RU2781244C1 - Method for dynamic intraoperative direct bipolar neurostimulation for localization of the corticospinal tract when removing formations of motor zones - Google Patents

Method for dynamic intraoperative direct bipolar neurostimulation for localization of the corticospinal tract when removing formations of motor zones Download PDF

Info

Publication number
RU2781244C1
RU2781244C1 RU2021128339A RU2021128339A RU2781244C1 RU 2781244 C1 RU2781244 C1 RU 2781244C1 RU 2021128339 A RU2021128339 A RU 2021128339A RU 2021128339 A RU2021128339 A RU 2021128339A RU 2781244 C1 RU2781244 C1 RU 2781244C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
neurostimulation
corticospinal tract
localization
stimulus
stimulus strength
Prior art date
Application number
RU2021128339A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Александрович Зуев
Алексей Владимирович Димерцев
Original Assignee
Андрей Александрович Зуев
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Александрович Зуев filed Critical Андрей Александрович Зуев
Application granted granted Critical
Publication of RU2781244C1 publication Critical patent/RU2781244C1/en

Links

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to the field of medicine, namely neurosurgery, neurology, and can be used for neurophysiological monitoring of the corticospinal tract of the brain during neurosurgical operations. After surgical access, corticotomy and the start of work at the subcortical level, dynamic direct neurostimulation is performed with a monopolar electrode in cathodic polarity with a frequency of 250-500 Hz from 5 packs of stimuli to verify the corticospinal tract. When a response from the control muscle groups is achieved at a minimum stimulus strength of 4 mA, further direct neurostimulation is performed using a bipolar electrode with a diameter of 3 mm and an intercontact distance of 5 mm at the previous stimulation parameters until a muscle response is achieved at a minimum stimulus strength of 1 mA.
EFFECT: method provides an increase in the accuracy of verification of the localization of the corticospinal tract during the removal of tumors of the motor zones, which ensures the safety and radicality of surgical treatment of patients, reduces the likelihood of permanent neurological deficiency in the postoperative period.
1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно нейрохирургии, неврологии и может быть использовано для нейрофизиологического мониторинга кортикоспинального тракта головного мозга во время нейрохирургических операций.The invention relates to medicine, namely neurosurgery, neurology, and can be used for neurophysiological monitoring of the corticospinal tract of the brain during neurosurgical operations.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ динамической интраоперационной прямой нейростимуляции монополярным электродом для локализации кортикоспинального тракта при удалении образований моторных зон [Moiyadi А, Velayutham Р, Shetty Р, Seidel К, Janu A, Madhugiri V, Singh VK, Patil A, John R. Combined Motor Evoked Potential Monitoring and Subcortical Dynamic Mapping in Motor Eloquent Tumors Allows Safer and Extended Resections. World Neurosurg. 2018 Dec;120:e259-e268. doi: 10.1016/j.wneu.2018.08.046. Epub 2018 Aug 21. PMID: 30138733]. Техника подразумевает определение локализации кортикоспинального тракта во время удаления образования путем пошаговой стимуляции стенок резекционной полости при помощи монополярного нейростимулятора. Стимуляция начинается на силе стимула 20 мА. При получении двигательного ответа с контрольных мышц контрлатеральной стороны сила стимула постепенно снижается до минимального значения, приводящего к мышечному сокращению. Таким образом, хирург постепенно увеличивает объем резекции, приближаясь к кортикоспинальному тракту. По данным авторов, безопасной считается минимальная сила стимула в 4 мА.The closest analogue of the invention is a method of dynamic intraoperative direct neurostimulation with a monopolar electrode for localization of the corticospinal tract when removing formations of the motor zones [Moiyadi A, Velayutham P, Shetty P, Seidel K, Janu A, Madhugiri V, Singh VK, Patil A, John R. Combined Motor Evoked Potential Monitoring and Subcortical Dynamic Mapping in Motor Eloquent Tumors Allows Safer and Extended Resections. World Neurosurgery. 2018 Dec;120:e259-e268. doi: 10.1016/j.wneu.2018.08.046. Epub 2018 Aug 21. PMID: 30138733]. The technique involves determining the localization of the corticospinal tract during removal of the formation by stepwise stimulation of the walls of the resection cavity using a monopolar neurostimulator. Stimulation starts at a stimulus strength of 20 mA. When a motor response is received from the control muscles of the contralateral side, the stimulus strength gradually decreases to a minimum value, leading to muscle contraction. Thus, the surgeon gradually increases the amount of resection, approaching the corticospinal tract. According to the authors, a minimum stimulus strength of 4 mA is considered safe.

