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我们提出了一个协议,将扩散MRI切除术整合到患者工作,为头骨基础肿瘤进行内窥镜内膜手术。介绍了在术前和术中阶段采用这些神经成像研究的方法。
内窥镜内窥镜手术在复杂颅底肿瘤的管理中占有突出地位。它允许通过以鼻腔为代表的自然解剖外颅通路切除一大群良性和恶性病变,避免大脑缩回和神经血管操纵。这反映在患者的快速临床恢复和永久性神经后遗症的低风险,代表传统的头骨基础手术的主要警告。手术必须针对每个特定病例进行定制,考虑其特征和与周围神经结构的关系,主要基于术前神经成像。由于技术问题,在颅骨基础手术中很少采用先进的MRI技术,例如颅骨学技术:冗长而复杂的过程,以产生可靠的重建,以便纳入神经导航系统。
本文旨在介绍在该机构实施的协议,并突出神经外科医生和神经成像团队(神经学家、神经放射学家、神经心理学家、物理学家和生物工程师)之间的协同协作和团队合作,最终目标是为每位患者选择最佳治疗方案,提高手术效果,并推动该领域的个性化医学发展。
通过前路线接近头骨基中线和准中游区域的可能性,采用鼻孔作为自然腔,有着悠久的历史,可以追溯到一个多世纪1。然而,在过去20年中,可视化和操作技术已经改善到足以扩大其可能性,包括治疗最复杂的肿瘤,如脑膜瘤,和弦瘤,软骨瘤和颅脑血管瘤1由于(1)引入内窥镜,这给外科医生提供了这些区域的全景和详细的2D/3D视图, (2)开发术中神经导航系统,(3)实施专用手术器械。正如Kassam等人精心证明的,并经多次审查和荟面分析证实,这种手术方法的优势主要表现在它有机会恢复具有挑战性的头骨基础肿瘤,避免任何直接的脑缩回或神经操纵,从而减少手术并发症和长期神经和视觉后遗症的风险2,3,4, 5,6,7,8,9,10,11,12。
对于多个头骨基础和垂体脑肿瘤,理想的手术目标在过去几年中已经从最广泛的肿瘤切除可能转移到最安全的切除与保存神经功能,以保持患者的生活质量3。这种限制可以通过创新和有效的辅助治疗来弥补,例如放射治疗(酌情采用质子或碳离子等大量颗粒),而对于选定的肿瘤,化疗作为颅脑血管瘤13、14、15的BRAF/MEK通路的抑制剂。
然而,为了追求这些目标,仔细的术前评估是至关重要的,以调整手术策略,以适应每个病例的具体特点2。在大多数中心,MRI 术前协议通常只使用标准结构序列执行,从而提供病变的形态特征。然而,有了这些技术,并不总是能够评估肿瘤的解剖关系与相邻结构可靠3。此外,每个患者可能呈现不同的病理学诱导功能重组配置文件,只能通过扩散MRI轨迹学和功能性MRI(fMRI)检测,可用于在手术规划和术中步骤16,17中提供指导。
目前,fMRI是最常用的神经成像方式,用于映射大脑功能活动和连通性,作为手术规划18,19和改善患者结果的指导20。基于任务的 fMRI 是识别功能上涉及特定任务性能(例如手指敲击、语音流利度)的"雄辩"大脑区域的选择方式,但不适用于头骨基础肿瘤的研究。
扩散MRI图允许在体内和非侵入性重建白质大脑连接以及颅神经,调查大脑的造影结构21。开发了不同的拉片算法,通过连接水分子扩散剖面来重建轴向通路,在每个大脑息音中进行评估。确定性传导遵循主要的扩散方向,而概率传导学则评估可能的路径的连通性分布。此外,不同的模型可以应用于评估每个 voxel 中的扩散性,并可以定义两个主要类别:单光纤模型,如扩散张力模型,其中单个光纤方向进行评估,以及多纤维模型,如球形解构,其中重建了多个交叉光纤方向22,23。尽管关于扩散MRI传道学的方法论争论不休,但其在神经外科工作流中的效用目前已经确立。可以评估白质道错位和与肿瘤的距离,保留特定的白质连接。此外,扩散张力成像 (DTI) 地图,特别是部分异位性 (FA) 和平均扩散性 (MD), 可用于评估与可能的肿瘤渗透和纵向通道监测相关的微结构白质变化。所有这些功能使扩散MRI传道学成为通过神经导航系统24进行手术前规划和术中决策的有力工具。
