Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Intra Operative nevrale overvåking av Thyroid kirurgi i en Porcine modell

Published: February 11, 2019 doi: 10.3791/57919
Automatic Translation
1,2,3, 2, 4, 5, 2, 5, 2, 2, 6, 7, 7, 8, 9, 2,3, 5,10,11
1Department of Otorhinolaryngology, Kaohsiung Municipal Hsiao-Kang Hospital, Kaohsiung Medical University, 2Department of Otorhinolaryngology, Kaohsiung Medical University Hospital, Kaohsiung Medical University, 3Department of Otorhinolaryngology, Faculty of Medicine, College of Medicine, Kaohsiung Medical University, 4Department of Nursing, Kaohsiung Medical University Hospital, Kaohsiung Medical University, 5Department of Anesthesiology, Kaohsiung Medical University Hospital, Kaohsiung Medical University, 6Laboratory Animal Center, Kaohsiung Medical University Hospital, Kaohsiung Medical University, 7Department of Thyroid and Parathyroid Surgery, China-Japan Union Hospital and Jilin Provincial Key Laboratory of Surgical Translational Medicine, Jilin University, 8Division of Thyroid and Parathyroid Endocrine Surgery, Department of Otolaryngology, Massachusetts Eye and Ear Infirmary; Division of Surgical Oncology, Department of Surgery, Massachusetts General Hospital; Department of Otology and Laryngology, Harvard Medical School, 9Division for Endocrine Surgery, Department of Human Pathology in Adulthood and Child-hood "G. Barresi", University Hospital G. Martino, University of Messina, 10Department of Anesthesiology, Kaohsiung Municipal Hsiao-Kang Hospital, Kaohsiung Medical University, 11Department of Anesthesiology, Faculty of Medicine, College of Medicine, Kaohsiung Medical University

Summary

Denne studien har som mål å utvikle en standardprotokoll intra operative nevrale overvåking av skjoldbrusk kirurgi i en porcine modell. Her presenterer vi en protokoll for å demonstrere totalbedøvelse, sammenligne forskjellige elektroder, og undersøke elektrofysiologiske karakteristikkene av normal og skadde tilbakevendende recurrens nerver.

Abstract

Intraoperativ skade av nervus recurrens (RLN) kan forårsake stemmebånd lammelse, som forstyrrer tale og kan forstyrre puste. De siste årene er intraoperativ nevrale overvåking (IONM) mye tilpasset som et supplement teknikken for å lokalisere RLN, oppdage RLN skader og forutsi stemmebånd funksjonen under operasjonene. Mange studier har også brukt dyremodeller å undersøke nye programmer IONM teknologi og å utvikle pålitelige strategier for å forebygge intraoperativ RLN skade. Målet med denne artikkelen er å innføre en standardprotokoll for å bruke en porcine modell i IONM forskning. Artikkelen beskriver prosedyrene for inducing totalbedøvelse, tracheal intubasjon og eksperimentell design å undersøke elektrofysiologiske kjennetegner RLN skader. Anvendelser av denne protokollen kan forbedre generelle effekten implementere 3R prinsippet (erstatning, reduksjon og raffinement) i svin IONM studier.

Introduction

Selv om thyroidectomy er nå en brukte prosedyre verdensomspennende, er postoperativ stemme dysfunksjon fortsatt vanlig. Intraoperativ skade av nervus recurrens (RLN) kan forårsake stemmebånd lammelse, som forstyrrer tale og kan forstyrre puste. I tillegg kan skade den eksterne grenen av den overlegne nerven recurrens forårsake en stor stemme endring av tonehøyde og vokal projeksjon.

Intraoperativ nevrale overvåking (IONM) under skjoldbrusk operasjoner har fått bred popularitet som et supplement teknikk for kartlegging og bekrefter RLN, nervus vagus (VN) og den eksterne grenen av den overlegne nerven recurrens (EBSLN). IONM er nyttig for bekrefter og Klargjørende mekanismer RLN skader og oppdage anatomiske variasjoner i RLN, kan den brukes til å forutsi stemmebånd funksjon etter thyroidectomy. Derfor IONM legger til en ny funksjonell dynamikk i skjoldbrusk kirurgi og utdanner kirurger med informasjon som kan oppnås ved direkte visualisering, alene1,,2,,3,,4,,5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10.

Nylig har mange prospektive studier brukt svin modeller til å optimalisere bruken av IONM teknologi og pålitelig strategier for å forebygge intraoperativ RLN skade11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20. Svin modeller har også blitt brukt til å gi utøvere med grunnleggende utdanning og opplæring i klinisk bruk av IONM.

Derfor er kombinasjonen av dyremodeller og IONM teknologi et verdifullt verktøy for å studere i Patofysiologien ved RLN skade21. Målet med denne artikkelen var å demonstrere bruk av en porcine modell i IONM forskning. Spesielt demonstrerer artikkelen hvordan å indusere narkose, utføre tracheal intubasjon og konfigurere eksperimenter for å undersøke elektrofysiologiske kjennetegner RLN skade ulike.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Det dyreforsøkene ble godkjent av institusjonelle Animal Care og bruk Committee (IACUC) av Kaohsiung medisinske universitet, Taiwan (protokollen ingen: IACUC-102046, 104063, 105158).

