Summary
Burada sunulan protokol, gerçek zamanlı manyetik rezonans görüntüleme (MRG) görselleştirme rehberliği ve gerçek zamanlı infüzyon dağılımı görselleştirmesi ile konveksiyonla güçlendirilmiş infüzyonlar kullanarak domuz beynine stereotaksi göstermektedir.
Abstract
Bu prosedürün genel amacı, kesin infüzyonlar sağlamak için gerçek zamanlı manyetik rezonans (MR) görselleştirme rehberliği ile domuz beyninde stereotaksi yapmaktır. Denek, kafatasının tepesine gövde kaldırılmış, boyun bükülmüş ve baş aşağı doğru eğimli olarak optimum erişim için MR deliğine eğilimli olarak konumlandırılmıştır. İki taraflı zigoma üzerine sabitlenmiş iki ankraj pimi, kafa tutucuyu kullanarak kafayı sabit tuttu. Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) esnek bobini, kafa tutucu boyunca rostral olarak yerleştirildi, böylece kafatası müdahale prosedürü için erişilebilir oldu. Kanülün uygun giriş noktasını belirlemek için kafa derisine yerleştirilen bir planlama ızgarası kullanıldı. Stereotaktik çerçeve, yansıtılan radyal hata 0,5 mm'den az olana kadar yazılım projeksiyonu yoluyla yinelemeli olarak sabitlendi ve hizalandı. Kanülün yerleştirilmesi için bir çapak deliği oluşturmak için bir el matkabı kullanıldı. Bir hücre süspansiyonunun infüzyonunu görselleştirmek için gadolinyumla güçlendirilmiş bir ko-infüzyon kullanıldı. Tekrarlanan T1 ağırlıklı MRI taramaları, gadolinyum dağılımının hacmini görselleştirmek için ajan dağıtım işlemi sırasında gerçek zamanlı olarak kaydedildi. MRG rehberliğinde stereotaksi, kanül yerleştirme doğruluğunun eşzamanlı olarak izlenmesi ve dağılım ajan hacminin belirlenmesi ile domuz beynine hassas ve kontrollü infüzyona izin verir.
Introduction
Bu protokolde, kanül yerleşimi ve domuz beynine infüzyonların gerçek zamanlı olarak görselleştirilmesi için girişimsel manyetik rezonans görüntüleme (iMRI) stereotaktik sisteminin uygulanmasını açıklamaktayız. iMRI sistemlerinin geliştirilmesi, doğru kateter yerleştirilmesini sağlar1. iMRG, prosedürün doğruluğunu gerçek zamanlı olarak değerlendirmek için genel anestezi 1,2 altındaki hastaların beynindeki infüzyon ajanının dağılımının görselleştirilmesine izin verir.
MR güdümlü stereotaktik sistem, milimetre-altı hedefleme doğruluğuna izin veren hedefli bir platformdur1. Kafatasına monte edilmiş bir hedefleme cihazını, beynin öngörülen kurşun yerleştirme yörüngeleri ve ayarlama parametreleri ile anatomik olarak görüntülenmesini sağlayan özel bir yazılımla birlikte kullanır. Beyne stereotaktik cerrahi müdahale için iMRG rehberliğinin, Parkinson hastalığının tedavisinde derin beyin stimülasyonu 2,3,4,5, epilepsi tedavisi için fokal ablasyon 6,7 ve ilaçların merkezi sinir sistemine konveksiyonla güçlendirilmiş verilmesi (CED) gibi klinik uygulamalarda etkili olduğu kanıtlanmıştır 8,9.
CED yöntemi, sıvı konveksiyonu kullanarak terapötik ajanları doğrudan merkezi sinir sistemine iletmek için kullanılır. Bu, infüzyon kanülünün ucundan çevredeki hücre dışı boşluğa bir infüzyonun akışını sağlayan küçük bir hidrostatik basınç gradyanına dayanır10. Stereotaktik yöntemler, kan-beyin bariyerini aşarak seçilen beyin dokusu hedefine yüksek konsantrasyonlardamakromoleküller, küçük moleküller11,12, hücre nakli 13,14,15 veya terapötik ajanlar vermek için kullanılır. Geçirgenlik, difüzyon katsayıları, geri basınç, alım ve klirens mekanizmaları gibi faktörler terapötik ajanların difüzyonunu etkilemektedir16. Bu teknik, infüzyon ajanını parankimal hedefe gerçek zamanlı olarak izlemek için klinik CED için gadolinyum bazlı bir ko-infüzyonat1 kullanır. Hedeflenen doğruluğu takip eden dokudaki dağılım hacmi ve ilgili kinetiği gibi parametreler iMRI ile izlenir.
MR rehberliğinde bir stereotaksi sistemi aracılığıyla infüzyon ajanlarının CED çalışmaları, insan olmayan primatlarda incelenmiş ve doğru, öngörülebilir ve güvenli prosedürlerle sonuçlanmıştır. İnfüzyon kanül yerleştirme doğruluğunun milimetre altı yerleştirme hatası17'ye ulaştığı gösterilmiştir. Sistem, infüzyon hacmi ile dağılım hacminde gözlenen doğrusal bir artışla öngörülebilir bir infüzyon dağılımı sağlar ve bu da CED infüzyonları için daha sonra tanıtılan reflü dirençli bir kanüle yol açar18. Bu iMRI infüzyon prosedürünün, insan olmayan primatlarda istenmeyen etkilere neden olmadığı bildirilmiştir19.
