Summary
Protokollet som presenteras här visar stereotaxi för grishjärnan med hjälp av konvektionsförbättrade infusioner, med visualiseringsvägledning för magnetisk resonanstomografi (MRI) i realtid och visualisering av infusionsdistribution i realtid.
Abstract
Det övergripande målet med denna procedur är att utföra stereotaxi i grishjärnan med visualiseringsvägledning i realtid för magnetisk resonans (MR) för att ge exakta infusioner. Motivet placerades benäget i MR-borrningen för optimal åtkomst till toppen av skallen med bålen upphöjd, nacken böjd och huvudet lutat nedåt. Två ankarstift förankrade på den bilaterala zygomen höll huvudet stadigt med hjälp av huvudhållaren. En magnetisk resonanstomografi (MRI) flexspole placerades rostralt över huvudhållaren så att skallen var tillgänglig för ingreppsproceduren. Ett planeringsnät placerat i hårbotten användes för att bestämma lämplig ingångspunkt för kanylen. Den stereotaktiska ramen säkrades och justerades iterativt genom programvaruprojektion tills det projicerade radiella felet var mindre än 0,5 mm. En handborr användes för att skapa ett burrhål för införande av kanylen. En gadoliniumförstärkt saminfusion användes för att visualisera infusionen av en cellsuspension. Upprepade T1-viktade MR-skanningar registrerades i realtid under agentleveransprocessen för att visualisera volymen av gadoliniumfördelning. MR-styrd stereotaxi möjliggör exakt och kontrollerad infusion i grishjärnan, med samtidig övervakning av kanylinsättningsnoggrannhet och bestämning av distributionsvolymen för medlet.
Introduction
I detta protokoll beskriver vi tillämpningen av ett stereotaktiskt system för interventionell magnetisk resonanstomografi (iMRI) för kanylplacering och visualisering i realtid av infusioner i grishjärnan. Utvecklingen av iMRI-system möjliggör exakt kateterplacering1. iMRI möjliggör visualisering av fördelningen av infusionsmedlet i hjärnan hos patienter under generell anestesi 1,2 för att utvärdera procedurens noggrannhet i realtid.
Det MR-styrda stereotaktiska systemet är en riktad plattform som möjliggör målnoggrannhetunder millimeter 1. Den använder en skallmonterad siktanordning i kombination med dedikerad programvara som ger anatomisk avbildning av hjärnan med projicerade blyinsättningsbanor och justeringsparametrar. iMRI-vägledning för stereotaktisk kirurgisk ingrepp i hjärnan har visat sig vara effektiv i kliniska tillämpningar, såsom djup hjärnstimulering vid behandling av Parkinsons sjukdom 2,3,4,5, fokal ablation för behandling av epilepsi 6,7 och konvektionsförbättrad leverans (CED) av läkemedel till centrala nervsystemet 8,9.
CED-metoden används för att direkt leverera terapeutiska medel till centrala nervsystemet med användning av vätskekonvektion. Detta är baserat på en liten hydrostatisk tryckgradient som möjliggör flödet av ett infusat från spetsen av infusionskanuvan till det omgivande extracellulära utrymmet10. Stereotaktiska metoder används för att leverera höga koncentrationer av makromolekyler, små molekyler 11,12, celltransplantation13,14,15 eller terapeutiska medel till det valda hjärnvävnadsmålet, vilket kringgår blod-hjärnbarriären. Faktorer som permeabilitet, diffusionskoefficienter, mottryck, upptag och clearancemekanismer påverkar diffusionen av de terapeutiska medlen16. Denna teknik använder en gadoliniumbaserad co-infusat1 för klinisk CED, för att övervaka infusionsmedlet i realtid in i det parenkymala målet. Parametrar som distributionsvolymen i vävnaden och relaterad kinetik efter riktad noggrannhet övervakas med iMRI.