1. dyr forberedelse og anestesi

  1. Svin dyremodell
    Merk: Denne studien brukt protokollen beskrevet i litteraturen å etablere en potensiell porcine modell av IONM11,12,13,14,15,16, 17,18,19,22.
    1. Bruke KHAPS svart eller Duroc-Landrace griser (3-4 måneder gammel; på 18-30 kg).
    2. Kontroller at eksperimentelle protokollen er forenlig med nasjonale/internasjonale regelverk og retningslinjer for dyreforsøk, inkludert 3R prinsipper (erstatning, reduksjon og raffinement). Få etiske godkjenning av eksperimentelle protokollen fra komiteen for omsorg og bruk av forsøksdyr på relevante institusjonen.
  2. Anestesi induksjon
    1. Pre anestesi forberedelser
      1. Holde tilbake næringen 8 timer før anestesi og holde vann 2 timer før anestesi.
      2. Pre-medisinere med intramuskulær azaperone (4 mg/kg) på 2 timer før anestesi. Bruk en 500 mL saltvann flaske for å dikte en ansiktsmaske for hver piglet. Klippe som nødvendig for å sikre en sikker passform til snuten.
      3. Bruk funksjonen veiing i drifts tabellen måle nettovekten av hver piglet ()figur 1A).
      4. Opprettholde kroppstemperatur med en sirkulerende vann mattress satt til 40 ° C.
    2. Indusere narkose (GA) med 2-4% desflurane på en frisk gass flyt av 3 L/min via ansiktsmaske med piglet i en utsatt posisjon. GA kan også være forårsaket av intramuscular tiletamine og zloazepam. En tilstrekkelig dybde av anestesi oppnås vanligvis på 3-5 minutter. Bekreft dybden av anestesi ved ingen alvorlig bevegelse til smerte på grunn av eksterne venøs catheterization.
    3. Identifisere en overfladisk vene på yttersiden av ett øre og sterilisere den valgte regionen (om 6 x 6 cm2) med 75% alkohol. For maksimal sikkerhet, kan du bruke en 24-gauge perifere intravenøs kateter.
    4. Administrere intravenøs bedøvelse som propofol (1-2 mg/kg) eller thiamylal (5-10 mg/kg) å lindre skadelige stimulering av direkte laryngoscopy.
      Merk: Bruk av nevromuskulære blokkere agent (NMBA) anbefales ikke. I senere eksperimenter, NMBA kan komplisere intubasjon ved deprimerende spontan pusting og kan minke Elektromyografi (EMG) signaler. I tillegg er desflurane innånding kombinert med bolus propofol eller korttidsvirkende barbiturater angivelig tilstrekkelig for å tilrettelegge tracheal intubasjon.
  3. Tracheal intubasjon ((figur 1B) )
    1. Utstyr og materialer kreves for EMG tube intubasjon: en størrelse #6 EMG endotracheal tube, en ansiktsmaske for assistert ventilasjon, to stropper til å holde munnen åpen, en gasbind strimmel å trekke tungen, en butt tupp sugekraft kateter, en veterinær laryngoskop med 20cm rett blad, en elastisk bougie, en 20 mL sprøyte, et stetoskop og teip.
    2. Plasser piglet i en utsatt posisjon i drifts tabellen. Juster hodet og kroppen å sikre tydelig visualisering av den øvre luftveier.
    3. Direkte hjelperen gjelder trekkraft i øvre og nedre kjeven å opprettholde tilstrekkelig munnåpning og unngå rotasjon eller overextension av hodet. Dekke tungen med gasbind og trekke tungen ut for å optimalisere det visuelle feltet.
    4. Hold laryngoskop og plassere den direkte i munnhulen å trykke ned tungen.
    5. Direkte Visualiser at epiglottis og bruk laryngoskop for å presse at epiglottis nedover mot tungen basen.
    6. Når stemmebåndene er tydelig identifisert, forsiktig forhånd elastisk bougie inn i luftrøret. Svak rotasjon av elastisk bougie kan være nødvendig å overvinne motstand. Deretter avansere EMG røret i munnen vinkel til en dybde på 24 cm.
    7. Blåse EMG tube mansjetten til et volum større enn 3 mL. Hvis ventilasjon av manuell bagging viser ingen åpenbare luftlekkasje, er i situ deflasjon av EMG røret mulig.
    8. Når EMG røret plasseres på riktig dybde, Bekreft gratis passering av frisk gass ved manuell bagging. Videre Bekreft den riktige tracheal intubasjon ved slutten-tidevanns karbondioksid (etCO2) overvåke (capnography) og brystet auskultasjon for tidlig identifisering av utilsiktet esophageal eller endobronchial intubasjon.
      Merk: Capnography viste både etCO2 bølgeform og digital verdien i mmHg. Når esophageal intubasjon oppstod, var etCO2 fraværende eller nær null etter 6 åndedrag. Når EMG røret ble i riktig sted, typisk etCO2 bølgeform og tilstrekkelig verdi (vanligvis > 30 mmHg) ble bemerket. Videre er pust lyden av en bilaterale lunge fylt klar og symmetrisk som brystet auskultasjon.
    9. Bruk legeundersøkelse tape for å fikse EMG røret i munnen vinkel. Siden røret vanligvis krever justering under IONM eksperimenter, ikke feste tuben til snuten.
    10. Koble EMG røret til ventilen. Kontinuerlig capnography er obligatorisk for overvåking etCO2 verdien og kurven hele eksperimentet.
  4. Anestesi vedlikehold ()figur 1 c)
    1. Etter EMG røret er fast, plasser piglet på ryggen med halsen utvidet (figur 1 c). Opprettholde narkose med 1-3% desflurane i oksygen på 2 L/min.
    2. Ventilere lungene i volumkontroll modus på en Tidalvolum 8-12 mL/kg, og angi respirasjonsfrekvens til 12-14 åndedrag minuttet.
    3. Starte fysiologiske overvåking, inkludert capnography, electrocardiography (ECG) og overvåking oxygenation (SaO2).

2. utstyr innstillingen og dyr drift (figur 1 d)

  1. Utstyr oppsett
    1. Koble kanal fører fra EMG tuben til overvåkingen.
    2. Angi overvåkingssystemet å kjøre et tidsvindu for 50 ms. Sett pulserende stimuli til 100 μs og 4 Hz. sett hendelsen fange terskelen til 100 μV.
  2. Kirurgisk prosedyre
    1. Bruk sterilt kirurgiske hansker og bruke povidon jod med bomull vattpinner for å desinfisere halsen kirurgiske området.
    2. Foreta en tverrgående krage snitt ca 10-15 cm i lengde med skalpell å avdekke halsen og strupehodet.
    3. Øke subplatysmal klaffen 1 cm cranially fra krageben hyoid beinet.
    4. Fjern stroppen musklene og visualisere tracheal ringer og nerver. Bruke monopolar og bipolar electrocautery skal kirurgiske disseksjon og hemostasen.
    5. Lokalisere, identifisere og nøye avsløre det EBSLN, RLN og VN med en håndholdt stimulering sonde.
    6. Plasser en automatisert periodiske stimuli (APS) elektrode på den ene siden av VN for å stimulere under kontinuerlig IONM (CIONM). Koble APS elektroden overvåkingen. Angi pulserende stimuli 1 Hz, 100 µs og 1 mA.
  3. På slutten av eksperimenter, avlive alle grisungene av veterinær.