然而,由于需要专业知识和耗时的工作来优化扩散MRI序列采集、分析方案以及将传道学结果纳入神经导航系统25,地貌学技术在颅骨基础手术中的应用受到了限制。最后,由于技术困难,这些分析从内侧白质结构扩展到颅神经的超白质结构。事实上,只有最近的研究提出了初步结果,试图整合先进的MRI和头骨基础手术26,27,28。
本文提出了利用扩散MRI造影术对脑垂体和颅底肿瘤进行多学科管理的协议。该方案在该机构的实施源于神经外科医生、神经内分泌学家和神经成像团队(包括临床和生物信息学专业知识)之间的协作,为这些患者提供有效的综合多轴向方法。
在该中心,我们集成了多学科协议,以管理头骨基础肿瘤患者,提供最翔实的描述可能,并定制和个性化的手术计划。我们表明,这个协议可以采取临床和研究设置的任何病人与头骨基础肿瘤,以指导治疗策略,并提高对这些病变引起的大脑修饰的知识。
该议定书遵循地方研究委员会的道德标准,并遵循1964年赫尔辛基宣言及其后来的修正案或可比的道德标准。
1. 患者选择
2. 核磁共振检查的准备
3. 将患者定位在扫描仪中
4. 脑磁共振成像方案设置和采集参数
5. 脑磁共振成像预处理
6. 肿瘤分割
7. 地形学分析
8. 地形学:沿路分析
9.3D渲染可视化
10. 术前临床检查
11. 外科规划
12. 手术准备
13. 内窥镜内膜手术
14. 地质学检查
15. 手术后患者管理
16. 早期随访
17. 辅助疗法
18. 长期后续行动
一名55岁的妇女出现渐进性视力缺陷。她的病史不起眼。在眼科评估方面,双边视力下降(右眼6/10,左眼8/10)被揭示出来,计算机化的视野显示出完全的咬合性视界。神经检查没有明显的进一步缺陷,但患者报告,在过去2-3个月中,持续性缺食和饥饿和口渴感增加,体重增加4-5公斤,夜间经常醒来,需要小便。在内分泌学评估中,揭示了中央皮质炎和糖尿病皮质。患者接受皮质类固醇治疗(氢皮质松30×15毫克/天和脱烟剂30×30μg/天)。在24小时睡眠-觉醒周期和温度监测中,激素替代疗法优化后没有发现显著变化。
脑磁共振成像显示一个超血细胞肿瘤占据光胆蓄水池,并侵入第三心室,具有不规则的多囊形态,在加多利尼姆之后增强,被怀疑为颅脑血管瘤的第一个假说(图1A-C)。执行了高级成像分析,如当前协议所示。肿瘤核心分割突出了加多林的吸收,对应于7.92厘米3(图1D-E)的体积。
在手术前对病人的规划中,视觉通路是最关键的评估方法。还重建了金字塔带,以评估在右路水平上在 FLAIR T2 加权图像上检测到的信号增加的微观结构相关性。
研究了光学通路造影重建,特别是肿瘤质量存在视道错位。双边视颅神经也重建。在大脑、骨骼和血管之间的界面中,易感性伪影不允许完全重建连接视心与视神经的纤维(图2)。
金字塔地带扩散剖面与沿行DTI地图统计一起进行了调查。在内部胶囊右后肢的水平上,存在一个焦点 FLAIR T2 加权超强,对应于右 MD 测量 (第5- 7 段) 与左侧 (图 3)相比增加了5%。
通过考虑肿瘤和神经结构之间的这种关系,选择了内窥镜内膜延长移植/转管移植方法。肿瘤切除采用显微手术双手技术进行。最初,肿瘤被集中脱泡,也排出囊性成分(图4)。之后,可以逐渐将颅脑血管瘤从神经结构中分离出来,采用气管作为平面(图 5 )。手术结束时,完成了下丘脑解剖保存的肿瘤切除(图6)。骨质疏松症的修复是用腹部脂肪和鼻腔皮瓣(图7)进行的。
术后疗程平淡无华,患者在正确的临床条件下四天后出院。经组织学检查,该肿瘤为强性颅脑血管瘤(世卫组织一级)。
