Стандартизированный протокол для функционального моторного картирования с использованием навигационной транскраниальной магнитной стимуляции

Summary

Здесь мы описываем стандартизированный протокол моторного картирования с использованием nTMS в сочетании с диффузионной тензорной визуализацией (DTI) реконструкции кортикоспинального тракта (CST). Протокол воспроизводим, клинически осуществим и легко интегрируется в рутинные клинические рабочие процессы, предоставляя надёжную и ценную основу для оценки моторных путей, исследований нейропластичности и планирования реабилитации.

Abstract

Навигационная транскраниальная магнитная стимуляция (nTMS) основана на интеграции индивидуальных данных мозговой визуализации для определения точного положения стимулирующей катушки, что позволяет анатомически управлять кортикальные мишени. Интерес нейронавигационных систем хорошо известен в оптимизации позиционирования катушек во время повторяющихся процедур ТМС (rTMS). Кроме того, nTMS всё чаще применяется для функционального картирования областей мозга в различных областях, таких как идентификация и разграничение красноречивых моторных и языковых областей перед резекцией опухоли. Помимо полезности для оптимизации нейрохирургических процедур, nTMS-картирование может служить инструментом для мониторинга пластичности коры и количественной оценки целостности моторной системы при различных неврологических заболеваниях. В этой методологической статье представлен стандартизированный протокол моторного картирования с использованием nTMS в сочетании с диффузионной тензорной визуализацией (DTI) реконструкции кортикоспинального тракта (CST). Такой подход позволяет точно определить яркие области моторной коры и их подкорковые проекции, а также выявить функциональные реорганизации у пациентов с соседними поражениями. При интеграции в предоперационное планирование этот метод предоставляет рекомендации по индивидуализированным хирургическим стратегиям, направленным на максимальную резекцию поражения при сохранении моторной функции. Представленный здесь протокол воспроизводим, клинически применим и подходит для интеграции в рутинные рабочие процессы. Это перспективный инструмент для исследований нейропластичности и планирования реабилитации.

Introduction

Максимизация степени резекции при моторно-красноречивых опухолях мозга при минимизации послеоперационных моторных дефицитов остаётся центральной задачей в нейрохирургии. Интраоперационная карта прямой электрической стимуляции (DES) является «золотым стандартом» для получения достоверной анатомо-функциональной информации о корковой и подкорковой репрезентации моторных ^путей 1,2,3,4,5. Однако для предоперационного планирования, стратификации рисков и оптимального консультирования пациентов крайне важно определить индивидуальную функциональную анатомию до операции. Связь между анатомией и функцией в кортикальных моторных областях нельзя определить с помощью традиционной структурной магнитно-резонансной томографии мозга (МРТ), поскольку опухоли мозга могут вызывать значительные анатомические искажения или пластическую реорганизацию моторных сетей.

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) была введена как неинвазивный метод для исследования моторной^{коры 6} и позже адаптирована для функционального картирования моторной^{коры 7,8}, включая предоперационные испытания с записью моторных вызванных потенциалов (МЕП) из различных мышц с помощью поверхностной электромиографии ^9,10,11. Ранние ненавигационные протоколы TMS были технически требовательными и не обладали анатомической точностью. Последующая интеграция с отдельными данными МРТ и навигация на основе электрических полей позволила точно направлять точки стимуляции, улучшая анатомо-функциональную^{точность} 12,13,14 и ^{воспроизводимость 15,16}. Напрямую вызывая MEP, навигированный TMS (nTMS) обеспечивает временное разрешение в миллисекундном масштабе и пространственную локализацию кортикоспинального выхода субсантиметра с хорошей согласованностью с интраоперационным DES 17,18,19. НТМС, управляемый изображением, безопасен, хорошо переносится^20,21 и одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) для предоперационного функционального картирования моторной коры более 15^{лет 22}.

В моторном картировании кортикальные представления определяются путём выборки амплитуд MEP в целевых участках стимуляции для построения специфических для пациента^{моторных карт 23}. По сравнению с функциональным МРТ, основанным на задачах (fMRI), nTMS демонстрирует более точное пространственное соответствие с интраоперационным^DES 24,25,26. Хотя внутриоперационные решения в конечном итоге зависят от ДЭС, когда поражения прикасаются или проникают в моторные области, предоперационный nTMS предоставляет ценную дополнительную информацию, экспортируя стимулирующие участки в качестве семян для реконструкции кортикоспинального тракта (CST) в рамках диффузионной тензорной визуализации (DTI). Этот подход особенно полезен для оценки целостности кортикоспинальной целостности, когда опухоли в основном поражают моторные тракты в подкорковой белой^{материи 27,28}. Кроме того, предоперационное моторное картирование nTMS показало хорошее положительное прогностическое^{значение 29,30} и высокое отрицательное^{прогностическое значение 29,30,31}, с улучшенными хирургическими^{результатами 17,18,19,32}. Недавно также было доказано, что он эффективен как инструмент для оценки послеоперационной моторной^{функции 31,33}. По этим причинам моторное картирование nTMS всё чаще используется как для предоперационной оценки, так и для послеоперационного наблюдения в нейрохирургии. Методологические рекомендации по картированию коры с nTMS были опубликованы в 2017^{году 34}. В свете этих недавних исследований и интеграции современных методов визуализации эту методологию теперь можно усовершенствовать для предоставления более точных рекомендаций для клинической и исследовательской практики.

