MER y el aumento del tiempo operatorio no son factores de riesgo para la formación de neumoencéfalo durante DBS

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 9324 (2023) Citar este artículo

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Aunque los cables direccionales han demostrado recientemente su potencial para compensar los electrodos colocados de forma subóptima, la posición óptima del cable sigue siendo el factor más crítico para determinar el resultado de la estimulación cerebral profunda (DBS). El neumoencéfalo es una fuente reconocida de error, pero los factores que contribuyen a su formación siguen siendo objeto de debate. Entre estos, el tiempo operatorio es uno de los más controvertidos. Debido a que los casos de DBS realizados con Microelectrode Recordings (MER) se ven afectados por un aumento en la duración de la cirugía, es útil analizar si MER pone a los pacientes en riesgo de una mayor entrada de aire intracraneal. Se analizaron los datos de 94 pacientes de dos institutos diferentes que se sometieron a DBS por diferentes afecciones neurológicas y psiquiátricas para determinar la presencia de neumoencéfalo posoperatorio. Se examinaron el tiempo operatorio y el uso de MER, así como otros posibles factores de riesgo de neumoencéfalo (edad, cirugía despierto versus dormido, número de pasajes de MER, tamaño del orificio de trepanación, implantes diana e unilaterales versus bilaterales). Se utilizaron las pruebas U de Mann-Whitney y Kruskal-Wallis para comparar las distribuciones de aire intracraneal entre grupos de variables categóricas. Se utilizaron correlaciones parciales para evaluar la asociación entre el tiempo y el volumen. Se creó un modelo lineal generalizado para predecir los efectos del tiempo y MER en el volumen de aire intracraneal, controlando otros posibles factores de riesgo identificados: edad, número de pasajes de MER, cirugía despierto versus dormido, tamaño del orificio de trepanación, objetivo, unilateral versus .cirugía bilateral. Se observaron distribuciones de volumen de aire significativamente diferentes entre diferentes objetivos, implantes unilaterales frente a bilaterales y número de trayectorias MER. Los pacientes operados de DBS con MER no presentaron un aumento significativo de neumoencéfalo en comparación con los pacientes operados sin (p = 0,067). No se encontró correlación significativa entre el neumoencéfalo y el tiempo. Utilizando el análisis multivariado, los implantes unilaterales exhibieron menores volúmenes de neumoencéfalo (p = 0,002). Dos objetivos específicos exhibieron volúmenes significativamente diferentes de neumoencéfalo: el núcleo del lecho de la estría terminal con volúmenes más bajos (p < 0,001) y el hipotálamo posterior con volúmenes más altos (p = 0,011). El MER, el tiempo y otros parámetros analizados no alcanzaron significación estadística. El tiempo operatorio y el uso de MER intraoperatorio no son predictores significativos de neumoencéfalo durante DBS. La entrada de aire es mayor para cirugías bilaterales y también puede verse influenciada por el objetivo específico estimulado.

La estimulación cerebral profunda (DBS) se ha convertido en un procedimiento quirúrgico establecido para el tratamiento sintomático de varios trastornos neurológicos y psiquiátricos, como la enfermedad de Parkinson (EP), el temblor esencial, la distonía, el trastorno obsesivo-compulsivo, la epilepsia y el síndrome de Tourette1,2,3.

El éxito de la DBS depende en gran medida de diferentes factores, el más importante de los cuales es la colocación precisa del electrodo4,5,6. Aunque los rápidos avances en neuroingeniería (p. ej., el advenimiento de la resonancia magnética de alta resolución, el sistema robótico Neuromate, dispositivos de anclaje de cables mejorados) han aumentado la precisión del procedimiento, aún existe una discrepancia considerable entre las cohortes de pacientes7,8,9. Dos metanálisis sugieren una tasa del 45 % de colocación incorrecta de cables con la consiguiente respuesta terapéutica subóptima10,11.

Uno de los problemas más relevantes y debatidos en relación con el desplazamiento de los electrodos en DBS está representado por el posible cambio intraoperatorio del cerebro causado por la fuga de líquido cefalorraquídeo (LCR) después de la creación del agujero de trepanación y por la consiguiente entrada de aire en el cráneo12. Este fenómeno se denomina neumoencéfalo y, a su vez, se cree que provoca una transposición no deseada de las estructuras cerebrales.

Diferentes investigadores han examinado algunos factores, como la edad del paciente, la atrofia cerebral, los pasajes múltiples de registros de microelectrodos (MER) y el uso de pegamento de fibrina para cubrir los orificios de las trepanaciones, que pueden influir en la pérdida de LCR y el cambio del cerebro13,14. Sin embargo, no se sabe mucho si (y en qué medida) el tiempo operatorio debe considerarse un factor significativo que causa la entrada de aire durante la DBS. Hasta la fecha, muy pocos estudios han analizado dicha correlación y, lo que es más importante, informaron resultados contradictorios13,15.

Debido a que el tiempo es, hasta cierto punto, un aspecto controlable por el cirujano de los procedimientos de DBS, si se encuentra una correlación positiva, esto podría tener un impacto importante en la toma de decisiones intraoperatorias: el uso de MER, por ejemplo, cuya utilidad aún se desconoce. tema de debate, prolonga significativamente el tiempo operatorio medio16,17. Aunque solo recientemente, los nuevos diseños de cables direccionales han demostrado su potencial para compensar (al menos parcialmente) el posicionamiento subóptimo de los electrodos, la colocación adecuada de los cables sigue siendo el pilar de este tratamiento18,19,20.

Presentamos nuestro conjunto de datos de 94 pacientes de dos institutos diferentes, compuestos por 73 y 21 individuos respectivamente que se sometieron a procedimientos DBS en condiciones estereotácticas. Nuestro objetivo principal fue investigar si la duración prolongada de la cirugía pone al paciente en riesgo de desarrollar neumoencéfalo durante la DBS.