Burada, 300 μL hücre süspansiyonundan oluşan bir infüzyon ajanının dağılımını sağlamak ve izlemek için MR rehberliğinde sterotaksi uygulamasını domuz beynine genişletiyoruz. Domuz beyninin büyüklüğü, insanlara klinik olarak uygulanabilen görüntüleme ve nöroşirürji müdahalelerine izin verir, bu da hastalığın daha küçük hayvan modellerinde mümkün değildir20. Ayrıca, domuzun bağışıklık sistemi, biyolojik veya diğer terapötik ajanlara verilen tepkiler açısından insanlarınkine benzer tepkiler üretir21. Bu nedenle, stereotaktik ilaç dağıtım prosedürleri için bu hayvan türüyle çalışmanın doğrudan translasyonel klinik etkileri vardır ve lojistik olarak insan dışı primat araştırmalarından daha kolay olabilir.
MR rehberliğinde stereotaksi için domuz modeli (ev domuzu, dişi, 25 kg, 14 haftalık) kullandık. Bu çalışmada domuzlarda stereotaktik prosedürün görsel uygulaması bildirilmiştir. Bir domuz kafasını barındırmak için alanın adaptasyonlarını, prosedürün hem video hem de görüntülerde görselleştirilmesini ve domuz beynindeki infusat dağılımını değerlendirmek için eşzamanlı MR görüntülemeyi açıklıyoruz. MR eşliğinde stereotaksi 3T MRG alanında yapıldı.
Bu deneyle, grubumuz domuz beynindeki MR rehberliğindeki stereotaksinin performansını ve beyindeki infüzyonları izlemek için temel bir görüntüleme zaman çizelgesini göstermektedir. İnsanlarda uygulanan klinik stereotaksi için genel teknik, domuz kafatasına ve beyne uygulanabilir.
Bu prosedürün genel amacı, gerçek zamanlı MRG görselleştirme rehberliği ile domuz beyninde MR rehberliğinde stereotaksi yapmaktır. Bu, kafatasının tepesine optimum erişim için ilk önce MRI deliğine eğilimli deneğin konumlandırılmasıyla elde edilir. İkinci adım, önceden planlanmış bir yörünge için uygun giriş noktasını belirlemek için bir referans ızgarasının yerleştirilmesini ve taranmasını içeren MRI destekli görselleştirme rehberliği ile cerrahi yerleştirmeyi planlamaktır. Bu, 7 dakika 44 sn sürede, yüksek çözünürlüklü (1 mm izotropik) T1 ağırlıklı 3D mıknatıslanma ile hızlı gradyan yankısı (MPRAGE) taraması ile elde edilir. Daha sonra, stereotaktik çerçeveyi kafaya sabitliyoruz ve yansıtılan radyal hata 0,5 mm'den az olana kadar hizalamayı yazılım projeksiyonu aracılığıyla yinelemeli olarak ayarlıyoruz. Eğik yönlerde hızlı 2D turbo spin yankı taramaları (13 sn süre) görüntü rehberliği sağlar. Daha sonra, cilt üzerinde bir kesi yapılır ve infüzyon kanülünün önceden tanımlanmış koordinatlara yerleştirilmesi için bir çapak deliği oluşturmak için bir el matkabı kullanılır. Son adım, gladolinyum ko-infüzyonu ile gerçek zamanlı olarak tekrarlanan T1 ağırlıklı MRI taramaları (3D MPRAGE; 1 dakika 45 s) ile infüzyonu izlemektir. Sonuçlar, MR rehberliğinde stereotaksinin, gerçek zamanlı MR rehberliğine ve ardından dağılım hacmini görselleştirmek için kullanılan T1 ağırlıklı 3D MPRAGE MRI taramalarına (1 mm izotropik çözünürlük) dayanarak domuz beynine hassas ve kontrollü infüzyona izin verdiğini göstermektedir.
Protocol
Çalışma, Houston Methodist Araştırma Enstitüsü'ndeki Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi, IACUC onay numarası IS00006378 tarafından onaylandı. Tüm deneysel yöntemler ilgili ulusal ve kurumsal kılavuz ve yönetmeliklere uygun olarak gerçekleştirilmiştir.
1. Hayvan konumlandırma
- Kafatasının tepesine optimum erişim için nesneyi konumlandırın: MRI taramasına hazırlık olarak konuyu MRI masasına yerleştirin.
NOT: Konu bilgisi: ev domuzu, kadın, 25 kg, 14 haftalık.- Konuyu ketamin (600 mg intramüsküler [IM]) ve midazolam (5 mg IM) ile sakinleştirin. Analjezikler hidromorfon (4 mg IM), karprofen ( os başına 100 mg) ve fentanil (25 μg topikal), antibiyotik seftriakson (550 mg intravenöz [IV]) ve NaCl (% 0.9 IV) uygulayın.
- Konuyu entübe edin. Anesteziyi% 2 -% 3 izofluran ile sürdürün.
- Prosedür boyunca deneğin hayati belirtilerini izleyin.
- Bir ventilatör ile 16-19 solunum/dak'da mekanik olarak havalandırın.
- MRI taramalarına hazırlık olarak konuyu MRI tablosuna yerleştirin.
- Deneği, başı MRI deliğine bakacak şekilde eğilimli bir konuma getirin.
- Kafa tutucuya standart bir MRI dört kanallı esnek bobin yerleştirin.
- Deneğin kafasını baş tutucu ile sabitleyin.