При использовании данного метода хирург вынужден постоянно переключаться между инструментами, что усложняет и удлиняет время операции. К тому же, приближение на расстояние до минимального значения силы стимула в 4 мА не позволяет радикально удалять опухоли. К одному из осложнений при монополярной стимуляции на низкочастотных параметрах относится риск развития судорожного приступа, что может приводить к драматическим последствиям во время нейрохирургических операций. В то же время, особенностью распространения в тканях электрического стимула от монополярного электрода является его разнонаправленность, что в ряде случаев приводит к ложноположительным результатам стимуляции.When using this method, the surgeon is forced to constantly switch between instruments, which complicates and lengthens the operation time. In addition, approaching the distance to the minimum stimulus strength of 4 mA does not allow radical removal of tumors. One of the complications of monopolar stimulation at low frequency parameters is the risk of developing a seizure, which can lead to dramatic consequences during neurosurgical operations. At the same time, a feature of the propagation in tissues of an electrical stimulus from a monopolar electrode is its multidirectionality, which in some cases leads to false positive results of stimulation.

Задачей изобретения является создание способа динамической интраоперационной прямой нейростимуляции с помощью биполярного электрода для локализации кортикоспинального тракта при удалении опухолей моторных зон, повышающего безопасность и радикальность хирургического лечения пациентов с объемными образованиями моторных зон головного мозга.The objective of the invention is to create a method for dynamic intraoperative direct neurostimulation using a bipolar electrode for localization of the corticospinal tract during removal of tumors of the motor areas, which increases the safety and radicalness of surgical treatment of patients with space-occupying formations of the motor areas of the brain.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении точности локализации кортикоспинального тракта во время удаления опухолей моторных зон, что обеспечивает безопасность и радикальность хирургического лечения пациентов, позволяет снизить вероятность развития в послеоперационном периоде перманентного неврологического дефицита.The technical result achieved by using the invention is to increase the accuracy of localization of the corticospinal tract during the removal of tumors of the motor areas, which ensures the safety and radicalness of surgical treatment of patients, reduces the likelihood of developing a permanent neurological deficit in the postoperative period.