Este es un estudio retrospectivo observacional que incluye un total de 94 procedimientos DBS, 73 de los cuales se realizaron en el IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta (instituto 1) de 2014 a 2019 y los 21 restantes en el IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi (instituto 2) de 2020 a 2021 Los datos se extrapolaron de los informes operativos y los registros médicos y comprendían información como la duración de la cirugía, la edad del paciente, el sexo y el diagnóstico, el protocolo anestésico (inducción de anestesia general versus procedimiento despierto con solo sedación leve y anestesia local), DBS objetivo, unilateral vs. cirugía bilateral, tamaño de la trepanación, uso de registros electrofisiológicos intraoperatorios (que incluyeron tanto registros de microelectrodos como macroestimulación) y número de trayectorias MER.

Los volúmenes de neumoencéfalo se estimaron con base en una tomografía computarizada (TC) postoperatoria temprana (que era parte de la práctica de rutina) en el IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, mientras que se calcularon mediante una tomografía computarizada intraoperatoria en el IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi realizada inmediatamente después de colocar el primero (para procedimientos unilaterales) o segundo (para procedimientos bilaterales) electrodos (es decir, antes de asegurar los cables definitivos).

De igual manera, es importante resaltar tres diferencias importantes entre los procedimientos realizados en los dos institutos (que se describen con mayor detalle a continuación): (1) Los tiempos operatorios informados en los informes quirúrgicos de los dos diferían en lo que respecta al tiempo de inicio: mientras que el instituto 1 incluyó también el tiempo entre la inducción anestésica y el inicio de la operación, el instituto 2 informó únicamente el tiempo operatorio desde el momento de la primera incisión en la piel hasta la sutura final de la piel; (2) El tamaño de las trepanaciones creadas para colocar los electrodos fue mayor en el instituto 2 (14 mm vs. 5 mm); (3) Mientras que en el instituto 1 casi el 70% de las cirugías requirieron una sola trayectoria MER, el otro centro utilizó 3 pistas de registro para cada caso.

Se realizaron cirugías por diferentes condiciones neurológicas y psiquiátricas; más concretamente: enfermedad de Parkinson, distonía, temblor esencial, trastorno obsesivo-compulsivo, depresión mayor y cefalea en brotes. Los objetivos de DBS incluidos en el presente estudio fueron el núcleo subtalámico (STN), el globo pálido interno (GPI), el núcleo intermedio ventral (VIM) del tálamo, el hipotálamo posterior, la estría terminal del núcleo del lecho (BNST) y el área de Brodmann. 24 (es decir, la circunvolución cingulada subgenual). Se obtuvo el consentimiento informado de todos los participantes individuales incluidos en el estudio. Los comités éticos locales (IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, Milán, Lombardía, Italia e IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi, Milán, Lombardía, Italia) aprobaron el estudio.

Los volúmenes de neumoencéfalo (Fig. 1) se calcularon siguiendo los siguientes pasos: (i) conversión de archivos DICOM CT en formato NiFTI con el software dcm2nii (https://people.cas.sc.edu/rorden/mricron/dcm2nii.html) . Los siguientes pasos se implementaron en Matlab2017a (www.mathworks.com): (ii) se estableció el umbral de los archivos CT NiFTI para crear una máscara binaria de cerebro y cráneo. El umbral es un valor de Hounsfield por encima del cual solo sobreviven los vóxeles que pertenecen al cerebro y al cráneo y se establecen en 1. Todos los valores inferiores se establecen en cero. El umbral se seleccionó empíricamente para cada caso individual. (iii) En este punto, la máscara se invierte (cada vóxel de la máscara binaria se resta a 1, es decir, el valor de 1 vóxel) para eliminar el cráneo y el cerebro. De esta forma, los vóxeles del compartimento de aire se establecen en 1. El objetivo de esta máscara es excluir los vóxeles innecesarios del cálculo del volumen de aire; (iv) El último paso requiere que se aíslen los vóxeles del volumen de aire, ya que otros puntos dentro del volumen de CT pueden haber sobrevivido hasta el umbral debido a artefactos, ruido u otros. Esto se hizo con una interfaz gráfica de usuario (GUI) de Matlab desarrollada en el instituto 1. Brevemente, la GUI permite seleccionar con el mouse un vóxel del volumen de aire binario previamente estimado y aislarlo de los otros volúmenes binarios artefactos restantes. La figura 1 representa en rojo el volumen aislado; (v) La estimación del volumen se obtuvo como el número de vóxeles extraídos multiplicado por el volumen de vóxeles.

Imagen que ilustra el volumen del neumoencéfalo calculado con el método GUY Matlab desarrollado en el IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta en las imágenes postoperatorias de TC axial. El área coloreada en rojo en los polos frontales representa el aire intracraneal.

Utilizamos la mediana, el rango intercuartílico (RIC) y el rango para describir las variables continuas que no se distribuyeron normalmente, y la media y la desviación estándar (DE) para aquellas que siguieron distribuciones gaussianas a la inversa, mientras que las frecuencias y los porcentajes se adoptaron para las variables categóricas. Probamos la normalidad de las variables continuas con la prueba de Shapiro-Wilk y obtuvimos valores estadísticamente significativos para los volúmenes de aire, la edad y la duración de la cirugía. Se utilizó la prueba Chi-cuadrado de Pearson para comparar frecuencias entre dos parámetros categóricos, mientras que las pruebas U de Mann-Whitney y Kruskal-Wallis se emplearon para el análisis comparativo de variables continuas entre dos o más grupos, respectivamente. Se utilizaron correlaciones parciales para detectar asociaciones entre dos variables continuas, mientras se controlaban otros posibles factores de confusión.

Debido a que las puntuaciones del volumen no tenían una distribución normal, eran muy sesgadas a la derecha (1,14 ± 0,25), con muchos valores iguales o cercanos a cero) y no se remediaban mediante transformaciones matemáticas, un modelo lineal generalizado con una regresión gamma ( utilizando una función de enlace logarítmico después de una transformación +1) para predecir los volúmenes a partir de 4 variables predictoras dicotómicas (uso de MER, cirugía unilateral frente a bilateral, inducción de anestesia general frente a cirugía despierto y diámetro del agujero de trepanación de 5 mm frente a 14 mm). mm), dos continuas (edad y tiempo) y dos categóricas no dicotómicas (la variable "objetivo", que incluía 6 núcleos/áreas cerebrales diferentes y la variable "trayectoria", representada por el uso de uno, dos, tres o más trayectorias MER). De los parámetros incluidos en el modelo, solo el "objetivo" y la "trayectoria" se trataron como factores, el resto se ajustó como covariables. Se utilizó la prueba de Wald para las estadísticas de chi-cuadrado. Se prefirió una regresión gamma a una distribución lineal, una de Poisson o una binomial negativa con función de enlace logarítmico, basada en las puntuaciones más favorables de las medidas de bondad de ajuste (desviación y chi-cuadrado de Pearson). Además, el modelo ajustado se comparó con un modelo de intercepción únicamente, lo que resultó en una mejora significativa [Likelihood Ratio Chi-square (13) = 31,077, p = 0,003, prueba ómnibus].

