Standaryzowany protokół do funkcjonalnego mapowania motorycznego z wykorzystaniem nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Summary

Tutaj opisujemy standaryzowany protokół mapowania motorycznego z wykorzystaniem nTMS połączony z rekonstrukcją drogi korowo-rdzeniowej (CST) opartą na obrazowaniu tensorowym dyfuzji (DTI). Protokół jest powtarzalny, klinicznie wykonalny i łatwo integrowalny z rutynowym procesem klinicznym, zapewniając solidne i wartościowe ramy do oceny szlaków ruchowych, badań nad neuroplastycznością oraz planowania rehabilitacji.

Abstract

Nawigowana przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (nTMS) opiera się na integracji indywidualnych danych obrazowych mózgu w celu określenia precyzyjnego położenia cewki stymulacyjnej, umożliwiając tym samym anatomicznie kierowaną stymulację celów korowych. Zainteresowanie systemami neuronawigacyjnymi jest dobrze znane w optymalizacji pozycjonowania cewek podczas powtarzalnych zabiegów TMS (rTMS). Ponadto nTMS jest coraz częściej stosowany do funkcjonalnego mapowania regionów mózgu w różnych zastosowaniach, takich jak identyfikacja i wyznaczanie elokwentnych obszarów ruchowych i językowych przed resekcją guza. Poza użytecznością w optymalizacji procedur neurochirurgicznych, mapowanie nTMS może być także narzędziem do monitorowania plastyczności kory i ilościowego określania integralności układu ruchowego w różnych chorobach neurologicznych. Niniejszy artykuł metodologiczny przedstawia standaryzowany protokół mapowania motorycznego z wykorzystaniem nTMS, w połączeniu z rekonstrukcją drogi korowo-rdzeniowej (CST) opartą na obrazowaniu tensorowym dyfuzji (DTI). Takie podejście pozwala na precyzyjne wyznaczenie elokwentnych obszarów kory ruchowej i ich projekcji podkorowych oraz wykrywanie reorganizacji funkcjonalnych u pacjentów z sąsiednimi zmianami. Po włączeniu do planowania przedchirurgicznego metoda ta dostarcza wskazówek dla indywidualnych strategii chirurgicznych mających na celu maksymalizację resekcji zmian przy jednoczesnym zachowaniu funkcji ruchowych. Przedstawiony tutaj protokół jest powtarzalny, klinicznie stosowany i nadaje się do integracji z rutynowym przepływem pracy. Stanowi obiecujące narzędzie do badań nad neuroplastycznością i planowania rehabilitacji.

Introduction

Maksymalizacja zakresu resekcji w guzach mózgu o elokwencji motorycznej przy jednoczesnym minimalizowaniu pooperacyjnych deficytów ruchowych pozostaje kluczowym wyzwaniem w neurochirurgii. Śródoperacyjne bezpośrednie mapowanie stymulacji elektrycznej (DES) jest "złotym standardem" techniki dostarczającej wiarygodnych informacji anatomiczno-funkcjonalnych dotyczących reprezentacji korowej i podkorowej dróg ruchowych 1,2,3,4,5. Jednak dla planowania przedoperacyjnego, stratyfikacji ryzyka i optymalnego doradztwa pacjenta kluczowe jest określenie indywidualnej funkcjonalnej anatomii przed operacją. Związku między anatomią a funkcją w obszarach ruchowych kory nie można wywnioskować z konwencjonalnego strukturalnego rezonansu magnetycznego mózgu (MRI), ponieważ guzy mózgu mogą powodować znaczne zniekształcenia anatomiczne lub plastyczną reorganizację sieci ruchowych.

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) została wprowadzona jako nieinwazyjna metoda badania kory ruchowej⁶, a później zaadaptowana do funkcjonalnego mapowania kory ruchowej ^7,8, w tym w badaniach przedoperacyjnych poprzez rejestrowanie potencjałów wywołanych ruchowymi (MEP) z różnych mięśni za pomocą elektromiografii powierzchniowej ^9,10,11. Wczesne, nienawigowane protokoły TMS były technicznie wymagające i brakowało im dokładności anatomicznej. Późniejsza integracja z indywidualnymi danymi MRI oraz nawigacją opartą na polu elektrycznym umożliwiła precyzyjne prowadzenie miejsc stymulacji, poprawiając dokładność anatomiczno-funkcjonalną ^12,13,14 oraz powtarzalność^15,16. Poprzez bezpośrednie wywoływanie MEP, nawigowany TMS (nTMS) zapewnia rozdzielczość czasową w skali milisekundowej oraz lokalizację przestrzenną pod centymetr wyjścia korowo-rdzeniowego z dobrą zgodnością z wewnątrzoperacyjnym DES 17,18,19. NTMS sterowany obrazem jest bezpieczny, dobrze tolerowany^20,21 i zatwierdzony przez Agencję ds. Żywności i Leków (FDA) do przedchirurgicznego mapowania funkcjonalności kory ruchowej od ponad 15 lat²².

