Waiting
Login processing...

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

Medicine

Intraoperativ neurala övervakning av sköldkörteln kirurgi i svin 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

Denna studie syftar till att utveckla ett standardprotokoll för intraoperativ neurala övervakning av sköldkörteln kirurgi i svin modell. Här presenterar vi ett protokoll för att demonstrera narkos, att jämföra olika typer av elektroder och utreda den normala och skadade återkommande larynx nerver elektrofysiologiska egenskaper.

Abstract

Intraoperativ skada de återkommande laryngeala nerv (RLN) kan orsaka stämband förlamning, som interfererar med tal och kan potentiellt störa andning. Under de senaste åren har intraoperativ neurala övervakning (IONM) anpassats allmänt som en adjungerad teknik till lokalisera RLN, upptäcka RLN skada och förutsäga stämband funktion under drift. Många studier har också använt djurmodeller att undersöka nya tillämpningar av IONM teknik och att utveckla pålitliga strategier för att förhindra intraoperativ RLN skada. Syftet med denna artikel är att införa ett standardprotokoll för att använda en svin modell i IONM forskning. Artikeln visar förfarandena för att inducera narkos, utför trakeal intubation och experimentell design att undersöka RLN skador elektrofysiologiska egenskaper. Tillämpningar av detta protokoll kan förbättra övergripande effektivitet i genomförande av 3R-principen (ersättning, begränsning och förfining) i svin IONM studier.

Introduction

Även om tyreoidektomi är nu ett utförda förfarande i hela världen, är postoperativ röst dysfunktion fortfarande vanligt. Intraoperativ skada de återkommande laryngeala nerv (RLN) kan orsaka stämband förlamning, som interfererar med tal och kan potentiellt störa andning. Dessutom kan skada till den yttre grenen av den överlägsna laryngeala nerven orsakar stora röst förändras genom att påverka pitch och vocal projektion.

Intraoperativ neurala övervakning (IONM) under sköldkörteln verksamhet har fått bred popularitet som en adjungerad teknik för kartläggning och bekräftar RLN, vagusnerven (VN) och den yttre grenen av den överlägsna laryngeala nerven (EBSLN). Eftersom IONM är användbart för bekräftar och klarlägga mekanismer av RLN skada och för att upptäcka Anatomiska variationer i RLN, kan det användas för att förutsäga stämband funktion efter tyreoidektomi. Därför IONM lägger till en ny funktionell dynamik i sköldkörteln kirurgi och ger kirurger med information som inte kan uppnås genom direkt visualisering ensam1,2,3,4,5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10.

Nyligen, många prospektiva studier har använt svin modeller att optimera användningen av IONM teknik och att upprätta pålitliga strategier för att förebygga intraoperativ RLN skada11,12,13,14 ,15,16,17,18,19,20. Svin modeller har också använts för att ge utövare grundläggande utbildning och utbildning i kliniska tillämpningar av IONM.

Kombinationen av djurmodeller och IONM teknik är därför ett värdefullt verktyg för att studera patofysiologin av RLN skada21. Syftet med denna artikel var att demonstrera användningen av svin modell i IONM forskning. Specifikt, visar artikeln hur du framkalla narkos, utföra trakeal intubation och göra experiment för att undersöka de elektrofysiologiska egenskaperna av olika RLN skada.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

I djurförsök godkändes av den institutionella djur vård och användning kommittén (IACUC) av Kaohsiung Medical University, Taiwan (protokoll nr: IACUC-102046, 104063, 105158).