Se empleó un análisis de regresión lineal múltiple para predecir la duración de la operación en función de la cirugía unilateral frente a la bilateral, el objetivo, la edad, el uso de MER, la cirugía despierto frente al procedimiento dormido y el instituto donde se realizó la DBS. Aunque la variable "tiempo" presentó una modesta desviación de una distribución gaussiana [W(94) = 0,972, p = 0,040, prueba de Shapiro-Wilk], los residuos de la regresión lineal múltiple viceversa se distribuyeron normalmente [W(94) = 0,977, p = 0,103, prueba de Shapiro-Wilk]; por lo tanto, no se consideraron violados los supuestos del análisis de regresión lineal múltiple. El modelo general se comparó con un modelo de solo intercepción solo por medio de una prueba F y, además, resultó en una mejora significativa [F(6) = 19.262, p < 0.001]. Al calcular los factores de inflación de la varianza (VIF) entre todas las variables independientes individuales en las regresiones del estudio, excluimos posibles problemas de multicolinealidad en los modelos de regresión desarrollados.

Todos los valores de p informados son de dos colas y p < 0,05 se consideró estadísticamente significativo. Los cálculos e histogramas se realizaron utilizando SPSS (IBM Corp. 2020 Release, IBM SPSS Statistics para MacOs, Versión 26.0) y Python (Python Software Foundation 2021 Release, Versión 3.8.10 para MacOS).

El procedimiento quirúrgico se describe detalladamente en otra parte21. Según el objetivo y el grado de colaboración del paciente, el procedimiento DBS se realiza con el paciente despierto o bajo anestesia general. El día de la cirugía se realiza una tomografía computarizada estereotáctica y sus imágenes se fusionan con las de una resonancia magnética (RM) preoperatoria. Las coordenadas finales se calculan en el sistema de neuronavegación (Stealth Station Treon Sofamor Danek, Medtronic Inc. Minneapolis, MN, EE. UU.) adaptando la anatomía del paciente individual a un atlas digitalizado estereotáctico probabilístico. Se perfora una pequeña trepanación de 5 mm de diámetro y posteriormente se introduce una cánula rígida tras abrir la duramadre y la aracnoides. La cánula se coloca inicialmente 15 mm por encima del objetivo estimado. En este punto del procedimiento, para limitar las fugas de líquido cefalorraquídeo, se emplea un sellador de fibrina en el orificio de trepanación.

Si se requieren MER, se obtienen utilizando un microelectrodo de alta impedancia con pasos de 0,5 mm hasta 1 mm más allá del objetivo a lo largo de la trayectoria única deseada. Basado en criterios de localización de micrograbaciones, el electrodo definitivo (Medtronic Inc. Minneapolis, MN, EE. UU.; St. Jude Inc., St. Paul MN, EE. UU.) se coloca en el objetivo utilizando la misma cánula rígida, después de retirar el microelectrodo.

A continuación se realiza brevemente macroestimulación bipolar para probar la respuesta clínica en el paciente despierto. Dependiendo de si la MER y la macroestimulación muestran una colocación óptima, el electrodo final se asegura con pegamento biológico y con una microplaca de titanio.

Si la MER y/o las pruebas clínicas sugieren una colocación incorrecta de los electrodos, se usa una segunda trayectoria (usando el mismo orificio de trepanación) y se repite el procedimiento nuevamente. Se requirió una sola trayectoria en el 70% de los procedimientos de DBS, dos trayectorias en el 20% y tres o más en el 10% de las cirugías.

Inmediatamente después de concluir el procedimiento quirúrgico y antes de regresar a la sala de neurocirugía, el paciente es llevado a la unidad de neurorradiología para realizar una tomografía computarizada para descartar complicaciones posoperatorias. Tras la realización de este último, no se toman decisiones quirúrgicas (es decir, reposicionamiento del cable) en función de la cantidad de aire intracraneal observada en el TAC posoperatorio, salvo medidas conservadoras en casos de neumoencéfalo sintomático (inclinación de la cabecera de la cama de 30°, oxígeno terapia con cánula nasal de alto flujo y terapia analgésica).

Los 21 procedimientos se realizaron con el paciente despierto y solo con una sedación leve. El día previo a la cirugía se realiza una resonancia magnética cerebral que consiste en una secuencia volumétrica T1 potenciada con gadolinio e imágenes axiales T2 o DPI. El día de la cirugía, después de colocar el marco estereotáctico CRW, el paciente se somete a una tomografía computarizada estereotáctica. Las imágenes de resonancia magnética y tomografía computarizada estereotáctica se transfieren al sistema de neuronavegación de Brainlab y, posteriormente, se fusionan. En este punto se realiza una estrategia de orientación directa basada en imágenes de resonancia magnética. Por lo tanto, el paciente se coloca en la mesa de operaciones integrada con el sistema AIRO con la cabeza fijada en los componentes del marco CRW. La mesa de operaciones se desplaza dentro del AIRO, aplicando movimientos de mesa para colocar al paciente en la posición más cómoda. Posteriormente, se coloca un campo transparente y se ancla con cintas adhesivas médicas al AIRO. Se fija el anillo del marco y comienza el procedimiento quirúrgico.

Se realiza una incisión cutánea lineal y un orificio de trepanación de 14 mm creado con un taladro de alta velocidad centrado en la trayectoria deseada. Se utiliza una broca de diamante de alta velocidad de 4 mm para perforar el hueso craneal externo y crear una asignación óptima para la tapa del orificio de trepanación.

