Summary
Diffusion tensor imaging (DTI) ble utført for å prøve å skildre de store deler av den visuelle veien. Målet var å bruke et FDA-godkjent standard kommersiell arbeidsstasjon som kan brukes for daglig rutine for å prøve å redusere postoperativ skade av den visuelle bane i pasientene.
Abstract
DTI er en teknikk som identifiserer hvit substans traktater (WMT) non-invasiv hos friske og ikke-friske pasienter som bruker diffusjon målinger. I likhet med synsbanene (VP), WMT er ikke synlige med klassisk MR eller intraoperativt med mikroskop. DIT vil bidra til nevrokirurger å hindre ødeleggelse av VP, mens fjerning av lesjoner i tilknytning til denne WMT. Vi har utført DTI på femti pasienter før og etter operasjonen mellom mars 2012 til januar 2014. Slik navigerer vi brukte en 3DT1 vektet sekvens. I tillegg har vi utført en T2-vektet og DTI-sekvenser. Parameterne som ble brukt var, FOV: 200 x 200 mm, slice tykkelse: 2 mm, og oppkjøpet matrise: 96 x 96 yte nesten isotrope voxel av 2 x 2 x 2 mm. Axial MR ble utført ved hjelp av en 32 gradient retning og ett B0-image. Vi brukte Echo-Planar-avbildning (EPI) og ASSET parallelt bildebehandling med en akselerasjon faktor på 2 og b-verdi på 800 s / mm². Den skannetiden var mindre enn 9 min.
ent "> DTI-data innhentet ble behandlet ved hjelp av et FDA godkjent kirurgisk navigasjonssystem program som bruker en grei fiber-sporing tilnærming kjent som fiber oppgave ved kontinuerlig sporing (FACT). Dette er basert på overføring av linjer mellom regioner av interesse ( ROI) som er avgrenset av en lege. en maksimal vinkel på 50, FA startverdi på 0,10 og ADC stoppverdi på 0,20 mm² / s var de parametere som benyttes for tractography.Det er noen begrensninger i denne teknikken. Den begrensede oppkjøpet tidsramme håndhever avveininger i bildekvaliteten. Et annet viktig punkt for ikke å bli neglisjert er hjernen forskyvning under operasjonen. Som for sistnevnte intraoperativ MR kan være nyttig. Videre er risikoen for falske positive eller falske negative traktene må tas i betraktning som kan kompromittere de endelige resultater.
Introduction
Diffusion tensor imaging (DTI) brukes til å skildre WMT non-invasiv i den menneskelige hjerne en. Det har blitt benyttet i det siste tiår for å redusere risikoen for å skade talende områder av hjernen under operasjonen 1.
DTI ble utført i femti pasienter mellom mars 2012 og januar 2014 for å skildre den visuelle veien. DTI kan forbedre bevaring av veltalende områder av hjernen under operasjonen ved å gi viktig informasjon om den anatomiske plassering av hvit substans traktater. Det har blitt innlemmet i strategisk planlegging for reseksjon av komplekse hjerneskader ett. Men skildringen av den visuelle veien er fortsatt en utfordring fordi det er ingen standard for parametrene av DTI, plassering av frø volumer og tolkning av resultater 12.
Forskjellige algoritmer er iverksatt så langt 19-21. Noen tilnærminger konsentrert på deterministiske metoder 19, 22-25. Andre bruker sannsynlighets metoder, 26,27,29. Flere nylig, til teknikker ved hjelp av Q-ball tensorfelter, diffusjon spektral avbildning og høy vinkeloppløsning Diffusion Imaging (Hardi) blir brukt skildre hvit substans traktene blant andre den visuelle sti 1,13-15,18. Likevel er nødvendig tid for Hardi betydelig lengre med 45 min, er programvaren ikke er kommersielt tilgjengelig, og understreker vitenskapelige applikasjoner 18. Undervisningsperioden for HARDI synes å være lenger enn for DTI 18.