3. elektrisk stimulering

Merk: Hvis du vil bruke 3R prinsippet i svin IONM studier, alltid utføre repeterbare elektrofysiologi studier som ikke forårsaker nerve skade før du utfører eksperimenter som kan forårsake nerve skade. Dette kan brukes til å studere den intensitet, sikkerhet og hjerte effekter11,17. IONM utstyr kan klassifiseres som stimulering utstyr eller opptaksutstyr (figur 2A).

  1. Evaluere planlagte EMG svarene på målet nervene, inkludert EBSLN, RLN og VN (tall 2B, 2 C).
    1. Starte med en innledende stimulering strøm av 0.1-mA gjeldende og øke stimulering i 0,1-mA intervaller før en EMG respons er oppdaget og registrert.
    2. Ytterligere øke gjeldende til maksimal EMG responsen er oppnådd.
    3. Registrere den opprinnelige amplitude, ventetid og bølgeform av EMG respons.
    4. Definere hvilket minimal stimulans som laveste gjeldende (mA) som tydelig fremkalles EMG aktivitet > 100 µV. Angi maksimal stimulans tilgangsnivået som den laveste nåværende som fremkalles maksimal EMG svaret.
  2. Evaluere sikkerheten til elektrisk stimulering11,19
    1. Bruke en kontinuerlig 1 minutt stimulans på femte tracheal ring nivå av VN eller RLN.
    2. Gradvis øke stimulans gjeldende 1 mA til 30 mA.
    3. Under VN stimulering, vurdere hemodynamic stabilitet ved overvåking av hjertefrekvens og ECG invasiv arterial blodtrykket.
    4. Til slutt, vurdere nerve funksjon integritet ved å sammenligne EMG svar proksimale til nerve stimulering området før og etter hvert nivå av stimulering brukes.
  3. Effekten av bedøvelse (muskelavslappende og deres reversering)12,20
    Merk: Feil bruk av NMBAs er en mulig årsak til mislykket IONM. Den foreslåtte dyr modellen ble brukt til å sammenligne utvinning profiler blant annet depolarizing NMBAs (f.eks succinylcholine) og nondepolarizing NMBAs (f.eks, rocuronium) i ulike doser og identifisere den optimale NMBA for bruk i IONM. Dyr modellen kan også brukes til å evaluere effektiviteten av NMBA reversering legemidler (f.eks, sugammadex) for å raskt gjenopprette nevromuskulær funksjonen undertrykket av rocuronium.
    1. Først bruke C-IONM og bruke automatisk kalibrert planlagte latencies og amplituder av EMG som kontrolldata.
    2. Administrere en bolus injeksjon av 0,3 mg/kg rocuronium i et volum på 10 mg/mL og observere sanntid EMG endringene.
    3. Tre minutter etter injeksjon, utføre en injeksjon av 2 mg/kg sugammadex i et volum av 100 mg/mL som rask bolus. Registrere utvinning profilen recurrens EMG i 20 minutter.
  4. Stimulering elektroder (stimulering sonder/dissectors) ((Figur 3)17 )
    Merk: Det finnes ulike typer stimulering elektroder som kan brukes for nervestimulering under IONM, f.eksmonopolar sonder (figur 3A), bipolar sonder (figur 3B) og stimulering dissectors (Figur 3 c ).
    1. For å etterligne direkte stimulering av nervene under operasjonen, kan du bruke 1 mA stimulering til EBSLN, RLN og VN uten overliggende fascia.
    2. For å etterligne indirekte kartlegging og lokalisering av nerve posisjon før visuell identifikasjon under operasjonen, kan du bruke 1 mA stimulering på 1 og 2 mm avstand fra nervene overliggende fascia.
    3. Registrere og sammenligne EMG svarene mellom ulike typer stimulering elektroder.
  5. Innspillingen elektroder (EMG rør/p elektrodene/pre-gelled huden elektroder) (figur 4)
    1. Bruke dyr modell for å evaluere hvordan rotasjon eller oppover/nedover forskyvning av EMG tube elektroden (figur 4A) påvirker stabiliteten i EMG signalet. I tillegg bruker dyr modellen sammenligne EMG svarene mellom forskjellige elektrode (f.eks, p elektroder og lim pre gelled elektroder, figur 4B) og ulike opptak tilnærminger (f.eks, transkutan/PCI og transcartilage tilnærminger, tall 4C og 4 D) gjennomførbarhet, stabilitet og nøyaktighet under IONM.
    2. For en mulighetsstudie, gjelder 1 mA stimulans gjeldende bilaterale EBSLNs, VNs RLNs. rekord og sammenlign EMG svar fremkalt av hver elektrode testet (dvs. EMG tube, transkutan, PCI, og transcartilage elektroder).
    3. For en stabilitet studie, evaluere og sammenligne EMG signal stabilitet i C-IONM under eksperimentelt indusert cartilago/tracheal brusk forskyvning.
    4. For en nøyaktighet studien, evaluere og sammenligne nøyaktigheten av testet elektrodene i C-IONM for å identifisere EMG signal degradering under RLN skade.

