Een gestandaardiseerd protocol voor functionele motorische mapping met behulp van genavigeerde transcraniële magnetische stimulatie

We presenteren een gestandaardiseerd protocol voor motorische mapping en beoordeling van het corticospinale traject met behulp van genavigeerde TMS gecombineerd met DTI, geschikt voor neurochirurgische planning en neuroplasticiteitsonderzoek. Hoewel intraoperatieve directe elektrische stimulatie de gouden standaard is voor motorische mapping, zijn bestaande preoperatieve methoden beperkt. Verbeterde preoperatieve motorische kaartleggingsmethoden zijn nodig om neurochirurgen te helpen hun operatieplanning te verbeteren en de chirurgische risico's beter te beoordelen.

Dit protocol gebruikt genavigeerde TMS voor nauwkeurige motorische padmapping en verbeterde chirurgische planning. Om te beginnen importeert u hoogresolutie anatomische hersenbeelden van het onderwerp in het neuronavigatiesysteem om een driedimensionale hersenreconstructie te genereren. Markeer de belangrijkste anatomische punten op de magnetische resonantiebeeldvorming binnen de neuronavigatiesoftware door de nasion, het rechteroor en het linkeroor te identificeren.

Plaats nu het onderwerp in een comfortabele fauteuil met een lichte leuning om de spanning in je rug te verminderen. Stel de hoofdsteun zo af dat het hoofd en de nek bij de inion worden ondersteund. Plaats de hoofdtracker op het voorhoofd van het onderwerp.

Met behulp van de digitaliseringpen co-registreren we de belangrijkste anatomische punten op het onderwerp met de geïmporteerde afbeelding in de neuronavigatiesoftware en verfijn je de registratie door extra hoofdhuidpunten te digitaliseren voor het matchen van het hoofdhuidoppervlak. Valideer de coregistratie, waarbij een coregistratiefout onder de drie millimeter komt. Geef vervolgens het onderwerp een paar oordoppen en draag beschermende oorkappen tijdens de stimulatie.

Bereid vervolgens de huid voor op de doelspier door deze voorzichtig te schrapen met alcoholkompressen en bevestig vervolgens oppervlakte-elektroden. Plaats oppervlakte-elektroden op de spieren die je interesseert met behulp van een buikpeesmontage en de aardelektrode op een neutrale plek. Sluit alle elektroden aan op de elektromyografieversterker.

Begin met elektromyografie en controleer of de spieren in rust zijn. Op het weergegeven hersenvolume binnen de neuronavigatiesoftware stel je de peelingdiepte aan naar tussen 15 en 25 millimeter vanaf de hoofdhuid om de corticale anatomie optimaal te visualiseren op basis van individuele casuskenmerken, en start vervolgens de stimulatorunit. Plaats de stimulatiespoel tangentiaal aan de hoofdhuid en stabiliseer deze met één hand op het handvat en de andere op het oppervlak van de spiraal om stevig contact te houden tijdens het herpositioneren.

Stimuleer met een intensiteit die voldoende is om motorisch teruggetrokken potentialen binnen het amplitudebereik van 100 tot 500 microvolt op te wekken. Pas nu de spiraaloriëntatie aan op basis van het lem dat wordt gemapt. Voor de bovenste ledemaat en het gezicht moet de spoel loodrecht op de centrale sulcus staan om een geïnduceerde stroom van achteren naar voren te garanderen.

Voor de onderbeen oriëntert u de spoel loodrecht op de sagittale middenlijn om een midden- tot laterale stroomrichting te genereren. Voer stimulaties uit in het doelgebied. Verdeel de stimulatiepunten één tot twee millimeter uit elkaar en meet drie parallelle lijnen langs de gyrus.

Verdeel elke stimulatie minstens 1,5 seconde. Stop het parcoursmapping zodra er 20 tot 30 motorisch geïnvokeerde potentialen per spier zijn geregistreerd en bekijk alle motorisch geïnvokeerde potentialen. Vervolgens toon je de opnames met een genormaliseerde kleurschaal om de hotspot voor elke spier te identificeren, gedefinieerd als het stimulatiepunt dat de grootste motorisch opgewekte potentiaalamplitude oproept.

Zoek het gebied met de hoogste amplituderesponsen en selecteer de enkele respons met de grootste amplitude binnen dat gebied. Selecteer voor elke spier de hotspot om de rustmotordrempel te bepalen om de positie en oriëntatie van de spoel op te slaan voor consistent gebruik tijdens de drempelmeting en bepaal de rustmotorische drempel voor elke spier. Zorg ervoor dat het onderwerp volledig ontspannen blijft zonder onwillekeurige spiercontracties.