CED-studier av infusionsmedel via ett MR-styrt stereotaxisystem har studerats hos icke-mänskliga primater, vilket resulterar i exakta, förutsägbara och säkra procedurer. Noggrannheten för placering av infusionskanill har visat sig nå submillimeterplaceringsfel17. Systemet ger en förutsägbar infusionsfördelning, med en observerad linjär ökning av distributionsvolymen med infusionsvolymen, vilket leder till en därefter införd refluxresistent kanyl för CED-infusioner18. Detta iMRI-infusionsförfarande rapporterades inte medföra några negativa effekter hos icke-humana primater19.
Här utökar vi tillämpningen av MR-styrd sterotaxi på grishjärnan för att leverera och övervaka distributionen av ett infusionsmedel bestående av en 300 μL cellsuspension. Storleken på grishjärnan möjliggör avbildning och neurokirurgiska ingrepp som kan tillämpas kliniskt på människor, vilket inte är möjligt i mindre djurmodeller av sjukdom20. Dessutom producerar grisens immunsystem liknande svar som hos människor när det gäller svar på biologiska eller andra terapeutiska medel21. Därför har arbetet med denna djurart för stereotaktiska läkemedelsleveransprocedurer direkta translationella kliniska konsekvenser och kan vara logistiskt enklare än med icke-mänsklig primatforskning.
Vi använde en grismodell (tamsvin, hona, 25 kg, 14 veckors ålder) för MR-styrd stereotaxi. Den visuella implementeringen av det stereotaktiska förfarandet hos grisar rapporteras i denna studie. Vi beskriver anpassningarna av utrymmet för att rymma ett grishuvud, visualisering av proceduren både i video och bilder och samtidig MR-avbildning för att utvärdera infusatfördelningen i grishjärnan. MR-styrd stereotaxi utfördes i ett 3T MR-utrymme.
Med detta experiment demonstrerar vår grupp prestanda för MR-styrd stereotaxi i grishjärnan och en grundläggande bildtidslinje för att spåra infusioner i hjärnan. Den allmänna tekniken för klinisk stereotaxi som utförs på människor kan tillämpas på svinskallen och hjärnan.
Det övergripande målet med denna procedur är att utföra MR-styrd stereotaxi i grishjärnan med MR-visualiseringsvägledning i realtid. Detta uppnås genom att först placera motivet benäget i MR-borrningen för optimal åtkomst till toppen av skallen. Det andra steget är att planera den kirurgiska insättningen med MR-assisterad visualiseringsvägledning, vilket innebär placering och skanning av ett fiducialt rutnät för att bestämma lämplig startpunkt för en förplanerad bana. Detta uppnås med en högupplöst (1 mm isotrop) T1-viktad 3D-magnetisering förberedd snabb gradienteko (MPRAGE) skanning, i en varaktighet av 7 min och 44 s. Därefter säkrar vi den stereotaktiska ramen på huvudet och justerar justeringen iterativt genom programvaruprojektion tills det projicerade radiella felet är mindre än 0,5 mm. Snabba 2D-turbospinnekoskanningar (varaktighet på 13 s) i sneda riktningar ger bildvägledning. Därefter görs ett snitt på huden och en handborr används för att skapa ett burrhål för införande av infusionskaniman vid de fördefinierade koordinaterna. Det sista steget är att övervaka infusionen med upprepade T1-viktade MR-skanningar (3D MPRAGE; 1 min 45 s) i realtid med gladolinium-saminfusion. Resultaten visar att MR-styrd stereotaxi möjliggör exakt och kontrollerad infusion i grishjärnan, baserat på MR-vägledning i realtid och efterföljande T1-viktade 3D MPRAGE MRI-skanningar (1 mm isotrop upplösning) som används för att visualisera distributionsvolymen.
Protocol
Studien godkändes av Institutional Animal Care and Use Committee vid Houston Methodist Research Institute, IACUC godkännandenummer IS00006378. Alla experimentella metoder utfördes i enlighet med relevanta nationella och institutionella riktlinjer och föreskrifter.
