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

Мы представляем стандартизированный протокол для моторного картирования и оценки кортикоспинального тракта с использованием навигационного ТМС в сочетании с DTI, подходящий для нейрохирургического планирования и исследований нейропластичности. Хотя внутриоперационная прямая электрическая стимуляция является золотым стандартом для моторного картирования, существующие предоперационные методы ограничены. Необходимы усовершенствованные методы предоперационного моторного картирования, чтобы помочь нейрохирургам улучшить хирургическое планирование и лучше оценить хирургические риски.

Этот протокол использует навигационный TMS для точного картирования моторных путей и улучшения хирургического планирования. Для начала импортируйте высококачественные анатомические изображения мозга испытуемого в нейронавигационную систему для создания трёхмерной реконструкции мозга. Отметьте ключевые анатомические точки на магнитно-резонансной томографии в программном обеспечении нейронавигации, определив насион, правое и левое ухо.

Теперь разместите объект в удобном кресле с лёгким откидывалом, чтобы уменьшить напряжение в спине. Отрегулируйте подголовник, чтобы поддерживать голову и шею в точке входа. Поставьте трекер головы на лоб испытуемого.

С помощью оцифровывающей ручки корегистрируйте ключевые анатомические точки объекта с импортированным изображением в нейронавигационном программном обеспечении и уточняйте регистрацию, оцифровывая дополнительные точки на коже головы для сопоставления поверхности кожи. Проверьте сорегистрацию, чтобы ошибка сорегистрации была ниже трёх миллиметров. Далее дайте испытуемому беруши и наденьте защитные наушники во время стимуляции.

Затем подготовьте кожу над целевой мышцей, аккуратно соскребав её спиртовыми прокладками, и затем прикрепите поверхностные электроды. Разместите поверхностные электроды на интересующие мышцы с помощью монтажа живота и сухожилия, а заземляющий электрод — на нейтральное место. Подключите все электроды к электромиографическому усилителю.

Начните анализ электромиографии и убедитесь, что мышцы находятся в состоянии покоя. В отображённом объеме мозга в программном обеспечении нейронавигации отрегулируйте глубину отслоения от 15 до 25 миллиметров от кожи головы, чтобы оптимально визуализировать анатомию коры в зависимости от индивидуальных характеристик случая, затем запускайте стимулятор. Расположите стимулирующую катушку касательной к коже головы и стабилизируйте её, используя одну руку на рукоятке, а другую — поверхность спирали, чтобы сохранить прочный контакт при перестановке.

Стимулировать с достаточной интенсивностью, чтобы вызвать потенциалы, отменённые мотором в диапазоне амплитуд от 100 до 500 микровольт. Теперь настройте ориентацию катушки в зависимости от выбрасываемой конечности. Для верхней конечности и лица держите спираль перпендикулярно центральной борозды, чтобы обеспечить индуцированный ток сзади и передней части.

Для нижней конечности ориентируйте спираль перпендикулярно сагиттальной средней линии, чтобы создать направление тока от середины к латеральности. Проводите стимуляцию по целевой области. Пространстве направлен стимуляция на расстоянии одного-двух миллиметров и возьмите образец трёх параллельных линий вдоль извины.

Промежуте каждую стимуляцию минимум на 1,5 секунды. Прекратите картирование курса после того, как зафиксировано от 20 до 30 моторных потенциалов на мышцу, и изучите все моторные потенциалы. Далее отобразите записи с помощью нормализованной цветовой шкалы для определения горячей точки для каждой мышцы, определяемой как точка стимуляции, вызывающая максимальную амплитуду потенциала, вызванную мотором.

Определите область с наибольшей амплитудной характеристикой и выберите единственный ответ с наибольшей амплитудой в этой области. Для каждой мышцы выберите горячую точку, чтобы определить порог мотора в покое, чтобы сохранить положение и ориентацию спирали для равномерного использования во время измерения, а также определить порог мотора покоя для каждой мышцы. Убедитесь, что испытуемый остаётся полностью расслабленным без непроизвольных сокращений мышц.

