Wat is neuronavigatie?

Terug naar de homepage
Terug naar het info overzicht

Inleiding

Neurochirurgie is een intellectuele en fysische oefening in de driedimensionale (3-D) ruimte. Sedert de pionierstijd hebben geneesheren, wetenschappers en industrie samengewerkt om instrumenten te ontwerpen die het risico van de navigatie door het driedimensionale volume van de hersenen tijdens ingrepen zouden kunnen beperken. Hierbij is het ultieme doel de neurochirurg een precisie en veiligheid te bieden zodat hij anders onbereikbare gedeelten van de hersenen kan bereiken en voorheen onbehandelbare afwijkingen kan behandelen.
Neuronavigatie of interactieve beeldgeleide chirurgie wordt ook 'kaderloze stereotaxie' genoemd. Meteen is het duidelijk waar de 'roots' liggen van deze technologie. Stereotaxie betekent letterlijk 'aanraken in de ruimte' en heeft tot doel met hoge precisie een doelwit in de 3-D ruimte, in casu de hersenen, te bereiken.
In de pionierstijd van de stereotaxie werden atlassen van de hersenen aangelegd waar gemiddelde afstanden werden vastgelegd tussen de structuren die men wou bereiken en structuren die men radiografisch kon vastleggen. Hierbij wordt reeds duidelijk dat evolutie van de stereotaxie en de daarop volgende neuronavigatie onafscheidelijk verbonden en bepaald zijn door de mogelijkheden die de beeldvorming kan bieden.
Essentieel voor het slagen van een stereotactische ingreep, het ging op dat ogenblik enkel om functionele stereotaxie, was de aanwezigheid van een vaste referentie waarop alle berekeningen betrouwbaar konden gebaseerd worden. De oplossing hiervoor was een rigide kader dat op het hoofd van de patiënt werd vastgemaakt en beeldvorming toeliet. De toepassing van stereotaxie in de functionele neurochirurgie kent hedendaags een 'revival'.
De grootste veranderingen in de neurochirurgie werden veroorzaakt door de snelle evolutie in de medische beeldvorming. Initieel door CT scan, later door MR konden de hersenen zo nauwkeurig in kaart worden gebracht dat iedere vergelijking met de 'pionierstijd' onmogelijk wordt.
Eén van de gevolgen van deze betere beeldvorming is dat kleine letsels vroeger worden gediagnosticeerd maar ook dat men, voornamelijk met de MR, de tumorgrenzen en hun relatie tot de omgevende anatomische structuren nauwkeurig kan bepalen.
Dit brengt duidelijk een grotere druk op de neurochirurg aangezien men van hem verwacht dat hij deze kleinere letsels probleemloos kan verwijderen, maar men zal dit ook verwachten voor grotere letsels die volgens de beelden nog 'gunstig' liggen. Tevens moet dit ideaal gebeuren zodat dit voor de patiënt met minder postoperatieve gevolgen en eventueel met een langere overleving gepaard gaat.
Zoals reeds in het begin aangehaald is neurochirurgie een keuroefening in driedimensionale oriëntatie. Traditioneel zal de neurochirurg mentaal een reconstructie maken van het letsel afgaande van de beelden en dit overbrengen naar de patiënt waarbij hij gebruik maakt van anatomische referentiepunten. Vervolgens worden er klassiek grote botluiken gemaakt om zeker de grenzen van de tumor te overlappen en om een beter overzicht te verkrijgen van de hersenanatomie. Tumoren zijn vaak niet zichtbaar aan het hersenoppervlak en hierdoor is het mogelijk dat kleine oriëntatiefouten tot gevolg hebben dat kleine diep gelegen tumoren moeilijker worden gevonden of zelfs gemist worden. Verder zijn de grenzen van de tumor, vooral in het geval van de gliale tumoren, vaak niet goed te onderscheiden van het normale hersenweefsel zodat het bepalen van het klievingsvlak niet altijd gemakkelijk is. Beoordelingsfouten kunnen grote gevolgen hebben voor de patiënt zowel door nutteloze schade aan gezonde hersenstructuren als door onvoldoende tumorale resectie.
In de 'nieuwe era' van CT en MR werd aan de neurochirurg de mogelijkheid geboden om de precisie van de stereotaxie te gebruiken, nu niet meer voor functionele doeleinden, maar wel voor de resectie van moeilijk gelegen letsels.
De voordelen van de aanwending van stereotaxie zijn duidelijk : de neurochirurg wordt na bepalen van het doelwit door zeer precies geleid tot op het letsel. Het groot nadeel blijft echter dat het stereotactisch kader dat op het hoofd van de patiënt gefixeerd is en zo hinderlijk kan zijn voor het maken van het botluik. Daarenboven kan men praktisch slechts een beperkt aantal en meestal slechts één 'target' instellen.
Er werden een aantal oplossingen gezocht om zonder het stereotactische kader te werken en om meer informatie te winnen uit de beeldvorming vóór en tijdens de ingreep. Deze idealen kon men bereiken door het aanwenden van gevorderde computertechnologie en toepassingen uit de robotica.