4. RLN skade studie (figur 5)

  1. I overensstemmelse med 3R, utføre RLN skade eksperimenter i porcine modell tross alt repeterbare elektrofysiologi studier er fullført. Utføre tester av nerve segmenter fra proksimale nerve segmenter distale nerve segmenter (dvs. videre fra caudal del av RLN til den kraniale delen av RLN).
  2. Bruk C-IONM å bekrefte og sammenligne mønstre sanntid endringer i vakte recurrens EMG signaler under og etter akutte RLN skader med forskjellige skade mekanismer (f.eks, trekkraft, klemmer, transection eller termisk skader) (tall 5A og 5B) . Bruk C-IONM for kontinuerlig sanntidsvisning og recordation EMG endringer og sekvensiell inngang gjennom eksperimentet (figur 5C).
  3. Samle skadet RLN segmenter for histopathological analyse av morfologiske omleggingene forårsaket av nerve skade eksperimenter.
  4. Trekkraft komprimering/stretch skade
    Merk: Trekkraft komprimering eller strekke skader er de vanligste intraoperativ RLN skadene. Eksperimentelt indusere trekkraft stress og observere den resulterende elektrofysiologiske EMG endringer og histopathological.
    1. Trekkraft komprimering skade13
      1. Bryte en tynn plast loop (f.eks, en vaskulær loop 1.3 mm bred) rundt RLN og bruk en styrke måle for å bruke retraksjon med 50 g av spenning (figur 5A). Denne ordningen etterligner en RLN fanget mot et tett, fibrøs band eller en krysset arterie i regionen Berry ligament under mediale trekkraft av skjoldbrusk lobe.
    2. Trekkraft strekke skade16
      1. Pakk RLN med et bredere elastisk materiale (f.eks, en 10 mm bredt silikon Penrose avløp), og bruke en force måler for å trekke RLN med 50 g av spenning) denne ordningen etterligner en RLN overholdt eller omsluttet av struma kapselen og strukket frem under mediale trekkraft.
  5. Fastklemming skade
    Merk: Intraoperativ mekanisk traume til RLN vanligvis resultater fra dårlig eksponering eller visuelle forveksling av RLN. 13 , 16
    1. Etter trekkraft komprimeringen RLN skade eksperiment, klemme den distale del av RLN med hemostatic tang i ett sekund. Denne ordningen etterligner nerve utilsiktet blir festet på grunn av visuelle forveksling som et fartøy under operasjonen. Post tilhørende EMG signalet endre for sammenligning med ytterligere histopathological resultatene av nerve prøven.
  6. Termisk skade
    Merk: De fleste intraoperativ RLN termisk skader skyldes thermal spre når electrocautery enheter og ulike energi-baserte enheter (EBDs) brukes til å indusere hemostasen nær RLN. Som trekkraft skade er termisk skade sjelden synlige for det blotte øye. Derfor utføre IONM dyreforsøk å bestemme den beste modellen for evaluering i Patofysiologien ved RLN termisk skade og teste den termiske toleranse14 og sikkerheten til EBDs15,18.
    1. Bruk C-IONM for å registrere endres EMG kontinuerlig gjennom hele eksperimentet.
    2. For aktivisering studien, undersøke hvordan energi-baserte enheter (EBD) kan brukes trygt for hemostasen og disseksjon nær RLN under operasjonen (figur 5B).
      1. Aktivere Nødoppstartsdisketten (elektrotermiske bipolar fartøyet tetting systemet, angi kraft på nivå 2 og energien discontinues automatisk ved 2 til 4 sekunder) på 5 mm avstand fra RLN.
      2. Hvis EMG signaler forbli stabile etter flere tester, utføre en ytterligere test på smalere avstand (f.eks2 mm, og fulgt av 1 mm avstand).
      3. Hvis noen vesentlig EMG endring skjer etter at noen test eksperimentet er fullført og etterfulgt av kontinuerlig sanntid EMG opptak i minst 20 minutter.
    3. For kjøling studien, evaluere kjøling tid til å finne ut etter aktivisering optimal EBD kjøling parametere.
      1. Kontakt aktivert Nødoppstartsdisketten på RLN rett etter en 5 andre kjøling tid.
      2. Hvis EMG signalene forbli stabile etter tre tester, teste kortere kjøling tiden (f.eks2 sekunder, og etterfulgt av 1 sekund).
      3. Hvis EMG forblir stabil etter gjentatte tester, Bekreft sikkerheten til Oppstartsdisketten ved å berøre RLN umiddelbart etter aktivisering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Elektrofysiologi studie
Opprinnelige EMG data og minimal/maksimal stimulans nivå stimulus-respons-kurver
Bruke et standard monopolar stimulerende sondere, innhentet minimal stimulering nivået for VN og RLN stimulering varierer fra 0,1 til 0,3 mA, henholdsvis. Generelt stimulans gjeldende korrelert positivt med de resulterende EMG amplituderesponse11,17. EMG amplituden plateaued på maksimal stimulering nivåer av 0,7 mA for VN stimulering og 0,5 mA for RLN stimulering11.

Elektrisk stimulering (intensitet, sikkerhet og hjerte effekt)
I sikkerhet studien, er det ingen uønskede effekter på EMG signal eller hemodynamic stabilitet observert etter kontinuerlig pulsatile VN og RLN stimulations med innstillingen 1 mA til 30 mA. I tillegg var planlagte EMG amplitudes og ventetider VN eller RLN relativt uendret etter nervene ble stimulert av en høy-strøm. Derfor ble det foreslått at en intermitterende høy stimulans gjeldende under IONM ikke var skadelig til VN eller RLN19.

Effekter av bedøvelse (muskelavslappende og deres reversering)
Eksperimentell sammenligninger av NMBAs av denne dyr modellen viste at ulike typer og doser muskelavslappende har forskjellige naturlige utvinning profil. For eksempel ble utvinning ganger for succinylcholine (1 mg/kg) og lav dose rocuronium (0,3 mg/kg) betydelig kortere enn for standard dose rocuronium (0.6 mg/kg). Eksperimenter for NMBA reversering bekrefter at sugammadex (reversering av rocuronium) effektivt og raskt gjenoppretter nevromuskulær funksjonen undertrykket av rocuronium20.

Stimulerende elektroder (stimulering sonder og dissecting stimulators)
Vanligvis utføres IONM med en kommersielt tilgjengelig ETT-baserte overflate opptak elektrode systemet (dvs. en såkalt EMG rør). Men er en begrensning av klinisk bruk av EMG rør behovet for å opprettholde konstant kontakt mellom elektrodene og stemmebåndene under operasjonen for å få et robust EMG signal. Falske IONM resultater kan resultere fra en EMG rør som er plassert feil under intubasjon (f.ekspå grunn av feil innsetting dybde, feil røret størrelse eller rotasjon av elektroden) eller fra en EMG rør som er fortrengt under kirurgisk manipulasjon og nakke retraksjon (f.eksforårsaker rotasjon eller oppover/nedover forskyvning av elektroden).