W mapowaniu ruchowym reprezentacje korowe są wyznaczane poprzez pobieranie amplitud MEP z docelowych miejsc stymulacji, aby stworzyć specyficzne dla pacjenta mapy motoryczne²³. W porównaniu z funkcjonalnym MRI opartym na zadaniach (fMRI), nTMS wykazuje bliższą zgodność przestrzenną z intraoperacyjnym DES 24,25,26. Podczas gdy decyzje wewnątrzoperacyjne ostatecznie opierają się na DES, gdy zmiany stykają się z obszarami ruchowymi lub je atakują, przedoperacyjne nTMS dostarcza cennych informacji uzupełniających poprzez eksport miejsc pozytywnych do stymulacji jako zalążków do rekonstrukcji drogi korowo-rdzeniowej (CST) za pomocą obrazowania tensora dyfuzyjnego (DTI). To podejście jest szczególnie przydatne do oceny integralności korowo-rdzeniowej, gdy guzy głównie dotykają drogi ruchowe w podkorowej istotie białej^27,28. Ponadto przedoperacyjne mapowanie motoryczne nTMS wykazało dobrą dodatnią wartość predykcyjną ^29,30 oraz wysoką ujemną wartość predykcyjną 29,30,31, z poprawą wyników chirurgicznych 17,18,19,32. Niedawno udowodniono również, że jest skutecznym narzędziem do oceny funkcji motorycznych po operacji^31,33. Z tych powodów mapowanie ruchowe nTMS jest coraz częściej stosowane zarówno w ocenie przedoperacyjnej, jak i pooperacyjnej w neurochirurgii. Zalecenia metodologiczne dotyczące mapowania kory za pomocą nTMS zostały opublikowane w 2017 roku³⁴. W świetle tych ostatnich badań oraz integracji nowoczesnych technik obrazowania, ta metodologia może być obecnie udoskonalona, aby zapewnić dokładniejsze wskazówki dla praktyki klinicznej i badawczej.

W niniejszym artykule przedstawiamy standaryzowany protokół przeprowadzania mapowania ruchowego za pomocą nTMS, łączący różne techniki oceny przedoperacyjnych reprezentacji korowych i podkorowych szlaków ruchowych w planowaniu resekcji guza w rzeczywistych warunkach klinicznych.

Protocol

Badanie to zostało przeprowadzone zgodnie z krajowymi i międzynarodowymi wytycznymi etycznymi dotyczącymi badań na ludziach. Analiza retrospektywna anonimowych danych pacjentów zebranych podczas rutynowej opieki przeprowadzono za świadomą zgodą uzyskaną w momencie leczenia, zgodnie z przepisami francuskimi. Dane demonstracyjne od zdrowych osób, będących współautorami manuskryptu, zostały dołączone wraz z pisemną świadomą zgodą na udział i publikację danych oraz obrazów. Jest to obecnie stosowany protokół stosowany w szpitalu Henri Mondor (Créteil, Francja) oraz w Szpitalu Uniwersyteckim w Aarhus (Dania) do planowania przedoperacyjnego w chirurgii guza mózgu.

1. Pozyskiwanie danych neuroobrazowych do neuronawigacji

1. Zweryfikować brak przeciwwskazań do nTMS i MRI na podstawie dokumentacji medycznej i wywiadu z pacjentem, w tym wewnątrzczaszkowego urządzenia ferromagnetycznego, niekontrolowanej padaczki, rozrusznika serca, ciąży lub karmienia piersią³⁵.
2. Zdobądź wysokorozdzielczy obraz anatomiczny mózgu, który obejmuje zarówno uszy, jak i wierzchołek czaszkowy (bez fałdów i deformacji przez słuchawki MRI), aby umożliwić dokładną rekonstrukcję mózgu przez system neuronawigacyjny.
   1. Stosuj następujące zalecenia dotyczące sekwencji MRI:
      3D T1-ważone (T1w) anatomiczne echo gradientowe
      Izotropowe woksele o średnicy 1 mm (lub mniej)
      ≥1,5-Tesla system MRI (preferowany 3 T).
   2. Alternatywnie, użyj następujących akceptowalnych sekwencji:
      3D-FLAIR
      Kontrast 3D T1w
3. Wykonaj obrazowanie z dyfuzją ważoną (DWI) przed wstrzyknięciem kontrastu do kolejnego traktografii opartej na Diffusion Tensor Imaging (DTI)³⁶.
   1. Użyj następujących minimalnych parametrów akwizycji³⁷:
      Izotropowe woksele 2 mm
      Kierunki kodowania dyfuzyjnego: ≥ 25
      wartość B: ≈ 800 s/mm²
      Obrazy niedyfuzyjne ważone: ≥ 3 b0 objętości (b = 0 s/mm²)
   2. Stosuj następujące zalecane parametry (dla lepszego oszacowania tensora i traktografii):
      Kierunki kodowania dyfuzyjnego: ≥ 64
      wartość b: 1000 s/mm²
      Wyższa rozdzielczość przestrzenna (≤ izotropowa 2 mm)