Voor elke spier voer stimulatie uit bij 105% tot 110% van de rustmotorische drempel. Door dezelfde spoeloriëntatie als tijdens het courskaarten te gebruiken, verkleinen we de afstand tussen stimulatiepunten voor een hogere resolutie. Definieer functionele motorische kaarten als corticale gebieden, waar genavigeerde transcraniële magnetische stimulatie motorische geëvokeerde potentialen van 50 microvolt of hoger genereert.

Voer stimulatie uit totdat de motorische kaarten worden begrensd door één of twee opeenvolgende lijnen van negatieve sites die geen motorisch opgewekte potentialen oproepen. Zorg ervoor dat de motorkaarten elliptisch zijn, met weinig negatieve plekken binnenin. Voor eventuele negatieve stimulatiepunten binnen de motorische kaart voert u op verschillende momenten extra stimulaties uit om rekening te houden met tijdelijke veranderingen in de excitabiliteit van de motorische cortex.

Open het motorisch opgewekte potentiële beoordelingspaneel of signaalviewer in de neuronavigatiesoftware. Inspecteer elk opgenomen motorpotentiaal om amplitude en latentie te corrigeren en pas de markers aan indien nodig. Sluit arteffactische of abnormale stimulatiepunten uit de dataset uit en toon de motorische kaart voor elke spier in binair formaat.

Exporteer de positieve stimulatiepunten op dieptes van 15, 20 en 25 millimeter in binarized DICOM-formaat. Gebruik deze bestanden voor vezeltracking, waarbij de positieve stimulatiepunten worden gebruikt als zaadpunten voor de reconstructie van de corticospinale baan. Voor de analyse van motorische mapping importeert u de DICOM-bestanden van de motorische kaarten in een beeldanalysesoftware die compatibel is met neurochirurgische neuronavigatie voor het verwijderen van hersentumoren.

Registreer het anatomische T1-gewogen beeld met de motorkaart DICOMs en diffusiegewogen beeldvormingsbestanden. Genereer objecten uit de motorkaart van DICOM's en vergroot deze met één tot twee millimeter om de gevoeligheid te vergroten. Snijd de motorkaarten zo dat de oren en nasion worden uitgesloten om onjuiste vezelreconstructie tijdens tractografie te voorkomen.

Teken handmatig een eindgebied van belang op het onderste pontiene niveau aan dezelfde kant als de afgebeelde halfrond. Voer vezeltracking uit met behulp van de motorkaartgebieden van belang als zaadpunten en de Pontine regio als eindpunt. Kies een geschikt tractografie-algoritme, zoals deterministische gestroomlijnde tracking of probabilistische tractografie, en pas de trackingparameters aan op basis van het specifieke geval.

Segmenteer tenslotte de hersentumor en maak een overeenkomstig object binnen de analysesoftware. Toon het corticospinale traject ofwel gescheiden door ledemaatdelen met verschillende kleuren, of als een uniforme baan vanuit de gehele motorische kaart. De rustmotorische drempel werd bepaald bij de hotspot van de eerste interosseus dorsalis spier, vastgesteld via koersmapping bij een gezond proefpersoon, en de spiraalpositie en oriëntatie werden tijdens de procedure op dezelfde locatie gehouden met behulp van een neuronavigatiedoel.

Motorische mapping van een gezond proefpersoon toonde corticale representaties voor de linker onderledemaat, bovenste ledemaat en gezicht, met positieve stimulatieplaatsen kleurgecodeerd door motorisch opgewekte potentiaalamplitude en negatieve plaatsen in grijs. Motorische corticale mapping en reconstructie van de corticospinale banen werden uitgevoerd bij een patiënt met hersenmetastase door longkanker waarbij de premotorische gyrus met een motorisch tekort in de bovenste ledemaat betrokken was. Door neuronavigatie te combineren met het anatomische brein van het proefpersoon, biedt dit NTMS-protocol nauwkeurige identificatie en afbakening van motorisch welsprekende corticale gebieden in minder dan 19 minuten.

Zorgvuldige selectie van stimulatieintensiteit is cruciaal, omdat dit invloed heeft op motorisch opgewekte potentiaal en de interpretatie van motorische kaarten. Het nettoresultaat biedt een conservatieve kaart die directe elektrische stimulatie benadert. Deze techniek werd oorspronkelijk ontwikkeld om klinisch bruikbare functionele informatie te bieden voor chirurgische planning.

Daarnaast weten we nu dat deze techniek kan worden toegepast voor longitudinale beoordeling van motorische plasticiteit bij diverse neurologische of psychiatrische aandoeningen.