Summary
Diffusion tensor imaging (DTI) werd uitgevoerd om te proberen de belangrijkste onderdelen van de visuele banen verbeelden. Het doel was om te gebruiken een FDA goedgekeurde standaard commerciële werkstation dat kan worden gebruikt voor de dagelijkse routine om te proberen postoperatieve beschadiging van de visuele banen bij patiënten verminderen.
Abstract
DTI is een techniek die witte stof stukken (WMT) niet-invasieve wijze gezonde en niet-gezonde patiënten die diffusiemetingen identificeert. Net als bij de visuele pathways (VP), WMT zijn niet zichtbaar met klassieke MRI of intra-operatief met microscoop. DIT helpt neurochirurgen om vernietiging van de VP te voorkomen tijdens het verwijderen van laesies naast deze WMT. We hebben DTI uitgevoerd op vijftig patiënten voor en na de operatie tussen maart 2012 tot januari 2014 Om te navigeren gebruikten we een 3DT1-gewogen volgorde. Daarnaast voerden we een T2-gewogen en DTI-sequenties. De parameters waren FOV: 200 x 200 mm, slice dikte: 2 mm, en acquisitie matrix: 96 x 96 waardoor nagenoeg isotrope voxels van 2 x 2 x 2 mm. Axiale MRI werd uitgevoerd met behulp van een B0-afbeelding van een 32 gradiënt richting en. We gebruikten Echo-Planar-Imaging (EPI) en ASSET parallel imaging met een versnelling factor 2 en b-waarde van 800 s / mm ². De scantijd was minder dan 9 minuten.
ent "> de DTI-gegevens verkregen werden verwerkt met een FDA goedgekeurde chirurgische navigatiesysteem programma dat een eenvoudige vezel-tracking-benadering genoemd vezel opdracht door continu volgen (FACT) gebruik. Dit is gebaseerd op de voortplanting van lijnen tussen regio plaats ( ROI) die wordt gedefinieerd door een arts. een maximale hoek van 50, FA start waarde van 0,10 en ADC stop waarde van 0,20 mm ² / s waren de parameters die worden gebruikt voor tractografie.Er zijn een aantal beperkingen aan deze techniek. De beperkte acquisitie tijdsbestek afdwingt trade-offs in de beeldkwaliteit. Een ander belangrijk punt niet te verwaarlozen is de hersenen verschuiving tijdens de operatie. Als voor de laatste intra-operatieve MRI kan nuttig zijn. Bovendien is het risico van vals-positieve of vals negatieve traktaten moet rekening waarvan de definitieve resultaten in gevaar kunnen brengen te worden genomen.
Introduction
Diffusion tensor imaging (DTI) wordt gebruikt om WMT non-invasief te portretteren in de menselijke hersenen 1. Het is gebruikt in het afgelopen decennium op te beschadigen welsprekende hersengebieden tijdens chirurgie 1 verlagen.
DTI werd uitgevoerd in vijftig patiënten tussen maart 2012 en januari 2014 tot de visuele banen te portretteren. DTI zou behoud van eloquente gebieden van de hersenen te verbeteren tijdens de operatie door het verstrekken van belangrijke informatie over de anatomische locatie van de witte stof traktaten. Het is opgenomen in de strategische planning voor de resectie van complexe hersenen laesies 1. De uitbeelding van de gezichtsbaan blijft een uitdaging omdat er geen standaard voor de parameters van DTI, de plaatsing van het zaad volumes en interpretatie van de resultaten 12.
Verschillende algoritmen dusver 19-21 uitgevoerd. Sommige benaderingen gericht op deterministische methoden 19, 22-25. Anderen werden met behulp van probabilistische methoden, 26,27,29. Meer recent, technieken met behulp van Q-ball tensorvelden, diffusie spectral imaging en High Angular Resolution Diffusion Imaging (Hardi) worden gebruikt om de witte stof traktaten onder andere de visuele pad 1,13-15,18 verbeelden. Toch is de nodige tijd voor HARDI is significant langer met 45 min, de software is niet in de handel verkrijgbaar en benadrukt wetenschappelijke toepassingen 18. De lestijd voor HARDI lijkt langer dan voor DTI 18 zijn.