Предлагаемый способ динамической интраоперационной прямой нейростимуляции с помощью биполярного электрода для локализации кортикоспинального тракта при удалении опухолей моторных зон осуществляется следующим образом. После интубации и укладки пациента на операционном столе в условиях тотальной анестезии без использования миорелаксантов устанавливают регистрирующие электроды в mm. submandibularis area, orbicularis oris, biceps brachii, triceps brachii, extensor digitorum, abductor pollicis brevis, abductor digiti minimi, vastus lateralis, gastrocnemius, tibialis anterior, abductor hallucis контралатерально пораженному полушарию. После осуществления хирургического доступа, кортикотомии и начала работы на субкортикальном уровне выполняют динамическую прямую нейростимуляцию проводящих путей монополярным электродом в катодной полярности при высокочастотной 250-500 Гц стимуляции из 5 пачек стимулов для верификации кортикоспинального тракта. Стимуляцию начинают на силе стимула 20 мА. При достижении ответа с контрольных мышечных групп на минимальной силе стимула в 4 мА дальнейшую прямую нейростимуляцию проводят при помощи биполярного электрода с диаметром 3 мм и межконтактным расстоянием 5 мм на прежних параметрах стимуляции. Минимальной безопасной силой стимула считают 1 мА.The proposed method of dynamic intraoperative direct neurostimulation using a bipolar electrode for localization of the corticospinal tract during removal of tumors of the motor areas is carried out as follows. After intubation and laying the patient on the operating table under conditions of total anesthesia without the use of muscle relaxants, recording electrodes are installed in mm. submandibularis area, orbicularis oris, biceps brachii, triceps brachii, extensor digitorum, abductor pollicis brevis, abductor digiti minimi, vastus lateralis, gastrocnemius, tibialis anterior, abductor hallucis contralateral to the affected hemisphere. After the surgical access, corticotomy and the start of work at the subcortical level, dynamic direct neurostimulation of the conduction pathways is performed with a monopolar electrode in cathodic polarity at high-frequency 250-500 Hz stimulation from 5 stimulus packs to verify the corticospinal tract. Stimulation starts at a stimulus strength of 20 mA. When a response is achieved from the control muscle groups at a minimum stimulus strength of 4 mA, further direct neurostimulation is performed using a bipolar electrode with a diameter of 3 mm and an intercontact distance of 5 mm at the same stimulation parameters. The minimum safe stimulus strength is 1 mA.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в использовании монополярного стимулятора в катодной полярности при высокочастотной 250-500 Гц стимуляции из 5 пачек стимулов для верификации кортикоспинального тракта; при достижении минимальной силы стимула в 4 мА используется биполярный электрод на тех же параметрах высокочастотной стимуляции, что позволяет более точно верифицировать положение кортикоспинального тракта во время удаления опухолей моторных зон. Это позволяет снизить вероятность развития в послеоперационном периоде перманентного неврологического дефицита. Использование высокочастотной стимуляции реже приводит к развитию интраоперационного судорожного приступа. Катодный заряд монополярного стимулятора показывает большую чувствительность метода при работе на субкортикальном уровне. Способ позволяет удалять опухоли, приближаясь к кортикоспинальному тракту на минимальной силе стимула в 1 мА. Это позволяет более радикально удалять образования моторных зон, что положительно влияет на прогнозы у данных пациентов.Distinctive features of the proposed method are the use of a monopolar stimulator in cathodic polarity with high-frequency 250-500 Hz stimulation of 5 stimulus bursts to verify the corticospinal tract; when the minimum stimulus strength of 4 mA is reached, a bipolar electrode is used at the same high-frequency stimulation parameters, which allows more accurate verification of the position of the corticospinal tract during the removal of motor zone tumors. This reduces the likelihood of developing a permanent neurological deficit in the postoperative period. The use of high-frequency stimulation less often leads to the development of intraoperative seizures. The cathodic charge of a monopolar stimulator shows a high sensitivity of the method when working at the subcortical level. The method allows removing tumors by approaching the corticospinal tract at a minimum stimulus strength of 1 mA. This allows more radical removal of motor zone formations, which positively affects the prognosis in these patients.

Заявляемый способ разработан и прошел клинические испытания на базе отделения нейрохирургии ФГБУ «НМХЦ им Н.И. Пирогова» Минздрава России при лечении 88 пациентов с опухолями моторных зон. После проведения хирургического лечения с использованием предлагаемого метода динамической интраоперационной прямой биполярной нейростимуляции для локализации кортикоспинального тракта в первые сутки отмечено нарастание имеющихся до операции двигательных нарушений у 56 больных. У 42 пациентов через 7 суток после операции двигательный дефицит регрессировал до исходного и выше. Через 3 месяца после операции у 75 пациентов регрессировали двигательные нарушения. У 3х пациентов развился необратимый двигательный дефицит.The inventive method was developed and passed clinical trials on the basis of the Department of Neurosurgery of the N.I. Pirogov" of the Ministry of Health of Russia in the treatment of 88 patients with tumors of the motor areas. After surgical treatment using the proposed method of dynamic intraoperative direct bipolar neurostimulation for the localization of the corticospinal tract, on the first day there was an increase in motor disorders present before surgery in 56 patients. In 42 patients, 7 days after the operation, the motor deficit regressed to the initial level and higher. Three months after the operation, 75 patients had regression of movement disorders. Three patients developed an irreversible motor deficit.