- Gövdeyi havlu ve köpük pedlerle kaldırın. Amaç, başın hafifçe aşağı doğru düşmesi, boyun bükülmesi ve burun neredeyse masaya değmesidir. Bu, stereotaktik çerçevenin ve infüzyon kanülünün MRI tarayıcısının deliğine sığmasını sağlamaya yardımcı olacaktır. Kafayı MRG masasına yapıştırılmış tutmak için MRG kafa tutucu pimlerini bilateral zigoma üzerine sabitleyin.
- Kafatasının üst kısmının, boyun bükülmüş olarak tarayıcının arkasına doğru eğimli olup olmadığını kontrol edin. Bu pozisyon, cerrahın MRG'ye girdiğinde kafa derisinin üst kısmına erişmesini sağlar.
- Ayarlandıktan sonra, MRI tablosu, deneğin kafası deliğin sonuna ulaşana kadar tarayıcının deliğine taşınır.
2. MRG destekli görselleştirme rehberliği ile cerrahi yerleştirmenin planlanması
- Alanı steril bir şekilde hazırlayın, hazırlanan malzemenin konunun gözlerine girmesini önlemeye özen gösterin. Steril havluları cerrahi alanın etrafına yerleştirin. Cerrahın erişebileceği kafatasının tepesine doğru bir açıklığı olan steril bir örtü yerleştirin.
- Referans planlama ızgarasını, ızgaranın yapışkan tarafını hastanın başının üzerine yapıştırarak, çapak deliğinin olacağı yerin etrafına ortalayarak konunun kafa derisine yerleştirin.
- Alt tabakayı sıkıca yerinde tutarken ızgaranın üst sıvı dolu tabakasını soyun.
- MRI keşif taramasını ızgara yerine oturmuş olarak gerçekleştirin. Tarama genellikle vaskülatürü görselleştirmek için intravenöz MR kontrast madde uygulanmasını gerektirir: 2.5 mL'lik bir infüzyon hacmi için kontrast madde gadolinyum kontrast maddesinin 1 mmol / mL konsantrasyonunu kullanın.
NOT: İzci taraması, kesin görüntüleme çalışmasından önce çekilen bir ön görüntüdür. Amaç, cerrahın görüntülemenin ilgilendiği bölgeye yakın bir yerde yapılmasını sağlamak ve görüntüleme sınırlarını tanımlamaktır. Üreticiye göre, kontrast madde için 1 mmol / mL konsantrasyonunda önerilen doz, hayvanın ağırlığının kilogramı başına 0.1 mL'dir. - MR rehberlik yazılımında kanül yerleştirme için kesin beyin yerini seçin.
- Yazılımın, seçilen hedefe bağlı olarak cerrahın kanül yerleştirme için planlanan yörüngesinin görselleştirilmesine izin verdiğinden emin olun. Yazılımın yörünge görselleştirmesini ve ilgili giriş noktasını çıkardığından emin olun.
NOT: Bu çalışma için, beyaz cevheri hedeflemek için frontal korteksteki bir bölge seçildi. Burası birçok insan gliomunun ortaya çıktığı ve22 büyüdüğü bir yerdir. Aynı zamanda beyaz cevher yolları boyunca yayılım için tercih edilen bir alandır23.
NOT: Pial ve sulkal transgresyonları en aza indirmek ve kan damarlarından kaçınmak için cerrahın bir giriş noktası, hedef ve istenen yörünge için kararını göz önünde bulundurun. - Kan damarlarını önlemek ve pial ve kükürt ihlallerini en aza indirmek için yazılımdaki öngörülen girişi ve hedef noktaları manuel olarak sürükleyerek, istenen giriş ve hedef noktaları da dahil olmak üzere önerilen yörüngeyi ayarlayın. Yörünge değiştirilebilir ve üç boyutlu olarak görüntülenebilir.
- İstenilen yörünge cerrahın tercihine göre belirlendikten sonra, ızgaradaki giriş noktasını bulmak için MR rehberlik yazılımını çalıştırın.
- Kafa derisindeki giriş noktasını bulmak için taramada planlanan yörüngede ilerleyin. Yazılım, ızgara üzerinde planlanan yörüngenin projeksiyonuna dayanarak ızgara koordinatlarını belirtir.
3. Stereotaktik çerçeveyi sabitlemek ve hizalamayı yazılım projeksiyonu aracılığıyla yinelemeli olarak ayarlamak
- Stereotaktik çerçeveyi, önce tabanı altı kemikle ankrajlı vida ve dört ofset vida ile sabitleyerek ızgaradaki istenen giriş noktası koordinatlarının etrafına monte edin.
- Kemiğe tutturulmuş altı vidayı, kafa derisi üzerinden, ızgara üzerinden kafatasına sabitleyin. Altı ankraj vidası, stereotaktik çerçeveyi stabilize etmek ve delme sırasında herhangi bir hareketi önlemek için kullanılır.
- Kulenin tabanında bulunan dört ofset vidayı, kafatasına sabitlenmiş deriden sabitleyin. Çerçeve tabanını orta vidalara kaldırarak ve tabanı stabilize ederek orta kemik vidalarını sıkmak için bir karşı kuvvet görevi görürler.
- Stereotaktik çerçeve tabanı sabitlendikten sonra, çerçeve tertibatı ile devam edin.
- MRI yazılımında bir seçenek olan yüksek çözünürlüklü T1 ağırlıklı MPRAGE MRI taramasını, çerçeve referanslarını yakalamak ve yörüngeyi onaylamak için çerçeve yerine ayarlanmış olarak gerçekleştirin.