Для каждой мышцы выполняйте стимуляцию на уровне 105–110% от порога моторного состояния покоя. Используя ту же ориентацию катушки, что и при отображении курса, уменьшите расстояние между точками стимуляции для повышения разрешения. Определите функциональные моторные карты как кортикальные области, где навигированная транскраниальная магнитная стимуляция генерирует моторные потенциалы напряжением 50 микровольт и выше.

Выполняйте стимуляцию до тех пор, пока моторные карты не будут ограничены одной или двумя последовательными линиями отрицательных сайтов, которые не вызывают вызванные моторными потенциалами. Убедитесь, что моторные карты эллиптические, с небольшим числом негативных участков внутри. Для любых отрицательных точек стимуляции в моторной карте выполняйте дополнительные стимуляции в разное время, чтобы учесть временные изменения возбуждеемости моторной коры.

Открытие мотора вызывает потенциальную панель обзора или просмотрщик сигналов в программном обеспечении нейронавигации. Проверьте каждый зафиксированный двигатель для коррекции амплитуды и задержки, а также корректируйте маркеры при необходимости. Исключите артефактные или аномальные точки стимуляции из набора данных и отобразите моторную карту каждой мышцы в бинарном формате.

Экспортировать положительные точки стимуляции на глубинах 15, 20 и 25 миллиметров в бинаризованном формате DICOM. Используйте эти файлы для отслеживания волокна, используя положительные точки стимуляции в качестве точек для реконструкции кортикоспинального тракта. Для анализа моторного картирования импортируйте DICOM-файлы моторных карт в программное обеспечение для анализа изображений, совместимое с нейрохирургической нейронавигацией для удаления опухолей мозга.

Зарегистрируйте анатомическое T1-взвешенное изображение с помощью моторных карт DICOM и диффузионно-взвешенных изображений. Генерируйте объекты из моторных карт DICOM и расширяйте их на один-два миллиметра для повышения чувствительности. Обрезайте моторные карты, чтобы исключить уши и назион, чтобы избежать неправильной реконструкции волокон во время трактографии.

Вручную нарисуйте интересующую конечную область на нижнем понтинном уровне с той же стороны, что и отображаемое полушарие. Проводите оптоволокно-отслеживание, используя области интересующих моторных карт в качестве точек посева и понтинную область как конечную точку. Выберите подходящий алгоритм для трактографии, например, детерминированное упрощённое отслеживание или вероятностную трактографию, и скорректируйте параметры отслеживания в зависимости от конкретного случая.

Наконец, сегментируйте опухоль мозга и создайте соответствующий объект в программном обеспечении для анализа. Отображьте кортикоспинальный тракт либо разделённым частями конечностей, используя разные цвета, либо как единый участок из всей моторной карты. Пороговой порог, установленный в состоянии покоя, определялся в горячей точке первой межкостной спинной мышцы, выявленной путём картирования курса у здорового испытуемого, а положение и ориентация спирали сохранялись в том же месте во время процедуры с помощью нейронавигационной мишени.

Моторное картирование здорового испытуемого выявило кортикальные представления для левой нижней конечности, верхней конечности и лица, при этом положительные участки стимуляции цветом кодируются по амплитуде потенциала, вызванной мотором, и отрицательных участках, показанных серым цветом. Моторное кортикальное картирование и реконструкция кортикоспинальных трактов были проведены у пациента с метастазами в мозг из-за рака лёгких, затрагивающих премоторную извилину с моторным дефицитом верхней конечности. Сочетая нейронавигацию с анатомическим мозгом субъекта, этот протокол NTMS обеспечивает точную идентификацию и разграничение моторных кортикальных областей менее чем за 19 минут.

Тщательный выбор интенсивности стимуляции критически важен, так как он влияет на определение потенциала моторного вызова и интерпретацию моторной карты. Общий уровень результата обеспечивает консервативное отображение, приближающее прямую электрическую стимуляцию. Эта техника была впервые разработана для предоставления клинически полезной функциональной информации для хирургического планирования.

Кроме того, теперь известно, что этот метод можно применять для продольной оценки моторной пластичности при различных неврологических и психиатрических расстройствах.