Отделение функциональной нейрохирургии, больница Сюаньву, Столичный медицинский университет
Цяо Лян Ли Юнцзе
Термин «нейронавигация» происходит от навигации, под которой понимается опора на системы позиционирования в реальном времени в навигации или наземной навигации для выбора простого и безопасного маршрута к точному пункту назначения. Аналогичным образом, концепция и принципы навигации применяются в нейрохирургии, где компьютерная обработка изображений и отслеживание хирургических инструментов могут помочь хирургам оптимизировать хирургический подход и точный диапазон операций, в процедуре, известной как нейрохирургия с навигацией. Помимо нейрохирургии, навигационные технологии сегодня используются в ряде областей, таких как отоларингология, пластическая хирургия, урология и ортопедия, и играют все более важную и уникальную роль в хирургической практике. В нейрохирургии методы навигации также применяются в таких основных отраслях, как опухоли мозга, сосудистые мальформации, спинальная и функциональная нейрохирургия, и стали одним из незаменимых инструментов. В данной статье представлен обзор истории, принципов и применения нейронавигации с акцентом на ее клиническое значение в функциональной нейрохирургии. Цяо Лян, отделение функциональной нейрохирургии, больница Сюаньву, Столичный медицинский университет
История нейронавигации
Концепция навигации была впервые представлена в 1907 году Хорсли и Кларком на мелких животных. В 1947 году Спигал и Уайсис успешно локализовали мягкие ткани с помощью техники «пневмоэнцефалографии» и стали пионерами в использовании навигации в хирургии человека. В тот же период Лекселл и Рихерт в Швеции и Талайах во Франции также разработали собственные методы локализации на основе проекционных методов визуализации, а с 1950-х по 1960-е годы методы навигации на основе планарных изображений широко использовались при таламотомии. Позднее появление компьютерной томографии, сделавшей реальностью трехмерные изображения, дало серьезный толчок развитию навигационных методов. В 1986-1987 годах Ватанабе, Робертс и Базель практически одновременно разрабатывали различные навигационные системы. В последующие два десятилетия технология нейронавигации получила быстрое развитие и широкое распространение благодаря появлению многих передовых методов медицинской визуализации, таких как функциональная МРТ, МРТ-диффузионная тензорная визуализация (МРТ-ДТИ), МРТ-диффузионно-взвешенная визуализация (МРТ-ДВИ), МРТ-спектральный анализ (МРС), МРТ-перфузионная визуализация (PWI) и МРТ-периметрия. визуализации (PWI), визуализации магнитных источников (MSI), магнитоэнцефалографии (MEG), позитронно-эмиссионной томографии (PET), интраоперационного ультразвукового исследования, интраоперационной КТ/МРТ и разработки методов электрофизиологического мониторинга. В дополнение к достижениям в технологии формирования изображений, методы позиционирования в навигационных системах также становятся все более сложными (подробнее см. раздел «Принципы»).
Принципы нейронавигации
Ядро хирургической навигационной системы состоит из двух компонентов: визуализации и позиционирования (рис. 1), которые подобны «карте» и «компасу» в навигации, соответственно. Сначала на навигатор передаются данные медицинской визуализации, которые могут включать компьютерную томографию (КТ), магнитно-резонансную томографию (МРТ), позитронно-эмиссионную компьютерную томографию (ПЭТ), цифровой сосудистый силуэт (DSA) и так далее. Двухмерные данные анализируются и обрабатываются компьютером навигатора для получения трехмерного изображения, которое служит «картой» для навигации по процедуре. Затем фактическое положение головы пациента в операционной регистрируется с 3D-изображением головы пациента в навигаторе. Важно отметить, что базовое изображение пациента в системе нейронавигации может быть интегрировано с другими изображениями (например, функциональной МРТ, магнитоэнцефалографией и т.д.) и электрофизиологическими экспериментами (например, картированием коры головного мозга с помощью электростимуляции), так что нейронавигация может не только помочь в разработке хирургического подхода, но и уменьшить или избежать интраоперационного повреждения функциональных зон и снизить хирургические осложнения. Это позволяет с помощью нервной навигации не только помочь в разработке хирургического подхода, но и уменьшить или избежать интраоперационного повреждения функциональных зон и снизить хирургические осложнения. На рисунке 1 показана нейронавигационная система StealthStation компании Medtronic, используемая в отделении функциональной нейрохирургии больницы Сюаньву.
Рисунок 1. Состав устройства нейронавигатора (пример нейронавигационной системы StealthStation производства Medtronic, используемой в отделении функциональной нейрохирургии больницы Сюаньву).A: секция обработки изображений, секция отображения; B: секция позиционирования.
