上げます。目標は、首を曲げて鼻がテーブルに触れそうになった状態で頭がわずかに下向きに倒れることです。MRIヘッドホルダーピンは、ヘッドをMRテーブルに固定したままにするために両側接合体に固定されました。セットされると、MRIテーブルは、被験者の頭がボアの端に達するまでスキャナーのボアに移動します。MRI支援視覚化ガイダンスによる外科的挿入の計画。無菌方式で領域を準備します。グリッドの接着側を患者の頭の上に貼り付け、バリ穴がある場所を中心に、基準計画グリッドを被験者の頭皮に配置します。グリッドを設定した状態でMRIスカウトスキャンを実行します。ソフトウェアで投影されたエントリポイントとターゲットポイントを手動でドラッグして、目的のエントリポイントとターゲットポイントを含む推奨軌道を調整し、血管を回避し、剥離と溝の違反を最小限に抑えます。外科医の好みに基づいて目的の軌道が特定されたら、MRガイダンスソフトウェアを実行してグリッド上のエントリポイントを見つけます。定位フレームを固定し、ソフトウェア投影によってアライメントを繰り返し調整します。最初に6本のボーン固定ネジと4本のオフセットネジでベースを固定することにより、グリッド上の目的のエントリポイント座標の周りに定位フレームを組み立てます。6本の骨固定ネジを頭皮を通してグリッド上の頭蓋骨に固定します。6本のアンカーネジは、定位フレームを安定させ、穴あけ中の動きを避けるために使用されます。タワーの基部にある4本のオフセットネジを、頭蓋骨に固定されているスキンを通して固定します。フレームベースをセンターネジまで持ち上げることでセンターボーンネジを締め付け、ベースを安定させるためのカウンターフォースとして機能します。定位フレームベースが固定されたら、フレームの組み立てを続行します。MRIソフトウェアのオプションである高解像度のT1強調MP-RAGE MRIスキャンを、フレームを所定の位置にセットして実行し、フレーム基準をキャプチャして軌道を確認します。ソフトウェアで目的の投影カニューレ挿入軌道を確認します。ソフトウェアの出力調整パラメータで示されているように、サムホイールを回してピッチ、ロール、およびXYの調整を実行します。MRガイダンスソフトウェアを使用して、目的の軌跡の頭蓋骨の厚さと脳までの総距離を測定します。注入のためにカニューレを穿孔して挿入する。感染を防ぐために切開を行う前にヨウ素スクラブを使用してください。定位フレームの下のメスを使用して頭皮を3センチメートル切開します。アクセス穴を作成する前に調整を実行して、ドリル挿入用のフレームを設定します。センターガイドチューブを取り外し、穴あけ用の3.4ミリメートルドリルビットに適合するチューブと交換します。外科医が手動ドリルでドリルしている間、フレームを所定の位置に保持するためのアシスタントがいることを確認して、フレームの安定性を高めます。2番目のドリル挿入用のフレームを設定して、バリ穴を広げ、軌道を変更する可能性のある骨の衝突を回避します。4.5ミリメートルのドリルビットでドリルをセットアップします。センターガイドを、この大きなドリルビットに適合するガイドと交換します。4.5ミリメートルのバリ穴を作成します。鋭いスタイレットで硬膜を突き刺します。事前にプライミングされたフレーム互換の輸液カニューレを挿入します。気泡が導入されないように、カニューレの背圧が一定であることを確認してください。ソフトウェアは、計画されたターゲットに特定の深さを提供します。定位フレーム対応輸液カニューレの深さを測定し、カニューレ関連デプスストップを使用します。繰り返しMRIスキャンで注入を監視します。ガドリニウムベースの造影剤との共注入として所望の薬剤の注入を開始する。定期的にMRIスキャンを実行して、ガドリニウムの同時注入により推測できる脳内のカニューレ挿入剤の注入と分布量を監視します。カニューレ先端の周りの過信号領域は、ガドリニウムベースの造影剤の存在を示します。注入が終了したら、ポンプを停止します。カニューレを取り外す前に、注入の終了後5分間カニューレを脳内にとどまらせます。MRIスキャナーのピグ位置は、外科医が手術するための最適なアクセスと、定位フレームと注入カニューレのクリアランスを提供します。MRIガイドによる視覚化により、カニューレの脳への正確な計画と挿入が可能になります。定位フレームはソフトウェアでスキャンされ、目的の場所に効果的に到達するように調整されます。カニューレ注入後の反復術間MRIスキャンは、注入がどのように脳組織に送達されるかを示す。定位フレームは、ブタの脳モデルへの正確で制御された注入を可能にします。このプロトコルにより、注入速度やカニューレ挿入の精度などのパラメータをリアルタイムで変更したり、手順内イメージングによって指示されるように一時停止したりできることを確立しました。リアルタイムMRイメージングシステムにより、分布量を正確に測定できます。ブタは、リアルタイムMRIで追跡された注入のための大型動物モデルとして、細胞送達および他の翻訳的価値のある薬剤による脳への薬物送達の研究の可能性を提示する。MRガイド付きの視覚化は、豚の脳へのアクセス、カニューレの挿入、および輸液剤のモニタリングのためのリアルタイムのガイダンスを提供します。穿孔プロセス、組織の変形、および/または白質路の破壊は、脳への困難および薬剤送達に寄与することが報告されている。計画およびカニューレ挿入中の反復MRIスキャンは、小さな調整のための機能を提供します。

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JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

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