Eksperimentell sammenligninger av stimulerende elektroder viste at stimulering sonder/dissectors vakte typiske EMG bølgeformer fra EBSLN/RLN/VN 1 mA nåværende. Den stimulerende gjeldende korrelert positivt med resulterende EMG amplituden. I monopolar prober og stimulerende dissectors, maksimal EMG ble brakt frem av < 1 mA. Bipolar sonder krevde maksimal EMG en høyere strøm. I alle grupper, vakte EMG amplituder redusert som avstanden fra sonden/dissector til nerve økt. Vakte EMG amplituder også redusert i stimulert nerver som hadde overliggende fascia. Derfor bekreftet dyr modellen at både stimulering dissectors og konvensjonelle sonder er effektivt å fremkalle EBSLN, RLN og VN bølgeformer å overvåke sanntid nerve funksjon under kirurgi17. Ulike stimulering sonder/dissectors er nå tilgjengelig i IONM system for spesiell stimulering krav, kirurgisk avlytting program og preferanse for brukerne.

Innspillingen elektroder (EMG rør, nål elektroder og pre gelled huden elektroder)
Lønnsomhetsstudien bekreftet at EMG tube elektrodene på vocalis og transkutan/PCI nål elektrodene transkutan/transcartilage pre gelled elektrodene var effektive for opptak typisk vakte recurrens EMG bølgeformer fra VN og RLN under 1 mA stimulering. Figur 6 viser at transkutan/transcartilage pre gelled elektroder vanligvis registrert lavere EMG amplituder sammenlignet med EMG rør og nål elektroder.

I stabilitet studien, var sanntid EMG tracings sammenlignet før og etter tracheal forskyvning ble eksperimentelt indusert. Figur 7 viser at endringen i kontakt mellom EMG tube elektroder og vokale foldene etter tracheal forskyvning betydelig endret registrert EMG signaler. Imidlertid hadde tracheal forskyvning ingen synlig effekt på elektroden kontakt kvalitet eller EMG signalkvalitet fra elektrodene transkutan eller transcartilage.
Nøyaktighet studien evaluert nøyaktigheten av sanntids signaler reflekterer ugunstig EMG fornedrelse under RLN stress eksperimentelt indusert av kontinuerlig VN stimulering med APS elektroden. Når RLN trekkraft stress var eksperimentelt indusert, EMG rør elektroder vocalis muskelen og transcartilage/PCI/transkutan elektroder registrert lignende mønstre av progressiv degradering EMG amplituden (Figur 8).

RLN skade studie
Trekkraft skade
Typisk sanntid EMG endringer under RLN trekkraft avslørte en progressiv amplituden nedgang kombinert med en ventetid økning (såkalte "kombinert hendelsen"). I tillegg EMG signaler gradvis gjenvunnet etter trekkraft (figur 9A). Histopatologi studien viste at morfologiske endringer skjedde hovedsakelig i ytre nerve strukturer som epi - og peri-neurium. Strukturer i endoneurium forble relativt intakt13,16.

Fastklemming skade
Alle RLNs viste en umiddelbar LOS (i mindre enn 1 s) etter akutt mekanisk skade ble eksperimentelt indusert. I tillegg ikke gradvis EMG utvinning kan observeres i en kort periode etter at skaden (figur 9B). Histopatologi studien viste at forvrengning av epineurium og perineurium var større i klem skade gruppen sammenlignet med trekkraft skade gruppe13,16.

Termisk skade

I løpet av termisk skade studie avslører sanntid EMG en kombinert hendelse, som deretter raskt forringer til LOS (figur 9C). Reaksjonstid før LOS og alvorlighetsgraden av electrophysiologic skade skyldes dosen av termisk stress14. Studier av EBDs avsløre trygt aktivisering avstanden til RLN og kjøling tid varierer etter EBD. For eksempel er trygt aktivisering avstander og kjøling ganger 5 mm og 1 sekund for monopolar electrocautery (15 watt), 3 mm og 1 sekund for bipolar electrocautery (30 watt), 2 og 3 til 10 sekunder for den harmoniske skalpell, og 2 mm og 2 til 5 sekunder for Ligasur e system, henholdsvis. Spesielt bør den harmoniske skalpell avkjølt i mer enn 10 sekunder eller avkjølt av en rask (2 sekunder) muskel touch manøvrere før den berører RLN. Ligasure systemet skal avkjølt i mer enn 2 sekunder eller avkjølt av en rask muskel touch manøver før den berører RLN15,18. Histopatologisk undersøkelse av termisk skadet nerver viste relativt alvorlig skade det indre endoneurium med mindre forvrengning av de ytre nerve struktur16.