2. Przygotuj temat

1. Zaimportuj anatomiczny obraz MRI badanego do systemu neuronawigacyjnego, aby uzyskać trójwymiarową rekonstrukcję mózgu.
2. Zaznacz kluczowe punkty anatomiczne na rezonancie magnetycznym w oprogramowaniu neuronawigacyjnym (nos, prawe ucho, lewe ucho).
   1. Użyj korzenia crus helicis dla większej precyzji.
   2. Alternatywnie, można użyć tragusa, ale jego większa powierzchnia może zwiększyć niedopasowania w rejestracji.
      UWAGA: Aby skrócić mapowanie motoryczne, te kroki przygotowawcze można wykonać przed zainstalowaniem obiektu w pomieszczeniu.
3. Usadź obiekt na wygodnym fotelu, z lekkim odchyleniem (20-30°), aby zmniejszyć napięcie pleców^{o 38}. Dostosuj zagłówek, aby podtrzymywał głowę i szyję na początku.
4. Sprawdź obecność metalowych przedmiotów w okolicach głowy i szyi (np. kolczyków, spinek do włosów, kolczyków) i usuń je przed rozpoczęciem zabiegu.
5. Przygotuj skórę na czole do umieszczenia czujnika głowy.
   1. Czyść skórę za pomocą podpasek alkoholowych lub łagodnego żelu ściernego.
   2. Upewnij się, że skóra jest całkowicie sucha przed założeniem trackera.
6. Przyłóż lokalizator głowy na czoło, aby pozostawało stabilne przez całą sesję stymulacji.
   1. Umieść go nad brwiami i poniżej linii włosów.
   2. Umieść go na środku lub lekko na bok.
   3. Przymocuj lokalizator za pomocą powierzchni klejącej lub gumki.
7. Współrejestruj kluczowe punkty anatomiczne pacjenta z importowanym obrazem w oprogramowaniu neuronawigacyjnym (patrz Rysunek 1).
   1. Użyj długopisu cyfrowego, aby zaznaczyć punkty anatomiczne.
   2. Upewnij się, że płatki uszu są wolne od zagłówka, aby uniknąć przesunięcia charakterystycznych punktów^{ucha 39}.
   3. Jeśli anatomia ucha na MRI wydaje się zniekształcona (np. zgięta pina ucha), zdefiniuj odpowiadający punkt na obrazie przed digitalizacją.
8. Po zakończeniu program weryfikuje trzy punkty fiducialne, jeśli błąd niezgodności jest mniejszy niż 3 mm. Jeśli błąd niedopasowania jest zbyt duży, spróbuj wykonać następujące kroki w kolejności:
   1. Zdigitalizuj kluczowe punkty anatomiczne pacjenta po raz drugi.
   2. Zdefiniuj na nowo punkty anatomiczne lewego i prawego ucha na rezonansie magnetycznym.
   3. Cyfrowo zdigitalizuj, delikatnie naciskając helisę płatka ucha, ponieważ słuchawki MRI mogły przesunąć ucho o kilka milimetrów.
9. Doprecyzuj rejestrację, cyfryzując dodatkowe punkty skóry głowy (dopasowanie do powierzchni skóry głowy).
10. Zweryfikować współrejestrację, z błędem współrejestracji poniżej 3 mm (preferowane 2 mm). Jeśli niedopasowanie przekracza 3 mm, powtórz kroki 2.7-2.9.

Rysunek 1: Współrejestracja głowy pacjenta za pomocą anatomicznego MRI. Lewa strona: Rejestracja oparta na zabytku. Górne panele: Identyfikacja anatomicznych punktów orientacyjnych na rezonanse magnetycznym (lewe ucho, nos, prawe ucho) w oprogramowaniu neuronawigacyjnym. Dolne panele: Digitalizacja punktów orientacyjnych pacjenta za pomocą pióra cyfrowego. Prawa strona: Dopasowywanie powierzchni za pomocą dodatkowych punktów na skórze głowy. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

3. Przygotowanie zmapowanych mięśni

1. Podawaj zatyczki do uszu i zakładaj ochronne nauszniki podczas stymulacji.
2. Przygotuj skórę na docelowym mięśniu, delikatnie skrobając skórę podukładkami alkoholowymi i/lub patami kosmotykowymi z łagodnym żelem ściernym.
3. Umieść elektrody powierzchniowe na interesujących się mięśniach w montażu ścięgien brzucha, tak jak w rutynowych klinicznych MEP. Jednocześnie można mapować do sześciu różnych mięśni.
4. Umieść elektrodę uziemiającą w miejscu neutralnym, takim jak kikut barku, powierzchnia dłoni grzbietowej lub powierzchnia piszczeli przyśrodkowej.
5. Podłącz wszystkie elektrody do wzmacniacza EMG.
6. Rozpocznij akwizję EMG, aby wyświetlić ciągłe EMG wszystkich kanałów i potwierdzić, że mięśnie są w spoczynku.
7. Sprawdź, czy kanały EMG są wolne od nadmiernego szumu 50/60 Hz (< 50 μV). Jeśli szum elektryczny jest zbyt silny, spróbuj wykonać następujące kroki:
   1. Sprawdź, czy elektrody są mocno przymocowane do skóry, bez odklejania.
   2. Przesuń kable elektrod wewnątrz krzesła, aby uniknąć kontaktu z metalowymi częściami lub podłogą.
   3. Przesuń dystalną część przewodów elektrodowych z dala od systemu neuronawigacyjnego i od źródeł prądu przemiennego.
   4. Wymień elektrody i załóż je z inną orientacją kabla (patrz kroki 3.7.2 i 3.7.3).
   5. Odłącz krzesło od zasilania.
   6. Umieść elektrodę uziemienia na tej samej kończynie co zmapowane mięśnie.
   7. Powtarzaj kroki po kolei, aż hałas spadnie poniżej progu.
8. Gdy szum 50/60 Hz zostanie zminimalizowany, ponownie uruchom nagrywanie EMG, aby zresetować poziom bazowy.
9. Po zaliczeniu tych etapów przygotowawczych, przejdź do grubego mapowania wybranych mięśni.
   UWAGA: Standardowa sesja mapowania powinna obejmować co najmniej jeden mięsień na segment kończyny górnej oraz dwa mięśnie kończyn dolnych. Tabela 1 przedstawia najczęściej mapowane mięśnie, które powinny być dostosowane do lokalizacji zmiany i obrazu klinicznego pacjenta³⁴.

Kończyna	Mięśnie	Alternatywa
Ręka	Pierwszy śródkostny grzbietowy (FDI)	Porywacz Pollicis Brevis (APB)
	Porywacz Digiti Minimi (ADM)
Przedramię	Zginacz karpi radialis (FCR)	Prostownik karpi promieniowej (ECR)
Ramię / Ramię	Biceps	-
	Narana
Noga	Mięśnie piszczelowe przednie (TA)	Soleus (SOL)
Foot	Hallucis porywaczy (AH)	Przyśrodkowa podeszwa (MP)
Twarz	Orbicularis Oris	Nasalis

Tabela 1: Sugerowane mięśnie do mapowania ruchowego.