После регистрации относительное пространственное положение хирургических инструментов в мозге пациента зависит от сигналов, испускаемых устройством пространственного позиционирования навигатора, которые улавливаются и обрабатываются, могут отображаться в реальном времени на экране компьютера и использоваться для руководства оператором в выборе подхода к целевому участку/целевой области и хирургической операции в целевом участке/целевой области. Сигнализация между нейрохирургическими инструментами и устройством пространственного позиционирования навигатора может принимать различные формы, включая механическое, ультразвуковое, электромагнитное и оптическое (инфракрасное) позиционирование. Наиболее широко используемой формой неврологической навигации является оптическое позиционирование (включая систему StealthStation, используемую в настоящее время в нашем отделении), где инфракрасный светодиод на хирургическом инструменте используется в качестве измерительной цели, а CCD-камера (камера прибора с зарядовой связью) используется в качестве датчика для расчета положения хирургического инструмента.
Применение нейронавигации
С момента своего изобретения технология нейронавигации становится все более совершенной и используется во многих отраслях нейрохирургии, таких как опухоли головного мозга (глиомы, менингиомы, метастазы, лимфомы и т.д.), цереброваскулярные мальформации, хирургия эпилепсии (эпилептогенез, каллозотомия) и имплантация глубоких электростимуляторов мозга.
В отечественной и зарубежной литературе сообщается о положительном влиянии нейронавигации в различных нейрохирургических процедурах с точки зрения точной локализации поражения, оптимального хирургического доступа, увеличения частоты полного иссечения поражения и снижения послеоперационных осложнений. Например, в работе, опубликованной в 1999 году, Джон Уодли, британский нейрохирург, использовал проспективный дизайн исследования для анализа использования нейронавигации в 300 нейрохирургических процедурах в течение 2 лет (1998-1999 гг.). 300 процедур нейронавигации охватывали несколько направлений нейрохирургии и разнообразные нейрохирургические процедуры, включая 163 краниотомии, 53 стереотаксические биопсии, 7 нейроэндоскопий и 37 сложных процедур на основании черепа. Анализ патологической типизации включал 98 глиом, 64 менингиомы и 23 метастаза. В ходе исследования было установлено, что 99% нейрохирургов смогли повысить свою уверенность в процедуре благодаря использованию навигации, а 95% нейрохирургов считают, что использование методов нейронавигации превосходит традиционную хирургию в этих случаях. Кроме того, доктор Эболи из Швеции сообщил об успешном использовании нейронавигации при транссфеноидальной аденомэктомии гипофиза.
Подобные результаты также были получены в соответствующих исследованиях в Китае. Например, в 2004 году доктор Мэн Сянхуэй, нейрохирург из 301-го госпиталя Народно-освободительной армии, сообщил о результатах 22 нейрохирургических операций с использованием нейронавигации, включая глиомы (14 случаев), менингиомы (2 случая), кавернозные гемангиомы (4 случая), лимфомы (1 случай) и метастазы (1 случай). В заключение следует отметить, что нейронавигация до настоящего времени использовалась более широко как на национальном, так и на международном уровне, охватывая различные заболевания и типы операций.
Использование нейронавигации в функциональной нейрохирургии
По сравнению с другими отраслями нейрохирургии, использование нейронавигации в функциональной нейрохирургии появилось относительно недавно, но уже показало свою ценность и положительное значение как одного из важнейших инструментов в современной функциональной нейрохирургии. Хирургия эпилепсии является важной отраслью функциональной нейрохирургии. Как и при резекции опухоли, фокальная резекция при эпилепсии позволяет не только разработать оптимальный хирургический подход с помощью методов нейронавигации для минимизации хирургической травмы и точной локализации поражения, но и, что более важно, позволяет интегрировать функциональную визуализацию и электрофизиологические данные для адекватного удаления эпилептогенного очага с сохранением моторных, сенсорных или речевых зон, снижения послеоперационных осложнений и улучшения качества жизни пациента. В 2001 году Ру опубликовал статью в журнале Neurosurgery, посвященную объединению результатов функциональной визуализации и электрической стимуляции коры головного мозга в нейронавигации. Другой пример — хирургия височной эпилепсии: в 2000 году Вурм предложил селективную амигдологиппокампэктомию с нейрогидированием — метод, обеспечивающий точное и селективное иссечение при минимальном повреждении коры головного мозга и кровеносных сосудов.