1. Positionering av djur
- Placera motivet för optimal åtkomst till toppen av skallen: placera motivet på MR-bordet som förberedelse för MR-skanningen.
OBS: Ämnesinformation: tamsvin, hona, 25 kg, 14 veckors ålder.- Lugna patienten med ketamin (600 mg intramuskulärt [IM]) och midazolam (5 mg IM). Administrera smärtstillande medel hydromorfon (4 mg IM), karprofen (100 mg per os) och fentanyl (25 μg aktuell), antibiotikumet ceftriaxon (550 mg intravenöst [IV]) och NaCl (0,9% IV).
- Intubera motivet. Behåll anestesi med 2% -3% isofluran.
- Övervaka ämnets vitala tecken under hela proceduren.
- Ventilera mekaniskt vid 16-19 andningar/min med ventilator.
- Placera motivet på MR-bordet som förberedelse för MR-skanningarna.
- Placera motivet i ett benäget läge med huvudet mot MR-borrningen.
- Placera en vanlig MR-fyrkanals flexspole på huvudhållaren.
- Stabilisera motivets huvud med huvudhållaren.
- Lyft upp bålen med handdukar och skumkuddar. Målet är att huvudet ska falla något nedåt, med nacken böjd och nosen nästan vidrör bordet. Detta hjälper till att säkerställa att den stereotaktiska ramen och infusionskaniman passar in i MR-skannerns borrning. Förankra MR-huvudhållarstiften på det bilaterala zygoma för att hålla huvudet fäst vid MR-bordet.
- Kontrollera att toppen av skallen lutar mot skannerns baksida med nacken böjd. Denna position gör det möjligt för kirurgen att få tillgång till toppen av hårbotten när ämnet går in i MR.
- När det är inställt flyttas MR-bordet in i skannerns borrning tills motivets huvud når slutet av borrningen.
2. Planering av kirurgisk insättning med MR-assisterad visualiseringsvägledning
- Förbered området på ett sterilt sätt och var noga med att undvika att det beredda materialet kommer in i motivets ögon. Placera sterila handdukar runt det kirurgiska området. Placera ett sterilt draperi med en öppning mot toppen av skallen som kirurgen kan komma åt.
- Placera det fiduciella planeringsnätet på motivets hårbotten genom att fästa den självhäftande sidan av gallret över patientens huvud, centrerat kring platsen där burrhålet kommer att vara.
- Dra av det övre vätskefyllda lagret av gallret medan du håller det nedre lagret ordentligt på plats.
- Utför MR-scoutskanningen med rutnätet på plats. Skanningen kräver ofta intravenös administrering av MR-kontrastmedel för att visualisera kärlen: använd en koncentration på 1 mmol / ml av kontrastmedlet gadoliniumkontrastmedel för en infusionsvolym på 2,5 ml.
OBS: Scoutskanningen är en preliminär bild som tagits före den definitiva bildstudien. Syftet är att kirurgen ska se till att avbildning utförs nära det område som är av intresse och att definiera avbildningsgränser. Den rekommenderade dosen vid koncentrationen 1 mmol / ml, enligt tillverkaren, för kontrastmedlet är 0,1 ml per kilo som djuret väger. - Välj den exakta hjärnplatsen för kanylinsättning i MR-vägledningsprogrammet.
- Se till att programvaran tillåter visualisering av kirurgens planerade bana för kanylplacering, baserat på det valda målet. Se till att programvaran matar ut banvisualiseringen och motsvarande startpunkt.
OBS: För denna studie valdes en plats i frontal cortex för att rikta in sig på vit substans. Detta är en plats där många mänskliga gliom uppstår och växer22. Det är också en förmånlig plats för spridning längs områden med vit substans23.
