Применение нейронавигации в нейрохирургии
В середине и конце 20-го века в хирургический процесс постепенно внедрялись системы наведения изображения. В 1990-х годах, вместе с развитием современных компьютерных технологий и технологий позиционирования и отслеживания, появилась система нейронавигации — мост между современными технологиями визуализации и микроскопической нейрохирургией, и всего через несколько лет постоянного совершенствования и популяризации была представлена система нейронавигации. В сочетании с одновременным появлением хирургической техники «lock-hole», концепция нейрохирургии совершила качественный скачок и вступила в эру минимально инвазивной хирургии. Навигационная технология позволяет контролировать весь ход хирургической процедуры в виртуальном режиме реального времени с точностью менее 2 мм, что гарантирует удаление очага поражения с минимально возможным ущербом.
Нейронавигационная ассистированная хирургия
Нейронавигационная система, известная как безрамная стереотаксическая навигационная система, основана на мощной компьютерной технологии и программном обеспечении для обработки изображений, использует теорию технологии спутникового позиционирования для получения информации о положении головы пациента и хирургическом процессе во время операции с помощью технологии инфракрасного дистанционного зондирования, а также для расчета и отображения в реальном времени процесса операции, точного положения очага поражения и взаимосвязи окружающих структур в сравнении с данными изображений высокой четкости, таких как КТ и МРТ. В соответствии с физикой навигационного устройства, его можно разделить на инфракрасную навигацию и электромагнитную навигацию. Нейронавигационная система в настоящее время является самой идеальной системой для оказания помощи в нейрохирургии. Она имеет следующие преимущества: (i) сама навигационная система остается высокоточной на протяжении всей хирургической процедуры; (ii) благодаря постоянному совершенствованию, навигационная система уменьшилась в размерах и может быть легко размещена между операциями; (iii) она дешевле (по сравнению с интраоперационными открытыми МР-системами); (iv) она позволяет предоперационное планирование хирургического подхода или даже моделирование резекции; (v) интерфейс является открытым. Можно подключить широкий спектр устройств, таких как эндоскопы, биполя, микроскопы и т.д.; (6) можно применять почти все данные изображения, избегая интраоперационных повторных сканирований; (7) позволяет обновлять данные изображения, предоставляемые интраоперационными устройствами компенсации изображения (интраоперационная открытая МРТ, интраоперационное УЗИ и т.д.); и (8) может быть подключен к хирургическим роботам и соответствующему программному обеспечению для полностью автоматизированной роботизированной хирургии. Хотя навигационная система все еще является виртуальной системой отслеживания изображений в реальном времени, в настоящее время она является наиболее желательной системой для оказания помощи в нейрохирургии благодаря вышеперечисленным преимуществам.
Показания к применению
Нейронавигационная система может широко использоваться при цереброваскулярных заболеваниях, опухолях черепа, патологических биопсиях, удалении инородных тел, функциональной нейрохирургии, поражениях спинного мозга и позвоночника и т.д.
1. цереброваскулярное заболевание
(1) Кавернозная гемангиома: является абсолютным показанием для навигации. Этот тип заболевания в основном локализуется глубоко в паренхиме мозга, даже в таких фатальных областях, как ствол мозга и таламус, с историей рецидивирующих кровотечений. Большинство кавернозных гемангиом могут быть четко продемонстрированы на МРТ и КТ. Поэтому навигационные системы могут точно направлять хирургическую процедуру и, в сочетании с краниотомией «замкового отверстия» и подходом через сулькус, могут минимизировать повреждение нормальной ткани мозга и неврологической функции. Значение навигации заключается в том, что она обеспечивает точный план краниотомии, подтверждает расположение латеральной трещины и, в конечном итоге, точное расположение инсулярной коры; навигация обеспечивает точную фокусировку инсулярной кавернозной гемангиомы и локализацию соответствующих анатомических структур, после чего следует точное разделение латеральной трещины и минимально инвазивная манипуляция инсулярной коры с помощью навигации, позволяющая безопасно обнажить поражение. Следует отметить: некоторые очень маленькие кавернозные гемангиомы кровоточат, при этом остается только механизированная ткань, что в сочетании с длительностью времени между операцией и кровотечением может быть трудно отличить интраоперационно микроскопически от окружающей ткани мозга. Поэтому МРТ следует использовать в качестве навигационных данных, а КТ всегда следует проводить в течение 3 дней до операции, чтобы уточнить рассасывание кровоизлияния и знать о нем во время операции.