1. animaliskt förberedelse och anestesi

  1. Svin djurmodell
    Obs: Denna studie tillämpas protokollet beskrivs i litteraturen att upprätta en blivande svin modell IONM11,12,13,14,15,16, 17,18,19,22.
    1. Använd KHAPS svart eller Duroc-lantras svin (3-4 månader gammal, väger 18-30 kg).
    2. Se till att experimentprotokoll är förenlig med nationella/internationella förordningar och riktlinjer för djurförsök, inbegripet de 3R-principerna (ersättning, begränsning och förfining). Erhålla etiska godkännande av protokollet experimentella från kommittén för skötsel och användning av försöksdjur vid relevant institution.
  2. Induktion av anestesi
    1. Före anestesi preparat
      1. Undanhålla mat 8 timmar före narkos och undanhålla vatten 2 timmar före narkos.
      2. Pre medicinera med intramuskulär azaperon (4 mg/kg) 2 timmar före narkos. Använd en 500 mL koksaltlösning flaska för att fabricera en ansiktsmask för varje Nasse. Trim som behövs för att säkerställa en säker passform till nosen.
      3. Använd funktionen vägning på operationsbordet för att mäta nettovikten av varje Nasse ()figur 1A).
      4. Upprätthålla kroppstemperaturen med en cirkulerande vatten madrass inställd på 40 ° C.
    2. Framkalla narkos (GA) med 2-4% sevofluran på ett nytt gasar flöde av 3 L/min via ansiktsmasken med Griseknoen i en liggande ställning. GA kan också induceras av intramuskulär Tiletamin och zloazepam. En tillräcklig djup anestesi uppnås vanligen inom 3-5 minuter. Bekräfta djup anestesi genom ingen svår rörelse till smärta på grund av perifer venös kateterisering.
    3. Identifiera en ytlig ven på utsidan av ena örat och sterilisera den valda regionen (om 6 x 6 cm2) med 75% alkohol. För maximal säkerhet, använda en 24-gauge perifer intravenös kateter.
    4. Administrera intravenöst bedövningsmedel såsom propofol (1-2 mg/kg) eller thiamylal (5-10 mg/kg) att lindra skadliga stimulering med direkt laryngoskopi.
      Obs: Användning av neuromuskulärt blockerande medel (NMBA) föreslås inte. I efterföljande experiment, Anafylaxi kan komplicera intubation av deprimerande spontanandningen och kan minska Elektromyografi (EMG) signaler. Sevofluran inandning kombinerat med en bolusdos av propofol eller Kortverkande barbiturater räcker dessutom enligt uppgift för att underlätta trakeal intubation.
  3. Trakeal intubation ()figur 1B)
    1. Förbereda utrustning och material som krävs för EMG tube intubation: en storlek #6 EMG endotrakealtub, en ansiktsmask för assisterad ventilation, två selar att hålla munnen öppen, en gasbinda remsa att dra tungan, en trubbig spets sug kateter, en veterinär laryngoskop med 20cm raka blad, en elastisk bougie, en 20 mL spruta, ett stetoskop och tejp.
    2. Placera Griseknoen i en liggande ställning på operationsbordet. Rikta in huvud och kropp att säkerställa tydlig visualisering av de övre luftvägarna.
    3. Direkt assistenten att tillämpa dragkraft i övre och nedre käken att upprätthålla en adekvat munöppningen och undvika rotation eller uttökningen av huvudet. Täck tungan med gasväv och dra tungan ut för att optimera synfältet.
    4. Håll laryngoskopet och placera den direkt i munhålan att pressa tungan.
    5. Direkt visualisera struplocket och Använd laryngoskopet för att trycka struplocket nedåt mot tungan bas.
    6. När stämbanden identifieras tydligt, avancera försiktigt den elastiska bougie till luftstrupen. Liten rotation av den elastiska bougie krävas att övervinna motstånd. Nästa, avancera EMG röret i munnen vinkel till en djup 24 cm.
    7. Blåsa upp EMG tube manschetten till en volym som är större än 3 mL. Om ventilation av manuell uppsamlare visar att inga uppenbara luftläckage är i situ deflation av EMG röret genomförbart.
    8. När EMG röret placeras på rätt djup, bekräfta fri passage för färsk gas genom manuell uppsamlare. Ytterligare bekräfta korrekt trakeal intubation av end-tidal koldioxid (etCO2) övervakning (capnography) och bröstet auskultation för tidig identifiering av oavsiktlig esofagus eller endobronkiala intubation.
      Obs: Capnography visade både etCO2 vågformen och det digitala värdet i mmHg. När esofagus intubation inträffade, var etCO2 frånvarande eller nära noll efter 6 andetag. När EMG röret var på rätt plats, typiska etCO2 vågform och adekvat värde (ofta > 30 mmHg) noterades. Dessutom är andas ljudet av en bilateral lunga fylld tydlig och symmetriska som bestäms av bröstet auskultation.
    9. Använda medicinsk tejp fixar EMG röret i munnen vinkel. Eftersom röret kräver vanligtvis justering under IONM experiment, sätt inte fast röret till nosen.
    10. Anslut EMG röret till ventilatorn. Kontinuerlig capnography är obligatoriskt för övervakning av etCO2 värde och kurvan hela experimentet.
  4. Anestesi underhåll ()figur 1 c)
    1. Efter EMG röret är fast, position Griseknoen på rygg med nacken utsträckt (figur 1 c). Upprätthålla allmän anestesi med 1-3% sevofluran i syre vid 2 L/min.
    2. Ventilera lungorna i volymkontroll läge på tidal volym 8-12 mL/kg, och andningsfrekvensen att 12-14 andetag/min.
    3. Börja fysiologiska övervakning, inklusive capnography, EKG (EKG) och övervakning av syresättning (SaO2).

