Νευροπλοήγηση: Πληροφορίες & ειδικοί στη νευροπλοήγηση

Η νευροπλοήγηση είναι μια διαδικασία στη νευροχειρουργική που υποστηρίζεται από υπολογιστή. Αυτό σημαίνει ότι οι υπολογιστές βοηθούν στην εκτέλεση της επέμβασης, υποστηρίζοντας τον χειρουργό και ελαχιστοποιώντας τα λάθη και τις επιπλοκές.

Οι υπολογιστικά υποβοηθούμενες τεχνικές ανήκουν, σε ευρύτερη έννοια, στις τεχνικές ενδοεγχειρητικής διάγνωσης που βασίζονται σε συσκευές. Με τον όρο αυτό εννοούνται διαγνωστικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια μιας χειρουργικής επέμβασης. Οι τεχνικές αυτές έχουν πλέον καταστεί αναπόσπαστο μέρος της καθημερινότητας της νευροχειρουργικής.

Η νευροπλοήγηση επιτρέπει στον χειρουργό να «βλέπει περισσότερα» από την περιοχή της επέμβασης που βρίσκεται μπροστά του. Σε μια οθόνη βλέπει τις τρισδιάστατες δομές των ιστών, των νεύρων και άλλων δομών. Ο υπολογιστής εμφανίζει επίσης την τρέχουσα θέση των μικροχειρουργικών εργαλείων που χρησιμοποιούνται. Έτσι, ο χειρουργός μπορεί να προσανατολιστεί με ακρίβεια.

Ως συνώνυμα του όρου «νευροπλοήγηση» χρησιμοποιούνται

• η στερεοταξία χωρίς πλαίσιο,
• η διαδραστική πλοήγηση με υποστήριξη εικόνων και
• γενικά η χειρουργική με τη βοήθεια υπολογιστή.

Η πρώτη περιγραφή της ενδοεγχειρητικής πλοήγησης χρονολογείται από τον Αμερικανό νευροχειρουργό D. Roberts το 1986. Σχεδόν ταυτόχρονα αναπτύχθηκαν παρόμοια συστήματα στην Ευρώπη (Mösges, Reinhardt) και στην Ιαπωνία (Watanabe).

Τα τελευταία χρόνια, η τεχνική αυτή έχει εξελιχθεί συνεχώς. Η νευροπλοήγηση δεν χρησιμοποιείται πλέον μόνο στη χειρουργική των εγκεφαλικών όγκων. Επεκτείνεται ολοένα και περισσότερο σε άλλες παθολογικές καταστάσεις, όπως

• τις εγκεφαλοαγγειακές δυσπλασίες ή
• στον τομέα της σπονδυλικής στήλης, κατά την τοποθέτηση σταθεροποιητικών βιδών ή σε χειρουργικές επεμβάσεις όγκων.

Το φάσμα εφαρμογών και οι κλινικές ενδείξεις για τη νευροπλοήγηση είναι τα ίδια για όλα τα συστήματα. Επίσης, οι πιθανές πηγές σφάλματος και τα όρια της μεθόδου είναι ανεξάρτητα από τα επιλεγμένα επιμέρους εξαρτήματα.

Ο κλινικός σκοπός της νευροπλοήγησης είναι

• η προετοιμασία για τη χειρουργική επέμβαση (συλλογή εικόνων, προετοιμασία και σχεδιασμός),
• η πρωτογενής ενδοεγχειρητική συσχέτιση (αναφορά) καθώς και
• η ίδια η εφαρμογή κατά τη διάρκεια της επέμβασης (υλοποίηση του σχεδιασμού πρόσβασης, ενδοεγχειρητικός προσανατολισμός).