(2) Артериовенозные мальформации (АВМ): являются факультативными показаниями для навигации, где при более глубоких и небольших АВМ, расположенных в двигательных, сенсорных, языковых областях, таламусе и стволе головного мозга, навигация может обеспечить 3D визуализацию и уменьшить повреждение функциональной коры во время операции. Для АВМ с кровотечением в течение 1 месяца и еще не полностью рассосавшихся, в качестве навигационных данных следует использовать КТ-изображения. В случаях, когда кровотечение отсутствует или полностью рассасывается, в качестве навигационных данных рекомендуется усиленная магнитно-резонансная томография. Хирург, обладающий опытом навигации, может оказать большую помощь в реконструкции основных сосудов кровоснабжения и дренажа до операции.
(3) Артериовенозная фистула (DAVF): многие ученые считают, что эндоваскулярное вмешательство является лучшим вариантом для DAVF. Однако целесообразность и успех интервенционного лечения DAVF зависит от ряда факторов, таких как расположение фистулы, способ дренирования и первые симптомы; и в значительном числе случаев DAVF только эндоваскулярное вмешательство не дает удовлетворительных результатов. Ключом к микронейрохирургии при DAVF является точная идентификация патологического сосуда и последующее тщательное удаление кровоснабжающей артерии и дренирующей вены. Мелкие очаговые сосуды могут быть подвергнуты электрокаутеризации, в то время как более крупные очаговые сосуды должны быть зажаты. Последние исследования показали, что микрохирургия остается безопасным и эффективным вариантом лечения DAVF. С появлением нейровизуализации магнитно-резонансная артериография (МРА) может очень хорошо показать DAVF, особенно МРА с контрастным усилением (CEMRA). Применение МРА (TOFMRA) в качестве данных сканирования изображений легко импортируется в навигационную рабочую станцию и обеспечивает лучшую визуализацию патологических сосудов и точную локализацию. Навигация по изображениям более актуальна для поверхностного DAVF.
(4) Аневризмы: поскольку изображения, полученные при обычной ангиографии, не могут быть использованы в навигационной системе. Поэтому роль навигации как вспомогательного средства в хирургии аневризмы ограничена. При навигационной хирургии большинства аневризм предоперационное планирование более актуально, чем интраоперационное наведение изображения с использованием мощных возможностей навигационной системы по реконструкции трехмерного изображения. Преобразуя данные КТ и МРТ с лекарственным усилением в стереоскопические сосудистые изображения и открывая окно симуляционного изображения резекции в навигационной системе, можно визуализировать смежные отношения между аневризмой и окружающими нервами и сосудами в реальном хирургическом виде, проанализировать угол между аневризмой и несущей аневризму артерией, выбрать ипсилатеральную или контралатеральную краниотомию и принять решение о подходе через птеригоидную точку или надбровную дугу для выявления и клипирования аневризмы под оптимальным и безопасным углом. Для аневризм, расположенных в проксимальном отделе внутренней сонной артерии, глазничной артерии, позвоночной артерии и базилярной артерии, особенно необходим детальный предоперационный план с помощью навигационной системы. Навигационная помощь необходима при сложных аневризмах, таких как гигантские аневризмы, дистальная передняя мозговая артерия, задняя нижняя мозжечковая артерия (PICA) и передняя нижняя мозжечковая артерия (AICA). Бенвенути и др. в Италии успешно провели операцию по удалению внутричерепной аневризмы с помощью автоматизированной трехмерной спиральной компьютерной томографии с навигационной системой.