Het begin

Op 7/2/1996 : INTRODUCTIE VAN HET EERSTE NAVIGATIESYSTEEM IN DE BENELUX DE 'ISG' VIEWING WAND
De 'ISG Viewing Wand' was op dat ogenblik een van de betere interactieve 'neuronavigatiesystemen'.

TECHNISCHE ASPECTEN

Essentieel bestaat de 'ISG Viewing Wand' uit twee onderdelen die met elkaar worden verbonden. Enerzijds is er een console met beeldscherm, computer en randapparatuur voor gegevensoverdracht en anderzijds een 'robotarm' die een instrument kan dragen. Overeenkomstig de tip van dit instrument kunnen op het beeldscherm onmiddellijke reconstructies van de beeldvorming worden gemaakt in de drie vlakken. Zo heeft men een onmiddellijke feed-back van de ruimtelijke positie tijdens de operatie.
1) Preoperatieve planning
Alle patiënten ondergaan daags vóór de ingreep een MRI of CT scan met contrast van de ganse schedel. Voordien worden merktekens op het hoofd gekleefd die zichtbaar zijn op de beelden. De beelden worden getransfereerd naar het ISG Viewing Wand Planning Systeem (ISG Technologies, Mississauga, Ontario) ofwel vanaf een optische schijf of magnetische band ofwel door een rechtstreekse Ethernet verbinding. De computer is een Hewlett Packard Apollo serie 750 die gebruik maakt van het Unix systeem V. Dit systeem laat toe de beelden op te slaan voor later gebruik tijdens de ingreep en van 3-D reconstructies te maken van het hoofd en doelwit. De CT of MRI beelden kunnen onbeperkt op het scherm worden gereconstrueerd in axiaal, coronaal of sagittaal plan of als driedimensionale oppervlakken. De huidcontours worden bepaald zodat ook de uitwendig aangebrachte merktekens zichtbaar zijn.
2) Heelkundige ingreep
Nadat de patiënt onder narcose is gebracht wordt het hoofd gefixeerd aan de operatietafel en vervolgens verbonden met een gearticuleerde arm met 6 vrijheidsgraden (FARO Medical Technologies, Orlando Fl) waarop een wijzer ('wand') kan geschroefd worden. De gewrichten bevatten elektrogoniometers die de positie van de arm continu doorgeven aan het computersysteem. De anatomische positie van het hoofd van de patiënt wordt geregistreerd en gecorreleerd met de computerbeelden. Dit gebeurt door de tip van de wijzer te gebruiken als referentiepunt, de uitwendig aangebrachtte merktekens aan te duiden en te laten coïncideren met de overeenkomstige merktekens op de computerbeelden. Men kan ook werken zonder merktekens en uitsluitend anatomische referentiepunten invoeren zoals de top van de neus, canthus internus of externus en tragus. In dit laatste geval zal men daarenboven nog 40 à 50 oppervlaktepunten bepalen over de ganse schedel. De computer bepaalt dan de beste overlapping met de beelden. Er wordt op die manier een zeer aanvaardbare precisie bereikt van gemiddeld 1 - 4 mm. Nadat deze registratie is verricht wordt over de "robotarm" een steriele hoes gebracht en wordt de patiënt zoals gebruikelijk ontsmet en afgedekt met steriele velden.
3) Huidincisie en botluik
Afhankelijk van de lokalisatie van het letsel worden in de neurochirurgie 'klassieke' huidincisies en botluiken gebruikt. Deze zijn meestal aanzienlijk groter dan het letsel om zeker te zijn dat dit letsel binnen de grenzen van de craniotomie gelegen is. Door het gebruik van de Viewing Wand is het mogelijk zowel de huidincisie als het botluik te herleiden tot het strikt noodzakelijke. Men kan op die manier kleine lineaire incisies maken en goed gecentreerde botluiken omdat men zeker is dat uitbreiding van de craniotomie niet nodig zal zijn.
Wanneer de huid ingesneden is en het schedelbot vrijgemaakt zullen er vier referentiepunten worden bepaald en geregistreerd. Deze zullen toelaten eventuele bewegingen van het hoofd vast te stellen tijdens de operatie en een correctiefactor toe te passen.
4) Bepalen van de ligging van de tumor en resectie
Na incisie van de dura wordt de plaats van de tumor bepaald. Vaak zijn tumoren niet zichtbaar aan de corticale oppervlakte en zal met de "Wand" het beste transparenchymateuze traject worden bepaald. Het is ook op dit ogenblik dat de grenzen van grotere tumoren worden vastgesteld. Naarmate de resectie zal vorderen kunnen er secundaire hersenverplaatsingen optreden zodat de registratie niet meer juist is. De beelden worden immers niet opnieuw gemaakt tijdens de operatie.
De 'ISG Viewing Wand' werd in het OLV in gebruik gedurende 5 jaar. Er werden met behulp van dit systeem meer dan 250 ingrepen uitgevoerd. Een gedetailleerde analyse bij de eerste 35 patiënten werd gepubliceerd in het Tijdschrift voor Geneeskunde 53: 1601-1607. De besluitvorming kan best samengevat worden als volgt.

