Cranial nerve tractography : state of the art, development, and application in skull base tumor surgery

Apparue à la fin des années 1990, la tractographie utilise le signal diffusion de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour détecter l’orientation préférentielle des molécules d’eau et reconstruire l’architecture des tissus biologiques, notamment celle des fibres blanches intra cérébrales. Cette technique a suscité l’engouement de la communauté scientifique en permettant, pour la première fois, l’étude in vivo non invasive des structures anatomiques, et en particulier celle du cerveau. Néanmoins, la description de la trajectoire des fibres blanches reste imprécise dans les zones de croisement de fibres et pour les faisceaux de petite taille comme les nerfs crâniens. De multiples méthodes sont développées aux différents étapes d’acquisition et de post-traitement afin d’améliorer la résolution spatiale et angulaire et augmenter la précision de la reconstruction des fibres. En pratique clinique, la détection de la trajectoire des nerfs crâniens déplacés au contact des tumeurs de la base du crâne pourrait apporter une aide significative dans la stratégie chirurgicale et améliorer le résultat fonctionnel pour les patients.Après avoir rappelé les notions fondamentales nécessaires à la compréhension de chaque étape de la tractographie, nous en présentons l’ « état de l’art » dans le cas particulier des nerfs crâniens. A partir de 21 études de la littérature scientifique, nous détaillons tous les paramètres d’acquisition et de tracking, les algorithmes de reconstruction, le design des régions d’intérêt et le filtrage. Puis, nous développons notre propre pipeline de tractographie et montrons son impact sur la prise en charge chirurgicale à travers une série de 62 cas de tumeurs variées de la base du crâne et 2 vignettes cliniques illustratives. Enfin, nous proposons une nouvelle approche, la full-tractography, avec une utilisation potentielle en routine clinique, notamment lors du planning pré-chirurgicalTractography is a recent imaging tool that used the diffusion signal from the magnetic resonance imaging (MRI) to detect the preferential orientation of water molecules within the tissues and particularly along white fibers of the brain. This technique has caught the attention of the scientific community describing non-invasively the in vivo white matter architecture. Nonetheless, its application to fiber crossing areas or to small-scale structures, such as cranial nerves, remains inaccurate. New methods are being developed for both the acquisition and post-processing steps to provide a higher angular and spatial resolution imaging, and improve the reconstruction of fibers. In the clinical setting, the detection of the trajectory of the cranial nerves displaced by skull base tumors could be a relevant asset for the surgical strategy and the functional outcome. After reminding the basics to understand each step involved in tractography, we present the current state-of-the-art for application to cranial nerves. From 21 selected studies, we report all parameters of acquisition and tracking, algorithms of reconstruction, the design of the regions of interest, and filtering. We then develop our tractography pipeline and show its value for the surgical management through a 62 case series of various skull base tumors and two clinical images. Finally, we propose a new full-tractography approach that could be implemented in routine, notably for presurgical plannin