OBS: Tänk på kirurgens beslut för en ingångspunkt, mål och önskad bana för att minimera piella och sulkala överträdelser och undvika blodkärl. - Justera den föreslagna banan, inklusive önskade ingångs- och målpunkter, genom att manuellt dra de projicerade ingångs- och målpunkterna i programvaran för att undvika blodkärl och minimera pial och sulcal överträdelser. Banan kan ändras och ses i tre dimensioner.
- När den önskade banan har identifierats baserat på kirurgens preferenser, kör MR-vägledningsprogramvaran för att hitta startpunkten på rutnätet.
- Bläddra igenom den planerade banan på skanningen för att hitta ingångspunkten i hårbotten. Programvaran specificerar rutnätkoordinaterna baserat på projiceringen av den planerade banan på rutnätet.
3. Säkra den stereotaktiska ramen och justera justeringen iterativt genom programvaruprojektion
- Montera den stereotaktiska ramen runt önskade ingångspunktskoordinater på gallret genom att först säkra basen med sex benförankrade skruvar och fyra förskjutna skruvar.
- Fäst de sex benförankrade skruvarna i skallen över gallret, genom hårbotten. De sex ankarskruvarna används för att stabilisera den stereotaktiska ramen och undvika rörelse under borrningen.
- Säkra de fyra förskjutna skruvarna som ligger vid tornets botten genom huden, förankrade på skallen. De fungerar som en motkraft för att dra åt mittbenskruvarna genom att lyfta rambasen till mittskruvarna och stabilisera basen.
- När den stereotaktiska rambasen är säker fortsätter du med rammontering.
- Utför den högupplösta T1-viktade MPRAGE MR-skanningen, ett alternativ i MR-programvaran, med ramen inställd på plats för att fånga ramfiducials och bekräfta banan.
- Bekräfta önskad projicerad kanylinsättningsbana med programvaran, visualisera MR-skanningen och den planerade banan.
- Efterföljande 2D-turbospinneko MR-skanningar tas för att bekräfta justeringen av ramen med motivet när ramen är på plats. Om det finns en feljustering mellan den aktuella rampositionen och önskad bana, matar programvaran ut justeringsparametrar.
OBS: Programvaran beräknar den radiella skillnaden mellan projiceringen av den aktuella positionen för den stereotaktiska ramen och den definierade målpunkten. Detta fel används för att beräkna det projicerade felet, vilket i sin tur används för att beräkna de nödvändiga justeringarna av ramen för att minimera den.
- Efterföljande 2D-turbospinneko MR-skanningar tas för att bekräfta justeringen av ramen med motivet när ramen är på plats. Om det finns en feljustering mellan den aktuella rampositionen och önskad bana, matar programvaran ut justeringsparametrar.
- Utför tonhöjds- och X-Y-justeringarna genom att vrida tumhjulen, vilket indikeras av utgångsjusteringsparametrarna i programvaran.
- Upprepa den programvaruaktiverade MR-visualiseringen av banan och utför rotations- och translationsjusteringar (med hjälp av tumhjulen) på målkanylen efter behov.
- Med hjälp av MR-vägledningsprogramvaran mäter du tjockleken på skallen vid önskad bana och det totala avståndet till hjärnan.
OBS: Programvaran beräknar avståndet från toppen av ramen (skruvad på skallen) till målpunkten för att uppskatta den totala längden.
4. Borrning och införande av kanylen för infusion
- Använd en jodskrubb innan du utför snittet för att förhindra infektion.
- Gör ett 3 cm snitt i hårbotten med en skalpell under den stereotaktiska ramen.
- Ställ in ramen för borrinsättning genom att utföra justeringarna innan du skapar åtkomsthålet.
- Ta bort och byt ut mittstyrröret mot ett som passar en 3,4 mm borr för borrning.
- Se till att en assistent är närvarande för att hålla ramen på plats medan kirurgen borrar med en manuell borr för att ge ytterligare stabilitet till ramen.
- Låt kirurgen borra med en manuell vridborr för att skapa ett burrhål med en diameter på 3,4 mm.