Se utiliza hemostato absorbible, polvo de hueso y pegamento de fibrina para sellar el orificio de trepanación después de introducir la cánula rígida. Se utilizan tres microelectrodos para MER y avanzan 0,5 mm cada 30 segundos comenzando 10 mm por encima del objetivo y penetrando 1-3 mm por debajo. Después de completar las micrograbaciones, se realiza la macroestimulación para observar posibles eventos adversos o signos de mejoría clínica. Después de elegir el objetivo óptimo, el cable se coloca y se fija con una tapa de agujero de trepanación. Una vez colocados los electrodos, se obtiene una tomografía computarizada intraoperatoria con la ayuda de AIRO con el paciente en posición horizontal y una entrada de marcha de 0°. Los láseres del AIRO se utilizan para evaluar la extensión cráneo-caudal y medio-lateral del TC y se registran las primeras y últimas posiciones de adquisición. En este punto, se obtiene una imagen de exploración para confirmar la extensión correcta de las imágenes de tomografía computarizada intraoperatorias. Si la imagen del explorador está en una posición subóptima, las posiciones inicial y final se adquieren nuevamente hasta que el explorador incluye el área de interés. En este punto se completa la tomografía computarizada intraoperatoria. Las imágenes se transfieren al software de Neuronavigation Brainlab, donde se fusionan con imágenes preoperatorias. Si se observa un error superior a 2 mm, se reposicionan los cables. De manera similar al instituto 1, no se tomaron decisiones quirúrgicas basadas en la cantidad de aire intracraneal observado en la tomografía computarizada intraoperatoria. Además, ninguno de los 21 procedimientos de DBS del instituto 2 requirió el reposicionamiento del cable.

Todos los procedimientos realizados en estudios con participantes humanos se realizaron de acuerdo con los estándares éticos del comité de investigación institucional y/o nacional y con la declaración de Helsinki de 1964 y sus enmiendas posteriores o estándares éticos comparables.

Se obtuvo el consentimiento informado de todos los participantes individuales incluidos en el estudio.

Las estadísticas descriptivas generales de todo el conjunto de datos se informan en la Tabla 1 y se analizan a continuación, mientras que las calculadas por separado de los institutos 1 y 2 se ilustran con más detalle en las Tablas 2 y 3, respectivamente.

El conjunto de datos del estudio en general consistió en 42 mujeres y 52 hombres. La mediana de edad de los pacientes fue de 54,50 años (RIC = 21, rango 8-73), mientras que la del volumen de aire intracraneal fue de 13,40 cm3 (RIC = 32,10, rango 0-93,03). 74 sujetos (78,7%) tenían implantes de electrodos bilaterales, mientras que 20 (21,3%) tenían implantes unilaterales. Cabe destacar que los implantes bilaterales tenían un volumen medio significativamente mayor (18,24 frente a 1,43 cm3) en comparación con los implantes unilaterales (U = 497, p = 0,02, prueba U de Mann-Whitney, fig. 2). Hubo una diferencia significativa entre las distribuciones de volumen en los dos centros (U = 1056, p = 0,009, prueba U de Mann-Whitney), entre los diferentes objetivos quirúrgicos [H(5) = 13,93, p = 0,016, Kruskal-Wallis prueba, Fig. 3] y entre el uso de 1 vs. 2 vs. 3 o más trayectorias MER [H(2) = 13.039, p = 0.001, prueba de Kruskal-Wallis].

Diagrama de dispersión que representa la duración de la cirugía (en minutos) frente al volumen de aire intracraneal (en cm3) con etiquetas para identificar cirugías unilaterales frente a bilaterales y el uso eventual de registros de microelectrodos intraoperatorios.

Diagrama de caja que describe la distribución de los volúmenes de aire entre los diferentes objetivos de DBS. STN núcleo subtalámico, GPI globus pallidus internus, VIM núcleo intermedio ventral, HPT hipotálamo, BNST ben núcleo stria terminalis, SCG24 subgenual cingulate gyrus 24.

La mediana del tiempo operatorio fue de 144,50 minutos (RIC = 66, rango 30-266) y, como era de esperar, fue significativamente mayor en los casos en los que se obtuvieron registros (U = 187, p < 0,001, prueba U de Mann-Whitney, fig. 4), para implantes bilaterales vs. unilaterales (U = 64,50, p < 0,001, prueba U de Mann-Whitney), y para procedimientos realizados con el paciente despierto, en comparación con los realizados bajo anestesia general (U = 652, p = 0,05, prueba de Mann-Whitney). -Prueba U de Whitney). No obstante, después de realizar una regresión lineal múltiple para evaluar los efectos de la cirugía unilateral frente a la bilateral, MER, despierto frente a dormido y objetivo a tiempo, solo la lateralidad de la cirugía (B = − 54,05; IC del 95 % − 74,95, − 33,15; p < 0,001) y MER (B = − 38,66; IC del 95 % − 61,38, − 15,94, p = 0,001) se confirmaron como predictores significativos de la duración de la operación.

Diagrama de caja que ilustra las diferentes distribuciones de neumoencéfalo entre pacientes operados con el uso de registros de microelectrodos intraoperatorios y aquellos operados sin ellos. Grabaciones de microelectrodos MER.

Aunque los sujetos sometidos a MER presentaron un volumen de aire intracraneal ligeramente mayor en la TC posoperatoria que los operados sin ella (17,58 vs. 1,43 cm3), dicha comparación no alcanzó significación estadística (U = 542,00, p = 0,067, Mann-Whitney prueba U).

Además, es importante señalar que en DBS bilateral el 87,8% (65/74) de los pacientes tuvieron MER intraoperatoria mientras que solo el 45% (9/20) con cirugías unilaterales se probaron con registros [Χ2(1) = 17,25, p < 0,001, Prueba de chi-cuadrado].

Además, al controlar por otros parámetros (cirugía unilateral vs. bilateral, objetivo, edad, uso de MER, anestesia general vs. cirugía despierto, tamaño del orificio de trepanación), el tiempo y el volumen de aire tuvieron una correlación parcial de ρ = 0.033, y tal valor no fue significativo (p = 0,758). Asimismo, mediante correlaciones parciales no se encontró asociación entre la edad y el neumoencéfalo (ρ = 0.093, p = 0.389) controlando por cirugía unilateral vs bilateral, target, tiempo, uso de MER, anestesia general vs cirugía despierto, trepanación tamaño).