ANALYSE VAN DE ERVARING MET DE ISG VIEWING WAND

Vanuit onze ervaring met planningssystemen voor stereotactische bestraling was het bekend dat integratie en manipulatie van radiologische beelden met de huidige computertechnologie mogelijk is op een zeer snelle en efficiënte manier. De toepassing van deze mogelijkheden in de operatieve neurochirurgie werd mogelijk gemaakt door het gebruik van een tussensysteem dat toelaat de juiste ruimtelijke positie van het hoofd te laten overeenstemmen met deze beelden. In het geval van de ISG Viewing Wand (1,4,8) is dit een gearticuleerde 'robotarm' waarvan het uiteinde in de ruimte wordt gedefinieerd. Doordat het systeem een precisie heeft van ² 2 mm (9) is de toepassing in de neurochirurgie mogelijk. Zo ontstaat een continue wisselwerking tussen neurochirurg en beeldvorming reeds bij de preoperatieve planning. Tijdens het verwerken van de beelden in de drie orthogonale vlakken en het maken van huidcontours kunnen de diverse toegangsroutes worden bekeken uit verschillende hoeken en de verhoudingen naar de omliggende structuren bepaald. Men kan bijvoorbeeld zeer nauwkeurig de plaats van een veneuze sinus, de Sylvische groeve, grote bloedvaten of n.opticus bepalen. Tijdens de ingreep zal de grootte van het botluik en zijn verhouding tot het letsel juist worden geëvalueerd. Dit geldt niet alleen voor het maken van zeer kleine toegangswegen maar ook voor het verwijderen van zeer grote letsels. Daarna is het geleidingssysteem zeer nuttig zowel voor het vinden van kleine letsels als voor het maken van klievingsvlakken langs grotere, maligne tumoren. Anatomisch belangrijke structuren kunnen tijdig geïdentificeerd worden en schade vermeden (b.v. a. carotis in een tumor).
De Wand kan aangewend worden voor verwijderen van zowel supra- als infratentorieel gelegen tumoren, tumoren van de schedelbasis en vasculaire afwijkingen (3,5,6). Er is ook ervaring met de heelkundige behandeling van epilepsie (7) en in de geïnstrumenteerde spinale chirurgie (2) en meer in het bijzonder bij de verschillende osteosynthesetechnieken. Samenvattend gaat het vooral over het plaatsen van pediculaire schroeven lumbaal, cervikaal en het fixeren van densfracturen. Het 'fluoronav' systeem van SD is hier wel baanbrekend.