- Ställ in ramen för den andra borrinsättningen för att bredda borrhålet och undvika beniga kollisioner som kan förändra banan.
- Sätt upp borren med 4,5 mm borrkrona; Byt ut mittstyrröret mot ett som passar denna större borrkrona.
- Skapa ett 4,5 mm burrhål.
- Utför en MR-skanning för att säkerställa att målkanylen har återgått till den planerade banan, eftersom borrning genom ramen ibland kan flytta kanylen.
- Pierce dura med en skarp stylet.
- Sätt i den förgrundade ramkompatibla infusionskanulen. Se till att kanylen har ett konsekvent neutralt eller positivt mottryck för att begränsa införandet av luftbubblor.
OBS: Programvaran ger ett angivet djup till det planerade målet. - Mät djupet på den stereotaktiska ramkompatibla infusionskanuleringen och använd det kanylassocierade djupstoppet. Detta djupstopp säkerställer att kanylen når önskad plats och inte går utöver den. Det finns också en lås- och dockningsenhet med en extra skruv för att säkerställa att kanylen stannar på önskat djup.
5. Övervakning av infusionen med upprepade MR-skanningar
- Utför en MR-skanning för att bedöma införandet av kanylen till rätt målplats i hjärnan.
- Starta infusionen av önskat medel som en saminfusion med ett gadoliniumbaserat kontrastmedel.
OBS: I detta experiment användes en 1 mM koncentration av gadoliniumbaserat kontrastmedel, men detta kan behöva justeras baserat på applikationen. Totalt administrerades 300 μl infusionsvolym med en hastighet av 10 μl/min, även om detta också kan varieras. - Utför en MR-skanning med jämna tidsintervaller för att övervaka infusionen och distributionsvolymen för det kanylinförda medlet i hjärnan, vilket kan härledas på grund av saminfusion av gadolinium.
OBS: Ett hyperinbunkningsområde runt kanylspetsen indikerar närvaron av det gadoliniumbaserade kontrastmedlet. - När infusionen är slut, stoppa pumpen.
OBS: Infusionshastigheten som användes i denna studie var 30 μl/min tills cellsuspensionens volym på 300 μl var helt infunderad. - Låt kanylen stanna i hjärnan i 5 minuter efter avslutad infusion innan kanylen avlägsnas.
OBS: Infusionskaniveln lämnas vanligtvis på plats i 5 minuter efter avslutad infusion för att minska återflödet21,24. - Ta bort kanylen manuellt genom ramen.
- Ta bort ramen från huvudet genom att demontera den i omvänd ordning från hur den byggdes.
- Stäng snittet med en löpande 3-0 eller 4-0 monokrylsuture.
- Stäng av isofluran för att förbereda dig för återhämtning.
- Extubera ämnet och låt ämnet återhämta sig under observation av veterinärteamet.
Representative Results
Grispositionen i MR-skannern ger optimal åtkomst för kirurgen att operera och clearance för den stereotaktiska ramen och infusionskanuleringen (figur 1). Motivets torso höjdes med handdukar och skumkuddar. Detta gjorde det möjligt för huvudet att falla något nedåt i slutet av MR-borrningen och säkerställde därför att den stereotaktiska ramen och infusionskanuvaljinsättningsplatsen var optimalt tillgängliga för kirurgen.
Den MR-styrda visualiseringen möjliggör exakt planering och införande av en kanyl i hjärnan (figur 2). MR-vägledningsprogramvaran tillhandahåller insättningspunkten för att uppnå önskad bana.
Den stereotaktiska ramen skannades i programvaran och justerades för att effektivt nå önskad plats (figur 3). I denna demonstration valdes en plats i frontal cortex. När ramen var inställd användes programvaran för att uppskatta tjockleken på grisskallen, avståndet till önskad plats från rambasen och ramparameterjusteringarna för att nå önskad plats. I det här fallet, för den valda platsen och införingsvinkeln, var tjockleken på skallen som kanylen skulle korsa 4,7 mm och 4,4 mm från skallens inre yta till hjärnans yta (Figur 3A).