Figure 1
Figur 1. Forberedelse og anesthesia KHAPS Black/Duroc-Landrace griser for IONM forskning. (A) nettovekten av hver piglet ble målt før anestesi. (B) en assistent opprettholdt en tilstrekkelig munn åpne mens trekkraft ble brukt på den øvre og nedre kjeven. Et laryngoskop ble deretter brukt trykke at epiglottis nedover mot bunnen av tungen. Når stemmebåndene var tydelig identifisert, ble elastisk bougie forsiktig rykket inn i luftrøret. EMG røret ble deretter satt til en dybde på 24 cm i passende munnen vinkel. (C) piglet ble plassert på ryggen med halsen utvidet. Kanalen fører fra innspillingen elektroder knyttet til overvåkingen. Fysiologiske overvåking ble utført i løpet av studiet. (D) halsen og strupehode ble utsatt for eksperimenter. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2. Den mangefasetterte elektronisk utstyr og prinsippet av IONM. (A) grunnleggende utstyr inkludert nevrale stimulerende elektrodene (stimulator) og opptak elektrodene (koblet til ETT). (B) den stimulerende elektrodene kan brukes til å angi plasseringen og funksjonell status av EBSLN, RLN og VN under IONM. (C) vakte EMG svar vises på en LCD-skjerm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3. Ulike stimulering elektrodene tilgjengelige for bruk i IONM. (A) Monopolar sonder (B) bipolar sonder, og (C) stimulering sonder/dissectors. Valg av stimulering sonder/dissectors brukes for IONM avhenger av kravene spesiell stimulering, det bestemte programmet ønsket og fortrinnsretten av kirurgen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4. Innspillingen elektrode ulike er tilgjengelige for bruk i IONM. (A) The EMG ETT elektroder inkluderer (1a) Trivantage (1b) kontakt forsterket (1 c) - Standard forsterket, og (1 d) - FLEX EMG rør); (B) (2) - klebende pre gelled elektroder og (3) - nål elektroder. (C og D) The EMG tube er utformet for å ta vokal fold gjennom intubasjon (jeg), og limet pre gelled eller p elektrodene kan brukes i transkutan (II), PCI (III), eller transcartilage (IV) tilnærming for EMG opptak under IONM. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5. Kontinuerlig IONM ble utført via APS av VN (*) å undersøke sanntid EMG endringer i RLN under (A) trekkraft og (B) termisk. (C). hele eksperimentet, C-IONM systemet vises og kontinuerlig spilt indusert EMG endringer og sekvensiell inngang i sanntid. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6. Sammenligning av evoked EMG svar mellom fire forskjellige typer opptak elektroder. Forundersøkelser indikerte at alle elektrode typer (dvs. EMG tube, transkutan, PCI, og transcartilage elektroder) nøyaktig registrert typiske vakte recurrens EMG bølgeformer fra RLN under 1 mA stimulering. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7. Sammenligning av sanntids EMG tracings før og etter eksperimentelle tracheal forskyvning. For stabilitet studien, ble tracheal forskyvning eksperimentelt indusert. Endringer i kontakt mellom EMG tube elektroder og vokale foldene forårsaket betydelig variasjon i innspilte EMG signaler. (A) elektroder normal posisjon registrert sterke EMG signaler. (B) elektroder med svak oppadgående bevegelse (1 cm) registrert relativt svakere EMG signaler. (C) elektroder med moderat til alvorlig oppadgående forskyvning (2 cm) viste en EMG LOS. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8. Sammenligning av sanntids EMG tracings under eksperimentelle RLN eksperimentell RLN trekkraft skader mellom fire forskjellige typer opptak elektroder. Nøyaktighet studier viste at når RLN trekkraft stress var eksperimentelt indusert, alle elektrode typer (dvs. EMG tube, transkutan, PCI, og transcartilage elektroder) registrert lignende mønstre for gradvis nedverdigende EMG amplitude. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 9
Figur 9. Sammenligning av sanntid EMG endringer og sekvensiell inngang etter RLN skade ulike. (A) trekkraft skade, EMG signaler gradvis degradert under nerve stress og gradvis gjenvunnet etter trekkraft. (B) i klemskruen skade, EMG signalene viste en umiddelbar LOS og noen utvinning. (C) termisk skade, EMG signalene avslørt en kombinert hendelse og deretter raskt gradvis degradert til LOS med noen utvinning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Skader på RLN og EBSLN er fortsatt en betydelig kilde til sykelighet forårsaket av skjoldbruskkjertelen kirurgi. Inntil nylig kunne bare nerve skade identifiseres ved direkte visualisering av traumer. Bruk av IONM nå kan videre funksjonelle identifikasjon av RLN ved å bruke stimulering og opptak sammentrekning av målet musklene. For tiden imidlertid har både konvensjonelle periodisk og kontinuerlig IONM systemer noen tekniske begrensninger i falske positive og USANN-negativ tolkninger. Derfor er egnet dyremodeller nødvendig til disse kliniske spørsmålene.

Masse eksperimentelle dyrestudier har nylig forsøkt å overvinne fallgrubene IONM og undersøke nye programmer. De fleste av disse studiene har brukt mellomstore dyr som canine/hunden23,24,25 og svin/svin/mini-pig11,12,13,14, 15,16,17,18,19,22,26,27,28, 29. Hjørnetann modeller av RLN og recurrens funksjonen er godt etablert og etterligne svært menneskets anatomi, størrelse og fysiologi. Svin modellen er den eldste dyr brukt i RLN forskning30,31. Den første eksperimenter i live griser utført av Galen i det andre århundre e.Kr. vist funksjonelle endringer i en transected RLN. Foreløpig er porcine modell mest brukt for IONM forskning fordi dens anatomi og fysiologi er svært lik de i mennesker. Eksperimentell griser har middels størrelse som muliggjør enkel håndtering og er tilgjengelig på en relativt lav kostnad21.

Denne artikkelen viser standardprotokoller for å bruke porcine modell i IONM forskning, inkludert protokoller for narkose og tracheal intubasjon. 3R prinsippet er implementert i utformingen av eksperimenter for å undersøke elektrofysiologiske kjennetegner RLN skader. Viktige problemer i bruken av foreslåtte porcine modell include(1) EMG parameteren egenskaper og sikkerhetsmessige hensyn når du bruker elektrisk stimulering11,17,19, (2) bruk av Muskelen lempelse og reversering12,20,32, (3) stimulerende og elektroder17og mest viktigere (4) modeller RLN skader13,14,15, 16,18 som ikke kan kvantifiseres nøyaktig hos mennesker. Protokollene ble satt opp å indusere forskjellige alvorlighetsgrad og typer RLN skader. Innspilte sanntidsdata EMG var korrelert med postoperativ stemmebånd funksjon og histopatologi undersøkelser. Selv om noen data fra eksperimentelle studier er uanvendelig til klinisk praksis, gir våre porcine modell en verdifull forskning plattform ikke bare i forståelse teknologien i IONM, men også guiding senere eksperimenter for å forbedre surgical strategier for mindre RLN skader under ortopedi og akuttkirurgi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Denne studien ble støttet av tilskudd fra Kaohsiung Medical University Hospital, Kaohsiung medisinske universitet (KMUH106-6R49) og departementet for vitenskap og teknologi (de fleste 106-2314-B-037-042-MY2.), Taiwan