- MRI taramasını ve planlanan yörüngeyi görselleştirerek istenen öngörülen kanül yerleştirme yörüngesini yazılımla onaylayın.
- Sonraki 2D turbo spin echo MRI taramaları, çerçeve yerine oturduğunda çerçevenin nesneyle hizalandığını doğrulamak için alınır. Geçerli çerçeve konumu ile istenen yörünge arasında yanlış hizalama varsa, yazılım ayar parametrelerini çıkarır.
NOT: Yazılım, stereotaktik çerçevenin mevcut konumunun projeksiyonu ile tanımlanan hedef nokta arasındaki radyal farkı hesaplar. Bu hata, öngörülen hatayı hesaplamak için kullanılır ve bu da çerçeveyi en aza indirmek için gerekli ayarlamaları hesaplamak için kullanılır.
- Sonraki 2D turbo spin echo MRI taramaları, çerçeve yerine oturduğunda çerçevenin nesneyle hizalandığını doğrulamak için alınır. Geçerli çerçeve konumu ile istenen yörünge arasında yanlış hizalama varsa, yazılım ayar parametrelerini çıkarır.
- Pitch-roll ve X-Y ayarlarını, yazılımdaki çıkış ayar parametrelerinde belirtildiği gibi başparmak tekerleklerini çevirerek gerçekleştirin.
- Yörüngenin yazılım etkin MRI görselleştirmesini tekrarlayın ve gerektiğinde hedefleme kanülünün rotasyonel ve translasyonel ayarlamalarını (başparmak tekerleklerini kullanarak) gerçekleştirin.
- MR rehberlik yazılımını kullanarak, kafatasının kalınlığını istenen yörüngede ve beyne olan toplam mesafeyi ölçün.
NOT: Yazılım, toplam uzunluğu tahmin etmek için çerçevenin üstünden (kafatasına vidalanmış) hedef noktaya olan mesafeyi hesaplar.
4. İnfüzyon için kanülün delinmesi ve yerleştirilmesi
- Enfeksiyonu önlemek için insizyonu yapmadan önce bir iyot ovma kullanın.
- Stereotaktik çerçevenin altında bir neşter kullanarak kafa derisi üzerinde 3 cm'lik bir kesi yapın.
- Erişim deliğini oluşturmadan önce ayarlamaları yaparak çerçeveyi matkap yerleştirme için ayarlayın.
- Orta kılavuz boruyu çıkarın ve delme için 3,4 mm'lik bir matkap ucuna uyan bir boruyla değiştirin.
- Cerrah çerçeveye ek stabilite katmak için manuel bir matkapla matkap yaparken çerçeveyi yerinde tutmak için bir asistanın bulunduğundan emin olun.
- Cerrahın 3,4 mm çapında bir çapak deliği oluşturmak için manuel bükümlü matkapla delmesine izin verin.
- Yük deliğini genişletmek ve yörüngeyi değiştirebilecek kemikli çarpışmaları önlemek için çerçeveyi ikinci matkap yerleştirme için ayarlayın.
- Matkabı 4,5 mm'lik matkap ucuyla ayarlayın; orta kılavuz boruyu bu daha büyük matkap ucuna uyan bir boruyla değiştirin.
- 4,5 mm'lik bir çapak deliği oluşturun.
- Hedeflenen kanülün planlanan yörüngeye geri döndüğünden emin olmak için bir MRI taraması yapın, çünkü çerçeveyi delmek bazen kanülü kaydırabilir.
- Dura'yı keskin bir stile delin.
- Önceden astarlanmış çerçeve uyumlu infüzyon kanülünü yerleştirin. Hava kabarcıklarının girişini sınırlamak için kanülün tutarlı bir nötr veya pozitif geri basınca sahip olduğundan emin olun.
NOT: Yazılım, planlanan hedefe belirli bir derinlik sağlar. - Stereotaktik çerçeve uyumlu infüzyon kanülü üzerindeki derinliği ölçün ve kanülle ilişkili derinlik durağını kullanın. Bu derinlik durdurma, kanülün istenen yere ulaşmasını ve ötesine geçmemesini sağlar. Kanülün istenen derinlikte kalmasını sağlamak için ek bir vidaya sahip bir kilit ve rıhtım tertibatı da vardır.
5. Tekrarlanan MRI taramaları ile infüzyonun izlenmesi
- Kanülün beyindeki doğru hedef konuma yerleştirilmesini değerlendirmek için bir MRI taraması yapın.
- İstenilen ajanın infüzyonunu, gadolinyum bazlı bir kontrast madde ile ko-infüzyon olarak başlatın.
NOT: Bu deneyde, 1 mM'lik bir gadolinyum bazlı kontrast madde konsantrasyonu kullanılmıştır, ancak bunun uygulamaya göre ayarlanması gerekebilir. Toplam 300 μL infüzyon hacmi 10 μL / dak oranında uygulandı, ancak bu da değişebilir. - Gadolinyumun birlikte infüzyonu nedeniyle çıkarılabilen kanülle yerleştirilen ajanın beyindeki dağılım hacmini ve hacmini izlemek için düzenli zaman aralıklarında bir MRI taraması yapın.
NOT: Kanül ucunun etrafındaki hiperintens alan, gadolinyum bazlı kontrast maddenin varlığını gösterir. - İnfüzyon sona erdiğinde, pompayı durdurun.
NOT: Bu çalışmada kullanılan infüzyon hızı, hücre süspansiyonunun 300 μL hacmi tamamen infüze edilene kadar 30 μL / dak idi. - Kanülü çıkarmadan önce infüzyonun sonlandırılmasından sonra kanülün beyinde 5 dakika kalmasına izin verin.
