Применение нейронавигации в современной хирургии образований головного мозга

ПРИМЕНЕНИЕ НЕИРОНАВИГАЦИИ В СОВРЕМЕННОЙ ХИРУРГИИ ОБРАЗОВАНИИ ГОАОВНОГО МОЗГА

К.Э.МАХКАМОВ, З.Л.ТУХТАБЕКОВ

Application of neuronavigation in formation of a brain in a modern surgery

K.E.MAH KAMOV, Z.L.TUHTABEKOV

Республиканский научный центр экстренной мелииинской помощи

Проанализированы результаты применения различных методов нейронавигаиии в хирургии образований головного мозга в историческом аспекте и на современном этапе. Описаны возможности стереотаксической рамочной и безрамочной систем, интраопераиионной МРТ и КТ, а также интраопераиионной ультрасонографии. Освещены преимущества и недостатки каждого из методов нейронавигаиии. Интраопераиионная нейросонография в режиме реального времени является наиболее доступным простым и в то же время иенным методом нейронавигаиии. Благодаря этим качествам метод может стать альтернативой более дорогим и сложным стереотаксическим, интраопераиионным МРТ и КТ методам нейронавигаиии.

There have been analyzed the results of application of different methods of neuronavigation in a brain formation in a surgery in a historical aspect and at a modern stage. There have been described the possibilities of stereotactical framed and unframed systems, intraoperational magnet-resonance tomography (MRT) and computer tomography (CT), and as well as intraoperational ultrasonography. There have been illustrated advantages and lacks of each of neurosonography in a real time regime is the most accessible simple and at the same time valuable method of neuronavigation. Thanks to these qualities the method can become alternative to more expensive and complex stereotactic, intraoperational MRT and CT methods of neuronavigation.

Статистические исследования, проведенные в экономически развитых странах в течение последних десятилетий, выявили тенденцию к неуклонного роста новообразований головного мозга. Заболеваемость первичными доброкачественными и злокачественными опухолями головного мозга в настоящее время составляет 10,9-16,7 случая на 100 тыс. населения [6, 13, 14, 20]. По данным статистики СЮВОСАЫ Международного Агентства по исследованию рака, злокачественные образования головного мозга насчитывают 189 тыс. новых случаев и 142 тыс. летальных исходов ежегодно [32]. В странах Европы частота метастатического поражения головного мозга за последние 10 лет возросла с 8,3 до 54,6 на 100 тыс. населения. В структуре нейроонкологических вмешательств на их долю приходится до 40% всех нейроонкологических операций [15, 16].

Несмотря на успехи, достигнутые в нейрохирургии, в лучевой диагностике и лучевой терапии в последние годы, результаты лечения больных остаются неудовлетворительными в отношении реального влияния на общую выживаемость и качество жизни. Ранняя послеоперационная летальность (до 14 суток) при глиомах составляет 17,3%, при менингиомах 9,6% [3]. Церебральные метастазы нередко обусловливают раннюю гибель больных, являясь причиной смерти не менее чем в 25% случаев [7].

В настоящее время благодаря внедрению в практику микрохирургической техники, волоконной светооптики, нейронавигационных систем, основываясь на богатых топографо-анатомических знаниях закономерностей их роста, получен новый стимул для хирургического лечения обьемных образований головного мозга [22, 30, 31]. Основная проблема, возникающая при хирургическом лечении опухолей головного мозга, заключается в необходимости избежать

интраоперационного повреждения наиболее значимых функциональных зон коры и проводяших путей головного мозга и в то же время выполнить максимально полную резекцию опухолевой ткани [26, 31]. Известный постулат о доступе к внутримозговой опухоли через мало функционально значимые зоны коры мозга требует своего переосмысления. Он был сформулирован еше до внедрения микронейрохирургии и тем более современных методов нейровизуализации и навигации. В отсутствие навигационной системы доступ к опухоли планировался на основании системы координат, имеюшихся на томограммах, расчета глубины залегании опухоли, ее расстояния от средней линии, костных выступов, желудочков и других анатомических ориентиров. В те времена хирург всегда оказывался перед дилеммой: как совместить радикальность операции и достичь хорошего функционального исхода, особенно при локализации опухоли вблизи функционально значимых зон [9]. Неоправданно длинный раневой канал, недостаточная визуализация опухоли снижали радикальность вмешательства и могли в свою очередь спровоцировать развитие неврологического дефицита.