Het gepresenteerde protocol is gemakkelijk haalbaar en kan worden gebruikt voor de dagelijkse routine in neurochirurgische operaties teneinde morbiditeit vermijden en de postoperatieve uitkomst. De extra tijd voor dit protocol minder dan 9 min wat beduidend sneller dan andere protocollen 1,9,12,16. Zich bewust van het feit dat veel geavanceerde algoritmen is onlangs het papier beperkt u hebben ontwikkeldzich tot het gebruik van een commercieel verkrijgbaar en FDA goedgekeurde software. Het is echter noodzakelijk om rekening te houden met de beperkingen van deze techniek die hierboven zijn genoemd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
OPMERKING: Dit protocol volgt de richtlijnen van het Centre Hospitalier de Luxembourg in Luxemburg.
1 Voorbereiding van Diffusion Tensor Imaging voor de Visual Pathway voor Neurochirurgie en Follow Up
- Uitvoeren van een MRI-scan ten minste een dag voor de operatie strikt axiale met 32 gradiënt richtingen en een B0-afbeelding. Houd in nauw contact met de neuroradiologie toestel op elk moment.
OPMERKING: Maak duidelijk aan de neuroradiologist dat de beelden na de operatie zijn dezelfde als die voor de operatie. - Met behulp van een 3-Tesla MRI, het uitvoeren van een 3DT1-gewogen en DTI-sequence scans. Voer een 3DT1-gewogen sequentie na de operatie ook.
2 Met behulp van de Planning Station
- Breng de T2-gewogen, 3DT1-gewogen en DTI-sequence scangegevens naar digitale beeldvorming en communicatie in de geneeskunde (DICOM). Deze procedure duurt maximaal 7 minuten.
OPMERKING: Don `t stop de procedure before te hebben overgedragen alle sequenties. Het is mogelijk om te stoppen en verder later afhankelijk van de datum van de operatie. - Open het chirurgisch navigatiesysteem programma. Klik op Bestand en vervolgens op Importeren DICOM. Herhaal deze procedure drie keer voor alle bovengenoemde sequenties.
- Klik op Toevoegen om te bekijken. Voeg elke rij afzonderlijk. Don `t proberen om verder te gaan met Uitzicht.
- Klik op Extra. Open DTI Tensor voorbereiding. Observeer een nieuw venster in het midden van het scherm.
- Volg de volgende vier stappen.
- Voeren Gradient Opdracht als de eerste stap.
- Wijzig de b-waarde van 1.000 tot 800 s / mm ² aan de onderkant rechts van het venster.
- Stel de drempel in de rechterbovenhoek van het venster. Dit handmatig doen door simpelweg het schrijven van een nummer of het verplaatsen van een cursor. 20 kan een acceptabele waarde. Het is een persoonlijke ervaring en het is niet verplicht.
- Voeren Gradient Registratie als de tweede stap.
- <li> Klik op de knop Alle Auto. Deze procedure duurt maximaal 5 minuten.
- Klik op Controleer alle registraties. Zonder controle registraties is het niet mogelijk om door te gaan.
- Voeren Gradient Opdracht als de eerste stap.
- Voeren coregistratie als de derde stap.
- Coregister MR1 en b0 MR2 afbeeldingen handmatig. Op het einde Controleer alle registraties.
OPMERKING: Het is mogelijk om deze stap automatisch uit te voeren. Echter, de resultaten niet altijd bevredigend op het einde.
- Coregister MR1 en b0 MR2 afbeeldingen handmatig. Op het einde Controleer alle registraties.
- Voeren Tensor berekening als de vierde en laatste stap,
- Zorg ervoor FA / DEC / ADC op. Zo niet klik op ON.
- Klik op Berekenen. Deze procedure zal slechts enkele seconden in beslag nemen.
3 Fibertracking
OPMERKING: Anatomische kennis van de gezichtsbaan is zeer belangrijk voor het succesvol resultaat.