Slutligen visade iterativa interoperativa MR-undersökningar efter kanylinfusionen hur infusionen levererades till hjärnvävnaden (figur 4). Dessa skanningar gav också en jämförelse av kanylprojektionen (blå rektangel) och projicerad kanylbana (gul rektangel), som visar effektiviteten av denna teknik för att nå önskad plats. MR-skanningar togs med jämna mellanrum på 4-6 min och slutfördes med 10 och 30 min skanningar. Den gadoliniumförstärkta infusionen var lättbehandlad i dessa skanningar, vilket gav en realtidsvisualisering av distributionsvolymen för medlet.
Figur 1: Ämnesposition på MR-bordet. Torso höjs, nacken böjs och huvudet lutar nedåt. (A) Innan du går in i MR-borrningen. (B) Försökspersonen placerad genom MR-borrningen för optimal åtkomst till toppen av skallen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 2: MR-styrd stereotaxivisualisering . (A) Visualisering av den planerade banan. Programvaran matar ut ingångspunktens plats i rutnätet, placerad i hårbotten. (B) Ingångspunktens placering i hårbotten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Interventionsbana efter att ramen är säkrad på skallen . (A) Mätningar av bendjup och avstånd till hjärnan. (B) Stereotaktisk ram på skallen, med ett burrhål skapat med en handborr. (C) Stereotaktisk ram och 3D-rekonstruktionsprojektion på programvaran. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: Tidsfördröjning av det gadoliniumförstärkta infusionsmedlet. Det hyperinetiska området runt kanylspetsen indikerar närvaron av gadolinium. Upprepade MR-skanningar förvärvades över tid för att spåra distributionsvolymen för medlet under infusionen: (A) t = 0, (B) t = 4 min, (C) t = 8 min, (D) t = 12 min, (E) t = 20 min, (F) t = 26 min; och efter infusionens slut: (G) t = 36 min och (H) t = 60 min. Visualisering av det saminfuserade medlet sker efter 4 minuter. Den blå rektangeln är den uppmätta kanylplaceringen, medan den gula rektangeln visar den projicerade kanylbanan. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
Detta protokoll presenterar prestandan hos MR-styrd stereotaxi för grishjärnan inuti en 3T MR-maskin med möjlighet till submillimeter inriktningsnoggrannhet, vilket uppnåtts i tidigare studier 1,4,17,18,25. Tidigare kadaverexperiment med MR-styrd stereotaxi visade ett radiellt fel på 0,2 ± 0,1 mm1. I denna rapport var det slutliga djupfelet med avseende på den planerade banan 1,4 mm på grund av online-utvärdering och justering av banan av kirurgerna. Det slutliga djupfelet var jämförbart med radiella felfynd (under 2 mm) för kliniska implementeringar av iMRI stereotaktiska procedurer hos människa26.
Här demonstrerar vi motivets placering på MR-bordet, med stammen lyft så att huvudet kan falla något nedåt och peka utåt mot slutet av MR-borrningen. Denna huvudplacering är avgörande för att ge kirurgen utrymme att utföra proceduren. Den stereotaktiska ramen möjliggör exakt och kontrollerad infusion i grishjärnmodeller. Dessutom möjliggör MR-avbildning i realtid noggrann bestämning av distributionsvolymen. Grisar, som stora djurmodeller för infusioner spårade i realtid i MR, presenterar möjligheten att studera läkemedelsleverans till hjärnan, cellleverans och andra medel av translationellt värde.