Тенденция к минимальной инвазии и высокой точности, наряду с совершенствованием микрохирургической техники, привела к широкому внедрению навигационных технологий.

Нейронавигация - использование различных технологий для осушествления прецизионной локализации цели во время операции у реального больного. По сути дела синонимом слова "нейронавигация" является "стереотаксис". «Stereotactic» по-гречески означает «движушийся в пространстве». Стереотаксическая хирургия (или стереотаксис) является малоинвазивным методом хирургического вмешательства, когда доступ к целевой

Применение нейронавигации в современной хирургии образований головного мозга

точке внутри тела или толши тканей какого-либо органа осуществляется с использованием пространственной схемы по заранее рассчитанным координатам по трехмерной декартовой системе координат [18].

Первую стереотаксическую раму для интракраниальной навигации («энцефалометр») создал в 1889 г. проф. Д.Н.Зернов, предложивший использовать трехмерную полярную координатную систему для определения пространственного положения изучаемых структур головного мозга человека [5].

Впервые метод стереотаксиса в нейрохирургии был реализован в 1908 г. нейрохирургом сэром Виктором Хорсли (Sir Victor Horsley) и инженером Робертом X. Кларком (R. H. Clarke) [26]. Они же ввели термин «стереотаксический» применительно к своему творению. В период между 1947 и 1949 гг. американские нейрохирурги Эрнст Шпигель (Ernst Spiegel) и Генри Вайцис (Henry Wycis) разработали первую стереотаксическую систему для операций на головном мозге человека [38]. Уникальность этой системы состояла в использовании именно анатомических ориентиров внутри мозга человека. Шпигель и Вайцис разработали также первый стереотаксический атлас мозга человека.

Прежние статические визуализационные системы были усовершенствованы современными

навигационными системами изображения, которые можно разделить на две группы.

Рамочные системы используют для расчетов жесткую привязку головы и всех интракраниальных структур больного к направляюшей раме, к которой крепится хирургический инструмент - это приборы для классической стереотаксической нейрохирургии.

Безрамочные системы используют пространственную привязку больного не в пределах, ограниченных рамой, а в несколько более широком обьеме пространства вокруг операционного стола. Они способны отслеживать движения инструмента в руках хирурга и в реальном режиме времени сообшать ему, где он находится.

Термин «безрамочный стереотаксис» пришел в постоянную хирургическую практику из американских нейрохирургических клиник примерно семь лет назад. Впервые этот термин применил нейрохирург Давид Робертс из Dartmouth-Hitchcock Medical Center (США) в 1986 году. Наряду с этим термином, в последнее время часто пользуются названием computer assisted neurosurgery (компьютерная нейронавигация) [24, 39].

Одной из самых совершенных признана навигационная система "Stealth" фирмы Sofamor Danek, являюшейся изобретателем современной технологии "optical tracking" [16, 25]. При определенных условиях она позволяет осушествлять все классические стереотаксические манипуляции с большим комфортом для хирурга. Кроме того, она используется в хирургии основания черепа для контроля радикальности резекции и ориентировки при распространенных опухолях.

Несмотря на высокую точность, в пределах миллиметров измерений у каждой из этих систем есть свои отрицательные стороны [22]. Хирурги сталкиваются с некоторыми расхождениями между координатами, сохраняемыми в навигационной системе информацией в дооперационном периоде, и тем, что действительно видно в хирургическом поле после удаления опухоли

или цереброспинальной жидкости, что приводит к расслаблению прежде сдавленных тканей и перемешению мозга. Другими ограничиваюшими факторами являются церебральный отек и кровотечение [28].

Современные технологии, такие как интраоперационная МРТ и ультрасонография, также играют немаловажную роль в нейрохирургических операционных. Интраоперационная МРТ позволяет повторно получать изображения у больных, пока краниотомия открыта, давая возможность резецировать любые остатки опухоли. Интраоперационное моделирование магнитно-резонансного изображения может использоваться для модернизации информации, обновляя ее в "реальном времени" в нейронавигационных системах [19,22,30,31], минимизируя, таким образом, фактор перемешения мозга, смушаюший хирурга [29,30].