Το φάσμα της ενδοεγχειρητικής διάγνωσης εκτείνεται από τη νευροπλοήγηση και την ενδοεγχειρητική απεικόνιση έως την ενδοεγχειρητική νευροφυσιολογική παρακολούθηση. Όλες αυτές οι μέθοδοι συνιστούν βελτίωση των χειρουργικών διαδικασιών. Στόχος τους είναι

• να καταστήσουν την επέμβαση πιο αποτελεσματική μέσω της παροχής πρόσθετων πληροφοριών στον χειρουργό, π.χ. μέσω βελτιωμένης εκτομής του όγκου.
• να μειώσουν τις επιπλοκές της χειρουργικής επέμβασης. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζονται λιγότερες νευρολογικές διαταραχές.

Η νευροπλοήγηση επιτυγχάνει αυτό το αποτέλεσμα μέσω των βελτιωμένων δυνατοτήτων χωρικού προσανατολισμού κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης. Η νευροφυσιολογική παρακολούθηση παρέχει περισσότερα λειτουργικά δεδομένα από τις εγχειριζόμενες περιοχές του εγκεφάλου.

Η νευροπλοήγηση βασίζεται στη στερεοταξία. Πρόκειται για μια μέθοδο χωρικά ακριβούς και στοχευμένου ελέγχου ακτινοθεραπειών ή χειρουργικών επεμβάσεων. Σε σύγκριση με τη στερεοταξία, στη νευροπλοήγηση απουσιάζει

• το λεγόμενο πλαίσιο της στερεοταξικής συσκευής,
• ο στερεοτακτικός δακτύλιος και
• το αντίστοιχο σύστημα στήριξης στόχου.

Και οι δύο μέθοδοι βασίζονται στην αρχή του ακριβούς εντοπισμού των δομών που πρέπει να υποβληθούν σε θεραπεία στις εικόνες αξονικής τομογραφίας (CT) ή μαγνητικής τομογραφίας (MRI) ενός ασθενούς στο χειρουργικό πεδίο. Για το σκοπό αυτό, είναι απαραίτητο να συσχετιστούν μεταξύ τους τα δύο συστήματα συντεταγμένων, αυτό του ασθενούς και αυτό των δεδομένων εικόνας. Αυτό σημαίνει ότι το σύστημα πρέπει να γνωρίζει ποιο σημείο στην εικόνα αντιστοιχεί σε ποιο σημείο στην πραγματικότητα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται καταχώριση (βλ. παρακάτω).

Εικόνα 1: Διεξαγωγή της προεγχειρητικής αναφοράς για τη συσχέτιση της πραγματικής νευροανατομίας με τα εικονικά δεδομένα εικόνας (MRT): Το κεφάλι του ασθενούς είναι σταθεροποιημένο στη βάση στήριξης κεφαλής. Το πλαίσιο αναφοράς αναγνωρίζεται από την κάμερα. Με τη βοήθεια του ψηφιοποιητή πραγματοποιείται η προεγχειρητική/ενδοεγχειρητική ενοποίηση των δύο συστημάτων συντεταγμένων.

Η νευροπλοήγηση λειτουργεί χωρίς πλαίσιο. Ως σύνδεσμος μεταξύ των ανατομικών δομών αναφοράς του ασθενούς και των δεδομένων εικόνας χρησιμεύει ένα τρισδιάστατο ψηφιοποιητικό όργανο (Digitizer). Με αυτόν τον ψηφιοποιητή ορίζονται τα επιμέρους σημεία εντός του χώρου εργασίας. Για παράδειγμα, η θέση της άκρης ενός εργαλείου απαιτεί συντεταγμένες x, y και z. Με αυτόν τον τρόπο ψηφιοποιούνται το χειρουργικό πεδίο και η τρισδιάστατη απεικόνιση του ασθενούς.

Τα δεδομένα εικόνας του ασθενούς διατίθενται κατά τη διάρκεια της επέμβασης ως τρισδιάστατα σύνολα δεδομένων. Τα επιμέρους σημεία, π.χ. στο εσωτερικό του κρανίου, προσδιορίζονται με ακρίβεια στους άξονες x, y και z. Η ολοένα και πιο ισχυρή τεχνολογία υπολογιστών μπορεί να επεξεργάζεται και να απεικονίζει τα δεδομένα του ψηφιοποιητή και τους τεράστιους όγκους δεδομένων εικόνων πιο γρήγορα.