2. utrustning inställning och djur drift (figur 1 d)

  1. Utrustning Setup
    1. Anslut kanal leads från EMG röret till övervakningssystemet.
    2. Ställa in övervakning systemet att köra en 50 ms tidsramen. Uppsättning pulsade stimuli till 100 μs och 4 Hz. Ställ händelsen fånga tröskeln till 100 μV.
  2. Kirurgiskt ingrepp
    1. Använd sterila kirurgiska handskar och använda povidon jod med bomullspinnar för att desinfektera operationsområdet hals.
    2. Göra en tvärgående krage snitt ca 10-15 cm i längd med en skalpell att exponera halsen och struphuvudet.
    3. Lyft upp subplatysmal fliken 1 cm cranially från nyckelbenet till tungbenet.
    4. Ta bort remmen muskler och visualisera trakeal ringar och nerver. Använd monopolär och bipolär diatermi för att bistå kirurgisk dissektion och hemostas.
    5. Lokalisera, identifiera och noggrant exponera den EBSLN och RLN VN med en handhållen stimulering sond.
    6. Placera en automatiserad periodiska stimulering (APS) elektrod på ena sidan av VN för att stimulera under kontinuerlig IONM (CIONM). Anslut APS elektroden med övervakningssystemet. Ange pulsad stimuli till 1 Hz, 100 µs och 1 mA.
  3. Slutet av experiment, avliva alla smågrisar av veterinär.

3. elektrisk stimulering

Obs: för att tillämpa 3R i svin IONM studier, alltid utföra repeterbara elektrofysiologi studier som inte orsakar nervskada innan du utför experiment som kan orsaka nervskada. Detta kan användas för att studera intensitet, säkerhet och cardiopulmonary effekter11,17. IONM utrustningen kan klassificeras som stimulering utrustning eller färdskrivare (figur 2A).