Cuando se utilizaron modelos lineales generalizados (Tabla 4), la cirugía unilateral frente a la bilateral y dos objetivos específicos (BNST e hipotálamo) fueron predictores significativos de la entrada de aire. El primero exhibió un coeficiente B de − 1.462 (IC 95% − 2.382, − 0.541; p = 0.002), mientras que BNST e Hipotálamo de − 3.356 (IC 95% − 5.030, − 1.682; p < 0.001), y 2.312 (95 % IC 0,522, 4,102, p = 0,011), respectivamente. El uso de MER, el tiempo, el número de trayectorias, el procedimiento despierto frente al dormido y el tamaño del orificio de trepanación no lograron alcanzar significación estadística.

El cambio de cerebro es un fenómeno bien conocido, y ahora está claro que la cantidad de aire subdural ingresado en el cráneo durante el procedimiento tiene un impacto negativo en la precisión de los sistemas de navegación y estereotácticos basados en datos de imágenes preoperatorias22,23,24. colina et al. calculó un desplazamiento de la superficie cerebral media después de incidir la duramadre que oscilaba entre 0,3 y 7,4 mm. Otros investigadores informaron una desviación de hasta 4 mm de desplazamiento de las estructuras subcorticales13,25,26.

No obstante, el impacto ejercido por esta pérdida de precisión en el resultado clínico es un tema de debate y probablemente esté determinado por la ubicación del objetivo14,15,23,25,27. Dado que el desplazamiento del cerebro tiende a desplazar los objetivos principalmente en la dirección posterior, lo que da como resultado una activación de la vía aberrante del plan previsto preoperatorio, los núcleos más posteriores y más profundos se ven afectados por un desplazamiento más pequeño en comparación con las estructuras anteriores y superficiales25,27. Por lo tanto, la posición del objetivo específico en el cerebro cambia el impacto que ejerce el neumoencéfalo en el perfil de eficacia de DBS. Por ejemplo, mientras que diferentes autores no reportaron ningún efecto negativo debido a errores de focalización causados por neumoencéfalo en pacientes con EP, un estudio que comparó la activación de la vía entre remitentes y no remitentes de DBS cingulada subcallosa en pacientes con depresión resistente al tratamiento mostró cómo los remitentes El grupo ' exhibió una variación más pequeña en la activación de las vías axonales para la estimulación27,28,29. Además, con un modesto neumoencéfalo de volumen medio de 1,77 ± 1,18 cm3, los mismos autores encontraron un desplazamiento medio de los polos frontales de 2,2 ± 1,56 mm27. Además del cingulado subcalloso, es probable que otros objetivos ubicados más anteriormente, como el núcleo accumbens, el brazo anterior de la cápsula interna (ALIC) y la cápsula ventral/cuerpo estriado ventral (VC/VS), sufran un mayor grado de desplazamiento en comparación con el núcleo subtalámico utilizado en DBS de DP25,30. Por lo tanto, en tales casos, la eficacia a largo plazo de DBS también puede verse afectada negativamente por cantidades más pequeñas de neumoencéfalo14,15,23,25,27. En cualquier caso, se ha demostrado que grandes volúmenes de aire intracraneal (> 20 cm3) desplazan invariablemente la comisura anterior 2 mm; por lo tanto, es importante que los neurocirujanos funcionales prevengan este fenómeno, independientemente del objetivo específico que se esté estimulando15.

Aunque aparentemente simple en su concepto, el neumoencéfalo es probablemente un fenómeno multifactorial en el que entran en juego diferentes variables31. Es una creencia común entre los cirujanos que la entrada de aire, en lugar de ser un proceso rápido, ocurre con el tiempo. Como consecuencia, se cree que los tiempos operatorios más prolongados tienen el precio de mayores cantidades de neumoencéfalo13,14,32,33,34. Para contrarrestar una mayor acumulación de aire con el tiempo, muchos centros adoptaron diferentes estrategias, como el uso de selladores de orificios de trepanación (como pegamento de fibrina o cera para huesos), diámetros de orificios de trepanación más pequeños, irrigación con solución salina y punción dural directa para reducir la salida de LCR31,35,36. Sin embargo, aunque algunos estudios informaron una disminución en el flujo de entrada de aire, tales enfoques no impidieron la formación de neumoencéfalo22,31. Esto puede explicarse por el hecho de que la mayor parte de la pérdida de líquido cefalorraquídeo (que posteriormente se reemplaza por gas subdural) probablemente ocurra inmediatamente después de la incisión de las meninges, impulsada inicialmente por la presión intracraneal positiva (PIC) y por la presión hidrostática, y a partir de entonces únicamente por este último22,25,37. Así, con el paciente en decúbito supino y una posición neutra de la cabeza, después de la trepanación y la apertura de las meninges, el volumen de LCR sujeto a salida está representado por el que llena el espacio subaracnoideo que se extiende desde los sitios de los agujeros hasta los polos frontales22.

Por lo tanto, de acuerdo con el concepto según el cual la salida de LCR no es un fenómeno dependiente del tiempo, no encontramos evidencia de asociación con el tiempo operatorio al comparar grupos de pacientes sometidos a DBS con MER intraoperatorio (un complemento quirúrgico que prolonga significativamente el tiempo operatorio) con individuos operado por la orientación directa de la imagen. Sin embargo, algunas publicaciones que evaluaron el neumoencéfalo y/o el cambio cerebral durante la DBS no informaron ninguna asociación con la duración quirúrgica (aunque también existen informes que dan cuenta de la teoría opuesta)13,15,22,23,25,33,35,38. No obstante, todos estos estudios descuidan la necesidad de controlar simultáneamente otros factores potenciales que también pueden intervenir en la formación del neumoencéfalo. Entre tales factores, los que se informan con mayor frecuencia en la literatura incluyen la cirugía unilateral o bilateral, la edad, las dimensiones del orificio de trepanación, el número de pasajes de MER, el procedimiento despierto o dormido y los núcleos específicos a los que se dirige22,31,35,38.