Способ иллюстрируется следующим клиническим примером.The method is illustrated by the following clinical example.

Больной А., 28 лет, поступил в нейрохирургическое отделение НМХЦ Пирогова с диагнозом: глиобластома правых лобной, височной и островковой долей; симптоматическая эпилепсия. В неврологическом статусе: левосторонний гемипарез: в руке 3-4 балла, в ноге 4 балла. Пациенту проведено хирургическое лечение с использованием предлагаемого способа динамической интраоперационной прямой биполярной нейростимуляции для локализации кортикоспинального тракта. После индукции наркоза пропофолом 2 мг/кг, фентанилом 5,0 мкг/кг выполнена интубация трахеи в условиях тотальной миорелаксации рокуронием бромидом 0,6 мг/кг, установлены регистрирующие электроды в mm. submandibularis area, orbicularis oris, biceps brachii, triceps brachii, extensor digitorum, abductor pollicis brevis, abductor digiti minimi, vastus lateralis, gastrocnemius, tibialis anterior, abductor hallucis контралатерально пораженному полушарию. Проведена тотальная внутривенная анестезия пропофолом 5 мг/кг/ч в сочетании с опиоидным анальгетиком фентанилом 5,0 мкг/кг/ч. После осуществления стандартных этапов хирургического доступа, кортикотомии начато удаление объемного образования. В задних и медиальных отделах лобной доли удаление опухоли осуществлялось с использованием динамической интраоперационной прямой нейростимуляции белого вещества монополярным электродом частотой 250-500 Гц стимуляции из 5 пачек стимулов. Стимуляция начата на силе стимула 20 мА - двигательные ответы получены со всех таргетных мышц. Продолжено удаление опухоли при непрерывной нейрофизиологической стимуляции удаляемой ткани, с постепенным уменьшением силы стимуляции до минимального значения в 4 мА, приводящего к мышечному сокращению с контрольных мышц контрлатеральной стороны. После чего удаление опухоли продолжено при мониторинге с помощью биполярного электрода диаметром 3 мм и межконтактным расстоянием 5 мм при параметрах высокочастотной 250-500 Гц стимуляции из 5 пачек стимулов до минимальной силы стимула в 1 мА. После чего резекция остановлена. Выполнены стандартные этапы закрытия раны. При осмотре через 2 часа после операции отмечено нарастание слабости в левых конечностях до гемиплегии. При МРТ контроле через 24 часа и построении проводящих путей белого вещества, остаточной ткани опухоли, внутричерепных гематом, зон ишемии не выявлено, граница зоны резекции находится на расстоянии 1 мм от кортикоспинального тракта. Через 7 суток неврологический дефицит регрессировал до уровня дооперационного. При осмотре через 3 месяца гемипарез регрессировал до верхнего монопареза 4 балла.Patient A., aged 28, was admitted to the neurosurgical department of the Pirogov National Medical Center with a diagnosis of glioblastoma of the right frontal, temporal and insular lobes; symptomatic epilepsy. In the neurological status: left-sided hemiparesis: 3-4 points in the arm, 4 points in the leg. The patient underwent surgical treatment using the proposed method of dynamic intraoperative direct bipolar neurostimulation to localize the corticospinal tract. After induction of anesthesia with propofol 2 mg/kg, fentanyl 5.0 μg/kg, tracheal intubation was performed under conditions of total muscle relaxation with rocuronium bromide 0.6 mg/kg, recording electrodes were installed in mm. submandibularis area, orbicularis oris, biceps brachii, triceps brachii, extensor digitorum, abductor pollicis brevis, abductor digiti minimi, vastus lateralis, gastrocnemius, tibialis anterior, abductor hallucis contralateral to the affected hemisphere. Total intravenous anesthesia was performed with propofol 5 mg/kg/h in combination with the opioid analgesic fentanyl 5.0 μg/kg/h. After the implementation of the standard stages of surgical access, corticotomy, the removal of the mass formation was started. In the posterior and medial parts of the frontal lobe, the tumor was removed using dynamic intraoperative direct neurostimulation of the white matter with a monopolar electrode with a frequency of 250-500 Hz stimulation from 5 stimulus packs. Stimulation started at a stimulus strength of 20 mA - motor responses were obtained from all target muscles. Removal of the tumor was continued with continuous neurophysiological stimulation of the removed tissue, with a gradual decrease in the stimulation strength to a minimum value of 4 mA, leading to muscle contraction from the control muscles of the contralateral side. After that, the removal of the tumor was continued under monitoring using a bipolar electrode with a diameter of 3 mm and an intercontact distance of 5 mm at the parameters of high-frequency stimulation of 250-500 Hz from 5 stimulus packs to a minimum stimulus strength of 1 mA. After that, the resection was stopped. Performed standard stages of wound closure. When examined 2 hours after the operation, an increase in weakness in the left limbs to hemiplegia was noted. MRI control after 24 hours and construction of white matter pathways, residual tumor tissue, intracranial hematomas, ischemia zones were not revealed, the border of the resection zone was at a distance of 1 mm from the corticospinal tract. After 7 days, the neurological deficit regressed to the preoperative level. When viewed after 3 months, hemiparesis regressed to upper monoparesis 4 points.