2. краниальные опухоли
(1) Глиома: Глиома, особенно астроцитома низкой степени злокачественности, является абсолютным показанием для навигации. Паренхимальные астроцитомы I степени трудно отличить от нормальной паренхимы мозга под микроскопом. На поверхности коры также нет явных аномалий, и даже опытным хирургам приходится несколько раз во время исследования брать ткань для быстрого криопатологического исследования, чтобы определить степень резекции. Если опухоль расположена вблизи функциональной зоны, это может предрасполагать к ненужному послеоперационному неврологическому дефициту. Поэтому для этого типа опухоли важна навигация. При глиомах с высокой степенью злокачественности расширенные данные МРТ следует использовать в качестве навигационного ресурса для полной резекции опухоли, если это возможно. После вскрытия твердой мозговой оболочки при кистозных глиомах необходимо тщательно определить расположение и протяженность опухоли с помощью навигации. После выхода кистозной жидкости происходит дрейф изображения, и точность навигации снижается. В последние годы, благодаря широкому использованию высокой напряженности поля и специальных возможностей сканирования, МРТ сделала навигацию более богатым источником данных и значительно расширила сферу применения навигации. Нимски и др. из Германии применили последовательность спин-эхо из 1,5Т МРТ для проведения МРТ с диффузионным тензором (ДТИ-МР) и интегрировали данные в навигационную рабочую станцию, четко показав пучок конусов. Были проведены множественные операции по удалению глиомы, послеоперационный неврологический дефицит уменьшился. При лечении глиомы двигательной зоны австралийские врачи использовали 3Т функциональную МРТ для картирования двигательных зон верхних и нижних конечностей и речи пациента, а также использовали навигацию с электростимуляцией двигательной коры для помощи в хирургическом удалении опухоли с хорошими результатами.
(2) Метастатическая карцинома: в основном располагается в подкорке, также является абсолютным показанием для навигации.
(3) Менингиома: Большинство менингиом являются абсолютными показаниями для навигации. Навигация при параназальных и выпуклых менингиомах позволяет определить местоположение и протяженность хирургического разреза, выявить сагиттальный синус, который смещается под давлением, максимально использовать кожные лоскуты и костные окна, а также избежать кровотечения из-за ошибок при краниотомии. Для менингиом, которые окружают или прилегают к важным сосудистым или неврологическим структурам, таким как менингиомы медиального птеригоидного гребня или мостомозжечкового угла (ММО), открытие перспективного окна навигации всегда может показать расстояние до сосудов, нервов и ствола мозга, эффективно избегая травмы.
(4) Аденома гипофиза: навигация может помочь в позиционировании во время транссфеноидальной хирургии аденомы гипофиза. Ранее транссфеноидальная хирургия проводилась под наблюдением рентгеновского аппарата с С-образным креплением. Из-за неудобства и радиоактивного загрязнения она постепенно была заменена навигационной системой. Обычные данные КТ или МРТ могут быть использованы в качестве навигационной информации для четкого определения положения основания седла интраоперационно, что позволяет избежать фатальных травм из-за непреднамеренного проникновения в наклонную кость. В последние годы в развитых странах начали использовать интраоперационную МРТ с низкой напряженностью поля (0,2Т) в сочетании с навигационной системой для транссфеноидальной резекции аденом гипофиза. Однако МРТ с низкой напряженностью поля может более четко показать только супраселлярную часть опухоли и имеет малое справочное значение для важных структур в парастернальном и кавернозном синусах. Поэтому использование МРТ с высокой напряженностью поля (3,0Т) в качестве исходных данных навигационной системы более полезно для хирургического лечения аденом гипофиза, особенно инвазивных аденом гипофиза, которые могут более четко показать важные структуры параметрия и кавернозного синуса и повысить ценность применения хирургической навигации.