  1. Utvärdera baslinjen EMG svaren i målet nerver, inklusive EBSLN, RLN och VN (siffror 2B, 2 C).
    1. Börja med en initial stimulering ström 0,1-mA ström och öka stimulering i steg om 0,1-mA tills en EMG svar identifieras och registreras.
    2. Ytterligare öka nuvarande tills maximal EMG svar erhålls.
    3. Registrera baslinjen amplitud, latens och vågform av EMG svar.
    4. Definiera nivån minimal stimulans som den lägsta ström (mA) som tydligt frammanade EMG aktivitet > 100 µV. definiera nivån maximal stimulans som den lägsta ström som väckte det maximal EMG gensvaret.
  2. Utvärdera säkerhet av elektrisk stimulering11,19
    1. Applicera en kontinuerlig 1-minuts stimulans på femte trakeal ring nivå av VN eller RLN.
    2. Successivt öka stimulansen i nuvarande från 1 mA till 30 mA.
    3. Under VN stimulering, utvärdera hemodynamisk stabilitet genom övervakning av puls, EKG, och invasiv arteriellt blodtryck.
    4. Slutligen utvärdera nerv funktion integritet genom att jämföra EMG Svaren proximalt nerv stimulering platsen innan och efter varje nivå av stimulering används.
  3. Effekten av anestetika (muskelavslappnande och deras återföringar)12,20
    Obs: Felaktig användning av NMBAs är en potentiell orsak till misslyckade IONM. Den föreslagna djurmodell användes att jämföra återhämtning profiler bland olika depolariserande NMBAs (t.ex. succinylkolin) och icke-depolariserande NMBAs (e.g., rokuronium) vid varierande doser och att identifiera den optimala NMBA för användning i IONM. I djurmodell kan också användas för att utvärdera effektiviteten av NMBA återföring läkemedel (t.ex., sugammadex) för att snabbt återställa neuromuskulära funktioner undertryckt av rokuronium.
    1. För det första gäller C-IONM och använder automatiskt kalibrerat baslinjen latenser och amplituder av EMG som kontrolldata.
    2. Administrera en bolusinjektion av 0,3 mg/kg rokuronium i en volym av 10 mg/mL och iaktta de realtid EMG-förändringarna.
    3. Tre minuter efter injektion, utföra en injektion på 2 mg/kg sugammadex i en volym på 100 mg/mL som en snabb bolus. Spela in återvinnande profilen av larynx EMG i 20 minuter.
  4. Stimulering elektroder (stimulering sonder/analysera) ()figur 3)17
    Obs: Det finns olika typer av stimulering elektroder som kan användas för nervstimulering under IONM, t.ex., monopolär sonder (figur 3A), bipolär sonder (figur 3B) och stimulering analysera (figur 3 c ).
    1. För att efterlikna direkt stimulering av nerverna under operation, tillämpas 1 mA stimulering till EBSLN, RLN och VN utan överliggande fascia.
    2. För att efterlikna indirekt mappning och lokalisering av nerv positionen före visuell identifiering under operation, applicera 1 mA stimulering på en 1 - och 2-mm avstånd från nerverna på överliggande fascia.
    3. Spela in och jämföra EMG Svaren mellan olika typer av stimulering elektroder.
  5. Inspelning elektroder (EMG rör nål elektroder/pre-gelled hud elektroder) (figur 4)
    1. Använd djurmodell för att utvärdera hur rotation eller uppåt/nedåt förskjutning av EMG tube elektroden (figur 4A) påverkar stabiliteten i EMG signalen. Dessutom använder djurmodell för att jämföra EMG Svaren mellan olika elektrodtyper (t.ex., visarelektroderna och självhäftande pre geléartad elektroder, figur 4B) och olika inspelning metoder (t.ex., Transkutan/perkutan och transcartilage metoder, siffror 4 c och 4 D) när det gäller genomförbarhet, stabilitet och noggrannhet under IONM.
    2. För en genomförbarhetsstudie, applicera en 1 mA stimulans nuvarande bilaterala EBSLNs, VNs och RLNs. registrera och jämföra EMG Svaren frammanade av varje elektrod testade (dvs, EMG tube, transkutan, perkutan, och transcartilage elektroder).
    3. För en studie som stabilitet, utvärdera och jämföra EMG signalen stabilitet i C-IONM under experimentellt inducerad cricoid/trakeal brosk förskjutning.
    4. En studie av noggrannhet, utvärdera och jämföra riktigheten av testade elektroderna i C-IONM för att identifiera EMG signal nedbrytning under RLN skada.