Τα επιμέρους συστατικά στοιχεία των μονάδων πλοήγησης στη διαδικασία της νευροπλοήγησης είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοια:

• υπολογιστής πλοήγησης και σταθμός εργασίας με τα δεδομένα του ασθενούς,
• οθόνες για ενδοεγχειρητική απεικόνιση,
• το σταθερό πλαίσιο αναφοράς στην περιοχή της χειρουργικής επέμβασης και
• ο ψηφιοποιητής, του οποίου η θέση στον χώρο εντοπίζεται και ο οποίος πραγματοποιεί τη συσχέτιση μεταξύ των δεδομένων εικόνας και του ασθενούς.

Κατά τη διάρκεια της νευροπλοήγησης, το σύστημα αξιολογεί συνεχώς τη χωρική θέση και τις συντεταγμένες του ψηφιοποιητή. Διαβιβάζει τα επεξεργασμένα δεδομένα, ώστε να είναι δυνατή η απεικόνιση της θέσης του ψηφιοποιητή ανά πάσα στιγμή πάνω στα δεδομένα εικόνας. Ο προσδιορισμός της θέσης και η απεικόνιση της θέσης του ψηφιοποιητή είναι έτσι δυνατά συνεχώς καθ’ όλη τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης. Ο ψηφιοποιητής μπορεί επίσης να προσδιοριστεί ενδοεγχειρητικά μέσω του σημείου εστίασης του μικροσκοπίου.

Στη νευροπλοήγηση χρησιμοποιούνται διάφορα συστήματα ως ψηφιοποιητές. Ως ένα είδος προτύπου έχουν καθιερωθεί επί του παρόντος τα οπτικά συστήματα στη νευροχειρουργική. Για τον εντοπισμό του οργάνου εντοπισμού ή του χειρουργικού μικροσκοπίου χρησιμοποιείται υπέρυθρο ή ορατό φως, το οποίο ανιχνεύεται από κάμερες.

Επί του παρόντος, τα συστήματα μαγνητικών αισθητήρων βιώνουν μια αναγέννηση. Χρησιμοποιούν την παραμόρφωση ενός μαγνητικού πεδίου που εκπέμπεται από το σύστημα για τον προσδιορισμό της θέσης. Ενδιάμεσα, είχαν σχεδόν εκλείψει από τη χρήση.

Η επιλογή της μεθόδου που θα χρησιμοποιηθεί για τη νευροπλοήγηση εξαρτάται τελικά από τη φύση της παθολογικής διαδικασίας που πρέπει να απεικονιστεί.

Έτσι, μια διαδικασία που σχετίζεται με τα οστά θα απεικονιστεί καλύτερα με την αξονική τομογραφία (CT). Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τη νευροπλοήγηση της σπονδυλικής στήλης. Για τις περισσότερες ενδείξεις στη χειρουργική όγκων, ωστόσο, η εξέταση μαγνητικής τομογραφίας (MRI) διαδραματίζει τον σημαντικότερο ρόλο. Λειτουργικά δεδομένα, όπως η απεικόνιση των λεκτικών λειτουργιών, μπορούν να εφαρμοστούν ευκολότερα σε αυτή την περίπτωση (το λεγόμενο «matching»· βλ. επίσης Εικόνα 3).

Ανεξάρτητα από τη μέθοδο απεικόνισης που επιλέγεται, οι ιατροί τοποθετούν πριν από την επέμβαση δείκτες σήμανσης στην περιοχή της χειρουργικής επέμβασης. Αυτοί οι δείκτες χρησιμεύουν για τη μετέπειτα καταγραφή. Επιπλέον, δημιουργείται ένα σύνολο δεδομένων όγκου από την εν λόγω χειρουργική περιοχή, π.χ. το κρανίο. Ένα σύνολο δεδομένων όγκου αποτελείται από πολλές εικόνες σε διαφορετικά ύψη του κρανίου, οι οποίες μπορούν αργότερα να συντεθούν τρισδιάστατα.