Den presenterte protokollen er lett gjennomførbart og kan brukes for daglig rutine i nevrokirurgiske operasjoner for å unngå morbiditet og forbedre den postoperative utfall. Den ekstra tid for denne protokollen er mindre enn 9 min som er betydelig raskere enn andre protokoller 1,9,12,16. Erkjennelsen av at mange avanserte algoritmer har blitt utviklet nylig papir begrenserseg til bruk av et kommersielt tilgjengelig og godkjent av FDA programvare. Imidlertid er det obligatorisk å ta hensyn til begrensninger av denne teknikk som er nevnt ovenfor.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
MERK: Denne protokollen følger retningslinjene fra Centre Hospitalier de Luxembourg i Luxembourg.
1. Utarbeidelse av Diffusion Tensor Imaging for Visual Pathway for nevrokirurgi og følge opp
- Utfør en MR-scan minst en dag før operasjonen strengt aksial bruker 32 gradient retninger og én B0-image. Hold tett kontakt med Neuroradiology enhet når som helst.
MERK: Gjør klart for neuroradiologist at bildene etter operasjonen er de samme som før operasjonen. - Ved hjelp av en 3-Tesla MR, utføre en 3DT1-vektet og DTI-sekvens skanninger. Utfør en 3DT1 vektet sekvens etter operasjonen også.
2. Bruke Planlegging Station
- Overfør T2-vektet, 3DT1-vektet og DTI-sekvens skannedata til digital bildebehandling og kommunikasjon i medisin (DICOM). Denne prosedyren tar opp til 7 min.
MERK: Don `t stoppe prosedyren before å ha overført alle sekvensene. Det er mulig å stoppe og fortsette senere avhengig av dato for operasjonen. - Åpne kirurgisk navigasjonssystem program. Klikk på Fil og deretter på Importer DICOM. Gjenta denne fremgangsmåten tre ganger for alle de sekvenser som er nevnt ovenfor.
- Klikk på Legg til for å se. Legg hver sekvens separat. Don `t prøve å fortsette med utsikt.
- Klikk på Verktøy. Åpne DTI Tensor forberedelse. Observer et nytt vindu i midten av skjermen.
- Fullfør følgende fire trinn.
- Utfør Gradient Assignment som første skritt.
- Endre b-verdi fra 1000 til 800 s / mm² nederst til høyre i vinduet.
- Justere terskelen øverst til høyre i vinduet. Gjøre det manuelt ved å skrive et tall eller flytte en markør. 20 kan være en akseptabel verdi. Det er en personlig opplevelse, og det er ikke obligatorisk.
- Utfør Gradient Registrering som det andre steget.
- <li> Klikk på knappen All Auto. Denne fremgangsmåten tar opptil 5 min.
- Klikk Kontroller alle registreringer. Uten å bekrefte registreringene er det ikke mulig å fortsette.
- Utfør Gradient Assignment som første skritt.
- Utfør Coregistration som det tredje trinnet.
- Coregister MR1 og B0 MR2 bildene manuelt. Til slutt Kontroller alle registreringer.
MERK: Det er mulig å utføre dette trinnet automatisk. Imidlertid vil resultatene ikke alltid være tilfredsstillende i enden.
- Coregister MR1 og B0 MR2 bildene manuelt. Til slutt Kontroller alle registreringer.
- Utfør Tensor beregning som den fjerde og siste trinnet,
- Pass på at FA / DEC / ADC er på. Hvis ikke klikker du på ON.
- Klikk på Compute. Denne prosedyren tar bare noen sekunder.
3. Fibertracking
MERK: Anatomisk kunnskap om den visuelle veien er svært viktig for en vellykket resultat.
- Forbered deg på å finne de tre viktige punktene hvor fibrene må gå gjennom.
- Bestem chiasma bruker anatomisk kunnskap.
- Bruk en ROI som utgangspunkt og la fibrene gå gjennom. ROI er definert av legen.
- Alternativt segment den mistenkte regionen. Klikk Segmentering på nederst til venstre og et annet vindu vil vises. Segmenterte områder er anatomisk definerte områder.
- Maling regionen manuelt. Bla opp og ned til å omfatte hele chiasma. Lagre prosedyren og gå tilbake.