4. Grube mapowanie w celu identyfikacji hotspotu i określenia progu spoczynkowego ruchu (RMT)

1. Na renderowanej objętości mózgu w oprogramowaniu dostosuj głębokość łuszczenia się w zakresie od 15 do 25 mm na skórze głowy, przypadek po przypadku, aby najlepiej odsłonić anatomię kory. Celem jest wizualizacja zakrętów przedcentralnych i pocentralnych, bruzdy centralnej oraz górnej i dolnej bruzdy czołowej.
   UWAGA: Identyfikacja zakrętu przedcentralnego jest łatwiejsza, gdy badany prezentuje "omega-kształtne" gałko^{dłoni 40,41}. Jednak ten punkt orientacyjny jest niezmienny^{na poziomie 42,43}. W takich przypadkach zaleca się kilka metod identyfikacji zakrętu przedcentralnego 43,44,45.
2. Uruchom jednostkę stymulacyjną.
3. Umieść zwoj stymulacyjny (w kształcie ósemki) styczny do skóry głowy (patrz Rysunek 2).
   1. Stabilizuj spiralę jedną ręką na rączki, a drugą na spręży, aby utrzymać stabilny kontakt ze skórą głowy podczas przestawiania.
   2. Korzystaj z pomocy neuronawigacyjnej (kąt cewki, odległość między cewką a głową, wskaźniki przechylenia), aby zapewnić dokładne pozycjonowanie cewek nad każdym miejscem stymulacji.
   3. Utrzymuj stabilne indukowane pole elektryczne (EF, V/m), unikając przechylania cewki.
   4. Przyjmij wygodną postawę, ponieważ sprężyna może być ciężka. Użyj ramienia trzymającego linkę, aby zmniejszyć napięcie liny, jednocześnie utrzymując cewkę swobodnie ruchomą.
4. Stymuluj z intensywnością dostosowaną do wywołania odpowiedzi w zakresie amplitudy 100-500 μV (szczyt do szczytu)⁴⁶.
   UWAGA: Zazwyczaj osiąga się to od 35% do 45% maksymalnej mocy stymulatora (MSO) dla kończyn górnych oraz od 50% do 80% MSO dla kończyn dolnych. Jednak ten zakres wartości dotyczy zdrowych pacjentów i może być wyższy, gdy guz przenika do obszarów ruchowych.
5. Należy zauważyć, że orientacja cewki dla odwzorowania grubego (jak również odwzorowania drobnego) zależy od odwzorowanego odcinka (patrz Rysunek 3):
   1. Dla kończyny górnej i twarzy: utrzymać orientację cewki prostopadle do bruzdy centralnej (wyrównana z żurką), aby utrzymać indukowany prąd elektryczny w kierunku od tyłu do przodu⁴⁷.
      1. W przypadku kończyny górnej: zacznij stymulować górną część (bark) lub środkową (mięśnie przedramienia i dłoni) tylnej ściany gałki dłoni, skierowaną w stronę górnej bruzdy czołowej.
      2. Na twarz: zacznij stymulować tylną ścianę przedcentralnego zakręcenia skierowaną w stronę dolnego bruzdy czołowej. Sprawdź opóźnienia odpowiedzi, aby upewnić się, że pochodzą one z szlaków korowo-opuszkowych. MEP twarzy mają opóźnienie 7-13 ms, natomiast bezpośrednia reakcja mięśniowa (szarpnięcie szczęki) wywołana nTMS ma opóźnienie około 3-4 ms.
   2. W przypadku kończyny dolnej: utrzymuj orientację cewki prostopadle do linii środkowej strzałkowej, z indukowanym prądem elektrycznym w kierunku środkowo-bocznym³⁴. Alternatywne orientacje zwojów obejmują równoległe do linii środkowej strzałku^{48, 49, 50} i/lub prostopadłe do fałdów płata przycentralnego i zakręcia przedcentralnego.
6. Wykonuj stymulacje nad przedcentralnym gyrusem.
   1. Punkty stymulacji oddalone od siebie o 1-2 mm, wizualnie lub za pomocą siatki stymulacyjnej.
   2. Wykonany wizualnie, próbkuj trzech równoległych linii przez gyrus. To zazwyczaj wystarcza.
   3. Każdą stymulację odstaw co najmniej 1,5 s, najlepiej z losowym interwałem między bodźcami.
7. Jeśli nie uzyskamy odpowiedzi, zwiększ intensywność bodźca o 10% względem wartości początkowej i powtórz to jak wcześniej.
8. Przerwij grube mapowanie, gdy zostanie zarejestrowanych 20-30 reakcji na mięsień.
9. Przejrzyj wszystkich europosłów, aby wykluczyć skażone nagrania.
10. Zidentyfikuj "hotspot" dla każdego mięśnia. "Hotspot" to punkt stymulujący, który wywołuje MEP o największej amplitudzie. Aby zapewnić wiarygodną definicję hotspotu⁵¹
    1. Wyświetlaj nagrania każdego mięśnia za pomocą znormalizowanej skali kolorów.
    2. Zlokalizuj obszar z europosłami o najwyższej amplitudzie.
    3. Sortuj MEP według amplitudy, od najwyższej do najniższej.
    4. Wybierz MEP o najwyższej amplitudzie w tym obszarze, unikając nienaturalnie wysokich pojedynczych odpowiedzi (zwykle pierwszych 2 MEP).
11. Dla każdego mięśnia wybierz hotspot, aby określić próg spoczynkowej ruchów (RMT). Pozwoli to zachować pozycję i orientację cewki przez cały proces określania RMT, zapewniając niezawodny pomiar⁵².
12. Określ RMT dla każdego mięśnia osobno, albo za pomocą techniki poszukiwania progu⁵³ , albo poprzez identyfikację najniższej intensywności bodźca (% MSO), która powoduje MEP ≥ 50μV w 5 z 10 kolejnych prób (metoda Rossiniego-Rothwella)⁵⁴. Użyj RMT każdego mięśnia jako odniesienia do ustawienia intensywności bodźca podczas precyzyjnego mapowania.