Por lo tanto, para evaluar los efectos del tiempo operatorio sobre el neumoencéfalo, se vuelve esencial realizar un análisis multivariado para controlar estos parámetros adicionales que podrían actuar como factores de confusión. Por ejemplo, en nuestro estudio, los implantes bilaterales presentaron una mayor cantidad de aire intracraneal que es estadísticamente significativo en comparación con los unilaterales, pero al mismo tiempo, los MER se emplearon con mayor frecuencia durante los procedimientos bilaterales (que, como era de esperar, también fueron cirugías más largas en comparación con los unilaterales) . Después de realizar modelos lineales generalizados, surgieron dos variables como predictores significativos de neumoencéfalo: lado de la cirugía y tipo de objetivo. Los otros parámetros incluidos en la regresión (duración de la cirugía, MER, edad, agujeros de trepanación de 14 mm frente a 5 mm, cirugía despierto frente a dormido, número de pases de MER) no alcanzaron significación estadística.

Los implantes unilaterales mostraron un volumen medio de aire intracraneal mucho más bajo que los bilaterales (1,43 frente a 18,24 cm3). Además, tal acumulación de aire se localizaba casi invariablemente a lo largo del hemisferio ipsilateral (Fig. 5). Desde un punto de vista físico, probablemente esto se deba a la hoz del cerebro que actúa como una barrera física impidiendo la salida de parte del licor por el lado contralateral14. Este patrón de recolección de aire es importante porque determina dos perfiles específicos de desplazamiento del cerebro durante la DBS con base en el lado operado primero: debido a la formación de neumoencéfalo ipsilateral, el primer procedimiento unilateral generará una fuerza que empuja el hemisferio ipsilateral hacia atrás; sin embargo, debido al apoyo anteroposterior ejercido por el hemisferio contralateral, la fuerza resultante se dirigirá tanto hacia atrás como hacia medial, determinando así un desplazamiento del cerebro contralateral. Si se inserta un segundo electrodo en el otro lado, el gradiente de presión entre los dos hemisferios se neutralizará y se restablecerá el desplazamiento contralateral anterior14. En este caso se produce una invasión aérea bilateral simétrica, promoviendo un importante desplazamiento posterior del segundo target14,28. Estos diferentes patrones de desplazamiento cerebral implican que el primer objetivo se desplazará medial y posteriormente, mientras que el segundo tendrá un mayor grado de desplazamiento posterior, pero ningún cambio en la dirección medio-lateral14,28.

Tomografía computarizada realizada después de un procedimiento DBS unilateral que muestra la entrada de aire intracraneal (indicado por las flechas rojas) ipsilateral al electrodo implantado. Tomografía computarizada CT, DBS estimulación cerebral profunda.

En nuestra serie no se observaron diferencias en cuanto a la cantidad de aire intracraneal entre los pacientes sometidos a procedimientos despiertos frente a los sometidos a anestesia general. Pocos autores han analizado este tema, y además han reportado resultados contradictorios29,33. La inducción de la anestesia general puede influir potencialmente en el volumen de aire de dos maneras: (1) acortando los procedimientos quirúrgicos y (2) permitiendo un mejor control sobre Valsalva y la tos, maniobras capaces de aumentar la PIC y, por lo tanto, de causar fugas repentinas de LCR33. Nuestro trabajo demostró que el tiempo operatorio no es un predictor significativo de neumoencéfalo. Con respecto a este último mecanismo de entrada de aire, aunque nuestros resultados sugieren que se necesitan estudios significativos para llegar a conclusiones más sólidas sobre este problema.

Existen controversias en la literatura sobre si el tamaño de la ventana craneal realizada durante la DBS (y por la cual el LCR sale del cráneo) debe considerarse un factor influyente o no. Esta ventana permite acomodar múltiples pistas de MER y se realiza perforando un agujero de trepanación a través del hueso y abriendo dos capas de meninges (la duramadre y la aracnoides)22. Suponiendo que este parámetro sea de hecho un importante predictor de neumoencéfalo, ya que la superficie de la aracnoides abierta es limitada en comparación con la del hueso y de la duramadre (que suele estar completamente coagulada y cortada), la hendidura creada por el cirujano en esta capa sería la que limitaría la salida de LCR.

Es importante destacar que, en nuestro estudio, los volúmenes de aire intracraneal fueron significativamente mayores en los pacientes operados en el instituto 2 en comparación con el instituto 1. Debido a que en el instituto 1, los orificios de trepanación utilizados fueron más pequeños (5 mm frente a 14 mm), se podría argumentar que el la perforación ósea más ancha podría explicar potencialmente la mayor cantidad de salida de LCR. Sin embargo, con el análisis multivariado, este parámetro no mostró un efecto significativo sobre el volumen de aire intracraneal, hallazgo que está de acuerdo con otros dos estudios en la literatura35,38.

La razón por la cual el tamaño del orificio de trepanación no influye significativamente en el volumen de LCR perdido se basa en la aplicación de los principios de la dinámica de fluidos, más específicamente en la ley de Torricelli39 que establece que la velocidad de salida (v) de un fluido a través de un orificio de un recipiente lleno hasta una profundidad h (que, en el caso de un procedimiento DBS con el paciente en decúbito supino, se representa por la distancia entre el orificio de trepanación y el polo frontal) se describe mediante la ecuación \(v = \sqrt{ 2gh}\) (donde g es la aceleración de la gravedad). Tal ley implica que la velocidad de salida del LCR no es constante y disminuye en relación con la cantidad de LCR que se pierde del cráneo. Aunque, en teoría, la tasa volumétrica de pérdida de LCR depende tanto de la velocidad del líquido como del área transversal del orificio, la velocidad de salida es tal que la mayor parte de la salida de LCR tiene lugar durante los primeros segundos después de abrir las meninges. , a pesar de la diferencia en los diámetros de los orificios de trepanación22,25. En otras palabras, el tiempo adicional para la salida de LCR ganado al realizar un orificio de trepanación más pequeño es demasiado corto en relación con la duración total del procedimiento quirúrgico para generar un efecto significativo en el volumen de aire intracraneal ingresado. Por el contrario, con ventanas aún más pequeñas disponibles para la salida de LCR (como la representada por la superficie de la aracnoides perforada), puede entrar en juego otra propiedad física más compleja (es decir, la tensión superficial del líquido)40, que potencialmente puede limitar la salida volumétrica de LCR. . Debido a que la superficie de la aracnoides abierta fue similar entre los dos institutos, esto puede explicar por qué la diferencia entre los volúmenes de aire encontrados en el análisis univariante no se confirmó en el análisis multivariante. Es más probable que la diferencia obtenida mediante el análisis univariado se deba a otras razones (es decir, efectos de confusión de otras variables), como se explica con más detalle a continuación.