- Spor fibrene enten fra regionen av interesse eller fra det segmenterte området eller begge deler.
- Fibrene nå den venstre geniculate kjernen (LGN), som er den andre viktige poenget med den visuelle bane. Den maksimale vinkel, var 50. Risikoen for falske trakter vil stige med Hvis vinkelen er for høy.
- Det er en mulighet til å segmentere LGN som vist med chiasmaog deretter spore fibrene. Etter å ha delt de chiasma, spor fibre som går fra LGN og finish i chiasma eller vice versa.
- Segment den visuelle cortex. Fortsett som i tilfelle av chiasma. Dette kan ta litt tid, så 3DT1 vektet bildet inneholder 160 skiver.
- Spor fibrene fra den visuelle cortex til LGN. Det er mulig å spore dem fra LGN til den visuelle cortex også.
- Hvis den visuelle cortex er invadert av en svulst eller ødem og deretter bruke en region av interesse i stedet for et segmentert område og deretter la fibrene er drevet i retning av den LGN.
MERK: Hvis ødem er segmentert det noen ganger kan invadere den visuelle cortex deretter da den visuelle cortex er kanskje ikke i stand til å segmentert helt fordi datamaskinen kan ikke skille mellom dem. `S hvorfor det er nødvendig å sette en ROI. - Gjenta alt for den andre halvkule.
- Start med den sunne halvkule først.
MERK: Deter mulig å starte med den andre også, men det kan være lettere å spore fibrene i sunn halvkule første til å bli en første idé om situasjonen. Det er ikke obligatorisk, det er bare et råd.
- Segment cerebral lesjon og ødem. Fortsett som nevnt ovenfor i 3.2.2.
- Tildele en farge for hver segmentert område eller lesjon for å skille bedre.
- Lagre prosedyren etter hvert trinn i tilfelle uforutsette hendelser eller i tilfelle en nødsituasjon.
- Eksportere hele data lokalt. Det er mulig å eksportere det til operasjonsstuen direkte, men det isn `t anbefales.
- Trykk Fil og deretter eksportere 3D-objekter. Sørg for å eksportere bare navigasjons eksamen.
- Don `t eksportere Hybrid eksamen.
- Oppgi Cranial. Velg riktig pasient og trykk deretter på Stealthmerge. Velg 3DT1-vektede bilder som referanse eksamen.
- Lage en 3D-modell, og sett alt.
- Importere dataene jegn operasjonen rommet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Denne protokollen gjør det mulig for legen å skildre tilstrekkelig store deler av VP. Det kan brukes sammen med en liten mengde av tid for å hindre skader på pasienter med cerebrale lesjoner ved siden talende områder. Postoperative kontroller viser også gode resultater. VP er skildret i figur 7 etter at pasienten ble operert fra et glioblastom. Figur 2 viser VP etter tilbakefall av et glioblastom. Forfatterne anerkjenner det faktum av de vanskelighetene som presenteres av denne protokollen for å skildre Meyer løkken som fortsatt er en stor utfordring.