Rysunek 2: Eksperymentalna konfiguracja nTMS. Badany jest siadający z lekkim odchyleniem i podparciem ramienia, a elektrody EMG są umieszczone na docelowych mięśniach. Operator trzyma cewkę w kształcie ósemki, stabilizując ją, aby utrzymać styk stykowy ze skórą głowy, jednocześnie monitorując indukowane pole elektryczne (strzałki: kierunek, koło: intensywność) oraz indukowane MEP. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Rysunek 3: Interfejs neuronawigacyjny podczas mapowania. Sprzężenie zwrotne w czasie rzeczywistym dotyczące położenia cewki (połączenie niebieskiej i czerwonej strzałki), nachylenia cewki, kierunku pola elektrycznego (strzałka z niebieskiego na czerwony) oraz intensywności pola (kolorowy pierścień otaczający), zapewniając dokładną stymulację w każdym miejscu korowym. Górny panel: Grube mapowanie kończyny górnej, z zwójkiem ustawionym prostopadle do bruzdy centralnej. Dolny panel: Drobne mapowanie mięśnia piszczelowego przedniego, z zwojem ustawionym prostopadle do linii środkowej strzałku. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

5. Precyzyjne mapowanie

1. Upewnij się, że badany jest całkowicie rozluźniony, bez mimowolnych skurczów mięśni.
2. Dla każdego mięśnia wykonaj stymulację na poziomie 105-110% jego RMT.
   1. Użyj tej samej orientacji cewki co podczas mapowania grubego (patrz kroki 4.5 i 4.6).
   2. Zmniejsz odstępy między punktami stymulacji (4-6 równoległych linii na gyrus).
   3. Utrzymuj interwał bodźców ≥ 1,5 s, najlepiej losowo.
3. Rozróżnimy funkcjonalne mapowania motoryczne jako obszary korowe, gdzie nTMS generuje MEP ≥ 50 μV (szczyt-punkt).
   UWAGA: Dla mapowania kończyn dolnych alternatywą jest rozpoczęcie od 110% RMT kończyny górnej i regulacja EF stopniowo ± 10 V/m, aż uzyska się stałe MEP³⁴.
4. Stymuluj tak, aż mapy motoryczne będą otoczone jedną lub dwiema kolejnymi liniami negatywnych miejsc, które nie wywołują MEP.
   1. Jeśli nie uzyskamy wyraźnej granicy ujemnej, przedłuż próbkowanie, zachowując te same odstępy, aż odpowiedzi zaczną niezawodnie znikać.
   2. Jeśli pozytywne odpowiedzi rozszerzają się w nietypowych obszarach, sprawdź i dostosuj kąt cewki, EF i RMT.
      UWAGA: Liczba punktów na mięsień może się różnić (od 30 do 100 impulsów) w zależności od reprezentacji kory mięśniowej oraz stopnia przesunięcia mózgu wywołanego przez guz.
5. Unikaj orientacji cewek, które generują nieprawidłowe położenia lub amplitudy MEP. W szczególności orientacja 45° (względem linii środkowej) może powodować bardzo przednią część MEP kończyn górnych i może nie odzwierciedlać dokładnej reprezentacji kory ruchowej⁴⁷.
6. Upewnij się, że mapy motoryczne są eliptyczne, z kilkoma negatywnymi miejscami w środku. W punktach negatywnej stymulacji na mapie ruchowej wykonuj dodatkowe stymulacje w różnych momentach oceny, aby kontrolować przejściowe zmiany pobudliwości kory ruchowej.
7. Jeśli podczas odwzorowania pojawi się wiele negatywnych odpowiedzi (<50 μV), spróbuj wykonać następujące kroki w kolejności:
   1. Poproś badanego, by pozostał przytomny, ponieważ często oznacza to zmniejszenie stanu czujności.
   2. Sprawdź, czy intensywność stymulacji nie zmalała.
   3. Rozważ powtórzenie RMT, ponieważ wartość początkowa mogła być wpływana przez przejściowy stan hiperpobudliwości.
8. Jeśli pojawi się wiele MEP o nieprawidłowo wysokiej amplitudzie (> 1000 μV) i mapa nadmiernie się powiększa, spróbuj wykonać następujące kroki w kolejności:
   1. Poproś badanego, by rozluźnił kończynę, nawet pokazując ciągłą aktywność mięśni, jeśli to konieczne (sygnałowe sprzężenie zwrotne).
   2. Jeśli aktywność mięśni utrzymuje się, poproś badanego, aby potrząsnął kończyną lub przesunął ją w bardziej rozluźnionej pozycji. W razie potrzeby należy zastosować koncentryczny ruch pasywny na badanym mięśniu (np. z przedmiotem na mięśnie dłoni i hallucis odwodziciela lub za stopę dla mięśnia piszczelowego przedniego).
   3. Rozważ powtórzenie RMT, ponieważ wartość początkowa mogła być uzależniona od przejściowego stanu hipopobudliwości kory ruchowej.

6. Analiza postprodukcyjna danych MEP i eksport

1. Przejrzyj i dostosuj MEP dla każdego mięśnia.
   1. Otwórz panel przeglądowy MEP lub podgląd sygnału w oprogramowaniu neuronawigacyjnym.
   2. Sprawdź każdy zarejestrowany MEP, aby skorygować amplitudę i opóźnienia, a w razie potrzeby dostosuj markery.
2. Wyklucz punkty stymulacji artefaktowej lub nieprawidłowej.
   1. Otwórz listę stymulacji lub przestrzeń roboczą mapowania w oprogramowaniu.
   2. Usuń próby stymulacyjne zawierające artefakty lub nieprawidłowe pozycje cewek (patrz Rysunek 4).
3. Wyświetlaj mapę ruchową dla każdego mięśnia w formacie binarnym (dodatnia/ujemna; powyżej/poniżej 50 μV).
4. Eksportuj dodatnie punkty stymulacji na głębokości 15, 20 i 25 mm w inbinaryzowanym formacie DICOM. Wykorzystaj te pliki do śledzenia światłowodów, aby odtworzyć CST, wykorzystując dodatnie punkty stymulacji jako zalążki do traktografii.
5. Aby zmierzyć inne parametry map korowych (środek ciężkości, gęstość mapy, rozmiar mapy motorycznej), eksportuj dane na głębokości obierania się stymulacji lub na głębokości 20 mm (standardowa głębokość peelingu) 25,55,56,57,58.