В этой статье мы представляем стандартизированный протокол проведения моторного картирования с помощью nTMS, объединяющий различные методы для оценки предоперационных корковых и подкорковых представлений моторных путей для планирования резекции опухоли в реальных клинических условиях.

Protocol

Это исследование было проведено в соответствии с национальными и международными этическими рекомендациями для исследований на людях. Ретроспективный анализ анонимных данных пациентов, собранных во время планового ухода, проводился с информированным согласием, полученным во время оказания помощи, в соответствии с французскими нормативными актами. Демонстрационные данные здоровых испытуемых, являющихся соавторами рукописи, были включены с письменным информированным согласием на участие и публикацию данных и изображений. Это современный протокол, используемый в больнице Анри Мондор (Кретей, Франция) и Университетской больнице Орхуса (Дания) для предоперационного планирования при хирургии опухолей мозга.

1. Сбор данных нейровизуализации для нейронавигации

1. Проверьте отсутствие противопоказаний к нТМС и МРТ с помощью медицинских записей и интервью пациента, включая внутричерепное ферромагнитное устройство, неконтролируемую эпилепсию, кардиостимулятор, беременность или грудное^{вскармливание 35}.
2. Получите высококачественное анатомическое изображение мозга, включающее как уши, так и вершину черепа (без складок и деформаций от наушников МРТ), чтобы обеспечить точную реконструкцию мозга с помощью нейронавигационной системы.
   1. Используйте следующую рекомендацию для последовательности МРТ:
      3D T1-взвешенный (T1w) анатомический градиент-эхо
      1-мм изотропные воксели (или меньше)
      ≥Система МРТ 1,5 Теслы (предпочтительно 3 Т).
   2. В качестве альтернативы используйте следующие допустимые последовательности:
      3D-FLAIR
      Контрастный 3D T1w
3. Получите диффузионно-взвешенную визуализацию (DWI) перед контрастной инъекцией для последующего метода диффузионной тензорной визуализации (DTI)³⁶.
   1. Используйте следующие минимальные параметры^{приобретения 37}:
      Изотропные 2-мм воксели
      Направления диффузионного кодирования: ≥ 25
      B-значение: ≈ 800 с/мм²
      Изображения без диффузионного взвешенного значения: ≥ 3 b0 объема (b = 0 s/mm²)
   2. Используйте следующие рекомендуемые параметры (для улучшения оценки тензоров и трактографии):
      Направления кодирования диффузии: ≥ 64
      B-значения: 1000 с/^{мм 2}
      Более высокое пространственное разрешение (≤ изотропное расстояние 2 мм)

2. Подготовьте предмет

1. Импортировать анатомическое МРТ-изображение субъекта в нейронавигационную систему для создания 3D-реконструкции мозга.
2. Отметьте ключевые анатомические точки на МРТ в программном обеспечении нейронавигации (насион, правое ухо, левое ухо).
   1. Используйте корень crus helicis для большей точности.
   2. Альтернативно, используйте трагус, но его большая поверхность может увеличить несоответствие при сорегистрации.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы сократить картографирование моторов, эти подготовительные этапы можно выполнить перед установкой объекта в комнате.
3. Разместите объекта в удобном кресле с лёгким откидыванием (20-30°), чтобы снизить напряжение^{спины 38}. Отрегулируйте подголовник, чтобы поддерживать голову и шею в точке входа.
4. Проверьте на наличие металлических предметов в области головы и шеи (например, серьги, шпильки, пирсинги) и удалите их перед началом процедуры.
5. Подготовьте кожу на лбу для установки головного трекера.
   1. Очищайте кожу спиртовыми прокладками или мягким абразивным гелем.
   2. Убедитесь, что кожа полностью сухая перед установкой трекера.
6. Поставьте трекер головы на лоб, чтобы он оставался стабильным на протяжении всей сессии стимуляции.
   1. Расположите её выше бровей и ниже линии роста волос.
   2. Положите её либо в центр, либо слегка вбок.
   3. Фиксируйте трекер с помощью клеевой поверхности или с помощью резинки.
7. Совместно регистрируйте ключевые анатомические точки пациента с импортированным изображением в программном обеспечении нейронавигации (см. рисунок 1).
   1. Используйте перо для оцифровки, чтобы отметить анатомические ориентиры.
   2. Убедитесь, что мочки ушей свободны от подголовника, чтобы избежать смещения ориентиров³⁹.
   3. Если анатомия уха на МРТ выглядит искажённой (например, сложенная ушная ушная шпинка), перед оцифровкой переопределите соответствующую точку на изображении.
8. После завершения программа проверяет три фидуциальных точки, если ошибка несоответствия ниже 3 мм. Если ошибка несоответствия слишком велика, выполните следующие шаги по порядку:
   1. Оцифровайте ключевые анатомические точки пациента во второй раз.
   2. Переопределите анатомические точки левого и правого уха на МРТ.
   3. Оцифровывайте, аккуратно нажимая на спираль мочки уха, так как МРТ-наушники могли сместить ухо на несколько миллиметров.
9. Уточните регистрацию, оцифровав дополнительные точки на коже головы (сопоставление поверхности кожи головы).
10. Валидируйте совместную регистрацию с ошибкой корегистрации ниже 3 мм (предпочтительно 2 мм). Если несоответствие превышает 3 мм, повторяйте шаги 2.7–2.9.