NOT: İnfüzyon kanülü, geri akışı azaltmak için infüzyonun sonlandırılmasından sonra tipik olarak 5 dakika boyunca yerinde bırakılır21,24. - Kanülü çerçeveden manuel olarak çıkarın.
- Çerçeveyi, inşa edildiği şeklinden ters sırada sökerek kafadan çıkarın.
- Kesisi 3-0 veya 4-0 monokril dikişle kapatın.
- İyileşmeye hazırlanmak için izofluranı kapatın.
- Konuyu ekstübe edin ve konunun veteriner ekibi tarafından gözlem altında iyileşmesine izin verin.
Representative Results
MRG tarayıcısındaki domuz pozisyonu, cerrahın çalışması için optimum erişim ve stereotaktik çerçeve ve infüzyon kanülü için boşluk sağlar (Şekil 1). Deneğin gövdesi havlu ve köpük pedlerle yükseltildi. Bu, başın MR deliğinin sonunda hafifçe aşağı doğru düşmesini sağladı ve bu nedenle stereotaktik çerçeve ve infüzyon kanül yerleştirme yerinin cerrah için en uygun şekilde erişilebilir olmasını sağladı.
MRG rehberliğinde görselleştirme, bir kanülün beyne hassas bir şekilde planlanmasını ve yerleştirilmesini sağlar (Şekil 2). MR kılavuz yazılımı, istenen yörüngeyi elde etmek için ekleme noktasını sağlar.
Stereotaktik çerçeve yazılımda tarandı ve istenen yere etkili bir şekilde ulaşmak için ayarlandı (Şekil 3). Bu gösteride, frontal kortekste bir yer seçildi. Çerçeve ayarlandıktan sonra, yazılım domuz kafatasının kalınlığını, çerçeve tabanından istenen yere olan mesafeyi ve istenen yere ulaşmak için çerçeve parametre ayarlamalarını tahmin etmek için kullanıldı. Bu durumda, seçilen yer ve yerleştirme açısı için, kanülün geçeceği kafatasının kalınlığı 4.7 mm ve kafatasının iç yüzeyinden beynin yüzeyine kadar 4.4 mm idi (Şekil 3A).
Son olarak, kanül infüzyonundan sonra yapılan yinelemeli interoperatif MRG taramaları, infüzyonun beyin dokusuna nasıl verildiğini göstermiştir (Şekil 4). Bu taramalar ayrıca, bu tekniğin istenen yere ulaşmadaki etkinliğini gösteren kanül projeksiyonunun (mavi dikdörtgen) ve öngörülen kanül yörüngesinin (sarı dikdörtgen) bir karşılaştırmasını sağlamıştır. MR taramaları 4-6 dakikalık düzenli aralıklarla alındı ve 10 ve 30 dakikalık taramalarla sonuçlandırıldı. Gadolinyumla güçlendirilmiş infüzyon, ajanın dağılım hacminin gerçek zamanlı olarak görselleştirilmesini sağlayan bu taramalarda izlenebilirdi.
Şekil 1: MRG tablosundaki özne konumu. Gövde yükseltilir, boyun bükülür ve baş aşağı doğru eğilir. (A) MR deliğine girmeden önce. (B) Kafatasının tepesine optimum erişim için MR deliğinden yerleştirilen nesne. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: MR rehberliğinde stereotaksi görselleştirmesi . (A) Planlanan yörüngenin görselleştirilmesi. Yazılım, kafa derisine yerleştirilen ızgaradaki giriş noktası konumunu çıkarır. (B) Kafa derisi üzerindeki giriş noktası konumu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Çerçeve kafatasına sabitlendikten sonra müdahale yörüngesi . (A) Kemik derinliği ve beyne olan mesafe ölçümleri. (B) Kafatası üzerinde, el matkabı ile oluşturulmuş bir çapak deliği olan stereotaktik çerçeve. (C) Yazılım üzerinde stereotaktik çerçeve ve 3D rekonstrüksiyon projeksiyonu. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Gadolinyumla güçlendirilmiş infüzyon ajanının hızlandırılmış hali. Kanül ucunun etrafındaki hiperintens alan gadolinyum varlığını gösterir. İnfüzyon sırasında ajanın dağılım hacmini izlemek için zaman içinde tekrarlayan MR taramaları elde edildi: (A) t = 0, (B) t = 4 dakika, (C) t = 8 dakika, (D) t = 12 dakika, (E) t = 20 dakika, (F) t = 26 dakika; ve infüzyon bittikten sonra: (G) t = 36 dakika ve (H) t = 60 dakika. Ko-infüzyonlu ajanın görselleştirilmesi 4 dakika sonra gerçekleşir. Mavi dikdörtgen ölçülen kanül yerleşimidir, sarı dikdörtgen ise yansıtılan kanül yörüngesini gösterir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Discussion
Bu protokol, MR rehberliğindeki stereotaksinin performansını, önceki çalışmalarda elde edildiği gibi milimetre altı hedefleme doğruluğu olasılığı olan bir 3T MR makinesindeki domuz beynine sunar 1,4,17,18,25. MR rehberliğinde stereotaksi ile yapılan önceki kadavra deneylerinde 0.2 ± 0.1mm1 radyal hata gösterildi. Bu raporda, planlanan yörüngeye ilişkin son derinlik hatası, cerrahlar tarafından yörüngenin çevrimiçi olarak değerlendirilmesi ve ayarlanması nedeniyle 1.4 mm idi. Son derinlik hatası, insanlarda iMRI stereotaktik prosedürlerinin klinik uygulamaları için radyal hata bulgularıyla (2 mm'nin altında) karşılaştırılabilirdi26.