4. RLN skada studie (figur 5)

  1. I enlighet med principen om 3R, utföra RLN skada experiment i svin modellen efter alla repeterbara elektrofysiologi studier är slutförda. Utföra tester av nerv segment från proximala nerv segment till distala nerv segment (dvs fortsätta från den kaudala delen av RLN till den kraniella delen av RLN).
  2. Använd C-IONM att bekräfta och jämföra mönster av realtid förändringar i evoked larynx EMG signaler under och efter akuta RLN skador med olika skada mekanismer (t.ex., dragkraft, fastspänning, transection eller termiska skador) (siffror 5A och 5B) . Använda C-IONM för kontinuerlig realtidsvisning och recordation av EMG förändringar och sekventiell återvinningar hela experimentet (figur 5 c).
  3. Samla in skadade RLN segment för histopatologisk analys av morfologiska förändringar orsakade av nerv skada experimenten.
  4. Dragkraft komprimering/stretch skada
    Obs: Dragkraft kompression eller stretch skador är de vanligaste intraoperativ RLN skadorna. Experimentellt framkalla dragkraft stress och iaktta de resulterande elektrofysiologiska EMG-förändringar och histopatologiska förändringar.
    1. Dragkraft komprimering skada13
      1. Vira en tunn plast loop (t.ex., en vaskulär ögla 1.3-mm wide) runt RLN och användning en styrka spårvidd för att tillämpa indragning med 50 g av spänning (figur 5A). Detta system härmar en RLN instängd mot en tät, fibrös band eller en korsning artär vid regionen Berrys ligament under mediala dragkraft av sköldkörteln LOB.
    2. Dragkraft stretch skada16
      1. Vira RLN med en bredare elastiskt material (t.ex., en 10 mm bred silikon Penrose avlopp), och använda en kraft-mätare att dra tillbaka RLN med 50 g av spänning) detta system härmar en RLN klibbade till eller inneslutet i struma kapsel och sträckt fram under mediala dragkraft.
  5. Fastspänning skada
    Obs: Intraoperativ mekanisk trauma till RLN resulterar vanligen från dålig exponering eller visuella felidentifiering av RLN. 13 , 16
    1. Efter drivning komprimeringen RLN skada experiment, nypa den distala segmentet av RLN med hemostatiska pincett för en sekund. Detta system härmar den nerv som oavsiktligt fastklämd på grund av visuell felidentifiering som ett kärl under operationen. Posten den medföljande EMG-signalen ändra för jämförelse med ytterligare histopatologiska fynd av nerv förlagan.
  6. Termisk skada
    Obs: De flesta Intraoperativa RLN termiska skador följd av termisk sprids när diatermiinstrument och olika energi-baserade enheter (EBDs) används för att framkalla hemostas nära RLN. Som dragkraft skada är termisk skada sällan synliga för blotta ögat. Därför utföra djurförsök IONM bestämma den bästa modellen för att utvärdera patofysiologin av RLN termisk skada och att testa termiska tolerans14 och säkerheten för EBDs15,18.
    1. Använda C-IONM för att registrera de EMG-förändringarna kontinuerligt under experimentet.
    2. För aktivering studien, undersöka hur energi-baserade enheter (EBD) kan användas säkert för hemostas och dissektion nära RLN under operation (figur 5B).
      1. Aktivera EBD (elektrotermiska bipolär fartyget tätning system, Ställ in power på nivå 2 och energi upphör automatiskt med 2 till 4 sekunder) på en 5 mm avstånd från RLN.
      2. Om EMG signaler förblir stabila efter flera tester, utför ytterligare ett test på smalare avstånd (t.ex., 2 mm, och följt av 1 mm avstånd).
      3. Om varje väsentlig ändring som EMG inträffar efter något test experimentet är komplett och följt av kontinuerlig EMG-realtidsinspelning i minst 20 minuter.
    3. För att kyla studera, utvärdera kylning tid att avgöra efter aktiveringen optimal EBD kylning parametrar.
      1. Kontakta den aktiverade EBD på RLN direkt efter en 5 andra Nedkylningstid.
      2. Om EMG signaler förblir stabila efter tre tester, testa den kortare kyltiden (t.ex., 2 sekunder, följt av 1 sekund).
      3. Om EMG förblir stabil efter upprepade tester, bekräfta säkerheten för EBD: N genom att trycka RLN omedelbart efter aktiveringen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Elektrofysiologi studie
Originalplansdata EMG, minimal/maximal stimulans nivå och stimulus-respons-kurvor
Använda en standard monopolär stimulerande sond, erhållna minimal stimulans nivån för VN och RLN stimulering varierar från 0,1 till 0,3 mA, respektive. I allmänhet stimulansen som nuvarande korrelerade positivt med den resulterande EMG amplituderesponse11,17. EMG amplituden nått sitt tak på maximal stimulering nivåer av 0,7 mA för VN stimulering och 0,5 mA för RLN stimulering11.

Elektrisk stimulering (intensitet, säkerhet och cardiopulmonary effekt)
I säkerhet-studien finns det inga oönskade effekter på EMG signalen eller hemodynamisk stabilitet observerats efter kontinuerlig pulserande VN och RLN stimuli i inställningen 1 mA till 30 mA. Dessutom var baslinjen EMG amplituder och latenser VN eller RLN relativt oförändrad efter nerverna var stimuleras av en hög ström. Det föreslogs därför att ett intermittent hög stimulus nuvarande under IONM inte var skadligt för VN eller RLN19.

Effekterna av anestetika (muskelavslappnande och deras återföringar)
Experimentell jämförelser av NMBAs av denna djurmodell visade att olika typer och doser av muskelavslappnande har olika naturlig återhämtning profil. Exempelvis var återställningstiden för succinylkolin (1 mg/kg) och låg dos rokuronium (0,3 mg/kg) betydligt kortare än för standard dos rokuronium (0,6 mg/kg). Experimenten för NMBA återföringar bekräfta att sugammadex (återföring av rokuronium) snabbt och effektivt återställer neuromuskulär funktion undertryckta av rokuronium20.

