Standaryzowany protokół do funkcjonalnego mapowania motorycznego z wykorzystaniem nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej
February 27th, 2026
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.
Przedstawiamy standaryzowany protokół mapowania ruchowego i oceny drogi korowo-rdzeniowej z wykorzystaniem nawigowanego TMS w połączeniu z DTI, odpowiedni do planowania neurochirurgicznego i badań nad neuroplastycznością. Chociaż bezpośrednia stymulacja elektryczna wewnątrzoperacyjna jest złotym standardem w mapowaniu ruchów, istniejące metody przedoperacyjne są ograniczone. Konieczne są ulepszone metody mapowania ruchowego przed operacją, aby pomóc neurochirurgom poprawić planowanie operacji i lepiej ocenić ryzyko chirurgiczne.
Protokół ten wykorzystuje nawigowany TMS do precyzyjnego mapowania szlaków ruchowych i ulepszonego planowania operacji. Na początek zaimportuj wysokorozdzielcze anatomiczne obrazy mózgu obiektu do systemu neuronawigacyjnego, aby uzyskać trójwymiarową rekonstrukcję mózgu. Zaznacz kluczowe punkty anatomiczne na obrazowaniu rezonansu magnetycznego w oprogramowaniu neuronawigacyjnym, identyfikując nos, prawe ucho i lewe ucho.
Teraz ustaw obiekt na wygodnym fotelu z lekkim odchyleniem, aby zmniejszyć napięcie pleców. Dostosuj zagłówek, aby podtrzymywał głowę i szyję na początku. Przyłóż lokalizator głowy na czoło obiektu.
Za pomocą pióra cyfrowego współrejestruj kluczowe punkty anatomiczne obiektu z importowanym obrazem w oprogramowaniu neuronawigacyjnym i doprecyzuj rejestrację, digitalizując dodatkowe punkty na głowie dla dopasowania powierzchni skóry głowy. Zweryfikować współrejestrację, zapewniając błąd współrejestracji poniżej trzech milimetrów. Następnie załóż zatyczki do uszu i podczas stymulacji załóż ochronne nauszniki.
Następnie przygotuj skórę na docelowym mięśniu, delikatnie skrobając go za pomocą podkładek alkoholowych, a następnie przymocuj elektrody powierzchniowe. Umieść elektrody powierzchniowe na interesujących się mięśniach za pomocą montażu brzucha-ścięgno, a elektrodę uziemiającą na neutralnym miejscu. Podłącz wszystkie elektrody do wzmacniacza elektromiografii.
Rozpocznij pobieranie elektromiografii i sprawdź, czy mięśnie są w spoczynku. Na renderowanej objętości mózgu w oprogramowaniu neuronawigacyjnym dostosuj głębokość łuszczenia do odległości od 15 do 25 milimetrów od skóry głowy, aby optymalnie zobrazować anatomię kory na podstawie indywidualnych cech przypadku, a następnie rozpocznij jednostkę stymulacyjną. Ustaw cewkę stymulacyjną styczną do skóry głowy i ustabilizuj ją, trzymając jedną rękę na rączce, a drugą na powierzchni cewki, aby utrzymać stabilny kontakt podczas przesuwania.
Stymuluj z intensywnością wystarczającą, aby wywołać potencjały wycofane silnikiem w zakresie amplitudy od 100 do 500 mikrowoltów. Teraz dostosuj orientację cewki w zależności od odgałęzienia, które jest mapowane. Dla kończyny górnej i twarzy utrzymuj zwój prostopadle do bruzdy centralnej, aby zapewnić indukowany prąd od tyłu do przodu.
W dolnej kończynie ukierunkuj zwoj prostopadle do linii środkowej strzałku, aby wygenerować kierunek prądu w kierunku środkowym lub bocznym. Wykonuj stymulacje w obszarze docelowym. Rozstaw stymulację w odległości od jednego do dwóch milimetrów i pobieraj trzy równoległe linie wzdłuż gyrusu.
Każdą stymulację odstaw co najmniej 1,5 sekundy. Przerwij mapowanie trasy, gdy zostanie zarejestrowanych 20 do 30 potencjałów pobudzonych ruchowych na mięsień, i przejrzyj wszystkie potencjały wywołane ruchowe. Następnie wyświetl nagrania za pomocą znormalizowanej skali kolorów, aby zidentyfikować hotspot dla każdego mięśnia, definiowany jako punkt stymulacji wywołujący największą amplitudę potencjalną wywołaną przez ruch.