Burada, konunun MRG masasına yerleşimini, gövdesi başın hafifçe aşağı doğru düşebileceği ve MR deliğinin sonuna doğru dışa doğru işaret edebileceği şekilde kaldırılmış olarak gösteriyoruz. Bu kafa yerleşimi, cerraha prosedürü gerçekleştirmek için yer sağlamak için kritik öneme sahiptir. Stereotaktik çerçeve, domuz beyni modellerine hassas ve kontrollü infüzyon sağlar. Ek olarak, gerçek zamanlı MR görüntüleme, dağılım hacminin doğru bir şekilde belirlenmesini sağlar. MRG'de gerçek zamanlı olarak izlenen infüzyonlar için büyük hayvan modelleri olarak domuzlar, beyne ilaç verilmesi, hücre dağıtımı ve translasyonel değeri olan diğer ajanların incelenmesi olasılığını sunar.
Domuz, insanlara veya insan olmayan primatlara kıyasla dikkate alınması gereken farklı anatomik farklılıklara sahiptir. Domuzlar büyüdükçe, MR deliğindeki vücudun büyüklüğü bir zorluk haline gelir. Başın ve gövdenin şekli insanlardan farklıdır, bu da cerrah için beyne optimum erişim için hem cerrahi prosedür hem de MR deliğinin dışındaki boşluğa kanül yerleştirme için uyum sağlamanın zor olduğunu kanıtlar. Bu nedenle, konuyu, cerrahın MR deliğinin ucundan başa erişebileceği şekilde konumlandırmak çok önemlidir.
Domuzlar ve insanlar arasındaki kafatası kalınlığındaki fark, dikkate alınması gereken bir faktördür. Bu protokolde, iMRI görselleştirmesi, etkili bir çapak deliği prosedürü için kafatası kalınlığının kesin olarak tahmin edilmesine izin verdi. Bu minimal invaziv nöroşirürji araçlarının kullanımı göz önüne alındığında, hayvan iyileşmesi olaysızdı.
MR rehberliğinde görselleştirme, domuz beynine erişim, kanül yerleştirme ve infüzyon ajanının izlenmesi için gerçek zamanlı rehberlik sağlar. Sondaj işlemi, doku deformasyonu ve / veya beyaz cevher yollarının bozulmasının, beyne ajan verilmesindeki zorluklara katkıda bulunduğu bildirilmiştir25. Planlama ve kanül yerleştirme sırasında yinelemeli MR taramaları, küçük ayarlamalar için yetenek sağlar. Ek olarak, infüzyon hızı veya kanül yerleştirmenin doğruluğu gibi infüzyon parametreleri, prosedür içi görüntüleme tarafından belirtildiği gibi gerçek zamanlı olarak değiştirilebilir veya duraklatılabilir. Son olarak, maddenin dağılım hacminin net bir değerlendirmesini elde etmek için gadolinyum bazlı ko-infüzyonatın uygun bir dengesi seçilmelidir.
Gadolinyum bazlı kontrast maddenin aşırı konsantrasyonu, MRI taramaları27'deki dağılımını gizlemiş olabilir, kanül ucunun etrafında, infüzyon hacminin dış sınırlarını gösteren hiperintens bir alanla çevrili siyah bir nokta göstermiştir. Prosedürün mevcut görüntüleri, cerrahın çalışma alanının etrafındaki sınırlı MRI alanında çekim yapmakla ilgili kısıtlamalar nedeniyle sınırlıdır. İntraoperatif video görüntüleri protokol tanımını yönlendirmek için kullanıldı.
Domuzlarda ve diğer büyük hayvan modellerinde MR rehberliğinde stereotaksi yoluyla infüzyon ajanları doğru, öngörülebilir ve güvenli prosedürlerle sonuçlanmıştır. Domuzlarda iMRI stereotaksisinin gösterilmesi, insanlar için yüksek çeviri değeri olan araştırma tedavilerinin ölçeklenebilirliği için temel oluşturur. Domuz modelleri, diğer türlere kıyasla insan tepkisine benzerlikleri nedeniyle immünolojik yanıtları incelemek için yaygın olarak kullanılmaktadır28. Beyne verilen terapötik ajanlar, infüzyon yerinin gerçek zamanlı MRG görselleştirmesinin, gerekli ayarlamaların ve dokudaki dağılımının intraoperatif değerlendirmesinin ek yararı ile kesin hedef infüzyon bağlamında incelenebilir.
Disclosures
SG, EAS, CJK aşağıdaki açıklamalara sahiptir: ClearPoint Neuro tarafından kullanılmaktadır.
Diğer tüm yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan eder.
Acknowledgments
Yazarlar, bu çalışmanın Houston Methodist'teki Beyin Tümörü Araştırmalarında John S. "Steve" Dunn, Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe Kürsüsü'nden hayırsever fon aldığını beyan ediyorlar. Fon sağlayıcı, çalışma tasarımına, toplanmasına, analizine, verilerin yorumlanmasına, bu makalenin yazılmasına veya yayınlanmak üzere sunulmasına karar verilmesine dahil olmamıştır.
Bu çalışma kısmen Kanser Önleme ve Araştırma Girişimi (CPRIT) ve Houston Methodist Vakfı'ndan RP190587 hibe numarası ile finanse edildi.