- Bereid je voor om de drie belangrijke punten waar de vezels moeten doorlopen vinden.
- Bepaal het optisch chiasma met anatomische kennis.
- Gebruik een ROI als uitgangspunt en laat de vezels doorlopen. ROI wordt bepaald door de arts.
- Als alternatief, het segment van de verdachte regio. Klik Segmentatie op de onderste links en een ander venster verschijnt. Gesegmenteerde gebieden zijn anatomisch gedefinieerde gebieden.
- Verf de regio handmatig. Omhoog en omlaag om de hele optisch chiasma bevatten. Sla de procedure en ga terug.
- Volg de vezels hetzij uit het gebied van belang of de gesegmenteerde gebied of beide.
- De vezels bereiken links geniculate nucleus (LGN), het tweede belangrijke punt van de visuele banen. De maximale hoek is 50 Het risico van valse stukken zal stijgen indien de hoek te hoog.
- Er is een mogelijkheid om het segment LGN zoals getoond met de optische chiasmaen dan volgen de vezels. Na de optisch chiasma, spoor vezels die lopen van de LGN en finish in het optisch chiasma of vice versa hebben gesegmenteerd.
- Het segment van de visuele cortex. Ga in het geval van de optische chiasma. Dit kan enige tijd duren als 3DT1-gewogen afbeelding bevat 160 plakjes.
- Volg de vezels van de visuele cortex van de LGN. Het is mogelijk op de traceerbaarheid van de LGN de visuele cortex ook.
- Als de visuele cortex wordt binnengevallen door een tumor of oedeem dan gebruik maken van een gebied van belang in plaats van een gesegmenteerde gebied en laat het lopen in de richting van de LGN vezels.
OPMERKING: Als het oedeem is gesegmenteerd het soms kan de visuele cortex dan binnenvallen dan de visuele cortex misschien niet in staat om volledig gesegmenteerd, omdat de computer `t onderscheid tussen hen. That `s waarom het nodig is om een ROI te zetten. - Herhaal dit alles voor het andere halfrond.
- Begin met de gezonde hemisfeer eerste.
OPMERKING: Hethet mogelijk om te beginnen met de andere, maar het kan gemakkelijker om de vezels van de gezonde halfrond eerste tot een eerste beeld van de situatie worden. Het is niet verplicht, het is slechts een advies.
- Segment het herseninfarct en het oedeem. Ga te werk zoals hierboven vermeld in punt 3.2.2.
- Wijs een kleur voor elke gesegmenteerde gebied of laesie om beter te kunnen onderscheiden.
- Sla de procedure na elke stap in geval van onvoorziene gebeurtenissen of in geval van een noodsituatie.
- De volledige gegevens lokaal exporteren. Het is mogelijk om deze direct te exporteren naar de operatiekamer, maar het isn `t aanbevolen.
- Druk op Bestand en vervolgens op Exporteren 3D-objecten. Zorg ervoor dat u alleen de navigatie-examen te exporteren.
- Don `t exporteren de Hybrid examen.
- Voer Craniale. Kies de juiste patiënt vervolgens op Stealthmerge. Kies 3DT1-gewogen beelden als referentie-examen.
- Maak een 3D-model en breng alles.
- Importeer de gegevens in de operatie kamer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dit protocol maakt het de arts voldoende grote delen van de VV beelden. Het kan gebruikt worden met een kleine hoeveelheid tijd om aantasting bij cerebrale laesies naast sprekend gebieden voorkomen. Postoperatieve controles tonen ook goede resultaten. VP is afgebeeld in figuur 7 nadat de patiënt werd bediend vanuit een glioblastoma. Figuur 2 toont de VP na herhaling van een glioblastoma. De auteurs erkennen het feit van de moeilijkheid van dit protocol om de Meyer lus die een grote uitdaging blijft verbeelden.