患者在随访时发展出完全泛多普利塔主义,并正在接受氢皮质松、脱脂素和卵母细胞素的完全替代治疗。视力缺陷完全退步,神经检查、24小时睡眠-觉醒周期和温度监测均未发生改变。三个月的脑磁共振成像显示完全切除肿瘤,没有残留物或复发。因此,没有建议进行辅助治疗,患者每年进行临床和神经放射检查(图8)。
图1。术前解剖MRI序列(F/55年)。 T1 加权(A)和 FLAIR T2 加权(B)的轴向视图:轴向(C, D) 和下垂(E) T1 - 后加多利尼姆管理 (0.1 毫米/千克) 。肿瘤分割(红色)覆盖到增强的T1加权图像的 D 和 E显示。 请单击此处查看此图的较大版本。
图2。光学通路图和肿瘤分割术前的3D渲染。(A) FLAIR T2 加权图像的轴向切片覆盖光学千叶虫图谱,前部定位到肿瘤。(B) FLAIR T2 加权图像的 3D 音量渲染,选择轴向平面并覆盖光学通路图。(C) 脑表面的3D体积渲染、光学通路传染和红色肿瘤分割。所有面板的绘制流线型均由 RGB 方向色图(红色:横向、绿色:前后部和蓝色:劣等优势)着色。请单击此处查看此图的较大版本。
图3。金字塔沿带 DTI 测量分析。(A) 双边金字塔带或皮质脊道 (CST) 的 3D 渲染,基于拉普拉西亚低等优势分割梯度进行着色。(B)右(红色)和左(蓝色)CST 表示由于将绘图分割成 A 中的彩色地图中显示的 20 个段而产生的扩散性 (MD) 配置文件:段从 pons 的水平开始, 朝向中央前陀螺 (Prcr) 。黑匣子突出显示内部胶囊 (PLIC) 后肢(第5 -7 个)的段。(C) PLIC 级别的 FLAIR T2 加权图像的轴向视图,无论有没有正确的 CST 连接图,其中较亮的红色强度对应于更高的流线型密度。请单击此处查看此图的较大版本。
图4。术中内窥镜图像。( A)0°范围,在杜拉尔开口后,肿瘤最初由恰斯姆分离,采用阿拉奇诺伊德作为平面。(B)和(C),之后,它被集中脱泡,囊肿逐渐排出。请单击此处查看此图的较大版本。
图5。术中内窥镜图像。(A) 0° 范围,颅脑由气管平面在神经导航的帮助下被切开,显示肿瘤和神经结构(根据我们当前的协议识别)。因此,乳腺体可以幸免于永久性下丘脑损伤。(B) 和(C) 之后,可以通过下丘脑表面重新定位肿瘤,避免任何牵引力不伤害这种神经结构。(D) 在切除肿瘤的心室内部分时,在重新打开脑水渠和门罗前庭时支付特别护理费用,以避免术后急性脑积水。请单击此处查看此图的较大版本。
图6。术中内窥镜图像。(A) 和(B) 30° 范围,在手术结束时,已经用角度光学探索了第三心室的神经结构,以确认完整的肿瘤切除并证明其解剖完整性。(C) 在手术场的底部,可以识别百合膜下的CN III:其功能,如MEP、SEP和其他CN,通过术内神经生理监测不断得到控制。请单击此处查看此图的较大版本。
图7。术中内窥镜图像。(A) 0° 范围,骨质疏松缺陷的关闭需要多层技术,采用杜拉尔替代,腹部脂肪,最终骨骼和鼻隔膜皮瓣。第一层由杜拉尔替代品第一层的颅内定位组成。(B) 以下步骤以腹部脂肪放置表示,以填充手术腔:应支付特别护理费用,以避免过度包装。(C) 采用第二层杜拉尔替代品来覆盖脂肪,由于硬脚手架,它可以保持位置,作为一块骨头或软骨(垫片密封技术)。(D) 最后,鼻隔膜皮瓣或隔膜或中层结膜的免费移植用于覆盖多层封闭。请单击此处查看此图的较大版本。
图8。MRI, 下垂视图 T1 加权后加量加注 (0.1 毫米/千克). (A) 术前核磁共振成像显示肿瘤。(B) 术后,完全切除肿瘤与乳腺体的解剖保存和下丘脑结构是可见的。请单击此处查看此图的较大版本。