Yazarlar, Houston Methodist Araştırma Enstitüsü'ndeki Translasyonel Görüntüleme Merkezi'nden Vi Phan ve Lien My Phan'a MR görüntüleme konusundaki yardımları için teşekkür eder.
Yazarlar, bu çalışmanın Houston Methodist'teki Paula ve Rusty Walter ve Walter Oil & Gas Corp Endowment'tan hayırsever fon aldığını beyan ediyorlar. Fon sağlayıcı, çalışma tasarımına, toplanmasına, analizine, verilerin yorumlanmasına, bu makalenin yazılmasına veya yayınlanmak üzere sunulmasına karar verilmesine dahil olmamıştır.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3 Tesla Siemens MAGNETOM Vida | Siemens Healthineers | 70 cm wide-bore 3 Tesla whole body MRI scanner | |
| Four channel flex coil | Siemens Healthineers | Placed ventrally to allow access to the skull | |
| MR Neuro Patient Drape | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-05 | MR Neuro Patient Drape, Marker Pen, Track Ball Cover, Cable Cover |
| MR Neuro Procedure Drape Tapered - Long | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-02-L | MR Neuro Procedure Drape Tapered, Marker Pen, Track Ball Cover |
| MR Neuro Procedure Drape Tapered w/Extension - Long | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-03-L | MR Neuro Procedure Drape Tapered w/Extension, Marker Pen, Track Ball Cover |
| MR Neuro Scanner Bore Drape w/Extension | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-PD-04 | MR Neuro Scanner Bore Drape w/Extension |
| Scalp Mount Base | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SM-01 | Scalp Mount Base and centering too |
| Skull Mount Base | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SK-01 | Skull Mount Base |
| SMARTFrame Accessory Kit | ClearPoint Neuro, Inc | NGS -AK-01-11 | Stylet, Lancet, Peel-Away Sheath (2), Ruler, Depth Stop (2) |
| SMARTFrame Guide Tubes | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-01 | 15 GA Guide Tube, 18 GA Guide Tube and 16GA Guide Tube |
| SMARTFrame Guide Tubes .052” / 18 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-02 | .052” Guide Tubes that fit 18 ga devices (5) |
| SMARTFrame Guide Tubes .060” / 17 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-03 | .060” Guide Tubes that fit 17 ga devices (5) |
| SMARTFrame Guide Tubes .064” / CP Stylet | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-04 | .064” Guide Tubes that fit ClearPoint Stylets (5) |
| SMARTFrame Guide Tubes .068” / 16 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-05 | .068” Guide Tubes that fit 16 ga devices (5) |
| SMARTFrame Guide Tubes .074” / 15 ga | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-GT-06 | .074” Guide Tubes that fit 15 ga devices (5) |
| SMARTFrame MR Fiducial | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-BM-05 | MR Fiducials (5) |
| SMARTFrame Scalp Mount Rescue Screw – Long | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-RS-02 | Short Scalp Mount Rescue Bone Screws (3) |
| SMARTFrame Scalp Mount Rescue Screw – Short | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-RS-03 | Long Scalp Mount Rescue Bone Screws (3) |
| SMARTFrame Skull Mount Rescue Screw | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-RS-01 | Skull Mount Rescue Bone Screws (3) |
| SMARTFrame Thumb Wheel Extension Set. | ClearPoint Neuro, Inc | NGS -TE-01 | Light Hand Controller |
| SmartFrame XG Device Guide, 2.5 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-03 | 2.5-mm Device Guide |
| SmartFrame XG Device Guide, 3.2 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-04 | 3.2-mm Device Guide |
| SMARTFrame XG Drill Guide, 4.5 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-02 | 4.5-mm Drill Guide |
| SMARTFrame XG Drill Guide, 6.0 mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-05 | 6.0-mm Drill Guide |
| SMARTFrame XG Exchangeable Device Guides | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-XG-01 | Device Guide, 3.4-mm, Device Guide, 14 GA |
| SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SF-02-11 | Stereotactic Frame, Skull Mount Base, Centering Ring, Dock, Standard Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer |
| SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame, 5 Fr | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SF-02-11-5 | Stereotactic Frame, Centering Ring, Dock, 5 Fr Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer |
| SMARTFrame XG MRI-Guided Trajectory Frame, 7 Fr | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-SF-02-11-7 | Stereotactic Frame, Centering Ring, Dock, 7 Fr Device Lock, Large Device Lock, Screwdriver, Roll Lock Screw w/washer |
| SMARTGrid MR Planning Grid | ClearPoint Neuro, Inc | NGS -SG-01-11 | Marking Grid and Marking Tool |
| SMARTTip MR Drill Kit, 4.5-mm | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-DB-45 | 4.5-mm Drill Bit, 3.2-mm Drill Bit, Lancet, Depth Stop, Ruler |
| SMARTTwist MR Hand Drill | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-HD-01 | Hand Drill |
| VentiPAC | SurgiVet | V727000 | Mechanical ventilator |
| Wharen Centering Guide | ClearPoint Neuro, Inc | NGS-CG-01 | Wharen Centering Guide |
References
- Larson, P. S., et al. An optimized system for interventional magnetic resonance imaging-guided stereotactic surgery: preliminary evaluation of targeting accuracy. Neurosurgery. 70, 1 Suppl Operative 95-103 (2012).
- Foltynie, T., et al. MRI-guided STN DBS in Parkinson's disease without microelectrode recording: efficacy and safety. Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 82 (4), 358-363 (2011).