Rysunek 4: Analiza danych MEP w postprodukcji. Śledzenia MEP są przeglądane w celu skorygowania markerów amplitudy i opóźnień oraz wykluczenia badań artefaktowych (prawy panel: przykład badania skażonego trwającą aktywnością EMG). Dwie stymulacje (czerwone kółka) ilustrują "nieprawidłowe odpowiedzi" występujące w obszarze ujemnym, prawdopodobnie związane z efektem orientacji cewek. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

7. Analiza mapowania motorycznego w postprocesie

1. Zaimportuj DICOM map motorycznych do oprogramowania do analizy obrazów odpowiedniego do neurochirurgicznej nawigacji w celu usunięcia guza mózgu.
2. Rejestruj obraz anatomiczny (T1w) za pomocą DICOM-ów z mapami motorycznych oraz DWI. Importuj i rejestruj dodatkowe obrazy, jeśli to konieczne (np. FLAIRw, SWI, T1w-gadolinum wzmocnione).
3. Generuj obiekty z DICOM-ów mapy silnika i powiększ je o 1-2 mm, aby poprawić czułość⁵⁹.
4. Przytnij mapy silnikowe, aby usunąć uszy i nos, aby zapobiec nieprawidłowej rekonstrukcji włókien podczas śledzenia światłowodów.
5. Narysuj końcowy zwrot z inwestycji ręcznie na poziomie dolnej ponty, po ipsilaterale względem mapowanej półkuli.
6. Wykonaj śledzenie światłowodów, używając ROI mapy silnika jako zasiedzeń oraz ROI pontine jako punkt końcowy. Najczęściej stosowane algorytmy traktografii obejmują deterministyczne śledzenie strumieniowe lub probabilistyczną trakcję, w zależności od pytania klinicznego i wyników śledzenia światłowodów.
   UWAGA: W przypadku korzystania z otwartoźródłowego oprogramowania dyfuzyjnego wymaganych jest kilka etapów wstępnego przetwarzania przed traktografią (szumowanie, korekcja artefaktów Gibbsa, korekcja ruchu i zniekształceń, korekcja pola bias-pola, dopasowanie tensorów oraz generowanie map FA).
7. Dostosuj parametry śledzenia światłowodu w analizie indywidualnej. Zalecane parametry to minimum 110-120 mm długości, maksymalne kątowe 30° oraz FA ustawione na 75% progu FA (FAT, odpowiadającego FA, przy którym pierwsze włókna CST stają się widoczne) ^60,61.
8. Segmentuj guz mózgu na innych obrazach (np. FLAIR, gadolinium T1w) i stwórz odpowiadający mu obiekt.
9. Wyświetlaj CST dla każdej części kończyny (w różnych kolorach) lub dla całego mapowania silnika.
10. Integruj wszystkie dane (nasiona kory, CST, obiekt guza mózgu) z oprogramowaniem nawigacyjnym na sali operacyjnej podczas neurochirurgii.

Results

Przedstawiamy reprezentatywne kroki oraz wyniki mapowania motorycznego uzyskane u różnych zdrowych pacjentów oraz u pacjentów, którzy poddano mapowaniu motorycznemu w środowisku klinicznym, wykorzystując nasz neuronawigowany system TMS. Rekonstrukcja CST została przeprowadzona za pomocą oprogramowania do przetwarzania obrazowania odpowiedniego do planowania neurochirurgii, zdolnego do rejestracji obrazów multimodalnych oraz traktografii opartej na DTI. System neuronawigacji integruje nawigowaną cewkę w kształcie ósemki, kamerę stereotaksyjną, wzmacniacz EMG oraz umożliwia wizualizację w czasie rzeczywistym indukowanego pola elektrycznego na trójwymiarowej rekonstrukcji mózgu za pomocą indywidualnego modelu głowy wielokulistej.

Rysunek 5 przedstawia determinację RMT w hotspotie wyznaczoną na podstawie grubego mapowania. Pozycja i orientacja cewki są utrzymywane dokładnie w tym samym miejscu przez cały proces przy pomocy celu neuronawigacyjnego. Rysunek6 przedstawia mapowanie motoryczne zdrowego obiektu. Mapowano lewą kończynę dolną (udo, noga, stopa), kończyną górną (ramię, przedramię, dłoń) oraz twarz. Miejsca dodatniej stymulacji (oznaczone kolorami według amplitudy MEP) i miejsca ujemne (szare) wyznaczają reprezentację kory ruchowej. Rysunek7 przedstawia mapowanie ruchowe i rekonstrukcję CST u pacjenta z przerzutami raka płuc obejmującymi obszar przedruchowy i ujawniającymi się przez deficyt ruchowy kończyny górnej.