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Criticare systems nGenuity 8100E physiologic monitoring, including capnography, electrocardiography (ECG) and monitoring of oxygenation (SaO2)
Intraoperative NIM nerve monitoring systems Medtronic NIM-Response 3.0 monitor EMG activity from multiple muscles. If there is a change in nerve function, the NIM system may provide audible and visual warnings to help reduce the risk of nerve damage.
NIM TriVantage EMG Tube Medtronic 8229706 6 mm ID, 8.2 mm OD. The NIM TriVantage EMG Tube is a standard size, non-reinforced, DEHP-free PVC tube that features smooth, conductive silver ink electrodes and a cross-band to guide placement. It has reduced sensitivity to rotation and movement while offering increased EMG responses that facilitate improved nerve dissection.
NIM Contact Reinforced EMG Endotracheal Tube Medtronic 8229506 6 mm ID, 9 mm OD. The NIM Contact EMG Tube continuously monitors electromyography (EMG)
activity during surgery. An innovative design allows the tube to maintain contact,
even upon rotation. Vocal cords are more easily visible against the white band.
Recording electrode leads are twisted pair. Packaged sterile with one green and
one white subdermal needle. Single use.
NIM Standard Reinforced EMG Endotracheal Tube Medtronic 8229306 6 mm ID, 8.8 mm OD. The NIM Standard EMG Tube continuously monitors electromyography (EMG)
activity during surgery. Recording electrode leads are twisted pair. Packaged
sterile with one green and one white subdermal needle. Single use.
NIM Flex EMG Endotracheal Tube Medtronic 8229960 6 mm. The NIM Flex EMG Tube monitors vocal cord and recurrent laryngeal nerve EMG
activity during surgery. An updated, dual-channel design allows the tube to
maintain contact with the vocal cords, even upon rotation. Recording electrode
leads are twisted pair. Packaged sterile with one green and one white subdermal
needle. Single use.
Standard Prass Flush-Tip Monopolar Stimulator Probe Medtronic 8225101 Tips and Handles. For locating and mapping cranial nerves in the surgical field, the single-use
Standard Prass Monopolar Stimulating Probe features a flush 0.5 mm tip
diameter. The probe is insulated to the tip to prevent current shunting. Individually
sterile packaged.
Ball-Tip Monopolar Stimulator Probe Medtronic 8225275/ 8225276 Tip and Handle, 1.0 mm/ 2.3mm. Featuring a flexible ball tip and flexible shaft, the single-use Ball-Tip Monopolar
Stimulating Probe allows greater access to neural structures. The 1.0 mm tip
diameter allows atraumatic contact to larger neural structures. The probe is insulated
to the tip to prevent current shunting. Individually sterile packaged.
Yingling Flex Tip Monopolar Stimulator Probe Medtronic 8225251 Tips and Handles. The highly flexible single-use Yingling Monopolar Stimulating Probe allows
stimulation in areas outside the surgeon’s field of view. The platinum-iridium wire
of the probe is fully insulated to the ball tip to prevent current shunting. Individually
sterile packaged with one green subdermal electrode.
Prass Bipolar Stimulator Probe Medtronic 8225451 The single-use Prass Bipolar Stimulating Probe features a slim, flexible tip that
allows greater access to neural structures. The probe tip is 0.5 mm in distance
between cathode and anode for minimal shunting. Individually sterile packaged.
Concentric Bipolar Stimulator Probe Medtronic 8225351 The single-use Concentric Bipolar Stimulating Probe features a 360°
contact area. Insulation is complete to the active tip; cables and handles are
polarized. Individually sterile packaged.
Side-by-Side Bipolar Stimulator Probe Medtronic 8225401 The single-use Side-by-Side Bipolar Stimulating Probe features probe tips that
are 1.3 mm apart, allowing neural structures to be stimulated between the tips.
Insulation is complete to the active tip; cables and handles are polarized.
Individually sterile packaged.
APS (Automatic Periodic Stimulation) Electrode* Medtronic 8228052 / 8228053 2 mm/ 3mm. The APS Electrode offers continuous, real-time monitoring. The electrode is placed
on the nerve and can provide early warning of a change in nerve function.
Neotrode ECG Electrodes ConMed 1741C-003 The electrode is made of a clear tape material, which allows for continuous observation of the patient's skin during monitoring.
LigaSure Small Jaw Medtronic LF1212 A FDA-approved
electrothermal bipolar vessel sealing system for surgery