Рисунок 1: Совместная регистрация головы пациента с анатомическим МРТ. Слева: регистрация на основе достопримечательностей. Верхние панели: Идентификация анатомических ориентиров на МРТ (левое ухо, назионное, правое ухо) в программном обеспечении нейронавигации. Нижние панели: оцифровка ориентиров на пациенте с помощью оцифровывающей ручки. Правая сторона: Уточнение поверхности с использованием дополнительных точек для головы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

3. Подготовка картированных мышц

1. Дайте беруши испытуемому и надевайте защитные наушники во время стимуляции.
2. Подготовьте кожу над целевой мышцей, аккуратно соскребая кожу спиртовыми прокладками и/или ватными прокладками с мягким абразивным гелем.
3. Разместите поверхностные электроды на интересующие мышцы в монтаже живота и сухожилия, как для рутинных клинических депутатов Европарламента. Можно одновременно картировать до шести различных мышц.
4. Разместите заземляющий электрод на нейтральном месте, например, на плечевом пеньке, на спинной поверхности руки или на медиальной большеберцовой кости.
5. Подключите все электроды к усилителю ЭМГ.
6. Начните приём ЭМГ, чтобы отобразить непрерывный ЭМГ всех каналов и убедиться, что мышцы находятся в состоянии покоя.
7. Проверьте, свободны ли каналы EMG от чрезмерного шума 50/60 Гц (< 50 мкВ). Если электрический гул чрезмерный, попробуйте следующие шаги по порядку:
   1. Проверьте, что электроды прочно прикреплены к коже без отслоения.
   2. Переместите кабели электродов внутри кресла, чтобы избежать контакта с металлическими деталями или полом.
   3. Сдвините дистальную часть электрода подальше от нейронавигационной системы и от источников переменного тока.
   4. Замените электроды и закрепите их с другой ориентацией кабеля (см. шаги 3.7.2 и 3.7.3).
   5. Отключите кресло от источника питания.
   6. Поместите заземляющий электрод на ту же конечность, что и отмеченные мышцы.
   7. Повторяйте шаги по порядку, пока шум не снизится ниже порога.
8. Когда шум 50/60 Гц будет минимизирован, возобновите запись EMG для сброса базовой линии.
9. После выполнения этих этапов подготовки приступайте к грубому картированию выбранных мышц.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Стандартная сессия картирования должна включать как минимум одну мышцу на сегмент верхней конечности и две мышцы нижней конечности. В таблице 1 перечислены часто картируемые мышцы, которые следует адаптировать в соответствии с местом поражения и клинической картиной^{пациента 34}.

Конечность	Мышцы	Альтернативы(ы)
Рука	Первый интероссеус дорсальный (FDI)	Похититель Поллицис Бревис (APB)
	Абдуктор Дигити Миними (ADM)
Предплечье	Сгибательный карпи радиалис (FCR)	Разгибатель радиального мышца (ECR)
Рука / Плечо	Бицепсы	-
	Дельтовидная мышца
Нога	Передняя большеберцовая кость (ТА)	Soleus (SOL)
Фут	Галлюцис-похититель (AH)	Медиальный плантар (MP)
Лицо	Орбикулярис Орис	Насалис

Таблица 1: Рекомендуемые мышцы для моторного картирования.

4. Грубое картирование для идентификации горячей точки и определения порога мотора покоя (RMT)

1. На отображённом объёме мозга в программе регулируйте глубину шелушения от 15 до 25 мм до кожи головы в каждом отдельном случае, чтобы лучше раскрыть кортикальную анатомию. Цель — визуализировать предцентральную и постцентральную извилину, центральную борозну, а также верхнюю и нижнюю лобные борозды.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Идентификация прецентральной извилины становится проще, когда испытуемый представляет ручку руки в форме^{омеги 40,41}. Однако этот ориентир^{нестабилен — 42,43}. В таких случаях рекомендуется использовать несколько методов для идентификации прецентральной^извины 43,44,45.
2. Запускай стимулятор.
3. Разместите стимуляционную (восьмёрку) катушку касательной к коже головы (см. рисунок 2).
   1. Стабилизируйте катушку одной рукой на рукоятке, другой — за катушку, чтобы сохранить стабильный контакт с кожей головы при перестановке.
   2. Используйте нейронавигационную помощь (угол катушки, расстояние от катушки к голове, индикаторы наклона), чтобы обеспечить точное позиционирование катушки над каждым пунктом стимуляции.
   3. Поддерживайте стабильное индуцированное электрическое поле (EF, V/m), избегая наклона катушки.
   4. Принимайте удобную позу, так как спираль может быть тяжёлой. Используйте рычаг для удержания троса, чтобы уменьшить натяжение кабеля, сохраняя при этом свободно двигаться катушка.
4. Стимулируйте с интенсивностью, отрегулированной для получения реакций в диапазоне амплитуд от пика до пика 100-500 мкВ⁴⁶.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно это достигается от 35% до 45% максимального выхода стимулятора (MSO) для верхних конечностей и от 50% до 80% MSO для нижних конечностей. Однако этот диапазон значений применим к здоровым пациентам и может быть выше, когда опухоль проникает в моторные области.
5. Обратите внимание, что ориентация катушки для грубого отображения (а также тонкого отображения) зависит от отображённой конечности (см. рисунок 3):
   1. Для верхней конечности и лица: сохраняйте расположение спирали, перпендикулярную центральной борозне (выровненное по борозне), чтобы поддерживать индуцированный электрический ток в направлении сзади или вперед⁴⁷.
      1. Для верхней конечности: начинайте стимуляцию над верхней частью (плечом) или средней частью (мышцы предплечья и кисти) задней стенки ручки руки, обращённой к верхней лобной борозне.
      2. Для лица: начните стимулировать по задней стенке предцентральной извилины, обращённой к нижней лобной борозде. Проверьте задержки отклика, чтобы убедиться, что они исходят из кортикобульбарных путей. У лицевых МЕП задержка составляет 7-13 мс, тогда как прямая мышечная реакция (рывок челюсти), вызванная nTMS, имеет задержку около 3-4 мс.
   2. Для нижней конечности: держите ориентацию катушки, перпендикулярную сагиттальной средней линии, с индуцированным электрическим током в направлении от середины до^{латерального 34}. Альтернативные ориентации спирали включают параллельно сагиттальной средней линии^{48, 49, 50} и/или перпендикулярно складкам парацентральной доли и прецентральной извилины.
6. Проводите стимуляцию над предцентральной извилиной.
   1. Точки стимуляции пространства находятся на расстоянии 2-5 мм друг от друга, либо визуально, либо с помощью сетки стимуляций.
   2. При визуальном выполнении возьмите три параллельные линии через извилину. Обычно этого достаточно.
   3. Интервал каждой стимуляции не менее чем на 1,5 секунды, желательно с рандомизированным интервалом между стимулами.
7. Если ответов не получено, увеличьте интенсивность стимула на 10% относительно начального значения и повторите как раньше.
8. Прекратите грубое картирование, когда на мышцу будет зафиксировано 20-30 ответов.
9. Проверьте всех депутатов Европарламента, чтобы исключить загрязнённые записи.
10. Определите «горячую точку» для каждой мышцы. «Горячая точка» — это стимулирующая точка, вызывающая MEP с наибольшей амплитудой. Для обеспечения надёжного определения горячей точки⁵¹
    1. Отобразите записи каждой мышцы с помощью нормализованной цветовой шкали.
    2. Определите область с MEP с наибольшей амплитудой.
    3. Сортируйте депутатов Европарламента по амплитуде — от самого высокого к минимальному.
    4. Выберите MEP с наибольшей амплитудой в этой области, избегая аномально высоких одиночных ответов (обычно первых 2 MEP).
11. Для каждой мышцы выберите горячую точку, чтобы определить порог моторного покоя (RMT). Это позволит сохранить положение и ориентацию катушки на протяжении всего процесса определения RMT, обеспечив надёжное^{измерение 52}.
12. Определите RMT для каждой мышцы отдельно, используя технику поиска^{порога 53} или определив минимальную интенсивность стимула (% MSO), вызывающую у MEP ≥ 50 мкВ в 5 из 10 последовательных испытаний (метод Россини-Ротвелла)⁵⁴. Используйте RMT каждой мышцы как ориентир для установки интенсивности стимула во время тонкой карты.