Στη συνέχεια, τα σύνολα δεδομένων μεταφέρονται στο σύστημα πλοήγησης. Εκεί, για την προετοιμασία της νευροπλοήγησης, πραγματοποιείται η καταχώριση μέσω των δεικτών σήμανσης και η ανακατασκευή μιας τρισδιάστατης εικόνας.

Στη συνέχεια, οι χειρουργοί μπορούν να σχεδιάσουν τις προσεγγίσεις και, τέλος, να καθορίσουν τα όρια του όγκου στο σύνολο δεδομένων.

Στην αρχή της επέμβασης, ο ασθενής τοποθετείται σε κατάλληλη θέση και το κεφάλι του σταθεροποιείται. Το πλαίσιο αναφοράς συνήθως στερεώνεται απευθείας στο στήριγμα κεφαλής (Εικόνα 1). Έτσι, κατά τις κινήσεις του τραπεζιού, παραμένει σε σωστή σχέση με το κεφάλι του ασθενούς.

Στη συνέχεια πραγματοποιείται η καταχώριση του συνόλου δεδομένων σε συσχέτιση με τον ασθενή. Αφού τα δύο συστήματα συντεταγμένων ευθυγραμμιστούν μέσω του ψηφιοποιητή, μπορεί να ξεκινήσει η νευροπλοήγηση.

Η καταχώριση στη νευροπλοήγηση βασίζεται στη συσχέτιση πανομοιότυπων σημείων και στα δύο συστήματα συντεταγμένων. Αυτό επιτυγχάνεται είτε

• τη χρήση των δεικτών που έχουν τοποθετηθεί προηγουμένως ή
• την ψηφιοποίηση της επιφάνειας του δέρματος και τη συσχέτιση με την ανακατασκευή της από τα δεδομένα εικόνας.

Η ακρίβεια της καταχώρισης εξαρτάται καθοριστικά από την ενδοεγχειρητική απόκλιση, η οποία στη συνέχεια επιτρέπει τον ακριβή εντοπισμό της περιοχής-στόχου κατά τη διάρκεια της νευροπλοήγησης.

Μετά την καταχώριση, το σύστημα πλοήγησης είναι έτοιμο για χρήση.

Ο χειρουργός μπορεί να σχεδιάσει την πρόσβαση καθώς και το μέγεθος ή τη θέση της κρανιακής τομής. Αυτό είναι σημαντικό για την ελαχιστοποίηση του χειρουργικού τραύματος (Εικόνα 2).

Σε αυτή τη φάση της επέμβασης, τα υπάρχοντα δεδομένα εικόνας εμφανίζονται συνήθως μέσω του σημείου εστίασης του μικροσκοπίου. Αυτό αναλαμβάνει τότε τη λειτουργία του ψηφιοποιητή (Εικόνα 3). Έτσι, υπό μικροσκοπική παρατήρηση, μπορούν να διακριθούν οι φυσιολογικές από τις παθολογικές δομές. Μόλις ανιχνευθούν τα σήματα απεικόνισης των ορίων του όγκου, η νευροπλοήγηση επιτρέπει τον έλεγχο της πορείας της χειρουργικής επέμβασης.

Εικόνα 2: Στιγμιότυπο οθόνης ενός συστήματος πλοήγησης Stryker-Leibinger στους τρεις χωρικούς άξονες: σαγιτταλικό, στεφανιαίο και αξονικό: Ο όγκος του εγκεφάλου με μεγάλη νεκρωτική συνιστώσα έχει επισημανθεί με κίτρινο χρώμα. Το σταυρόνημα δείχνει τη συντομότερη διαδρομή πρόσβασης προς το κέντρο της βλάβης. Στην τρισδιάστατη απεικόνιση, τα περιγράμματα του όγκου προβάλλουν στην επιφάνεια του κρανίου.