Кроме того, каллозотомия мозолистого тела является паллиативной процедурой, которую следует рассмотреть при генерализованной рефрактерной эпилепсии, особенно при атонических припадках. В статье 2008 года в журнале Neruosurgery Focus детский нейрохирург Джеа предполагает, что использование нейронавигационной системы может помочь хирургу определить объем разреза (полный или частичный) и выбрать полушарную сторону операции (чтобы защитить парабрахиальную вену верхнего сагиттального синуса) во время каллозотомии мозолистого тела. В заключение следует отметить, что нейронавигация, наряду с нейромониторингом, признана одним из основных инструментов в современной хирургии эпилепсии и незаменима для повышения успешности процедуры и снижения послеоперационных осложнений.
Глубокая стимуляция мозга (DBS) — это минимально инвазивный нейрохирургический подход. При этом используется стереотаксический подход для точной локализации и имплантации электродов в определенные целевые точки мозга для высокочастотной электростимуляции. Это изменяет возбудимость соответствующих ядер для улучшения симптомов. Эффективность глубокой электростимуляции мозга при двигательных расстройствах зависит от ряда факторов, включая правильный выбор пациента и точное размещение электродов, последнее традиционно достигается с помощью каркасной стереотаксической хирургии (стереотаксии). Последнее традиционно достигается с помощью рамочной стереотаксии.
Если нейронавигация используется при глубокой электростимуляции мозга, хирург может подтвердить хирургический путь на экране компьютера в реальном времени, не полагаясь на головную раму, а только с помощью беспроводного инфракрасного позиционирования. Пациенту достаточно закрепить на голове несколько маркеров, что доставляет меньше дискомфорта и стресса, а также облегчает движение и сотрудничество во время интраоперационного теста электростимуляции, который называется безрамной DBS. По сравнению с бескаркасной стереотаксической хирургией, бескаркасная DBS имеет явные преимущества в плане комфорта пациента и сокращения оперативного времени. Более зарубежные исследователи считают эти два метода эквивалентными с точки зрения точности, т.е. новая бескаркасная DBS также обеспечивает удовлетворительную точность при размещении электродов. В настоящее время в Китае еще не сообщалось о традиционном каркасном стереотаксическом подходе к DBS в сравнении с бескаркасным DBS. Учитывая очевидные преимущества бескаркасной DBS (с использованием технологии нейронавигации) с точки зрения комфорта пациента и сокращения времени операции, в будущем стоит проводить больше клинических применений и соответствующих исследований.
В дополнение к хирургии эпилепсии и глубокой электростимуляции мозга, технология нейронавигации также использовалась для лечения других функциональных нейрохирургических состояний, таких как электростимуляция моторной коры при нейропатической боли и размещение катушки для транскраниальной магнитной стимуляции для пациентов с хронической болью и депрессией, демонстрируя широкий спектр применения и важную клиническую и научную ценность. Например, при применении стимуляции спинного мозга для лечения нестерпимой боли нейронавигация может помочь в локализации сегментов позвоночника. При лечении невралгии тройничного нерва с помощью радиочастотной термокоагуляции нейронавигация может обеспечить своевременную и динамическую индикацию места хирургического вмешательства, гарантируя точное позиционирование и минимальное повреждение.
Ограничения нейронавигации
Структуры мозга могут смещаться во время нейронавигации по различным причинам, поэтому положение хирургических инструментов, определенное навигацией на основе предоперационного сканирования и регистрации, может отличаться от истинного положения, что известно как дрейф изображения (также известный как смещение мозга), который происходит в 66% случаев. Для решения этой проблемы можно провести интраоперационную МРТ или МРТ в реальном времени, чтобы устранить это несоответствие. Кроме того, практический опыт минимизации потери спинномозговой или кистозной жидкости до достижения целевой точки может значительно снизить частоту смещения и влияние на точность хирургического вмешательства, но приобретение этих навыков зависит от адекватной технической подготовки и клинического опыта.
Подведение итогов
С ростом популярности микронейрохирургии и концепции минимально инвазивного лечения, вспомогательная роль нейронавигационных систем в нейрохирургии становится все более заметной, чтобы лучше защитить неврологические функции пациентов и улучшить качество их жизни после операции. Сегодня нейрохирургия во многих зарубежных больницах использует технологию нейронавигации в качестве рутинного дополнения, и применение нейронавигации в Китае также расширяется, особенно в области функциональной нейрохирургии, где она показала большую прикладную и исследовательскую ценность. Как и любой технический инструмент, нейронавигация имеет как уникальные преимущества, так и ограничения. Адекватное изучение, практика, исследования и развитие методов нейронавигации будут способствовать большим достижениям в нейрохирургии, включая функциональную нейрохирургию.
Ссылки (опущены)