Рисунок 2: Экспериментальная настройка nTMS. Испытуемый сидит с лёгким откидком и опорой рук, а электроды ЭМГ размещены над мышцами. Оператор держит катушку в форме восьмёрки, стабилизируя её для поддержания тангенциального контакта с кожей головы, одновременно контролируя индуцированное электрическое поле (стрелки: направление, круг: интенсивность) и индуцированные МП. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Интерфейс нейронавигации во время картирования. Обратная связь в реальном времени о положении катушки (соединение синей и красной стрелок), наклоне катушки, направлении электрического поля (стрелка от синего к красному) и интенсивности поля (окрашенный окружающий кольцо), обеспечивая точную стимуляцию в каждом корковому участке. Верхняя панель: грубое отображение верхней конечности, при этом спираль ориентирована перпендикулярно центральной борозне. Нижняя панель: Точное отображение передней большеберцовой кости, с спиралией, ориентированной перпендикулярно сагиттальной средней линии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

5. Точное отображение

1. Убедитесь, что испытуемый полностью расслаблен, без непроизвольных сокращений мышц.
2. Для каждой мышцы выполняйте стимуляцию при 105-110% от её RMT.
   1. Используйте ту же ориентацию катушки, что и при крупном отображении (см. шаги 4.5 и 4.6).
   2. Уменьшите расстояние между точками стимуляции (4-6 параллельных линий на извилину).
   3. Поддерживайте межстимульный интервал ≥ 1,5 секунды, желательно рандомизированный.
3. Определите функциональные моторные карты как кортикальные области, где nTMS генерирует MEP ≥ 50 мкВ (от пика к пику).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для картирования нижних конечностей альтернативой является начинать с 110% от RMT верхней конечности и корректировать EF шагами ± 10 В/м, пока не получится стабильный^{MEP 34}.
4. Выполняйте стимуляцию до тех пор, пока моторные карты не будут ограничены одной-двумя последовательными линиями отрицательных сайтов, которые не вызывают MEP.
   1. Если четкая отрицательная граница не получена, продлевайте отбор, сохраняя то же расстояние, пока реакции не исчезнут надёжно.
   2. Если положительные ответы расширяются в необычных областях, проверьте и адаптируйте угол катушки, EF и RMT.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Количество точек на мышцу может варьироваться (от 30 до 100 импульсов) в зависимости от представления коры мышцы и степени смещения мозга, вызванного опухолью.
5. Избегайте ориентаций катушек, которые создают аномальные расположения или амплитуды MEP. В частности, ориентация 45° (относительно средней линии) может создавать MEP верхней конечности очень спереди и может не отражать точное представление моторной^{коры 47}.
6. Убедитесь, что моторные карты эллиптические, с несколькими негативными участками внутри. Для отрицательных точек стимуляции в моторной карте выполняйте дополнительные стимуляции в разные моменты оценки, чтобы контролировать временные изменения возбудимости моторной коры.
7. Если во время отображения возникает много негативных реакций (<50 мкВ), попробуйте выполнить следующие шаги по порядку:
   1. Попросите испытуемого оставаться бодрым, так как это часто отражает снижение бдительности.
   2. Проверьте, не снизилась ли интенсивность стимуляции.
   3. Рассмотрим повторение RMT, так как начальное значение могло быть обусловлено временным состоянием гипервозбудимости.
8. Если появляется много аномально высокоамплитудных MEP (> 1000 мкВ) и карта чрезмерно расширяется, попробуйте выполнить следующие шаги по порядку:
   1. Попросите испытуемого расслабить конечность, даже при необходимости показывая постоянную мышечную активность (сигнальная обратная связь).
   2. Если мышечная активность сохраняется, попросите испытуемого встряхнуть конечность или двигать её в более расслабленном положении. При необходимости приложите концентрическое пассивное движение на исследуемую мышцу (например, с помощью объекта для мышц кисти и галлюциса, либо с опорой стопы для передней большеберцовой мышцы).
   3. Рассмотрим повторение RMT, так как начальное значение могло быть обусловлено переходным состоянием гипоэксцитируемости моторной коры.

6. Анализ обработки данных MEP и экспорт

1. Проверьте и скорректируйте MEP для каждой мышцы.
   1. Откройте панель обзора MEP или просмотр сигналов в программном обеспечении нейронавигации.
   2. Проверьте каждый записанный MEP для коррекции амплитуды и задержки, а при необходимости корректируйте маркеры.
2. Исключайте точки артефактической или аномальной стимуляции.
   1. Откройте список стимуляций или рабочее пространство для отображения в программном обеспечении.
   2. Удалите стимуляционные испытания с артефактами или неправильными положениями катушек (см. рисунок 4).
3. Отобразите моторную карту каждой мышцы в двойном формате (положительный/отрицательный; выше/ниже 50 мкВ).
4. Экспортируйте положительные точки стимуляции в формате DICOM с глубиной 15, 20 и 25 мм. Используйте эти файлы для отслеживания волокон для реконструкции CST, используя положительные точки стимуляции как семена для трактографии.
5. Для измерения других параметров корковых карт (центр тяжести, плотность карты, размер моторной карты) экспортировать данные на глубине отслаивания стимуляции или при 20 мм (стандартная глубина отслаива^{) 25, 55, 56, 57, 58}.