Stimulerande elektroder (stimulering sonder och dissekera stimulatorer)
Vanligtvis utförs IONM med kommersiellt tillgängliga ETT-baserade yta inspelning elektrod system (dvs, en så kallade EMG tub). En begränsning av den kliniska användningen av EMG rören är dock behovet av att upprätthålla konstant kontakt mellan elektroderna och stämbanden under operation för att få en robust EMG-signal. Falska IONM resultat kan resultera från en EMG-röret som är felplacerad under intubation (t.ex., på grund av felaktiga införingsdjup, felaktiga rörstorlek eller rotation av elektroden) eller från en EMG-röret som förskjuts under kirurgisk manipulation eller hals returgående fas (t.ex., orsakar rotation eller uppåt/nedåt förskjutning av elektroden).

Experimentell jämförelser av stimulerande elektroder visade att stimulering sonder/analysera evoked typiska EMG vågformer från den EBSLN/RLN/VN med 1 mA ström. Den stimulera nuvarande korrelerade positivt med resulterande EMG amplituden. I monopolär sonder och stimulerande analysera, maximal EMG var framkallas av < 1 mA. I bipolär sonder krävs maximal EMG en högre ström. I alla grupper minskade evoked EMG amplituder som avståndet från den sond/DISSEKTOR till den nerv som ökade. Evoked EMG amplituder minskade också stimuleras nerver som hade överliggande fascia. Djurmodell bekräftade således att både stimulering analysera och konventionella sonder är effektiva att framkalla EBSLN, RLN och VN vågformer för att övervaka i realtid nervfunktion under kirurgi17. Olika stimulering sonder/analysera finns nu tillgängliga i IONM system för specifika stimulering krav, kirurgiska övervakning program och önskemål av användarna.

Inspelning elektroder (EMG rör, visarelektroderna och pre geléartad hud elektroder)
Genomförbarhetsstudien bekräftade att EMG tube elektroderna på vocalis, transkutan/perkutan visarelektroderna och transkutan/transcartilage pre geléartad elektroderna var effektivt för inspelning typiska evoked larynx EMG Vågrörelser från VN och RLN under 1 mA stimulering. Figur 6 visar att transkutan/transcartilage pre geléartad elektroder i allmänhet registreras lägre EMG amplituder jämfört med EMG tube och nål elektroder.

I stabilitet-studien jämfördes realtid EMG tracings före och efter luftrör deplacement var experimentellt inducerad. Figur 7 visar att ändringen i kontakt mellan EMG tube elektroder och stämbanden efter luftrör deplacement avsevärt ändrat de inspelade EMG signalerna. Trakeal förskjutning hade dock ingen märkbar effekt på elektrod kontakt kvalitet eller EMG signalkvalitet från transkutan eller transcartilage elektroderna.
I noggrannhet-studien utvärderades riktigheten i realtid signaler i återspeglar negativa EMG nedbrytning under RLN stress experimentellt inducerad av kontinuerlig VN stimulering med APS elektroden. När RLN dragkraft stress var experimentellt inducerad, rör EMG elektroderna på vocalis muskeln och transcartilage/perkutan/transkutana elektroder inspelade liknande mönster av progressiv försämring i EMG amplitud (figur 8).

RLN skada studie
Dragkraft skada
Typiska EMG-förändringar med realtid under RLN dragkraft avslöjade en progressiv amplitud minskning kombinerat med en latens ökning (den så kallade ”kombinera händelsen”). Dessutom EMG signaler successivt återhämtat sig efter utgåvan av dragkraft (figur 9A). Histopatologi studien visade att morfologiska förändringar inträffade mestadels i yttre nerv strukturer såsom den epi - och peri-neurium. Strukturer i endoneurium förblev relativt intakt13,16.

Fastspänning skada
Alla RLNs visade en omedelbar LOS (inom mindre än 1 s) efter akut mekanisk skada var experimentellt inducerad. Dessutom inte gradvis EMG återhämtning kan observeras i en kort tid efter skadan (bild 9B). Histopatologi studien visade att snedvridning av den epineurium och perineurium var större i gruppen för fastspänning skada jämfört med den dragkraft skada grupp13,16.