Figuur 1 VP 1:. Glioblastoma voor de operatie De tumor is rood. Oedeem wordt weergegeven in paars en goud vertegenwoordigt het VP. Verplaatsing van de VP anderzijds weergegeven.1946fig1large.jpg "target =" _blank "> Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2 VP 2. Glioblastoma herhaling De tumor is rood. Het oedeem (paars) omringt de VP (goud). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3 VP3. Glioblastoma occipital De tumor is rood. Verstoring van de VP (goud) naar voren door de tumor en oedeem (paars). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4 VP 4:. Temporal glioblastoom De tumor (rode) raakt de VP (goud) naar voren. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 5 VP 5:. Glioblastoma van het corpus callosum De tumor (rood) met oedeem (paars) omringen de VP (goud). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
< br /> Figuur 6 VP 6:.. glioblastoma anterior De tumor (rood) en het oedeem (paarse) omringen de VP (goud) Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 7 VP 7. VP na glioblastoma operatie zwart vertegenwoordigt de holte van de tumor. Oedeem (paars) grenst aan de VP (goud). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 8 Voorbereiding voor fibertracking. ref = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/51946/51946fig8large.jpg" target = "_blank"> Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 9 Voorbereiding voor fibertracking / VP. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 10 Voorbereiding voor fibertracking 3. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
"Src =" / files / ftp_upload / 51946 / 51946fig11highres.jpg "/>
Figuur 11 Voorbereiding voor fibertracking 4. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 12 Voorbereiding voor fibertracking 5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
DTI is een techniek waardoor de neurochirurg om witte stof traktaten visualiseren in vivo 8. De visuele route is een van deze stukken. Hoewel deze methode artsen nieuwe mogelijkheden voor de behandeling van patiënten met laesies betreffende welsprekende hersengebieden we zeggen dat sommige beperkingen van deze techniek nog niet bestaan. De eerste en meest zichtbare uitdaging is hersenen verschuiving, die een probleem onderzochte 4 blijft. Na het openen van de dura mater en na manipulatie in de hersenen door het verwijderen van de tumor of de cerebrospinale vloeistofverlies we niet hoeft dezelfde voorwaarden als voor de operatie. Verder DTI niet in staat is om de oversteek of kussen van de vezels op te lossen en om te bepalen met een nauwkeurigheid van de herkomst en de bestemming van de vezels, het produceren van meerdere artefacten en valse stukken 1-3. Een ander probleem is de resolutie van vezels in gebieden van verstoorde diffusie, bijvoorbeeld door tumor of peritumoraal edema 22. Kleine stukken met verschillende richtingen binnen een voxel zal niet worden afgebeeld als gevolg van secundaire gedeeltelijke volume artefacten 28. De mogelijkheid van vals positieve en vals negatieve stukken moet altijd rekening worden gehouden. De resultaten kunnen worden aangetast. Andere algoritmen hebben aangetoond dat het VB in een meer volledige manier echter een internationaal gestandaardiseerde procedure te verbeelden de VP doesn `t er up to date die bovendien zou kunnen verwarren. De uitbeelding van de Meyer lus blijft een uitdaging voor dit protocol. Een andere beperking kan bestaan in de afbeelding van de Baum lus. Echter kon `we elke noot van de voorstelling van deze lus elders te vinden.
Zoals eerder dit protocol vermeld is gemakkelijk haalbaar voor de dagelijkse routine. Maar een goede voorbereiding is nodig voor een bevredigend resultaat. Het is noodzakelijk om te zorgen dat de beelden worden uitgevoerd strikt axiale nemen. Het kan de kwaliteit van de beelden daarna beschadigen als dit nietmeegenomen. Een 3DT1-gewogen afbeelding is altijd nodig voor de navigatie. De plakjes moet voldoende dun zijn om goede resultaten te hebben. Voor dit protocol gebruiken we 2 mm plakjes zonder hiaten in tussen. Conform het protocol leidt tot een goede weergave van de belangrijkste onderdelen van de VP. De VP werd afgebeeld met behulp van meerdere ROI's. De VC is altijd bovendien gesegmenteerd. Anderen hebben ook gebruik gemaakt van een meervoudige ROI benadering 16,17. DTI-gehoekt is ook uitgeprobeerd. Het is misschien hebben goede resultaten voor anteroposterior fiberbundles maar andere vezels zou kunnen komen in een ongelukkige positie 12. Verdere werkwijzen omvatten zaaien vezel bijhouden van meerdere fiducials die op de optische tractus bij LGN 11.