Рисунок 4: Анализ постобработки данных MEP .Следы MEP проверяются для коррекции маркеров амплитуды и латентности и исключения артефактических исследований (правая панель: пример исследования, загрязнённого продолжающейся ЭМГ-активностью). Две стимуляции (красные круги) иллюстрируют «аномальные реакции», возникающие в отрицательной зоне, вероятно, связанные с эффектами ориентации на спираль. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

7. Анализ моторного отображения после обработки

1. Импортируйте DICOM моторных карт в программное обеспечение для анализа изображений, подходящее для нейрохирургической нейронавигации с целью удаления опухолей мозга.
2. Зарегистрируйте анатомическое изображение (T1w) с моторными картами DICOM и DWI. При необходимости импортировать и регистрировать дополнительные изображения (например, FLAIRw, SWI, T1w-gadolinum enhanced).
3. Генерируйте объекты из моторных карт DICOM и увеличивайте их на 2-3 мм для повышения чувствительности⁵⁹.
4. Обрезайте моторные карты, чтобы удалить уши и назион и предотвратить аномальную реконструкцию волокон во время отслеживания волокна.
5. Нарисуйте финальный ROI вручную на нижнем понтинном уровне, ипсилатерально отображённому полушарию.
6. Выполните отслеживание волокон, используя ROI моторной карты в качестве семян и понтинный ROI как конечную точку. Широко используемые алгоритмы трактографии включают детерминированное обтекающее отслеживание или вероятностную трактографию в зависимости от клинического вопроса и результатов отслеживания волокна.
   ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании открытого программного обеспечения для диффузии перед трактографией требуется несколько этапов предварительной обработки (обезшумление, коррекция артефактов по Гиббсу, коррекция движения и искажений, коррекция поля смещения B1, подгонка тензоров и генерация карт FA).
7. Корректируйте параметры отслеживания оптоволокна в индивидуальном анализе. Рекомендуемые параметры включают минимальную длину 110-120 мм, максимальный угол 30° и FA, установленный на 75% порога FA (FAT, соответствующий FA, при котором первые волокна CST становятся видимы) ^60,61.
8. Сегментируйте опухоль мозга на других изображениях (например, FLAIR, гадолиний T1w) и создайте соответствующий объект.
9. Отображайте CST либо для каждой части конечности (в разных цветах), либо для всей моторной карты.
10. Интегрировать все данные (семена коры, CST, объект с опухолями мозга) в навигационное обеспечение операционной для нейрохирургии.

Results

Мы представляем репрезентативные шаги и результаты моторного картирования, полученные у различных здоровых пациентов и у пациентов, проходивших моторное картирование в клинической среде с использованием нашей нейронавигационной системы ТМС. Реконструкция КСТ проводилась с помощью программного обеспечения для обработки визуализации, подходящего для планирования нейрохирургии, способного к мультимодальной регистрации изображений и трактографии на основе DTI. Система нейронавигации интегрирует навигируемую катушку в форме восьмёрки, стереотаксичную камеру, усилитель ЭМГ и обеспечивает визуализацию индуцированного электрического поля в реальном времени при реконструкции 3D-мозга с помощью индивидуальной многосферной модели головы.

На рисунке 5 показано определение RMT в горячей точке, определённое на основе грубого картирования. Положение и ориентация катушки сохраняются на одном и том же месте на протяжении всей процедуры с помощью нейронавигационной цели. На рисунке6 показана моторная карта здорового объекта. Левая нижняя конечность (бедро, нога, стопа), верхняя конечность (плечо, предплечье, кисть) и лицо были нанесены на карту. Положительные участки стимуляции (цветокодированные амплитудой MEP) и отрицательные участки (серые) определяют моторную корическую репрезентацию. На рисунке7 показаны моторные карты и реконструкция КСТ у пациента с метастазами рака лёгких, затрагивающими премоторную область и выявляющимися моторным дефицитом верхней конечности.