В то же время показания к использованию систем нейронавигации и интраоперационной визуализации до сих пор четко не определены, а мнения авторов на этот счет нередко противоречивы. В последние годы в медицинской литературе активно обсуждаются преимушества и недостатки различных методов интраоперационной визуализации применительно к повышению радикальности удаления новообразований.

Интраоперационная визуализационная технология, движимая необходимостью точной нейронавигации в режиме реального времени продолжает развиваться [21,35,39]. Несмотря на то, что нейронавигационные системы второго поколения, основанные на интраоперационной МРТ с инфракрасным наведением и улавливаюшей окраску операционным микроскопом, считаются обшепринятыми методами для достижения этой цели, они применяются только в высокоспециализированных центрах, дороги и требуют специальной инфраструктуры [40]. Поэтому актуальной остается дальнейшая разработка и внедрение более доступных методов.

Эффективным визуализационным дополнением в нейрохирургии является интраоперационная сонография. Разрешающая способность изображений, как и размеры и устройство зондов, значительно улучшились с тех пор, как в 1978 г. M. H. Reid впервые использовал сонографию для нейрохирургической навигации [34]. Внедренная недавно в практику трехмерная сонография с навигационным обеспечением разрешила проблему ориентирования, испытываемую ранее с двухмерной сонографией в нейрохирургии [40].

Преимуществами ультразвуковой навигации являются простота и сравнительно низкая стоимость [8,28]. Интраоперационная ультрасонография - быстрый и действенный метод для локализации и характеристики образований головного мозга, который обеспечивает точную анатомическую картину и снижает риск повреждения окружающей мозговой паренхимы [21, 33]. Метод позволяет снизить травматичность открытого оперативного вмешательства, оптимизировать его планирование и проведение, уменьшить риск воздействия на важные анатомические и функциональные структуры.

Интраоперационная сонография позволяет хорошо

К.Э.Махкамов, З.Л.Тухтабеков

визуализировать обьемные образования головного мозга, а также оценить их размер, строение, соотношение с окружающими анатомическими структурами, крупными сосудами, состояние кровотока 4. в сосудах опухоли, а также желудочковой системы и паренхимы мозга [2,4]. Интраоперационная ультразвуковая навигация обеспечивает эффективное интраоперационное ориентирование, что особенно 5. важно при удалении глиом, локализующихся в функционально значимых зонах мозга [10,17]. С помошью интраоперационной сонографии в режиме «реального времени» возможно оценить степень 6. радикальности удаления обьемного образования и в зависимости от полученных данных продолжить удаление патологической ткани либо закончить операцию. Данные 7. интраоперационной сонографии достаточно точны, что подтверждается послеоперационной МРТ с контрастным усилением [6, 27].

Применение нейронавигации позволяет значительно 8. уменьшить инвазивность хирургического лечения, повысить его радикальность и оптимизировать хирургический доступ к глубинно расположенным обьемным образованиям с минимальной травматизацией функционально значимых зон вещества мозга; 9. существенно улучшить качество жизни и сократить реабилитационный период [1, 11, 12].

Таким образом, комплексное применение различных 10. методов нейронавигации позволяет оптимизировать хирургический доступ, уменьшить хирургическую травму мозга, сократить время оперативного вмешательства и повысить его радикальность. Интраоперационное УЗИ является общедоступным и 11. ценным ассистирующим методом, к достоинствам которого относится возможность с хирургически дозволенным радикализмом максимального удаления патологического образования и мониторинга состояния 12. интактных тканей мозга по ходу оперативного вмешательства с оценкой его радикальности. Простота, незначительная затрата времени на исследование, доступность данного аппаратного обеспечения в нашем регионе делают этот метод альтернативным дорогому стереотаксическому и навигационному и, следовательно, 1 3. он может быть рекомендован для более широкого применения в нейрохирургической практике. Использование новейших технологий, адекватный радикализм благоприятно влияют на результаты хирургического лечения и послеоперационное качество жизни больных. 14.

ЛИТЕРАТУРА

1. Антонов Г., Миклашевич Э., Мельничук С. Опыт применения навигационной системы при удалении глубинно расположенных образований головного 15. мозга. Материалы 4-го сьезда нейрохирургов России. М 2006; 143-144.

2. Васильев С. А., Зуев А. А., Песня-Прасолов С. Б. и 16. Ар. Хирургия обьемных образований головного мозга с использованием интраоперационной сонографии. Материалы Всерос. науч.-практ. конф.