(5) Другие: лимфома, сосудистая ретикулоцитома, опухоль нервной оболочки, герминогенная опухоль, воспалительная гранулема и т.д. являются селективными показаниями для навигации, особенно при глубоком расположении поражения.
3. биопсия
Пункционная биопсия является абсолютным показанием для навигации. Классические нейрохирургические биопсии выполняются с помощью каркасного стереотаксического инструмента, который может быть болезненным для пациента при предоперационной подгонке металлического каркаса. Современные навигационные системы имеют среднюю точность менее 2 мм, не требуют черепной рамы и обеспечивают многоугольное динамическое изображение процесса пункции, делая его более безопасным и точным. В результате навигационные системы должны полностью заменить рамочные стереотаксические инструменты в качестве оборудования для пункционной биопсии.
4. Функциональная нейрохирургия
После установки специального функционального нейрохирургического навигационного программного обеспечения и сопутствующих аксессуаров навигационная система может полностью заменить традиционный каркасный стереотаксический инструмент для выполнения деструкции паллидуса, резекции гиппокампа и других операций. Для пациентов с неразрешимой эпилепсией, которые не смогли ответить на фармакологическое лечение, общепризнано, что может быть использовано хирургическое лечение. Большинство хирургических подходов — это субхондральная резекция и частичная резекция гиппокампа. Хирургия с помощью навигации может значительно повысить точность и снизить процент хирургической инвалидности. Rydenhag и Silander из Швеции сообщили о 654 операциях, при этом более серьезные осложнения возникли лишь в 3,1% случаев.
5. Спинной мозг и спинальная хирургия
За последние пять лет новое поколение навигационных систем было оснащено пакетами программного обеспечения и специальными аксессуарами, позволяющими использовать навигационные системы в хирургии позвоночника и спинальной хирургии. Некоторые люди уже использовали эту технологию ранее, и на основе анализа 41 случая операций считается, что технология навигации может быть применена для хирургического лечения распространенных интрамедуллярных астроцитом, вентрикулярных менингиом, нейрофибромы, кавернозных гемангиом и других интрамедуллярных и экстрамедуллярных поражений, и может направлять фиксацию конусных арочных гвоздей, что может снизить вероятность хирургической травмы.
Разработки и проблемы в области нейронавигации
1. дрейф изображения
Смещение тканевых структур во время навигационно-ассистированной хирургии часто вызывает большую ошибку между изображением навигационной системы и реальным положением, т.е. дрейф изображения, также известный как смещение мозга, что является самым большим недостатком навигационной системы и в определенной степени влияет на точность навигации. Современные навигационные системы используют технологию отслеживания виртуального изображения в реальном времени. Это достигается в основном с помощью оптического цифрового зондирования, корегистрации и методов динамического позиционирования. Виртуальное изображение в реальном времени не является реальным интраоперационным изображением. Поэтому, несмотря на относительно фиксированный метод соединения и высокую скорость и точность компьютерных расчетов, отклонения между навигационным изображением и реальной структурой неизбежны. Автор считает, что наиболее важным аспектом хирургической навигационной системы является определение местоположения и границ поражения, что позволяет минимизировать травмы медицинского происхождения. Поэтому незначительное смещение изображения или смещение изображения после обнаружения поражения имеет ограниченное влияние на операцию и может быть преодолено благодаря богатому клиническому опыту хирурга.
2. Классификация дрейфа изображения
(1) Системное смещение изображения: т.е. смещение изображения, вызванное ослаблением опорного кольца, соединяющего стент, бабку или смещением позиционирующих маркеров.