- Sidiropoulos, C., et al. Intraoperative MRI for deep brain stimulation lead placement in Parkinson's disease: 1 year motor and neuropsychological outcomes. Journal of Neurology. 263 (6), 1226-1231 (2016).
- Ostrem, J. L., et al. Clinical outcomes using ClearPoint interventional MRI for deep brain stimulation lead placement in Parkinson's disease. Journal of Neurosurgery. 124 (4), 908-916 (2016).
- Lee, P. S., et al. Outcomes of interventional-MRI versus microelectrode recording-guided subthalamic deep brain stimulation. Frontiers in Neurology. 9, 241 (2018).
- Patel, N. K., Plaha, P., Gill, S. S. Magnetic resonance imaging-directed method for functional neurosurgery using implantable guide tubes. Operative Neurosurgery. 61 (5), 358-366 (2007).
- Drane, D. L., et al. Better object recognition and naming outcome with MRI-guided stereotactic laser amygdalohippocampotomy for temporal lobe epilepsy. Epilepsia. 56 (1), 101-113 (2015).
- Chittiboina, P., Heiss, J. D., Lonser, R. R. Accuracy of direct magnetic resonance imaging-guided placement of drug infusion cannulae. Journal of Neurosurgery. 122 (5), 1173-1179 (2015).
- Han, S. J., Bankiewicz, K., Butowski, N. A., Larson, P. S., Aghi, M. K. Interventional MRI-guided catheter placement and real time drug delivery to the central nervous system. Expert Review of Neurotherapeutics. 16 (6), 635-639 (2016).
- Bobo, R. H., et al.
- Mittermeyer, G., et al. Long-term evaluation of a phase 1 study of AADC gene therapy for Parkinson's disease. Human Gene Therapy. 23 (4), 377-381 (2012).
- Lonser, R. R., Sarntinoranont, M., Morrison, P. F., Oldfield, E. H. Convection-enhanced delivery to the central nervous system. Journal of Neurosurgery. 122 (3), 697-706 (2015).
- Subramanian, T., Deogaonkar, M., Brummer, M., Bakay, R. MRI guidance improves accuracy of stereotaxic targeting for cell transplantation in parkinsonian monkeys. Experimental Neurology. 193 (1), 172-180 (2005).
- Emborg, M. E., et al. Intraoperative intracerebral MRI-guided navigation for accurate targeting in nonhuman primates. Cell Transplantation. 19 (12), 1587-1597 (2010).
- Silvestrini, M. T., et al. Interventional magnetic resonance imaging-guided cell transplantation into the brain with radially branched deployment. Molecular Therapy. 23 (1), 119-129 (2015).
- Faraji, A. H., Rajendran, S., Jaquins-Gerstl, A. S., Hayes, H. J., Richardson, R. M. Convection-enhanced delivery and principles of extracellular transport in the brain. World Neurosurgery. 151, 163-171 (2021).
- Richardson, R. M., et al. T2 imaging in monitoring of intraparenchymal real-time convection-enhanced delivery. Neurosurgery. 69 (1), 154-163 (2011).
- Richardson, R. M., et al. Novel platform for MRI-guided convection-enhanced delivery of therapeutics: preclinical validation in nonhuman primate brain. Stereotactic and Functional Neurosurgery. 89 (3), 141-151 (2011).
- San Sebastian, W., et al. Safety and tolerability of magnetic resonance imaging-guided convection-enhanced delivery of AAV2-hAADC with a novel delivery platform in nonhuman primate striatum. Human Gene Therapy. 23 (2), 210-217 (2012).
- Sauleau, P., Lapouble, E., Val-Laillet, D., Malbert, C. -H. The pig model in brain imaging and neurosurgery. Animal. 3 (8), 1138-1151 (2009).
- Yin, D., Forsayeth, J., Bankiewicz, K. S. Optimized cannula design and placement for convection-enhanced delivery in rat striatum. Journal of Neuroscience Methods. 187 (1), 46-51 (2010).
- Larjavaara, S., et al. Incidence of gliomas by anatomic location. Neuro-Oncology. 9 (3), 319-325 (2007).
- Pallud, J., Devaux, B., Daumas-Duport, C., Oppenheim, C., Roux, F. X. Glioma dissemination along the corticospinal tract. Journal of Neuro-Oncology. 73 (3), 239-240 (2005).
- White, E., Bienemann, A., Megraw, L., Bunnun, C., Gill, S. Evaluation and optimization of the administration of a selectively replicating herpes simplex viral vector to the brain by convection-enhanced delivery. Cancer Gene Therapy. 18 (5), 358-369 (2011).
- Chen, M. Y., Lonser, R. R., Morrison, P. F., Governale, L. S., Oldfield, E. H. Variables affecting convection-enhanced delivery to the striatum: a systematic examination of rate of infusion, cannula size, infusate concentration, and tissue-cannula sealing time. Journal of Neurosurgery. 90 (2), 315-320 (1999).
- Sterk, B., et al. Initial clinical experience with ClearPoint smartframe array-aided stereotactic procedures. World Neurosurgery. 162, 120-130 (2022).
- Rohrer, M., Bauer, H., Mintorovitch, J., Requardt, M., Weinmann, H. -J. Comparison of magnetic properties of MRI contrast media solutions at different magnetic field strengths. Investigative Radiology. 40 (11), 715-724 (2005).
- Dawson, H. D. A comparative assessment of the pig, mouse and human genomes. The Minipig in Biomedical Research. 1, 323-342 (2011).