Grisen har tydliga anatomiska skillnader att ta hänsyn till, jämfört med människor eller icke-mänskliga primater. När grisar växer blir storleken på kroppen i MR-borrningen en utmaning. Formen på huvudet och bålen skiljer sig från människor, vilket visar sig vara utmanande att rymma för optimal tillgång till hjärnan för kirurgen, både för det kirurgiska ingreppet och kanylinsättning i utrymmet utanför MR-borrningen. Därför är det viktigt att placera ämnet på ett sätt så att kirurgen har tillgång till huvudet från slutet av MR-borrningen.
Skillnaden i skalltjocklek mellan grisar och människor är en faktor att tänka på. I detta protokoll möjliggjorde iMRI-visualiseringen exakt uppskattning av skalltjockleken för en effektiv burrhålprocedur. Med tanke på användningen av dessa minimalt invasiva neurokirurgiska verktyg var djuråtervinning händelselös.
Den MR-styrda visualiseringen ger vägledning i realtid för åtkomst till grishjärnan, kanylinsättning och övervakning av infusionsmedlet. Borrningsprocessen, vävnadsdeformation och/eller störningar i vita substanskanaler har rapporterats bidra till svårigheter vid agentleverans till hjärnan25. Iterativa MR-skanningar under planeringen och kanylinsättningen ger möjlighet till små justeringar. Dessutom kan infusionsparametrar som infusionshastigheten eller noggrannheten hos kanylinsättningen ändras i realtid eller pausas, vilket dikteras av den intraprocessuella avbildningen. Slutligen måste en lämplig balans mellan det gadoliniumbaserade saminfusatet väljas för att få en tydlig utvärdering av distributionsvolymen för medlet.
Överkoncentrationen av det gadoliniumbaserade kontrastmedlet kan ha dolt dess fördelning i MR-skanningarna27, som visar en svart fläck runt kanylspetsen, omgiven av ett hyperintentområde som visade de yttre gränserna för infusionsvolymen. Tillgängliga bilder av proceduren är begränsade på grund av de begränsningar som är förknippade med filmning i det begränsade MR-utrymmet runt kirurgens arbetsområde. De intraoperativa videofilmerna användes för att styra protokollbeskrivningen.
Infusionsmedel via MR-styrd stereotaxi hos grisar och andra stora djurmodeller har resulterat i exakta, förutsägbara och säkra procedurer. Att demonstrera iMRI-stereotaxi hos grisar ger grunden för skalbarheten av forskningsbehandlingar som har högt translationellt värde för människor. Grismodeller har använts i stor utsträckning för att studera immunologiska svar på grund av deras likhet med det mänskliga svaret jämfört med andra arter28. Terapeutiska medel som levereras till hjärnan kan studeras i samband med exakt målinfusion, med den extra fördelen med MR-visualisering i realtid av infusionsplatsen, nödvändiga justeringar och intraoperativ utvärdering av dess fördelning i vävnaden.
Disclosures
SG, EAS, CJK har följande upplysningar: Anställd av ClearPoint Neuro.
Alla andra författare förklarar inga intressekonflikter.
Acknowledgments
Författarna förklarar att denna studie fick filantropisk finansiering från John S. "Steve" Dunn, Jr. & Dagmar Dunn Pickens Gipe Chair in Brain Tumor Research vid Houston Methodist. Finansiären var inte inblandad i studiedesign, insamling, analys, tolkning av data, skrivandet av denna artikel eller beslutet att skicka in den för publicering.
Detta arbete finansierades delvis av bidragsnummer RP190587 från Cancer Prevention and Research Initiative (CPRIT) och Houston Methodist Foundation.
Författarna tackar Vi Phan och Lien My Phan, från Translational Imaging Center vid Houston Methodist Research Institute, för deras hjälp med MR-avbildning.
Författarna förklarar att denna studie fick filantropisk finansiering från Paula och Rusty Walter och Walter Oil & Gas Corp Endowment vid Houston Methodist. Finansiären var inte inblandad i studiedesign, insamling, analys, tolkning av data, skrivandet av denna artikel eller beslutet att skicka in den för publicering.
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).