Таким образом, в представленном примере с помощью предлагаемого способа динамической интраоперационной прямой биполярной нейростимуляции для локализации кортикоспинального тракта при удалении образований моторных зон, отмечена достоверная показательность преимуществ метода.Thus, in the presented example, using the proposed method of dynamic intraoperative direct bipolar neurostimulation for localization of the corticospinal tract during the removal of formations of the motor zones, a significant indication of the advantages of the method was noted.

Claims (1)

Способ динамической интраоперационной прямой нейростимуляции для локализации кортикоспинального тракта при удалении образований моторных зон, включающий установку регистрирующих электродов в mm. submandibularis area, orbicularis oris, biceps brachii, triceps brachii, extensor digitorum, abductor pollicis brevis, abductor digiti minimi, vastus lateralis, gastrocnemius, tibialis anterior, abductor hallucis контралатерально пораженному полушарию, пошаговую стимуляцию стенок резекционной полости при помощи монополярного электрода, которую начинают на силе стимула в 20 мА с постепенным снижением до минимального значения в 4 мА, приводящего к мышечному сокращению с контрольных мышц контрлатеральной стороны, отличающийся тем, что используют монополярный электрод в катодной полярности, проводят стимуляцию частотой 250-500 Гц из 5 пачек стимулов и при достижении мышечного ответа на минимальной силе стимула в 4 мА дальнейшую нейростимуляцию частотой 250-500 Гц из 5 пачек стимулов проводят при помощи биполярного электрода до достижения мышечного ответа на минимальной силе стимула в 1 мА.A method for dynamic intraoperative direct neurostimulation for localization of the corticospinal tract during removal of formations of the motor zones, including the installation of recording electrodes in mm. submandibularis area, orbicularis oris, biceps brachii, triceps brachii, extensor digitorum, abductor pollicis brevis, abductor digiti minimi, vastus lateralis, gastrocnemius, tibialis anterior, abductor hallucis contralateral to the affected hemisphere, stepwise stimulation of the walls of the resection cavity with a monopolar electrode, which is started on stimulus strength of 20 mA with a gradual decrease to a minimum value of 4 mA, leading to muscle contraction from the control muscles of the contralateral side, characterized in that a monopolar electrode in cathodic polarity is used, stimulation is performed at a frequency of 250-500 Hz from 5 stimulus packs and upon reaching muscle response at a minimum stimulus strength of 4 mA, further neurostimulation at a frequency of 250-500 Hz from 5 stimulus bursts is carried out using a bipolar electrode until a muscle response is reached at a minimum stimulus strength of 1 mA.
RU2021128339A 2021-09-27 Method for dynamic intraoperative direct bipolar neurostimulation for localization of the corticospinal tract when removing formations of motor zones RU2781244C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2781244C1 true RU2781244C1 (en) 2022-10-10