Figur 1. VP 1:. Glioblastoma før kirurgi er Svulsten rødt. Ødem er vist i purpur og gull representerer VP. Forskyvning av VP på den andre siden er vist.1946fig1large.jpg "target =" _blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. VP 2:. Glioblastoma tilbakefall Svulsten er rødt. Ødem (lilla) omgir VP (gull). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. VP 3:. Glioblastoma occipital er Svulsten rødt. Forstyrrelse av VP (gull) anteriorly av svulsten og ødem (lilla). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. VP 4:. Oral glioblastom Svulsten (rød) berører VP (gull) anteriorly. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5. VP 5:. Glioblastoma av corpus callosum Svulsten (rød) med ødem (lilla) omgir VP (gull). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
< br /> Figur 6. VP. 6:. Glioblastoma anterior Svulsten (rød) og ødem (lilla) omgir VP (gull) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7. VP 7:. VP etter glioblastoma kirurgi sort representerer hulrommet av svulsten. Ødem (lilla) er ved siden av VP (gull). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 8. Forberedelse til fibertracking. ref = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/51946/51946fig8large.jpg" target = "_blank"> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 9. Forberedelse til fibertracking / VP. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 10. Klargjøring for fibertracking tre. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
"Src =" / filer / Ftp_upload / 51946 / 51946fig11highres.jpg "/>
Figur 11. Klargjøring for fibertracking fire. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 12. Klargjøring for fibertracking fem.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
DTI er en teknikk som gjør det mulig nevrokirurg å visualisere hvit substans traktater in vivo åtte. Den visuelle bane er en av disse trakter. Selv om denne fremgangsmåte gir leger med nye muligheter når det gjelder behandling av pasienter med lesjoner vedrørende talende regioner av hjernen vi har å si at noen begrensninger av denne teknikken eksisterer fortsatt. Den første og mest åpenbare utfordringen er hjernen skift, som fortsatt er et problem under etterforskning fire. Etter åpning av dura mater og etter manipulering i hjernen ved å fjerne svulst eller cerebrospinalvæsken tap vi don`t har de samme betingelser som før kirurgi. Videre DTI er i stand til å løse krysset eller kyssing av fiber og for å fastslå med nøyaktighet opprinnelse og destinasjon for fiber, produsere flere gjenstander og falske traktater 1-3. Et annet problem er den oppløsning av fibre i områder med forstyrret diffusjon, for eksempel på grunn av tumor eller peritumoral edema 22. Små trakter med ulike retninger innen en voxel vil ikke bli fotografert grunn sekundært til delvis volum gjenstander 28. Muligheten for falske positive og falske negative traktater bør alltid tas i betraktning. Resultatene kan bli kompromittert. Andre algoritmer har vist VP på en mer fullstendig måte, men en internasjonal standardisert prosedyre for å skildre VP doesn `t eksisterer oppdatert som kan være forvirrende i tillegg. Skildringen av Meyer løkken fortsatt en utfordring for denne protokollen. En annen begrensning kan bestå i skildringen av Baum loop. Men vi kunne ikke finne noe notat av skildringen av denne sløyfen andre steder.
Som nevnt før denne protokollen er lett gjennomførbart for den daglige rutinen. Men en god forberedelse er nødvendig for en tilfredsstillende resultat. Det er nødvendig å passe på at bildene er utført strengt aksial. Det kan kompromittere kvaliteten på bildene etterpå hvis dette ikke ertatt hensyn til. En 3DT1-vektet bilde er alltid nødvendig for navigasjonen. Skivene skal være tynn nok for å få gode resultater. For denne protokollen bruker vi 2 mm skiver uten hull i mellom. Respektere protokollen, vil føre til en god skildring av de store deler av VP. VP ble portrettert bruker flere ROI. VC var alltid segmentert i tillegg. Andre har også brukt en multippel ROI tilnærming 16,17. DTI-vinkling har også blitt prøvd ut. Det kan ha gode resultater for anteroposterior fiberbundles men andre fibre kan komme i en uheldig posisjon 12. Ytterligere metoder omfatter krystallisering av det fiber sporer fra flere fiducials plassert på den optiske kanalen nær LGN 11.
Fremtidige søknader omfatter bruk av DTI i hjernen iskemi, multippel sklerose, Alzheimers sykdom, skildringen av hjernenerver, gamma kniv kirurgi og andre 7, 13,28. De blir allerede brukt i enkelte institusjoner, men tsin ikke er en rutine overalt. Intrasurgical kartlegging av optisk stråling ved hjelp subcortical elektrisk stimulering er en pålitelig metode for å identifisere og bevare denne traktaten under glioma kirurgi seks. En annen mulighet for å overvåke den funksjonelle integritet av visuell vei er intraoperativ bruk av cortically innspilte veps 5,10. Intraoperativ bruk av MRI kan være en mulighet for å redusere problemet som oppstår med hjernen forskyvning alternativt påføring av et 3D ultralyd kan utgjøre en alternativ 18. Andre diffusjon bildebehandling og gjenoppbygging ordninger har blitt stadig mer aktuelt å skildre den visuelle veien. Den visuelle pathway har mer fiber og Meyer løkken mer pålitelig vises 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).