De manera similar a las dimensiones del agujero de rebaba, también el número de trayectorias MER ha sido objeto de debate entre los investigadores13,23,25,41. En teoría, un mayor número de pasajes de MER requeriría una mayor superficie de meninges abiertas, por lo tanto, un mayor volumen de fuga de LCR. De hecho, una simple comparación con la prueba de Kruskal-Wallis parecía confirmar esta hipótesis; sin embargo, dicho parámetro no alcanzó significación estadística en el análisis multivariado. En contraste con nuestros hallazgos, algunos autores sí reportaron una asociación entre el número de pistas utilizadas y mayores cantidades de neumoencéfalo (o cambio de cerebro)13,41. No obstante, en sus estudios se colocaron pistas adicionales durante las cirugías cuando la MER se consideró subóptima. Por lo tanto, la relación causal es difícil de demostrar, ya que las pistas adicionales colocadas pueden haber sido el efecto del neumoencéfalo formado previamente que estaba influyendo en la calidad de las grabaciones. Además, otros investigadores no encontraron asociaciones entre las dos variables23,25. En nuestro estudio, el número de pistas MER utilizadas por los dos institutos fue diferente: mientras que el instituto 1 comenzó los procedimientos con un solo microelectrodo (se agregaron más pistas para mejorar la localización del objetivo según fuera necesario), el instituto 2 siempre usó tres. No obstante, como se dijo anteriormente, la cantidad de aracnoides abierta en ambos institutos fue similar, y se adaptó para adaptarse potencialmente a múltiples pistas MER. Por tanto, habría sido difícil detectar una asociación entre el número de trayectos y el neumoencéfalo.

Somos los primeros en informar una diferencia significativa en términos de volúmenes de aire intracraneal entre objetivos. Más específicamente, dos objetivos exhibieron una diferencia significativa en comparación con el STN (que se utilizó como categoría de referencia en el análisis multivariante): el núcleo del lecho de la estría terminal y el hipotálamo posterior. Los primeros presentaban volúmenes de neumoencéfalo significativamente disminuidos con respecto a los segundos. Mientras que no encontramos ninguna explicación directa para los volúmenes más bajos de aire de DBS de BNST, es importante señalar que en ambos casos de estimulación hipotalámica se ingresaron los ventrículos. Por lo tanto, es posible que la penetración del sistema ventricular haya llevado a la redistribución del LCR a través del espacio subaracnoideo y, posteriormente, a su mayor pérdida por los agujeros de trepanación25. Tal interpretación ha sido reportada en la literatura también por Khan et al.25, aunque otros tres trabajos no encontraron asociación entre neumoencéfalo y penetración ventricular13,15,41. Debido a su ubicación anatómica específica, es probable que el hipotálamo sea un objetivo con mayor riesgo de penetración en el ventrículo en comparación con STN, GPI y VIM. La planificación cuidadosa de la trayectoria puede ser de suma importancia para evitar el neumoencéfalo en tales casos. Aunque tal resultado representa un hallazgo interesante, se debe tener cautela debido al pequeño número de casos analizados.

Si las dimensiones del agujero de trepanación y el número de trayectorias no fueron predictores significativos en el análisis multivariante, ¿por qué los volúmenes de aire fueron diferentes entre los dos centros? Se puede dar una explicación tentativa analizando las distribuciones de los dos predictores significativos (cirugía diana y unilateral versus bilateral): mientras que el instituto 2 incluyó solo STN y GPI DBS, el instituto 2 también realizó 16 casos de estimulación VIM (21,9%) que, después de BNST, represente el objetivo con el volumen medio de aire más bajo (Fig. 3). del mismo modo, el 90,5% de los implantes fueron bilaterales en el instituto 2, frente al 75,3% en el otro centro. A pesar de estas diferencias, no podemos excluir que diferencias no identificadas entre las técnicas quirúrgicas de los dos centros pudieran haber afectado los resultados.

Otro problema importante es el relacionado con la atrofia cerebral. Dado que los pacientes con grados más altos de atrofia cerebral tienen espacios subaracnoideos agrandados (y, por lo tanto, una mayor proporción de LCR/parénquima cerebral que sus contrapartes normotróficas), pueden tener un mayor riesgo de desarrollar neumoencéfalo41. En nuestro artículo, para encontrar un indicador que pudiera dar cuenta de la atrofia cerebral, identificamos la edad como un primer indicador de la misma; sin embargo, al incluir este parámetro en el análisis multivariante, no encontramos asociaciones significativas con el neumoencéfalo42. Asimismo, otros estudios que utilizaron otras estimaciones indirectas para la atrofia cerebral (es decir, el volumen ventricular) no informaron ninguna correlación14,15. Solo Azmi et al. al evaluar la relación entre el LCR extraaxial y el volumen intracraneal total, se identificó, por el contrario, una asociación significativa con la cantidad de entrada de aire; puede valer la pena adoptar este parámetro para analizar el cambio de cerebro durante DBS en el futuro41.

Como se indicó anteriormente, dado que la salida de LCR es un fenómeno dependiente de la gravedad, la cantidad de líquido que se pierde durante la cirugía está influenciada por el sitio de la trepanación craneal, que muchos centros colocan ligeramente por delante de la sutura coronal43,44. Estrictamente correlacionada con el sitio del orificio de trepanación, la inclinación de la cabeza en relación con la vertical local (determinada en gran medida por la gravedad) también es esencial para evaluar la cantidad de LCR sujeta a flujo de salida y, además, la dirección del cambio cerebral resultante13,22,24 . Considerando un paciente en decúbito supino, después de reemplazar el LCR, el aire se acumulará en los polos frontales provocando un desplazamiento posterior de las estructuras neurales a lo largo de un eje anteroposterior13,24. Por lo tanto, además del sitio de la trepanación craneal, la inclinación de la cabeza también se convierte en un factor importante para evaluar la cantidad de líquido sujeto a la salida y la fuerza que causa el cambio del cerebro.