Рисунок 5: Грубое картирование и определение РМТ в горячей точке (First Interosseus dorsalis) у здорового испытуемого с использованием нейронавигационного ТМС. Горячая точка, идентифицированная с помощью грубого картирования (нижняя левая панель), выбирается в качестве цели для определения RMT. Положение и ориентация спирали сохраняются в одном и том же месте на протяжении всей процедуры с помощью мишени для нейронавигации (нижняя правая панель). Моторно-вызванные потенциалы (МП) приобретаются с помощью непрерывных следов ЭМГ и эпохальных ответов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6: Картирование моторной коры нижней конечности, верхней конечности и лицевой мышц с помощью нейронавигационного ТМС. Мышцы, зафиксированные в нижних конечностях: четырёхмышленная мышца бедра (зелёный), передняя большеберцовая мышца (оранжевый), галлюцисный отталкивающий мышец (жёлтый). Мышцы, зафиксированные в верхних конечностях: минимальные пальцы абдуктора (зелёный), сгибательный запясть-радиалис (оранжевый), дельтовидный (жёлтый). Мышцы, отмеченные на лице: насалис (синий), треугольник (фиолетовый). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7: Моторное кортикальное картирование и реконструкция CST для нейрохирургического планирования. nTMS-моторное картирование (левая панель) и nTMS-управляемая реконструкция кортикоспинальных трактов (правая панель) у пациента с метастазами в мозге (белые) из-за рака лёгких. Зарегистрированные мышцы: галлюцисный абдуктор (фиолетовый), передняя большеберцовая мышца (синий), дельтовидный мышца (жёлтый), сгибательный запясть лучевый (красный), первый межкосовый спинный мышец (зелёный), круглый мышец (циан). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Discussion

В этой статье мы представляем стандартизированный и воспроизводимый протокол для функционального моторного кортикального картирования с nTMS, напрямую применимым к предоперационному хирургическому планированию. Объединяя нейронавигацию с анатомической реконструкцией мозга испытуемого, этот стандартизированный протокол позволяет выявлять и разграничивать моторно-красноречивые кортикальные области во время осмотра продолжительностью менее 90 минут, в зависимости от количества изученных мышц. Этот подход особенно актуален у пациентов с моторно-выразительными опухолями, где анатомическая реконструкция КСТ часто ограничена двумя факторами: (i) анатомическим смещением из-за масс-эффекта и/или отёка и (ii) функциональной реорганизацией моторных представлений. Анатомическая семянная трактография, основанная на фиксированных анатомических ориентирах, может быть вводящей в заблуждение при локализации коркового происхождения и распространении ошибок по всему трекингу волокна. Функциональное моторное кортикальное картирование решает эту проблему, используя nTMS-положительные сайты в качестве кортикальных семян, тем самым закрепляя трактографию с текущей моторной картой пациента, которая обеспечивает кортикоспинальный выход. Во время анализа после обработки кортикальные ROI, полученные из моторных карт, следует увеличить на 2–3 мм для смягчения несоответствия, связанного с слиянием, и стандартизации объёма ROI (0,9 ± 0,1^см3), снижая изменчивость операторов и между субъектами и улучшая сравниваемость CST⁵⁹. По сравнению с патографией на основе ориентиров, nTMS-сеянная трактография даёт более правдоподобные и соматотопически согласованные реконструкции CST, с меньшим количеством аномальных линий обтока и меньшей изменчивостью между^{оценщиками} 27,61,62. По сравнению с посевом на основе фМРТ, трактография на основе нТМС также обеспечивает более правдоподобные реконструкции и более высокую согласованность интеррейтеров у пациентов с опухолями, расположенными рядом с^{CST 25}. Он также позволяет извлекать несколько метрик из nTMS-моторного картирования и CST с nTMS, которые могут служить предиктивным фактором послеоперационного моторного исхода. На уровне коры наличие участков, чувствительных к nTMS, в опухоли связано с повышенным риском моторного дефицита, с положительным прогностическим значением от 50 до 90% ^— 30,63,64,65. В отличие от этого, резекция nTMS-отрицательных участков считается безопасной, при этом высокая отрицательная прогностическая стойность варьируется от 90 до 100% ^{— 30, 31, 65}. На подкорковому уровне критическим порогом, связанным с повышенным риском послеоперационного дефицита, определено расстояние от опухоли до тракта <8-12 мм, при условии, что опухоль не проникает в прецентральную^{извилину} 66,67,68,69,70,71 . Кроме того, микроструктурные изменения CST с nTMS-посевом (снижение фракционной анизотропии с увеличением средней диффузии) также были предложены как дополнительные факторы риска послеоперационного^{дефицита 70}. Наконец, использование трактографии на основе nTMS связано с увеличением резекции и продлением выживаемости при сохранении моторной функции, что поддерживает её интеграцию в предоперационное^{планирование 72}.

При моторном картировании ключевым параметром, сильно влияющим на пространственное распределение MEP и интерпретируемость моторных карт, является интенсивность стимуляции (SI). Более высокий СИ увеличивает вероятность ответа и пространственное распространение (риск ложноположительных ответов), тогда как недостаток СИ увеличивает риск ложноотрицательных ответов. Чтобы минимизировать это смещение, СИ следует масштабировать относительно RMT и, по возможности, корректировать для поддержания стабильного целевого EF. На практике СИ близко к порогу обеспечивает баланс между чувствительностью и специфичностью и обеспечивает консервативные карты, близкие к прямому электрическому отображению. С другой стороны, выбор сверхпорогового СИ (например, 120% RMT) может быть оправдан, когда клиническая безопасность ставит чувствительность на полях карты, признавая, что более высокий СИ систематически расширяет моторную^{карту 73}. В контексте картирования нескольких мышц использование одной подвздождённой мышцы может смещовать отображение в сторону мышцы с самым низким порогом, поскольку соседние мышцы могут иметь разные профили возбуждённости. Соответственно, RMT следует оценивать на⁷⁴ для каждой мышцы. С другой стороны, во время сессии моторного картирования могут произойти значительные изменения корковой возбудимости, отражающиеся в неожиданных изменениях амплитуд MEP, что требует переоценки RMT и корректировки SI.