Toekomstige toepassingen omvatten het gebruik van DTI in de hersenen ischemie, multiple sclerose, de ziekte van Alzheimer, uitbeelding van hersenzenuwen, gamma knife chirurgie en anderen 7, 13,28. Ze worden al gebruikt in sommige instellingen, maar thij is niet een routine overal. Intrasurgical in kaart brengen van optische straling met behulp van subcorticale elektrische stimulatie is een betrouwbare methode voor het identificeren en het behoud van dit traktaat tijdens glioom chirurgie 6. Een andere mogelijkheid om de functionele integriteit van de visuele pad te volgen, is de intra-operatieve gebruik van cortically opgenomen VEP 5,10. Intraoperatieve gebruik van MRI kan de mogelijkheid het probleem dat zich bij de hersenen shift alternatief de toepassing van een 3D echo kan opleveren alternatief 18 verminderen. Andere diffusion imaging en wederopbouw regelingen in toenemende mate van belang voor de visuele pad portretteren geworden. Het visuele pad heeft meer vezels en de Meyer lus wordt betrouwbaarder getoond 18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3-Tesla-MRI | General Electric | Signa LX version 9.1 | |
| Surgical Navigation System Program | Medtronic | 9734478 | |
| Surgical Navigation System Program | Medtronic | 4500810331 20016318 |
References
- Fernandez-Miranda, J. C., et al. High-Definition Fiber Tractography of the Human Brain: Neuroanatomical Validation and Neurosurgical Applications. Neurosurgery. 71 (2), 430-453 (2012).
- Alexander, D. C., Barker, G. J. Optimal imaging parameters for fiber-orientation estimation in diffusion MRI. Neuroimage. 27 (2), 357-367 (2005).
- Le Bihan, D., Poupon, C., Amadon, A., Lethimonnier, F. Artifacts and pitfalls in diffusion MRI. J Magn Reson Imaging. 24 (3), 478-488 (2006).
- Abdullah, K. G., Lubelski, D., Nucifora, P. G., Brem, S. Use of diffusion tensor imaging in glioma resection. Neurosurg Focus. 34 (4), (2013).
- Ota, T., Kawai, K., Kamada, K., Kin, T., Saito, N. Intraoperative monitoring of cortically recorded visual response for posterior visual pathway. J Neurosurg. 112, 285-294 (2010).
- Gras-Combe, G., Moritz-Gasser, S., Herbet, G. Intraoperative subcortical electrical mapping of optic radiations in awake surgery for glioma involving visual pathways. J Neurosurg. 117 (3), 466-473 (2012).
- Maruyama, K., et al. Optic radiation tractography integrated into simulated treatment planning for Gamma Knife surgery. J Neurosurg. 107, 721-726 (2007).
- Bérubé, J., McLaughlin, N., Bourgouin, P., Beaudoin, G., Bojanowski, M. W. Diffusion tensor imaging analysis of long association bundles in the presence of an arteriovenous malformation. J Neurosurg. 107 (3), 509-514 (2007).
- Sun, G. C., et al. Intraoperative High-Field Magnetic Resonance Imaging Combined With Fiber Tract Neuronavigation-Guided Resection of Cerebral Lesions Involving Optic Radiation. Neurosurgery. 69 (5), 1070-1084 (2011).
- Kamada, K., et al. Functional Monitoring For Visual Pathway Using Real-Time Visual Evoked Potentials Aand Optic-Radiation Tractography. Neurosurgery. 57 (1 Suppl), 121-127 (2005).
- Wu, W., Rigolo, L., O'Donnell, L. J., Norton, I., Shriver, S., Golby, A. J. Visual Pathway Study Using In Vivo Diffusion Tensor Imaging Tractography to Complement Classic Anatomy. Neurosurgery. 70 (1 Suppl Operative), 145-156 (2012).