Dado que en ambos centros los procedimientos se llevaron a cabo con el paciente en posición casi supina (por lo general, con solo una leve flexión cervical para mejorar la comodidad general) y el orificio de trepanación se colocó ligeramente por delante de la sutura coronal, no fue posible evaluar la efectos del sitio del agujero de trepanación y de la inclinación de la cabeza sobre el volumen de aire intracraneal. No obstante, creemos que planificar el procedimiento quirúrgico colocando la trepanación en el punto más alto del cráneo, puede ser una solución útil para minimizar la cantidad de aire que llena el espacio subdural12. Aunque la posición del agujero de trepanación puede variar solo hasta cierto punto, es posible regular la inclinación de la cabeza cambiando la posición del paciente. Utilizar una posición semisentada puede ser ventajoso desde este punto de vista porque reubica el agujero de trepanación en la parte superior del cráneo. Además de minimizar la cantidad de LCR encima del agujero de trepanación, la posición semisentada cambia la orientación del cerebro con respecto a la vertical local. En consecuencia, el aire se acumularía en la parte superior de la concavidad del cráneo dando como resultado una fuerza superior a inferior.

Algunas limitaciones importantes de nuestro estudio deben ser reconocidas. En primer lugar, el tiempo quirúrgico informado en los dos institutos no fue uniforme: mientras que el del instituto 2 corresponde al tiempo transcurrido desde la incisión de la piel hasta la sutura de la piel, el segundo incluye también el tiempo anestesiológico. Dado que el tiempo para los procedimientos anestesiológicos puede considerarse marginal durante las cirugías despierto en el instituto 1 (incluyó únicamente el intervalo necesario para el posicionamiento del paciente y las inyecciones de anestésico local), puede considerarse insignificante. Por el contrario, cuando se requería anestesia general, era más probable que se afectara la duración de la operación. Por lo tanto, entre las variables independientes analizadas en nuestro estudio, creemos que este sesgo puede haber sido una preocupación principalmente para los procedimientos dormidos versus despiertos. Aunque con el análisis multivariado se agregó un control DBS dormido versus despierto, es posible que tal sesgo haya influido parcialmente en los resultados. En segundo lugar, no examinamos en nuestro análisis la presión arterial, que algunos autores consideran un factor de riesgo potencial para el neumoencéfalo debido a los cambios de la PIC asociados con el ciclo cardíaco38. Por último, aunque BNST y el hipotálamo surgieron como predictores significativos de aire intracraneal, se debe tener precaución al interpretar estos resultados debido al bajo número de casos correspondientes analizados en nuestro conjunto de datos.

El tiempo operatorio y el uso de registros de microelectrodos intraoperatorios no influyen significativamente en la formación de neumoencéfalo durante los procedimientos de estimulación cerebral profunda. De manera similar, otros factores de riesgo potenciales (es decir, el tamaño de los agujeros de trepanación, el número de trayectorias de MER, la edad del paciente y la cirugía despierto versus dormido) no son predictores significativos del volumen de aire intracraneal. Diversamente, los implantes bilaterales tienen un riesgo significativamente mayor en comparación con los unilaterales de desarrollar neumoencéfalo. La ubicación del objetivo puede influir en el volumen de aire subdural (el núcleo del lecho de la estría terminal y el hipotálamo posterior pueden tener un riesgo menor y mayor de neumoencéfalo, respectivamente). Minimizar la entrada de aire en el cráneo durante los procedimientos DBS es crucial para garantizar una colocación precisa del cable. La creación de agujeros de trepanación en los puntos más altos del cráneo en relación con la posición intraoperatoria del paciente puede representar una forma eficaz de lograr este objetivo.

Los datos están disponibles del autor de correspondencia (GI) previa solicitud razonable.

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Los autores agradecen el apoyo de la Universidad de Milán a través de la iniciativa APC y al Prof. Luciano Iess por las explicaciones brindadas a los autores sobre los principios físicos de la salida del LCR.

Esta investigación no recibió una subvención específica de ninguna agencia de financiación en los sectores público, comercial o sin fines de lucro.

Estos autores contribuyeron por igual: Guglielmo Iess y Giulio Bonomo.

Departamento de Neurocirugía, Fundación IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, Milán, Italia

Guglielmo Iess, Giulio Bonomo y Vincenzo Levi

Universidad de Milán, Milán, Italia

Guglielmo Iess y Giulio Bonomo

Departamento de Neurorradiología, Fundación IRCCS Istituto Neurologico Carlo Besta, Milán, Italia

domenico aquino

Departamento de Neurocirugía, Instituto Ortopédico IRCCS Galeazzi, Milán, Italia

Guglielmo Iess, Edvin Zekaj y Domenico Servello

Departamento de Economía, Universidad de California, Los Ángeles, EE. UU.

federica mitad

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La preparación del material y la recopilación de datos estuvieron a cargo de GI, GB y EZ. La conceptualización y el diseño estuvieron a cargo de GI, DA y VL, mientras que el primer borrador del manuscrito fue escrito por GI y todos los autores comentaron las versiones anteriores del manuscrito. FM y GI llevó a cabo el análisis estadístico. DS revisó y validó el manuscrito final. Los autores afirman que el participante humano de la investigación dio su consentimiento informado para la publicación de la imagen en las Figs. 1 y 5.

Correspondencia a Guglielmo Iess.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Iess, G., Bonomo, G., Levi, V. et al. MER y el aumento del tiempo operatorio no son factores de riesgo para la formación de neumoencéfalo durante DBS. Informe científico 13, 9324 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30289-5

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Recibido: 20 de octubre de 2022

Aceptado: 21 de febrero de 2023

Publicado: 08 junio 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-30289-5

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