СПб 2008; 250. 1 7.

3. Вакатов Л., Лреваль О., Горожанин А. Опыт лечения пациентов пожилого и старческого возраста с

опухолевым поражением головного мозга супратенториальной локализации. Материалы 4-го сьезда нейрохирургов России. М 2006; 154. Лреваль О.Н., Малкаров М.С., Зубарев А.Р. и Ар. Ультразвуковая диагностика в хирургии внутримозговых опухолей. Материалы Всерос. науч.-практ. конф. СПб 2008; 257. Зернов Л.Н. Энцефалометр — прибор для определения положения частей мозга у живого человека. Предварительное сообщение. Тр.физ.-мед.общ 1889; 2: 70-80.

Зуев А.А. Ультрасонография в хирургии опухолей головного мозга. Материалы Всерос. науч.-практ. конф. СПб 2008; 260.

Карахан В.Б., Алешин В.А., Крат В.Б. Хирургия метастазов рака в головной мозг: идеология и технологии. Материалы Всерос. науч.-практ. конф. СПб 2008; 266-267.

Комков Л.Ю., Берснев В.П., Пануниев В.С., и Ар. Использование интраоперационной ультразвуковой навигации обьемных образований головного мозга. Материалы Всерос. науч.-практ. конф. СПб 2005; 281-282.

Кравеи А.Я. Отсроченные операции при супра-тенториальных глиомах // Материалы Всерос. науч.-практ. конф. СПб 2008; 271.

Красиков К.Н., Щиголев Ю. С. Опыт применения интраоперационного ультразвукового сканирования при удалении новообразований головного мозга. Материалы 3-го сьезда нейрохирургов России СПб 2002; 119.

Аапшин Р., Савелло А., Свистов Л. Интра-операционная навигация в малоинвазивной хирургии опухолей головного мозга. Материалы 4-го сьезда нейрохирургов России М 2006; 187. Аошаков В., Кузьмин С., Аошенов В., Зеленков П. Флуоресцентная навигация с применением 5-аминолевулиновой кислоты в хирургии злокачественных опухолей головного мозга. Материалы 4-го сьезда нейрохирургов России М 2006; 190.

Аукашейко Ю.Н. Прогнозирование отдаленных результатов интраоперационной локальной химиотерапии цисплатином у больных с супратенториальными глиомами головного мозга. Материалы Всерос. науч.-практ. конф. СПб 2005; 229-230.

Олюшин В.Е., Тиглиев Г.С., Филатов М.В. и Ар. Итоги и перспективы комплексной терапии больных глиомами больших полушарий головного мозга. Материалы 3-го сьезда нейрохирургов России СПб 2002; 1 36.

Розуменко В.Л. Эпидемиология опухолей головного мозга: статистические факторы. Укр нейрох1р журн 2002; 3: 47-48.

Савелло А.В., Парфенов В.Е., Труфанов Г.Е. и Ар. Применение нейронавигации в лечении обьемных образований головного мозга. Материалы Всерос. науч.-практ. конф. СПб 2005; 288. Улитин А.Ю., Сафаров Б.И., Чеснокова Е.А., Тастанбеков М.М. Интракраниальные метастазы. Материалы 3-го сьезда нейрохирургов России СПб

Применение нейронавигаиии в современной хирургии образований головного мозга

2002; 160.

18. Azuma R., Baillot Y. et al. Advances in Augmented Reality. IEEE Computer Graphics and Applications 2001; 21 (6): 34-47.

19. Black P.M., Moriarty T., Alexander E. et al. The development and implementation of intraoperative magnetic resonance imaging and its neurosurgical applications. Neurosurgery 1997; 41: 831-845.

20. Deorah S., Lynch Ch.F., Sibenaller Z.A., Ryken T.C. Trends in brain cancer incidence and survival in the United States: Surveillance, Epidemiology, and End Results Program, 1973 to 2001. Neurosurg Focus 2006; 20 (6).

21. Dohrmann G.J., Rubin J.M. History of intraoperative ultrasound in neurosurgery. Neurosurg Clin N Amer 2001; 12:155-166.

22. Ganslandt O., Behari S., Gralla J. et al. Neuro-

navigation: concept, techniques and applications. Neurol India 2002; 50: 244-255.