Rysunek 5: Grube mapowanie i wyznaczenie RMT w hotspotie (Pierwszy Osiew Grzbietowy) u zdrowego pacjenta, z użyciem neuronawigowanego TMS. Hotspot, zidentyfikowany za pomocą grubego mapowania (panel lewy dolny), jest wybierany jako cel do ustalenia RMT. Pozycja i orientacja cewki są utrzymywane dokładnie w tym samym miejscu przez cały zabieg, przy pomocy celu neuronawigacyjnego (prawy dolny panel). Potencjały wywołane motorycznie (MEP) są pozyskiwane za pomocą ciągłych śladów EMG i odpowiedzi epoki. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Rysunek 6: Mapowanie kory ruchowej kończyn dolnych, górnych i twarzy za pomocą neuronawigowanego TMS. Mięśnie odnotowane w kończynach dolnych: czworogłowy ud (zielony), piszczelowy przedni (pomarańczowy), odwodziciel hallucis (żółty). Mięśnie odnotowane w kończynach górnych: odwodziciel mięśni minimi (zielony), zginacz karści radialis (pomarańczowy), deltoid (żółty). Mięśnie odnotowane na twarzy: nos nosowy (niebieski), trójkątny (fioletowy). Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Rysunek 7: Mapowanie kory ruchowej i rekonstrukcja CST do planowania neurochirurgicznego. mapowanie ruchowe nTMS (lewy panel) oraz rekonstrukcja dróg korowo-rdzeniowych (prawy panel) u pacjenta z przerzutami do mózgu (białe) w wyniku raka płuc. Zarejestrowane mięśnie: hallucis odwodziciela (fioletowy), piszczelowy przedni (niebieski), naramienny (żółty), zginacz karpi promieniowy (czerwony), pierwszy śródkost grzbietowy (zielony), orbiculular (cyjan). Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Discussion

W niniejszym artykule przedstawiamy standaryzowany i powtarzalny protokół funkcjonalnego mapowania kory ruchowej z nTMS bezpośrednio zastosowanym w planowaniu chirurgicznym przed operacją. Łącząc neuronawigację z anatomiczną rekonstrukcją mózgu badanego, ten ustandaryzowany protokół umożliwia identyfikację i wyznaczenie ruchowych obszarów korowych podczas badania trwającego krócej niż 90 minut, w zależności od liczby badanych mięśni. To podejście jest szczególnie istotne u pacjentów z guzami ruchowymi, gdzie anatomiczna rekonstrukcja CST jest często ograniczona przez dwa czynniki: (i) przemieszczenie anatomiczne spowodowane efektem masy i/lub obrzękiem oraz (ii) funkcjonalną reorganizację reprezentacji ruchowych. Anatomiczna traktografia siewnicza oparta na stałych punktach orientacyjnych anatomicznych może więc mylić w lokalizowaniu korzenia korowego i rozprzestrzenianiu błędów w trakcie śledzenia włókien. Funkcjonalne mapowanie kory ruchowej rozwiązuje ten problem, wykorzystując miejsca nTMS-dodatnie jako nasiona kory, co zakotwiczy traktografię w aktualnej mapie ruchowej pacjenta, która napędza wyrzut korowo-rdzeniowy. Podczas analizy postprocessingowej ROI kory uzyskane z map motorycznych powinny zostać powiększone o 2-3 mm, aby zminimalizować niedopasowania związane z fuzją oraz ustandaryzować objętość ROI (0,9 ± 0,1 cm³), zmniejszając zmienność operatorów i uczestników oraz poprawiając porównywalność traktografii CST⁵⁹. W porównaniu z traktografią opartą na zabytkach, traktografia oparta na zasiewach nTMS daje bardziej prawdopodobne i somatotopowo spójne rekonstrukcje CST, z mniejszą liczbą aberrancyjnych linii przepływowych i niższą zmiennością między raterami 27,61,62. W porównaniu z zasiewem opartym na fMRI, traktografia oparta na nTMS również daje bardziej prawdopodobne rekonstrukcje i wyższą spójność interraterów u pacjentów z guzami sąsiadującymi z CST²⁵. Pozwala także na wyodrębnienie kilku wskaźników z mapowania silnika nTMS oraz CST zasianego nTMS, które mogą służyć jako czynnik predykcyjny wyniku ruchowego po operacji. Na poziomie korowym obecność miejsc reagujących na nTMS w guzie wiąże się ze zwiększonym ryzykiem deficytu ruchowego, z dodatnią wartością predykcyjną w zakresie od 50 do 90%^{30, 63, 64, 65}. Natomiast resekcja miejsc nTMS-ujemnych jest uznawana za bezpieczną, z wysoką ujemną wartością predykcyjną w zakresie od 90 do 100%^{30, 31, 65}. Na poziomie podkorowym zidentyfikowano odległość guza do dróg <8-12 mm jako krytyczny próg związany ze zwiększonym ryzykiem niedoboru pooperacyjnego, o ile guz nie wdziera się do przedcentralnego zakrętu 66,67,68,69,70,71. Dodatkowo, zaproponowano mikrostrukturalne zmiany CST zasiadzone przez nTMS (zmniejszona anizotropia frakcyjna przy zwiększonej średniej dyfuzywności) jako kolejne czynniki ryzyka deficytu pooperacyjnego⁷⁰. Wreszcie, stosowanie traktografii opartej na nTMS wiąże się z większym zakresem resekcji i wydłużonym przeżyciem, przy jednoczesnym zachowaniu funkcji ruchowych, co wspiera jej integrację z planowaniem przedoperacyjnym⁷².

Podczas mapowania motorycznego kluczowym parametrem silnie wpływającym na rozkład przestrzenny MEP oraz interpretowalność map motorycznych jest intensywność stymulacji (SI). Wyższy SI zwiększa prawdopodobieństwo odpowiedzi i rozrzut przestrzenny (ryzykując fałszywie pozytywne odpowiedzi), podczas gdy niewystarczający SI zwiększa ryzyko fałszywie negatywnych odpowiedzi. Aby zminimalizować to uprzedzenie, SI powinno być skalowane względem RMT i, jeśli to możliwe, korygowane w celu utrzymania stabilnego docelowego EF. W praktyce bliski progowi SI zachowuje równowagę między czułością a specyficznością i zapewnia zachowawcze mapy bliskie bezpośredniemu mapowaniu stymulacji elektrycznej. Z drugiej strony, wybór SI o supraprogu (np. 120% RMT) może być uzasadniony, gdy bezpieczeństwo kliniczne priorytetowo traktuje wrażliwość na marginesach mapy, uznając, że wyższe SI systematycznie rozszerza mapę ruchową⁷³. W kontekście mapowania wielu mięśni użycie jednego mięśnia krzyżowo-si-owego może przechylać mapowanie na korzyść mięśnia o najniższym progu, ponieważ sąsiednie mięśnie mogą mieć różne profile pobudliwości. W związku z tym RMT należy oszacować dla każdego mięśnia⁷⁴. Z drugiej strony, istotne zmiany pobudliwości korowej, odzwierciedlone przez nieoczekiwane zmiany amplitud MEP, mogą wystąpić podczas sesji mapowania motorycznego, wymagając ponownego oszacowania RMT i korekty SI.