Использование стимуляционных сеток при моторном отображении помогает стандартизировать расстояния и облегчает количественную оценку карт (то есть за счёт подсчёта активных квадратов). Однако размер сетки напрямую влияет на результат: большие квадраты могут переоценивать размер карты, тогда как маленькие увеличивают риск недовыборки. Недавние данные свидетельствуют о том, что картирование nTMS можно выполнять без сеток, используя анатомически ориентированный подход с более плотными стимулами возле анатомических ориентиров и краёв^{карты 75}.

Из картографирования моторов можно получить несколько количественных параметров, таких как центр тяжести (CoG), площадь карты мотора и объём. CoG определяется как амплитудно-взвешенное положение в координатах, представляющее центр моторного^{представления 58}. Серийные обследования показали сдвиги в CoG у пациентов с опухолями^мозга 76,77,78, что позволило зафиксировать признаки функциональной реорганизации моторной коре с течением времени. Площадь и объём моторной карты отражают пространственный предел моторного представления. Площадь обычно получается либо путём подсчёта активных квадратов на сетке стимуляций, либо с помощью сплайн-интерполяции в безсетчатой стимуляции, которая соединяет положительные точки стимуляции с гладкими полиномиальными кривыми для создания непрерывной поверхности или^{объема 56}. Эти показатели можно отслеживать продольной (последующие исследования или оценка вмешательства) или сравнивать с противоположным полушарием для изучения корковой моторной^{пластичности} 79,80,81,82. Метрики количественного моторного картирования имеют потенциал для расширения за пределы нейроонкологии, обеспечивая биомаркеры целостности моторной системы и пластичности, связанной с заболеваниями, при^{неврологических заболеваниях 55,83}.

Хотя nTMS уже хорошо зарекомендовал форму для предоперационного моторного картирования, следует признать ряд ограничений. Во-первых, точность совместной регистрации и кортикального отображения частично зависит от оператора. Для обеспечения надёжности и воспроизводимости техники требуется правильное обучение обращению с катушками, устойчивость трекера головы и оперативная корректировка стимуляции, хотя предыдущие исследования показали, что nTMS обеспечивает надёжную моторную топографию с хорошим межоператорским соглашением между экспертами и начинающими^{экзаменаторами 84}. Второе ограничение связано с влиянием перилезионного отёка и масс-эффекта на трактографию. Чрезмерный перилезионный отёк может снижать точность реконструкции КСТ на основе nTMS, особенно у вокселей, расположенных рядом с^{поражением 85}. Аналогично, расхождения между предоперационными наборами данных и реальной внутриоперационной анатомией могут возникать из-за интраоперационного смещения^{мозга 86,87}. Поскольку сдвиг мозга невозможно полностью предотвратить — особенно при опухолях с важным массовым эффектом — точность моторных областей, полученных из nTMS (как корковых и подкорковых), может снижаться на поздних стадиях резекции. Несколько стратегий могут смягчить эти неточности, включая ограничение ненужного воздействия коры, повторную проверку поверхностных анатомических^{ориентиров 88} и использование интраоперационной визуализации, такой как МРТ, ультразвук или КТ, в сочетании с коррекцией деформаций^мозга 89,90,91,92 . Наконец, что касается безопасности, nTMS продемонстрировал благоприятный профиль безопасности у пациентов с опухолевой эпилепсией. В больших сериях судороги, вызванные стимуляцией, встречаются редко или отсутствуют во время предоперационного^{картирования 93}, что поддерживает безопасность этой техники при принятии соответствующих мер предосторожности.

В целом, nTMS предоставляет клинически полезную функциональную информацию для хирургического планирования и открывает путь к лонгитюдным исследованиям пластичности моторной системы при различных неврологических и психиатрических заболеваниях.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Программное обеспечение Elements	BrainLAB AG, Мюнхен, Германия		Программное обеспечение для обработки изображений и операционная нейронавигация
Нейронавигационная система TMS	Nexstim, Хельсинки, Финляндия	Система NBS 5.1	Навигационная система TMS с катушкой в форме восьмёрки и усилителем ЭМГ
Поверхностные электроды для записи ЭМГ	Натус, Миддлтон, Висконсин, США	9013L0453	Для записи на ЭМГ