- Stieglitz, L. H., Lüdemann, W. O., Giordano, M., Raabe, A., Fahlbusch, R., Samii, M. Optic Radiation Fiber Tracking Using Anteriorly Angulated Diffusion Tensor Imaging: A Tested Algorithm for Quick Application. Neurosurgery. 68 (5), 1239-1251 (2011).
- Hodaie, M., Quan, J., Chen, D. Q. In Vivo Visualization of Cranial Nerve Pathways in Humans Using Diffusion-Based Tractography. Neurosurgery. 66 (4), 788-795 (2010).
- Perrin, M., et al. Fiber tracking in Q-ball fields using regularized particle trajectories. Inf Process Med Imaging. 19, 52-63 (2005).
- Wedeen, V. J., et al. Diffusion spectrum magnetic resonance imaging (DSI) tractography of crossing fibers. Neuroimage. 41 (4), 1267-1277 (2008).
- Yamamoto, A. Diffusion Tensor Fiber Tractography of the Optic Radiation: Analysis with 6-, 12-, 40-, and 81- Directional Motion-Probing Gradients, a Preliminary Study. AJNR Am J Neuroradiol. 28 (1), 92-96 (2007).
- Okada, T., et al. Diffusion Tensor Fiber Tractography for Arteriovenous Malformations: Quantitative Analyses to Evaluate the Corticospinal Tract and Optic Radiation. AJNR Am J Neuroradiol. 28 (6), 1107-1113 (2007).
- Kuhnt, D., Bauer, M. H., Sommer, J., Merhof, D., Nimsky, C. Optic Radiation Fiber Tractography in Glioma Patients Based on High Angular Resolution Diffusion Imaging with Compressed Sensing Compared with Diffusion Tensor Imaging - Initial Experience. PLoS One. 8 (7), e70973 (2013).
- Basser, P. J., Pajevic, S., Pierpaoli, C., Duda, J., Aldroubi, A. In vivo fiber tractography using DT-MRI data. Magn Reson Med. 44 (4), 625-632 (2000).
- Friman, O., Farneback, G., Westin, C. F. A Bayesian approach for stochastic white matter tractography. IEEE Trans Med Imaging. 25 (8), 965-978 (2006).
- Mori, S., van Zijl, P. C. Fiber tracking: principles and strategies - a technical review. NMR Biomed. 15 (7-8), 468-480 (2002).
- Alexander, D. C., Barker, G. J., Arridge, S. R. Detection and modeling of non-Gaussian apparent diffusion coefficient profiles in human brain data. Magn Reson Med. 48 (2), 331-340 (2002).
- Mori, S., Crain, B. J., Chacko, V. P., van Zijl, P. C. Three-dimensional tracking of axonal projections in the brain by magnetic resonance imaging. Ann Neurol. 45, 265-269 (1999).
- Conturo, T., et al. Tracking neuronal fiber pathways in the living human brain. Proc Natl Acad Sci U S A. 96, 10422-10427 (1999).
- Poupon, C., et al. Regularization of diffusion-based direction maps for the tracking of brain white matter fascicles. Neuroimage. 12, 184-195 (2000).
- Parker, G. J., Haroon, H. A., Wheeler-Kingshott, C. A. A framework for a streamline-based probabilistic index of connectivity (PICo) using a structural interpretation of MRI diffusion measurements. J Magn Reson Imaging. 18, 242-254 (2003).
- Behrens, T. E., et al. Non-invasive mapping of connections between human thalamus and cortex using diffusion imaging. Nat Neurosci. 6, 750-757 (2003).
- Reinges, M. H., Schoth, F., Coenen, V. A., Krings, T. Imaging of postthalamic visual fiber tracts by anisotropic diffusion weighted MRI and diffusion tensor imaging: principles and applications. European Journal of Radiology. 49, 91-104 (2004).
- Sherbondy, A. J., Dougherty, R. F., Napel, S., Wandell, B. A. Identifying the human optic radiation using diffusion imaging and fiber. J. Vis. 8 (10), (2008).