Wykorzystanie siatek stymulacyjnych podczas mapowania silnikowego pomaga ujednolicić odstępy i ułatwia kwantyfikację map (czyli poprzez liczenie aktywnych kwadratów). Jednak rozmiar siatki bezpośrednio kształtuje wyniki: duże kwadraty mogą przeszacować rozmiar mapy, podczas gdy małe kwadraty zwiększają ryzyko niedopróbkowania. Najnowsze dowody sugerują, że mapowanie nTMS można wykonać bez siatek, stosując podejście prowadzone anatomicznie z gęstszymi bodźcami w pobliżu punktów anatomicznych i krawędzi mapy⁷⁵.

Z mapowania silników można wyprowadzić kilka parametrów ilościowych, takich jak środek ciężkości (CoG), powierzchnia mapy silnika oraz objętość. CoG definiuje się jako położenie ważone amplitudowo w współrzędnych, które reprezentuje środek reprezentacji motorycznej⁵⁸. Badania seryjne wykazały zmiany w CoG u pacjentów z guzem mózgu^{76, 77, 78, rejestrując} dowody na reorganizację funkcjonalną w czasie kory ruchowej. Obszar i objętość mapy motorycznej reprezentują przestrzenny zasięg reprezentacji motorycznej. Pole jest zwykle wyznaczane albo przez liczenie aktywnych kwadratów na siatce stymulacyjnej, albo przez interpolację spline w stymulacji bezsiatkowej, która łączy dodatnie punkty stymulacji gładkimi krzywymi wielomianowymi, generując ciągłą powierzchnię lub objętość⁵⁶. Te wskaźniki można monitorować podłużnie (badanie kontrolne lub ocena interwencji) lub porównywać z półkulą przeciwlegacyjną, aby zbadać plastyczność ruchową kory 79,80,81,82. Ilościowe metryki mapowania ruchowego mają potencjał rozszerzenia poza neuroonkologię, dostarczając biomarkerów integralności układu ruchowego i plastyczności związanej z chorobą w chorobach neurologicznych^55,83.

Chociaż nTMS jest już dobrze ugruntowany w przedoperacyjnym mapowaniu ruchowym, należy przyznać kilka ograniczeń. Po pierwsze, dokładność współrejestracji i mapowania korowego pozostaje częściowo zależna od operatora. Odpowiednie szkolenie z obsługi cewek, stabilności śledzenia głowy oraz szybkiej regulacji stymulacji jest wymagane, aby zapewnić niezawodność i powtarzalność techniki, choć wcześniejsze badania wykazały, że nTMS zapewnia niezawodną topografię motoryczną z dobrą współpracą między ekspertami a początkującymi egzaminatorami⁸⁴. Drugim ograniczeniem jest wpływ obrzęku okołokołowego i efektu masowego na traktografię. Nadmierny obrzęk okołowyczny może obniżyć dokładność rekonstrukcji CST opartej na nTMS, szczególnie w wokselach sąsiadujących z uszkodzeniem⁸⁵. Podobnie, rozbieżności między zestawami danych przedoperacyjnych a rzeczywistą anatomią śródoperacyjną mogą wystąpić w wyniku przesunięcia mózgu wewnątrzoperacyjnego^86,87. Ponieważ przesunięcia mózgu nie da się w pełni zapobiec – zwłaszcza w guzach z ważnym efektem masowym – dokładność obszarów ruchowych pochodzących z nTMS (zarówno korowych, jak i podkorowych) może spaść w późniejszych etapach resekcji. Kilka strategii może złagodzić te nieścisłości, w tym ograniczenie niepotrzebnej ekspozycji kory, wielokrotne sprawdzanie powierzchownych punktów anatomicznych⁸⁸ oraz stosowanie obrazowania wewnątrzoperacyjnego, takiego jak MRI, USG czy tomografia, w połączeniu z korekcją deformacji mózgu 89,90,91,92 . Wreszcie, jeśli chodzi o bezpieczeństwo, nTMS wykazało korzystny profil bezpieczeństwa u pacjentów z padaczką związaną z nowotworami. W dużych seriach napady wywołane stymulacją są rzadkie lub nieobecne podczas mapowania przedoperacyjnego⁹³, co wspiera bezpieczeństwo tej techniki, gdy zachowane są odpowiednie środki ostrożności.

Ogólnie rzecz biorąc, nTMS dostarcza klinicznie użytecznych informacji funkcjonalnych do planowania chirurgicznego i otwiera drogę do badań podłużnych plastyczności układu ruchowego w różnych chorobach neurologicznych lub psychiatrycznych.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Oprogramowanie Elements	BrainLAB AG, Monachium, Niemcy		Oprogramowanie do przetwarzania obrazu i oprogramowanie do neuronawigacji operacyjnej
Neuronawigacyjny system TMS	Nexstim, Helsinki, Finlandia	System NBS 5.1	Nawigowany system TMS z cewką w kształcie ósemki i wzmacniaczem EMG
Elektrody powierzchniowe do rejestracji EMG	Natus, Middleton, WI, USA	9013L0453	Do nagrywania EMG