Termisk skada

Under studien termisk skada avslöjar den realtid EMG en kombinerad händelse, som sedan snabbt bryts ned till LOS (figur 9 c). Reaktionstiden innan LOS och svårighetsgraden av elektrofysiologiska skada kan vara relaterade till dosen av termisk stress14. Studier av EBDs visar att säkra aktiveringen avståndet till RLN och kylande tiden variera beroende på EBD typ. Till exempel är säker aktiveringen avstånd och kylande gånger 5 mm och 1 sekund för monopolär diatermi (15 watt), 3 mm och 1 sekund för bipolär diatermi (30 watt), 2 mm och 3 till 10 sekunder för den harmonisk skalpell, och 2 mm och 2 till 5 sekunder för Ligasur e system, respektive. Särskilt bör den harmonisk skalpell kyls för mer än 10 sekunder eller kyls av en snabb (2 sekunder) muskel touch manövrera innan det berör RLN. Ligasure systemet ska kylas för mer än 2 sekunder eller kyls av en snabb muskel touch manöver innan det berör den RLN15,18. Den histopatologiska undersökningen av termiska skadade nerver visade relativt allvarliga skador på de inre endoneurium med mindre snedvridning av den yttersta nerv struktur16.

Figure 1
Figur 1. Förberedelse och anestesi KHAPS svart/Duroc-lantras svin för IONM forskning. (A) nettovikten av varje Nasse mättes före anestesi. (B) en assistent upprätthålls en adekvat munöppningen medan dragkraft tillämpades i övre och nedre käken. En laryngoskopet användes sedan till tryck på struplocket nedåt mot basen av tungan. När stämbanden var tydligt, avancerad den elastiska bougie försiktigt in i luftstrupen. EMG röret sattes sedan in till ett djup av 24 cm på lämpliga mun vinkeln. (C), Griseknoen placerades på rygg med nacken utsträckt. Kanalen som leder från inspelningen elektroder var anslutna till övervakningssystemet. Fysiologiska övervakning utfördes under studien. (D) halsen och struphuvudet utsattes för experiment. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2. Den mångfacetterade elektronisk utrustning och principen om systemets IONM. (A) den grundläggande utrustningen ingår neurala stimulerande elektroderna (stimulator) och inspelning elektroderna (ansluten till TUBEN). (B) den stimulerande elektroder kan användas för att bestämma position och funktionella status av EBSLN, RLN och VN under IONM. (C) den evoked EMG svar visas på en LCD-skärm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3. Olika stimulering elektroderna tillgänglig för använda i IONM. (A) monopolär sonder (B) bipolär sonder, och (C) stimulering sonder/analysera. Valet av stimulering sonder/analysera används för IONM beror på de specifika stimulering krav, ansökan önskas och preferensen av kirurgen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4. Olika inspelning elektrodtyper finns tillgängliga för användning i IONM. (A) The EMG ETT elektroder inkluderar (1a), Trivantage (1b) kontakt förstärkt (1 c) - Standard förstärkt och (1 d) - FLEX EMG Tubes); (B), (2) - självhäftande pre geléartad elektroder och (3) - visarelektroderna. (C och D) The EMG tube är utformad att röra stämbanden genom intubation (jag), och limmet pre geléartad eller visarelektroderna kan användas i transkutan (II), perkutan (III), eller transcartilage (IV) tillvägagångssätt för EMG inspelning under IONM. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5. Kontinuerlig IONM var utförs via APS av VNEN (*) att undersöka realtid EMG förändringar i RLN under (A) dragkraft och (B) termisk skada. (C). under experimentet, C-IONM systemet visas och kontinuerligt registreras de inducerade EMG förändringar och sekventiell återvinningar i realtid. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6. Jämförelse av evoked EMG Svaren mellan fyra olika typer av inspelning elektroder. Genomförbarhetsstudierna anges att alla elektrodtyper (dvs, EMG tube, transkutan, perkutan, och transcartilage elektroder) registrerats korrekt typiska evoked larynx EMG vågformer från RLN under 1 mA stimulering. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7. Jämförelse av realtid EMG tracings före och efter experimentell luftrör förskjutning. För stabilitet studie, var luftrör deplacement experimentellt inducerad. Förändringar i kontakt mellan EMG tube elektroder och stämbanden orsakas betydande variation i inspelade EMG signaler. (A) elektroder i normalposition inspelade stark EMG signaler. (B) elektroder med svag uppåtgående deplacement (1 cm) in relativt svagare EMG signaler. (C) elektroder med måttlig till svår uppåtgående deplacement (2 cm) visade en EMG-LOS. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8. Jämförelse av realtid EMG tracings under experimentella RLN experimentella RLN dragkraft skador mellan fyra olika typer av inspelning elektroder. Noggrannhet studierna visade att när RLN dragkraft stress var experimentellt inducerad, registreras alla elektrodtyper (dvs, EMG tube, transkutan, perkutan, och transcartilage elektroder) liknande mönster av successivt förnedrande EMG amplitud. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 9
Figur 9. Jämförelse av realtid EMG förändringar och sekventiell återvinningar efter olika RLN skada typer. (A) i dragkraft skada, EMG signaler gradvis försämras under nerv stress och successivt återhämtat sig efter utgåvan av dragkraft. (B) i fastspänning skada, EMG signaler visade en omedelbar LOS och ingen återhämtning. (C) i termisk skada, EMG signaler avslöjade en kombinerad händelse och sedan snabbt gradvis degraderas till LOS med ingen återhämtning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Skada på RLN och EBSLN är fortfarande en betydande källa till sjuklighet orsakad av sköldkörteln kirurgi. Fram till nyligen kunde nervskada endast identifieras genom direkt visualisering av trauma. Användningen av IONM ger nu ytterligare funktionella identifiering av RLN genom att tillämpa stimulering och inspelning i målet musklernas sammandragning. För närvarande, har både konventionella intermittent och kontinuerlig IONM system dock vissa tekniska begränsningar i falskt positiva och falskt negativa tolkningar. Därför är lämplig djurmodeller nödvändigt att dessa kliniska frågor.