Εικόνα 3: Ενδοεγχειρητική πλοήγηση με χειρουργικό μικροσκόπιο, απεικόνιση της βλάβης, ενός σαρκωματώδους όγκου, στους άξονες του τρισδιάστατου χώρου: Επιπλέον, έχουν ενσωματωθεί τα δεδομένα εικόνας μιας λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας, έτσι ώστε να μπορούν να ενσωματωθούν λειτουργικά σημαντικές περιοχές για την περιοχή των χεριών και των ποδιών. Επιπλέον, πραγματοποιείται ηλεκτροφυσιολογική παρακολούθηση, δηλαδή διέγερση του κινητικού φλοιού (ηλεκτρόδιο πλάκας), για τον ασφαλή προσδιορισμό και την προστασία λειτουργικά σημαντικών περιοχών.

Παρά τις πολυάριθμες καινοτομίες, εφαρμογές όπως η νευροπλοήγηση δεν μπορούν να αντικαταστήσουν τις γνώσεις νευροανατομίας του υπεύθυνου χειρουργού.

Η ευθύνη για την εγκυρότητα των δεδομένων πλοήγησης και για τυχόν εσφαλμένες πληροφορίες κατά τη νευροπλοήγηση μπορεί να αναληφθεί μόνο από τον νευροχειρουργό. Γνωστές πηγές σφαλμάτων είναι

• ανεπαρκείς ή λανθασμένα τοποθετημένοι δείκτες,
• η εσφαλμένη εισαγωγή των δεδομένων εικόνας (σύμβαση πλευρών!),
• η έλλειψη σταθεροποίησης του πλαισίου αναφοράς και
• η λανθασμένη καταχώριση (π.χ. μετατόπιση δεικτών).

Το σημαντικότερο μειονέκτημα της νευροπλοήγησης είναι ότι ο χειρουργός μεταβάλλει τις ανατομικές δομές κατά τη διάρκεια της επέμβασης. Η νευροπλοήγηση, ωστόσο, συνεχίζει να χρησιμοποιεί τις εικόνες που είχαν ληφθεί προηγουμένως. Με άλλα λόγια: η εικόνα στην οθόνη παρουσιάζει μια παλαιότερη κατάσταση, πριν από την επέμβαση.

Αυτό το σφάλμα, που γενικά ονομάζεται «Brain-Shift», μπορεί να λάβει σημαντικές διαστάσεις. Μπορεί να διορθωθεί μόνο με τη χρήση ενδοεγχειρητικής απεικόνισης, όπως η μαγνητική τομογραφία ή το υπερηχογράφημα.

Παρά την ευρεία χρήση της νευροπλοήγησης στη νευροχειρουργική, δεν υπάρχουν τεκμηριωμένα στοιχεία που να αποδεικνύουν ότι είναι απολύτως απαραίτητη.

Η ερευνητική ομάδα του C.R. Wirtz (Wirtz) διεξήγαγε μια συγκριτική μελέτη σχετικά με την αποτελεσματικότητα της αφαίρεσης όγκων χωρίς και με τη χρήση νευροπλοήγησης. Στο πλαίσιο αυτό, κατέδειξε αύξηση της ριζικότητας της χειρουργικής επέμβασης, χωρίς όμως να μπορεί να αποδείξει σημαντικά καλύτερα αποτελέσματα.

Μόνο για τις βαθιά εντοπισμένες βλάβες υπάρχει ευρεία συναίνεση ότι πρέπει να χρησιμοποιείται η νευροπλοήγηση. Η παράλειψη χρήσης της νευροπλοήγησης σε νευροχειρουργικές επεμβάσεις εξακολουθεί να μην συνεπάγεται εγκληματολογικές συνέπειες. Επίσης, η ευθύνη του χειρουργού παραμένει αμετάβλητη.