提交协议的应用导致安全有效地治疗最具挑战性的颅内肿瘤之一,如颅内咽血管瘤侵入第3心室,可能为病变开辟了一个新的视野,大约一个世纪前,H.Cushing将这种病变定义为最令人费解的颅内肿瘤1。准确的术前规划,集成先进的MRI技术和多学科临床评估相结合,使我们能够定制手术策略,确定最合适的手术走廊,并尽量减少神经结构损伤的风险2,49,50,51。与文献中报告的其他 MRI 协议不同,快速序列(如扩散加权图像的相位反向编码扫描)的加入允许高级后处理校正52。应始终采用此程序,尤其是在存在成像失真的高强度领域(例如 3 T 或更高)。
此外,与其他确定性传导模型53相比,采用基于受约束的球面解剖的概率传导方法,使纤维重建质量得以提高。此外,建议的3D渲染和定量分析提高了术前患者评估的准确性。这项神经成像研究,连同神经生理监测,代表了外科医生的指南,帮助他/她决定是否和在哪里停止手术剖析,最终目标是避免病人的永久神经缺陷。
事实上,颅脑瘤最积极的肿瘤切除最近已逐渐放弃,转而采用下丘脑切除技术,包括在任何永久性神经损伤54之前将肿瘤切除。然而,在标准的临床实践中,神经外科医生往往很难决定何时阻止肿瘤切除实现最大安全切除,使患者面临风险,一方面使肿瘤残留物大于计划,另一方面诱发永久性下丘脑损伤,从而损害生活质量。
所提交的协议提供了一个综合临床和神经放射学数据的模型,旨在为脑垂体和头骨基础肿瘤的管理提供一种实用和易于采用的方法。然而,我们强调,它提出了一些关键点:需要足够的设备,如高场(3T)磁铁,高分辨率通道线圈和先进的预处理成像软件。
所提交协议中的 MRI 序列也可以在 1.5 T 下获取,但必须修改第 4 步中报告的采集参数,以实现良好的信号与噪声比:对于扩散加权序列,建议降低 B 值(例如,1000 s/mm2)。此外,实施拟议的神经成像分析及其在临床实践中的介绍,需要临床和MRI技术和计算机科学方面的专业知识,特别是成像处理方面的专业知识。报告的大部分软件是免费提供的(例如,FSL、MRtrix3),但需要开发自制管道来管理特定的数据集或成像分析。
此外,另一个关键点是,虽然这项技术代表了对外科医生的关键支持,但它无法取代他们的学习曲线。出于这些原因,这种先进的手术应保留给少数或三级转诊中心,高度专业化和敬业的专家。
最后,未来的目标是改善颅神经等超白质结构的重建。目前,这些结构的地形学受到颅神经小尺寸和易感性伪影的存在的影响,这些伪影会显著降低空气和骨骼55存在的MRI信号。
总之,神经外科医生和神经成像团队之间的协同协作对于临床和研究至关重要,使规划能够以最高的准确性为每位患者提供最有效的手术策略,并有助于该领域的个性化医学的进步。
作者没有什么可透露的
我们要感谢神经放射学区的放射学技术人员和护士工作人员,伊斯兰神学院科学神经学协调员玛丽亚·格拉齐亚·克雷帕尔迪博士的合作。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
BRAF V600E-specific clone VE1 | Ventana | ||
Dural Substitute | Biodesign, Cook Medical | ||
Endoscope | Karl Storz, 4mm in diameter, 18 cm in length, Hopkins II – Karl Storz Endoscopy | ||
Immunohistochemical staining instrument | Ventana Benchmark, Ventana Medical Systems | ||
MRI | 3T Magnetom Skyra, Siemens Health Care | ||
Neuronavigator | Stealth Station S8 Surgical Navigation System, MEDTRONIC |
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