Znajdź obszar zawierający odpowiedzi o najwyższej amplitudzie i wybierz pojedynczą odpowiedź o największej amplitudzie w tym obszarze. Dla każdego mięśnia wybierz hotspot, aby określić spoczynkowy próg ruchowy, aby przechować pozycję i orientację skrętu do regularnego użytkowania podczas pomiaru progu oraz określić spoczynkowy próg ruchowy dla każdego mięśnia. Upewnij się, że badany pozostaje całkowicie rozluźniony bez mimowolnych skurczów mięśni.
Dla każdego mięśnia wykonaj stymulację na poziomie 105% do 110% jego spoczynkowego progu ruchowego. Stosując tę samą orientację cewek co podczas mapowania kursu, zmniejszasz odstępy między punktami stymulacji dla wyższej rozdzielczości. Rozróżnimy funkcjonalne mapy motoryczne jako obszary korowe, gdzie nawigowana przezczaszkowa stymulacja magnetyczna generuje potencjały wywołane przez silnik o napięciu 50 mikrowoltów lub wyższym.
Stymuluj tak, aż mapy ruchowe będą otoczone jedną lub dwiema kolejnymi liniami negatywnych miejsc, które nie wywołują potencjałów motorycznych. Upewnij się, że mapy motoryczne są eliptyczne, z niewielką liczbą negatywnych miejsc w środku. Dla punktów negatywnej stymulacji na mapie ruchowej wykonuj dodatkowe stymulacje w różnych momentach, aby uwzględnić przejściowe zmiany pobudliwości kory ruchowej.
Otwórz panel przeglądowy wywołany przez ruch lub podgląd sygnału w oprogramowaniu neuronawigacyjnym. Sprawdź każdy zarejestrowany potencjał wywołany przez silnik, aby skorygować amplitudę i opóźnienie oraz w razie potrzeby dostosować markery. Wyklucz z zbioru artefaktów lub nieprawidłowych punktów stymulacji i pokaż mapę ruchową dla każdego mięśnia w formacie binarnym.
Eksportuj dodatnie punkty stymulacji na głębokości 15, 20 i 25 milimetrów w formacie binaryzowanym DICOM. Wykorzystaj te pliki do śledzenia włókien, wykorzystując pozytywne punkty stymulacji jako punkty zalążkowe do rekonstrukcji drogi korowo-rdzeniowej. Do analizy mapowania ruchowego zaimportuj pliki DICOM z mapami motorycznych do oprogramowania do analizy obrazów kompatybilnego z neuronawigacją neurochirurgiczną w celu usunięcia guza mózgu.
Zarejestruj anatomiczny obraz ważony T1 za pomocą DICOM-ów mapy motorycznej oraz plików obrazowania ważonego dyfuzją. Generuj obiekty z DICOM-ów mapy silnika i powiększ je o jeden do dwóch milimetrów, aby zwiększyć czułość. Przytnij mapy silnikowe, aby wykluczyć uszy i nos, aby uniknąć błędnej rekonstrukcji włókien podczas traktografii.
Ręcznie narysuj końcowy obszar zainteresowania na poziomie dolnej pontyny, po tej samej stronie co zmapowana półkula. Wykonaj śledzenie światłowodu, używając obszarów mapy motorycznej zainteresowania jako punktów startowych oraz obszaru zainteresowania pontinowego jako punktu końcowego. Wybierz odpowiedni algorytm traktografii, taki jak deterministyczne uproszczone śledzenie lub probabilistyczna traktografia, i dostosuj parametry śledzenia do konkretnego przypadku.
Na koniec segmentuj guz mózgu i stwórz odpowiadający mu obiekt w oprogramowaniu analitycznym. Przedstawij drogę korowo-rdzeniową oddzieloną na części kończyny różnymi kolorami lub jako jednolity trakt z całego mapowania ruchowego. Próg ruchowy spoczynku został określony w gorącym punkcie pierwszego mięśnia grzbietowego śródkostnego zidentyfikowanego podczas mapowania przebiegu u zdrowego pacjenta, a pozycja i orientacja zwoja były utrzymywane w tym samym miejscu podczas zabiegu za pomocą celu neuronawigacyjnego.