Het voornaamste nadeel is het mogelijke verlies van ruimtelijke nauwkeurigheid tijdens de operatie. Vooral bij de resectie van grotere gliale tumoren zullen er verschuivingen ontstaan zodat de gemeten oriëntatiepunten niet meer overeenkomen met de werkelijkheid. Dit kan ook niet anders vermits de beelden niet 'real-time' zijn.
Tenslotte kan de Viewing Wand niet worden toegepast als de beeldvorming niet perfect is, bijvoorbeeld bij patiënten die niet kunnen blijven stilliggen tijdens de beeldvorming om diverse redenen. De artefacten die zo ontstaan kunnen niet gecorrigeerd worden.

VERDERE EVOLUTIE

Een nadeel van de viewing wand was het gebruik van een mechanische arm. De oplossing hiervoor was het aanwenden van optische camera's die voorwerpen en in het bijzonder merktekens die geplaatst worden op het hoofd en instrumenten zeer nauwkeurig kunnen waarnemen in de ruimte.
Het toestel van nieuwe generatie dat hiervoor werd aangekocht is de VectorVision van Brainlab.
De eerste stap is de beeldvorming. In dit voorbeeld ligt de patiënt in de Magnetische Resonantie (MR).
De witte punten op het hoofd zijn de referentiepunten die men op de beelden ziet en die zullen dienen om het hoofd in de ruimte te definiëren.

Vervolgens worden alle beelden doorgestuurd naar een werkstation dat bestaat uit een docking station en een laptop waarop de operatie al kan gesimuleerd worden.

De bewerkte beelden, met operatieplaning en traject worden ingevoerd in het navigatietoestel.

De twee camera's zullen de instrumenten herkennen in de ruimte en de plaats waar het instrument zich bevindt weergeven op het scherm.

Op het scherm ziet men tijdens de ingreep de beelden van de MR en van de tip van het instrument dat gebruikt wordt. De chirurg weet dus ten allen tijde waar hij zich bevindt tijdens de ingreep.
Het is zondermeer duidelijk dat de neuronavigatie in de hersenchirurgie onmisbaar geworden is. Dit is gebleken uit de ervaring met een zeer groot aantal patiënten.
De techniek laat toe met grote precisie een letsel te vinden onder de schedel dat niet groter is dan een erwt, maar ook bij grotere letsels kan het botluik op perfecte maat worden gemaakt zodat onnodig groter letsel de patiënt bespaard blijft.
Ook in de diepte in de hersenen zelf, kunnen de afwijkingen met perfecte zekerheid worden gevonden, omdat oriëntatiefouten van de neurochirururg worden gecorrigeeerd.
Hierdoor wordt de patiënt veiliger geopereerd met minder trauma en pijn.
Bron: neuronavigatie 02/2006