(2) Структурный дрейф изображения: т.е. дрейф изображения, вызванный высвобождением спинномозговой жидкости или жидкости капсулы поражения, удалением поражения или ткани мозга, что приводит к смещению внутричерепных структур во время операции, когда ошибка дрейфа изображения вызвана структурой. В случае системного дрейфа изображения основной причиной является снижение стабильности навигационного и хирургического оборудования. Поэтому его можно полностью избежать или исправить следующими методами Строгое следование протоколам хирургической навигации на каждом этапе операции, особенно после обнажения черепа, всегда сначала сверление 4 меток микросверлом вне области костного окна и регистрация точных точек позиционирования. Было показано, что повторная регистрация этих 4 точек исправляет большинство систематических смещений изображения. Важно не прилагать чрезмерных усилий при сверлении костных отверстий, так как это может привести к смещению каркаса головы с головы пациента или даже к ослаблению каркаса головы. Здесь рекомендуется использовать высокоскоростную пневматическую дрель, просверлить отверстие, а затем вскрыть костный лоскут фрезой. Практика показала, что не было случаев систематического смещения изображения в результате бурения с использованием этого метода. При установке цефалической рамы костные шипы не должны располагаться слишком близко к позиционным маркерам, они должны находиться на расстоянии более 2 см друг от друга, иначе при вкручивании они будут смещать скальп и маркеры, вызывая смещение изображения. После этого маркеры возле костного шипа следует удалить, а кончик носа, внутренний и внешний контур глаза использовать в качестве дополнительных маркерных точек для повторной и совместной регистрации. Чтобы обеспечить успех этого метода, 3D-модель должна быть создана с максимально гладкой и четкой моделью кожи головы. Структурный дрейф изображения много обсуждался зарубежными учеными, и считается, что он происходит в зависимости от положения пациента, открытия желудочковой системы, выхода пораженной кистозной жидкости и объема удаленной опухоли или ткани мозга. При таком типе дрейфа имиджа основное внимание уделяется профилактике. Поэтому рекомендуется.
① Избегайте предоперационной люмбальной пункции или интраоперационной вентрикулярной пункции для дренирования спинномозговой жидкости; чрезмерное выделение спинномозговой жидкости может вызвать значительное смещение изображения. Некоторые ученые считают, что отказ от обезвоживающих препаратов может предотвратить дрейф образа. Однако автор обнаружил, что соответствующее использование обезвоживающих препаратов и введение 250 мл маннитола в быстрой седативной капельнице после обнажения черепа не привело к дрейфу изображения, который существенно повлиял на дальнейшую навигацию.
(ii) При опухолях с кистозными изменениями избегайте пункции для высвобождения кистозной жидкости до тех пор, пока местоположение опухоли не станет ясным. (ii) Попытайтесь найти или удалить солидную часть опухоли под навигацией.
(iii) При опухолях, расположенных глубже, старайтесь не удалять нормальную ткань мозга.
При кортикальных фистулах старайтесь выбирать в качестве места фистулы естественную мозговую борозду, чтобы уменьшить объем удаляемой ткани и тем самым минимизировать дрейф изображения. Структурное смещение изображения может быть исправлено только путем компенсации изображения при сканировании в реальном времени. Для этого существует три основных метода.
① 3D ультразвуковые системы могут очень хорошо определять изображения локализованных маркеров и облегчают обнаружение дрейфа изображения. Однако они плохо визуализируют существенные структуры. Следовательно, дрейф иногда не полностью исправляется.
(ii) Интраоперационные КТ-сканы, которые обеспечивают более удовлетворительную информацию о компенсации изображения для навигационной системы, не дают точных данных для небольших поражений. А из-за радиоактивного загрязнения хирургический медицинский персонал обязан носить защитную одежду, что не способствует работе.
Интраоперационная открытая МРТ, которая в последние годы быстро развивается в развитых странах, может обеспечить очень точную компенсацию изображения в реальном времени и является самым идеальным методом для устранения дрейфа изображения, но стоит дорого. Навигационная система стала незаменимым дополнением к современной нейрохирургии.