Nyligen, har gott om djurexperimentella studier försökt att övervinna fallgropar av IONM och för att undersöka nya tillämpningar. De flesta av dessa studier har använt medelstora djur som hund/hund23,24,25 och svin/svin/mini-pig11,12,13,14, 15,16,17,18,19,22,26,27,28, 29. Hundarnas modeller av RLN och larynx funktion är väl etablerad och efterlikna mycket människans anatomi, storlek och fysiologi. Svin modellen är det äldsta djuret som tillämpas i RLN forskning30,31. De första experimenten med levande svin utförs av Galen i det andra århundradet e. Kr. visat funktionella förändringar i en transected RLN. För närvarande, är svin modellen vanligast för IONM forskning eftersom dess anatomi och fysiologi är mycket lika dem hos människor. Experimentella svin har en medellång storlek som möjliggör enkel hantering och är allmänt tillgängliga på en relativt låg kostnad21.

Denna artikel visar standardprotokoll för att använda svin modellen i IONM forskning, inklusive protokoll för narkos och trakeal intubation. 3R principen genomförs i utformningen av experiment för att undersöka elektrofysiologiska egenskaper av RLN skador. Centrala frågor i användningen av de föreslagna svin modell include(1) EMG parameter egenskaper och säkerhetsöverväganden vid tillämpning av elektrisk stimulering11,17,19, (2) användningen av muskelavslappnande och återföringar12,20,32, (3) stimulerande och inspelning elektroder17, och mest viktigt (4) modeller av RLN skador13,14,15, 16,18 som inte kan kvantifieras korrekt människor. Protokoll som sattes upp att framkalla olika svårighetsgrad och typer av RLN skador. Inspelade data i realtid EMG var korrelerade med postoperativ stämband funktion och histopatologi undersökningar. Även om vissa data från experimentella studier är inte tillämpligt på klinisk praxis, ger vår svin modell en värdefull forskningsplattform inte bara i förståelse teknik av IONM, men också i vägledande framtida experiment för att förbättra kirurgiska strategier för mindre RLN skador under sköldkörteln kirurgi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Denna studie stöddes av bidrag från Kaohsiung Medical University Hospital, Kaohsiung Medical University (KMUH106-6R49) och ministeriet för vetenskap och teknik (de flesta 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

Medicin fråga 144 intraoperativ neurala övervakning återkommande larynx nerv yttre grenen av den överlägsna larynx nerv vagusnerven sköldkörteln kirurgi djurstudie svin modell
Intraoperativ neurala övervakning av sköldkörteln kirurgi i svin 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