Mapowanie motoryczne zdrowego pacjenta wykazało reprezentacje korowe dla lewej kończyny dolnej, górnej i twarzy, z dodatnimi miejscami stymulacji oznaczonymi kolorami według potencjalnej amplitudy motorycznej oraz negatywnymi miejscami na szaro. Mapowanie kory ruchowej oraz rekonstrukcja dróg korowo-rdzeniowych wykonano u pacjenta z przerzutami do mózgu spowodowanymi rakiem płuc z udziałem zakręcenia przedruchowego z deficytem ruchowym kończyny górnej. Łącząc neuronawigację z anatomicznym mózgiem badanego, protokół NTMS umożliwia precyzyjną identyfikację i wyznaczenie ruchowych obszarów korowych w mniej niż 19 minut.
Staranny dobór intensywności stymulacji jest kluczowy, ponieważ wpływa on na określenie potencjału wywołanego przez ruch oraz interpretację map ruchowych. Poziom wyniku netto zapewnia konserwatywną mapę przybliżającą bezpośrednią stymulację elektryczną. Technika ta została opracowana, aby dostarczać klinicznie użytecznych informacji funkcjonalnych do planowania operacji.
Ponadto wiemy obecnie, że technika ta może być stosowana do oceny podłużnej plastyczności ruchowej w różnych zaburzeniach neurologicznych lub psychiatrycznych.
Overview
This article presents a standardized protocol for motor mapping and corticospinal tract (CST) assessment using navigated transcranial magnetic stimulation (nTMS) combined with diffusion tensor imaging (DTI). The protocol is designed for neurosurgical planning, functional mapping, and neuroplasticity research, enabling precise delineation of motor cortical regions and their subcortical projections. The method is clinically applicable, reproducible, and suitable for integration into routine workflows.
Key Study Components
Area of Science
- Neurosurgery
- Neurophysiology
- Neuroimaging
Background
- Intraoperative direct electrical stimulation is the gold standard for motor mapping, but preoperative methods are limited.
- Neuronavigation systems optimize coil positioning during repetitive TMS (rTMS) treatments.
- nTMS is increasingly used for functional mapping of motor and language areas, especially before tumor resection.
- Combining nTMS with DTI allows for detailed mapping of motor pathways and assessment of cortical plasticity.
Purpose of Study
- To provide a reproducible protocol for motor mapping using nTMS and DTI-based CST reconstruction.
- To improve preoperative motor mapping for neurosurgical planning and risk assessment.
- To enable detection of functional reorganization in patients with brain lesions.
Methods Used
- Import high-resolution anatomical brain images into neuronavigation software for 3D reconstruction.
- Coregister anatomical landmarks and scalp points for accurate subject-image alignment.
- Apply surface electrodes and perform electromyography (EMG) during nTMS stimulation.
- Map motor cortical areas by stimulating at defined intensities and coil orientations, recording motor evoked potentials (MEPs).
- Identify hotspots and determine resting motor thresholds for each muscle.
- Export positive stimulation points for DTI-based fiber tracking and CST reconstruction.
- Integrate motor maps and tractography data into neurosurgical planning software.
Main Results
- The protocol enables rapid and precise identification of motor eloquent cortical regions (in under 19 minutes in healthy subjects).
- Motor mapping reveals distinct cortical representations for different muscle groups.
- Combining nTMS with DTI allows for individualized CST reconstruction, even in patients with brain tumors or lesions.
- The method supports detection of functional reorganization and assessment of motor system integrity.
Conclusions
- The nTMS-DTI protocol is clinically applicable and reproducible for presurgical planning.
- It provides functional information that can guide individualized surgical strategies to maximize lesion resection while preserving motor function.
- The approach is valuable for neuroplasticity research and rehabilitation planning in neurological and psychiatric disorders.
Frequently Asked Questions
Chapters in this video
0:00
Introduction
0:48
Processing Neuroimaging Data for Neuronavigation and Subject Preparation
1:58
Preparation of Mapped Muscles
2:40
Coarse Mapping to Identify the Hotspot and Determine the Resting Motor Threshold (RMT)
5:01
Fine Mapping
6:14
Post-Processing Analysis of MEP Data and Export
7:05
Post-Processing Analysis of Motor Mapping
8:38
Results
9:34
Conclusion