23. Golfinos J. G., Fitzpatrick B. C., Smith L. R. et al. Clinical use of a frameless stereotactic arm: results of 325 cases. J Neurosurg 1995; 83: 197-205.

24. Handbook of Stereotactic and Functional Neurosurgery. Edited by Michael Schulder, New Jersey Medical School, Newark, New Jersey, U.S.A. Associate editor Chirag D., Gandhi, Mt. Sinai School of Medicine, New York, U.S.A.

25. Horsley V., Clarke R.H. The structure and function of the cerebellum examined by a new method // Brain. - 1908. - Vol. 31. - P. 45-124.

26. Kamada K., Takeuchi F., Kuriki S. et al. Functional neurosurgical stimulation with brain surface magnetic resononce imaging and magnetoencephalography. Neurosurgery 1993; 33: 269-273.

27. Lindseth F., Lango T., Bang J. et al. Acuracy avaluation of a 3D ultrasound-based neuronavigation system. Comput Aided Surg 2002; 7: 197-222.

28. Litofsky N.S., Bauer A.M., Kasper R.S. et al. Image-guided resection of high-grade glioma: patient selection factors and outcome. Neurosurg Focus 2006; 20 (3).

29. Nabavi A., Black P.M., Gering D.T. et al. Serial intraoperative magnetic reso-nance imaging of brain shift. Neurosurgery 2001; 48: 787-798.

30. Nimsky C., Ganslandt O., Fahlbusch R. Functional neuronavigation and intra-operative MRI. Adv Tech Stand Neurosurg 2004; 29: 229-263.

31. Nimsky C., Ganslandt O., Kober H. et al. Intraoperative magnetic resonance imaging combined with neuronavigation: a new concept. Neurosurgery 2001; 48: 1082-1091.

32. Parkin D.M., Bray F., Ferlay J., Pisani P. Global Cancer Statistics, 2002 CA. Cancer J Clin 2005; 55: 74-108.

33. Quencer R.M, Montalvo B.M. Intraoperative cranial sonography. Neuroradiology 1986; 28: 528-550.

34. Reid M.H. Ultrasonic visualization of a cervical cord cystic astrocytoma. Amer J Roentgenol 1978; 131: 907-908.

35. Rubin J.M., Mirfakhraee M., Duda E.E. et al. Intraoperative ultrasound examination of the brain. Radiology 1980; 137: 831-832.

36. Selesnick S.H., Kackar A. Image guided surgical navigation in otology and neurootology. Amer J Otol 1999;20: 688-697.

37. Sosna J., Barth M.M., Kruskal J.B., Kane R.A. Intraoperative Sonography for Neurosurgery. J Ultrasound Med 2005; 24: 1671-1682.

38. Spiegel E.A., Wycis H.T., Marks M., Lee A.J. Stereotaxic apparatus for operations on the human brain. Science 1947; 106: 349-350.

39. Unsgaard G., Gronningsaeter A., Ommedal S., Nagelhus Hernes T. A. Brain operations guided by real-time two-dimensional ultrasound: new possibilities as a result of improved image quality. Neurosurgery 2002; 51: 402-411.

40. Unsgaard G., Ommedal S., Muller T. et al. Neuronavigation by intraoperative three-dimensional ultrasound: initial experience during brain tumor resection. Neurosurgery 2002; 50: 804-812.

Бош мия ^осилаларининг замонавий хирургиясида нейронавигацияни цуллаш

К.Э.Махкамов, З.Л.Тухтабеков Республика шошилинч тиббий ёрдам илмий маркази

Бош мия х,осилилари хирургиясида турли нейронавигация усулларини куллашнинг тарихий ва замонавий боскич жабхалари тах,лил килинган. Чегараланган ва чегараланмаган стереотаксик тизимларнинг, интраоперацион МРТ ва КТнинг х,амда интраоперацион сонографиянинг имкониятлари курсатилган. Хар бир нейронавигация усулларининг афзалликлари ва камчиликлари ёритилган. Реал вакт тартибида бажариладиган интраоперацион нейросонография энг кулай ва шу билан бирга кимматли нейросонография усули эканлиги кайд килинган. Ушбу сифатлари билан бу усул анча киммат ва мураккаб булган нейронавигациянинг МРТ ва КТ усуллари урнини боса олади.