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2159639C1 (en) * 2000-01-05 2000-11-27 Лебедев Валерий Павлович Method and device for performing transcranial electrostimulation of cerebral endorphin mechanisms
RU2725754C1 (en) * 2020-02-11 2020-07-07 Александр Вячеславович Малыгин Method for transcranial electrical stimulation of endorphin cerebral mechanisms for normalizing the tone of the vegetative nervous system and a device for its implementation
RU2738796C1 (en) * 2017-05-04 2020-12-16 Майлстон Сайнтифик, Инк. Method and device for peripheral nerve block

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2159639C1 (en) * 2000-01-05 2000-11-27 Лебедев Валерий Павлович Method and device for performing transcranial electrostimulation of cerebral endorphin mechanisms
RU2738796C1 (en) * 2017-05-04 2020-12-16 Майлстон Сайнтифик, Инк. Method and device for peripheral nerve block
RU2725754C1 (en) * 2020-02-11 2020-07-07 Александр Вячеславович Малыгин Method for transcranial electrical stimulation of endorphin cerebral mechanisms for normalizing the tone of the vegetative nervous system and a device for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MOIYADI А. et al. Combined Motor Evoked Potential Monitoring and Subcortical Dynamic Mapping in Motor Eloquent Tumors Allows Safer and Extended Resections. World Neurosurg. 2018. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10449358B2 (en) Devices and methods for modulation of bone erosion
Krauss et al. Microelectrode-guided posteroventral pallidotomy for treatment of Parkinson's disease: postoperative magnetic resonance imaging analysis
Calancie et al. “Threshold-level” multipulse transcranial electrical stimulation of motor cortex for intraoperative monitoring of spinal motor tracts: description of method and comparison to somatosensory evoked potential monitoring
Sanmillan et al. Functional approach using intraoperative brain mapping and neurophysiological monitoring for the surgical treatment of brain metastases in the central region
Laitinen et al. Leksell's posteroventral pallidotomy in the treatment of Parkinson's disease
Yamamoto et al. Deep brain stimulation for the treatment of parkinsonian, essential, and poststroke tremor: a suitable stimulation method and changes in effective stimulation intensity
CN111167008A (en) Cancer immunotherapy with radiofrequency electrical membrane breakdown (RF-EMB)
Kawaguchi et al. A practical guide for anesthetic management during intraoperative motor evoked potential monitoring
Gandhi et al. High-resolution direct microstimulation mapping of spinal cord motor pathways during resection of an intramedullary tumor
Ito et al. A new criterion for the alarm point for compound muscle action potentials
Rossi Mapping in low-grade glioma surgery
Schucht et al. Low-threshold monopolar motor mapping for resection of lesions in motor eloquent areas in children and adolescents
RU2781244C1 (en) Method for dynamic intraoperative direct bipolar neurostimulation for localization of the corticospinal tract when removing formations of motor zones
Wall et al. Effect of Lissauer tract stimulation on activity in dorsal roots and in ventral roots
Komboz et al. Epidural posterior insular stimulation alleviates neuropathic pain manifestations in rats with spared nerve injury through endogenous opioid system
Hariz et al. Thalamic stereotaxis for chronic pain: ablative lesion or stimulation?
RU2716507C1 (en) Method for intraoperative neurophysiological monitoring of motor and language zones of brain
Chang et al. Intraoperative electrical stimulation for identification of cranial nerve nuclei
Sano Neurosurgical treatments of pain—a general survey
Tekkök et al. The neurosurgical management of trigeminal neuralgia
Tanaka et al. Motor evoked potential mapping and monitoring by direct brainstem stimulation
Kösem et al. An unusual complication of anesthesia: Unilateral spinal myoclonus
Wallace et al. Effect of alternating current stimulation of the spinal cord on recovery from acute spinal cord injury in rats
Nielsen et al. Low-Frequency Intracortical Electrical Stimulation Decreases Sensorimotor Cortex Hyperexcitability in the Acute Phase of Ischemic Stroke
RU2773147C1 (en) Method for intraoperative verification of long associative fibers of speech zones