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Randolph, G. W., et al. Electrophysiologic recurrent laryngeal nerve monitoring during thyroid and parathyroid surgery: international standards guideline statement. Laryngoscope. 121, Suppl 1. S1-S16 (2011).
  2. Barczynski, M., et al. External branch of the superior laryngeal nerve monitoring during thyroid and parathyroid surgery: International Neural Monitoring Study Group standards guideline statement. Laryngoscope. 123, Suppl 4. S1-S14 (2013).
  3. Chiang, F. Y., et al. The mechanism of recurrent laryngeal nerve injury during thyroid surgery--the application of intraoperative neuromonitoring. Surgery. 143 (6), 743-749 (2008).
  4. Chiang, F. Y., et al. Standardization of Intraoperative Neuromonitoring of Recurrent Laryngeal Nerve in Thyroid Operation. World Journal of Surgery. 34 (2), 223-229 (2010).
  5. Chiang, F. Y., et al. Anatomical variations of recurrent laryngeal nerve during thyroid surgery: how to identify and handle the variations with intraoperative neuromonitoring. The Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 26 (11), 575-583 (2010).
  6. Chiang, F. Y., et al. Intraoperative neuromonitoring for early localization and identification of the recurrent laryngeal nerve during thyroid surgery. The Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 26 (12), 633-639 (2010).
  7. Chiang, F. Y., et al. Detecting and identifying nonrecurrent laryngeal nerve with the application of intraoperative neuromonitoring during thyroid and parathyroid operation. American Journal of Otolaryngology. 33 (1), 1-5 (2012).
  8. Wu, C. W., et al. Vagal nerve stimulation without dissecting the carotid sheath during intraoperative neuromonitoring of the recurrent laryngeal nerve in thyroid surgery. Head Neck. 35 (10), 1443-1447 (2013).
  9. Wu, C. W., et al. Loss of signal in recurrent nerve neuromonitoring: causes and management. Gland Surgery. 4 (1), 19-26 (2015).
  10. Wu, C. W., et al. Recurrent laryngeal nerve injury with incomplete loss of electromyography signal during monitored thyroidectomy-evaluation and outcome. Langenbeck's Archives of Surgery. 402 (4), 691-699 (2017).
  11. Wu, C. W., et al. Investigation of optimal intensity and safety of electrical nerve stimulation during intraoperative neuromonitoring of the recurrent laryngeal nerve: a prospective porcine model. Head Neck. 32 (10), 1295-1301 (2010).
  12. Lu, I. C., et al. A comparison between succinylcholine and rocuronium on the recovery profile of the laryngeal muscles during intraoperative neuromonitoring of the recurrent laryngeal nerve: A prospective porcine model. The Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 29 (9), 484-487 (2013).
  13. Wu, C. W., et al. Intraoperative neuromonitoring for the early detection and prevention of RLN traction injury in thyroid surgery: A porcine model. Surgery. 155 (2), 329-339 (2014).
  14. Lin, Y. C., et al. Electrophysiologic monitoring correlates of recurrent laryngeal nerve heat thermal injury in a porcine model. Laryngoscope. 125 (8), E283-E290 (2015).
  15. Wu, C. W., et al. Recurrent laryngeal nerve safety parameters of the Harmonic Focus during thyroid surgery: Porcine model using continuous monitoring. Laryngoscope. 125 (12), 2838-2845 (2015).
  16. Dionigi, G., et al. Severity of Recurrent Laryngeal Nerve Injuries in Thyroid Surgery. World Journal of Surgery. 40 (6), 1373-1381 (2016).
  17. Wu, C. W., et al. Optimal stimulation during monitored thyroid surgery: EMG response characteristics in a porcine model. Laryngoscope. 127 (4), 998-1005 (2017).
  18. Dionigi, G., et al. Safety of LigaSure in recurrent laryngeal nerve dissection-porcine model using continuous monitoring. Laryngoscope. 127 (7), 1724-1729 (2017).
  19. Lu, I. C., et al. Safety of high-current stimulation for intermittent intraoperative neural monitoring in thyroid surgery: A porcine model. Laryngoscope. , (2018).
  20. Lu, I. C., et al. Reversal of rocuronium-induced neuromuscular blockade by sugammadex allows for optimization of neural monitoring of the recurrent laryngeal nerve. Laryngoscope. 126 (4), 1014-1019 (2016).
  21. Wu, C. -W., et al. Intraoperative neural monitoring in thyroid surgery: lessons learned from animal studies. Gland Surgeryery. 5 (5), 473-480 (2016).
  22. Lu, I. C., et al. Reversal of rocuronium-induced neuromuscular blockade by sugammadex allows for optimization of neural monitoring of the recurrent laryngeal nerve. Laryngoscope. , (2016).
  23. Scott, A. R., Chong, P. S., Brigger, M. T., Randolph, G. W., Hartnick, C. J. Serial electromyography of the thyroarytenoid muscles using the NIM-response system in a canine model of vocal fold paralysis. Annals of Otology, Rhinology, and Laryngology. 118 (1), 56-66 (2009).
  24. Puram, S. V., et al. Vocal cord paralysis predicted by neural monitoring electrophysiologic changes with recurrent laryngeal nerve compressive neuropraxic injury in a canine model. Head Neck. 38, E1341-E1350 (2016).
  25. Puram, S. V., et al. Posterior cricoarytenoid muscle electrophysiologic changes are predictive of vocal cord paralysis with recurrent laryngeal nerve compressive injury in a canine model. Laryngoscope. 126 (12), 2744-2751 (2016).
  26. Brauckhoff, K., et al. Injury mechanisms and electromyographic changes after injury of the recurrent laryngeal nerve: Experiments in a porcine model. Head Neck. 40 (2), 274-282 (2018).
  27. Brauckhoff, K., Aas, T., Biermann, M., Husby, P. EMG changes during continuous intraoperative neuromonitoring with sustained recurrent laryngeal nerve traction in a porcine model. Langenbeck's Archives of Surgery. 402 (4), 675-681 (2017).
  28. Schneider, R., et al. A new vagal anchor electrode for real-time monitoring of the recurrent laryngeal nerve. The American Journal of Surgery. 199 (4), 507-514 (2010).
  29. Kim, H. Y., et al. Impact of positional changes in neural monitoring endotracheal tube on amplitude and latency of electromyographic response in monitored thyroid surgery: Results from the Porcine Experiment. Head Neck. 38, E1004-E1008 (2016).
  30. Sterpetti, A. V., De Toma, G., De Cesare, A. Recurrent laryngeal nerve: its history. World Journal of Surgery. 38 (12), 3138-3141 (2014).
  31. Kaplan, E. L., Salti, G. I., Roncella, M., Fulton, N., Kadowaki, M. History of the recurrent laryngeal nerve: from Galen to Lahey. World Journal of Surgery. 33 (3), 386-393 (2009).
  32. Lu, I. C., et al. In response to Reversal of rocuronium-induced neuromuscular blockade by sugammadex allows for optimization of neural monitoring of the recurrent laryngeal nerve. Laryngoscope. 127 (1), e51-e52 (2017).

Tags

Medisin problemet 144 intraoperativ nevrale overvåking nervus recurrens eksterne gren av overlegen nervus recurrens nervus vagus ortopedi og akuttkirurgi dyret studien porcine modell
Intra Operative nevrale overvåking av Thyroid kirurgi i en Porcine modell
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wu, C. W., Huang, T. Y., Chen, H.… More

Wu, C. W., Huang, T. Y., Chen, H. C., Chen, H. Y., Tsai, T. Y., Chang, P. Y., Lin, Y. C., Tseng, H. Y., Hun, P. C., Liu, X., Sun, H., Randolph, G. W., Dionigi, G., Chiang, F. Y., Lu, I. C. Intra-Operative Neural Monitoring of Thyroid Surgery in a Porcine Model. J. Vis. Exp. (144), e57919, doi:10.3791/57919 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter