本方案介绍了机器人辅助立体定向脑电图（sEEG），这是一种用于难治性癫痫患者进行侵入性癫痫监测的颅内电极立体定向植入方法。结合立体定向机器人引导技术的sEEG操作安全、精确，可提高手术效率，尤其在需要植入较多电极时优势更为明显。
本文内容
摘要
摘要
立体定向脑电图（sEEG）描述了一种用于立体定向植入颅内电极的精确方法。电极植入方案依据通过半临床学、电生理学、解剖学和影像学数据所建立的定位假设来制定。这些电极的放置是一种侵入性操作，通常在药物难治性癫痫患者术前评估期间进行，以判断其是否适合接受外科手术治疗。随着立体定向机器人引导系统的出现，该技术不断发展，在保持传统框架式立体定向方法精确性和准确性的同时，提高了手术效率。
本文展示了机器人引导下立体定向脑电图（sEEG）的操作过程，回顾了患者体位摆放、影像配准以及电极安全植入的基本原理。该操作方案的目标是在保持传统有框架技术所具备的精确性、准确性和安全性的前提下，提高技术效率，尤其是在需要植入大量电极的情况下。本文将作为该技术的逐步操作指南，并重点强调若干关键的安全注意事项和手术操作细节。
引言
立体定向脑电图（sEEG）是一种根据半定量、电生理、解剖和影像数据所构建的定位假设，用于指导颅内电极立体定向植入的精确方法1,2。该方法的基础源于Talairach等人先前发表的研究，他们以前连合和后连合作为脑内的解剖标志，建立了脑的三维参考坐标系统，从而形成了著名的"Talairach图谱"3。同时设计的Talairach定位框架，使得利用X射线和血管造影等二维影像技术进行电极的立体定向放置成为可能。在随后的数年中，三维成像技术、立体定向框架设计、电极置入与记录技术以及术中机器人系统等方面均取得了诸多进展，显著提高了sEEG电极植入的速度、精确性和操作流程的效率4。这些技术进步帮助外科医生更可靠且安全地规划脑内电极路径，准确抵达目标区域的同时避开诸如皮层血管等重要结构，这一点在Szikla脑图谱中已有展示（见补充图1及视频）5。
对于近一半的难治性癫痫患者，通常采用侵入性记录方法来阐明和界定癫痫发生区，该区域被定义为癫痫发作的组织网络及最早扩散区域6,7。立体定向脑电图（sEEG）是一种外科手术方法，可实现对大脑多个区域（包括海马颞叶内侧、后眶额区、岛叶和扣带回等深部结构及其他颅内部位）的电生理信号网络采样1。sEEG数据具有良好的时空分辨率，有助于确定后续外科手术决策，并可能带来成功的手术治疗效果8。此外，该手术具有较低的风险特征，多项大规模研究报道其出血性并发症的发生率较低（每根电极0.04–0.08%）1,2,9,10。重要的是，sEEG手术流程近年来得益于现代机器人技术的引入而得到显著改进，本文旨在通过展示立体定向机器人引导下的sEEG手术过程，对此加以说明。
病例报告：
以下展示的是拍摄所用病例之一的介绍。该患者为一名46岁男性，既往有药物难治性癫痫史，病因与多小脑回畸形相关的左侧大脑半球皮质发育不良有关。患者接受了全面的术前评估，尽管存在广泛的大脑半球畸形，但术前评估提出了局灶性癫痫的假设，该假设成为立体定向脑电图（sEEG）电极植入方案的基础。
sEEG 规划：
本机构的 sEEG 规划遵循法国癫痫学派的方法，使用 Talairach 图谱作为规划地图。需要特别注意的是，根据该系统标准化的命名规范，带有撇号（'）的路径标签表示左侧。例如，A 电极靶向右侧杏仁核，而 A' 电极则靶向左侧杏仁核。采用正交植入策略，即先确定靶点，然后选择从靶点向外侧以正交角度延伸至颅骨的路径。某些感兴趣区域（如岛叶）需要采用斜向路径，而非标准的正交路径。此类靶点风险较高，应由在经验丰富的癫痫中心接受过该方法专项培训的外科医生实施。重要的是，所使用的电极数量必须能够充分采样多学科癫痫团队为每位患者制定的解剖-电生理-临床假说。在本机构，电极数量通常为 12 至 20 根。
规划示例（补充图2 及视频中）展示了一个典型的左侧植入计划，包括靶点、入点和标签。该计划以表格形式呈现，并嵌入至Talairach图谱中，有助于对植入计划进行解剖学理解。
方案
本研究遵循克利夫兰诊所关于人类受试者研究的机构审查委员会指南进行。IRB 研究编号 09-847。
1. 规划电极轨迹
- 采用增强磁共振（MR）成像结合CT静脉造影，仔细规划立体定向轨迹，以有效采集由多学科团队在患者术前规划中选定的目标区域。
- 识别目标区域并选择避开关键结构（如血管）的轨迹。
注意：轨迹规划在手术前于机器人规划工作站完成。增强MRI应能清晰区分白质与灰质，因为绝大多数选定的目标均为灰质结构。增强MRI显示动脉解剖结构，而CT静脉造影显示静脉解剖结构，以便术者在规划轨迹时避免损伤血管。 - 确保手术当日手术团队进行最终核查。确保监测团队对机器人系统进行测量，以选择合适长度和触点间距的电极。
2. 将立体定向框架固定到患者的颅骨上
- 接下来，使用合适尺寸的固定针将立体定向头架固定在患者的颅骨上。确保头架的位置不会干扰计划中的电极路径。
注：Leksell 头架是头部固定的良好选择，因其允许对面部进行便捷的接触以实现面部识别（在使用激光注册的情况下），并可方便地接触头部两侧，便于单侧或双侧电极植入1。
3. 将Leksell定位架与患者影像中的解剖结构进行共配准
- 将共定位标记物连接至患者的解剖结构或立体定向框架上。获取术中O型臂扫描图像，以捕获患者解剖结构及标记物的位置。
- 将术中O型臂扫描图像与术前扫描图像融合，并利用机械臂注册标记物的位置。机械臂软件随后会将患者解剖结构的位置与计划图像及目标轨迹进行共定位配准。
注意：立体定向共定位有多种可选方法，包括面部（基于激光的）注册，或结合术中CT成像与固定在框架上的颅骨标记物或无创标记物进行注册（如本例所示，采用一种近期已验证的新型标记物装置11）。使用刚性固定的标记物结合术中CT成像可提供最高的准确性和可靠性，并能很好地融入基于机器人手术的操作流程2,3。
4. 将机器人装置连接至Leksell头架
- 注册完成后，使用星爆式连接件将机器人连接到立体定位头架上。
5. 准备器械并铺巾
- 对患者皮肤进行无菌准备并铺巾。标记手术暴露的边界。
- 覆盖机器人手臂的无菌巾。随后，通过无菌巾将机器人手臂的远端部分（带有器械 holder）连接到位。
6. 钻孔
- 根据术前立体定向规划阶段的结果，将机械臂移动至各个电极轨迹对应的位置。
- 利用机械臂的轴向运动，沿电极轨迹进行精确移动。
- 在机械臂锁定位置后，通过固定于器械 holder 中的 2.55 mm 引导管钻出骨窗。
- 使用钻头上的限位装置作为导向止点，防止钻孔过深穿透颅骨。
- 利用机械臂的轴向运动精细调节钻孔深度，从而减少对限位装置本身进行耗时调整的需要。
7. 打开硬脑膜
- 通过2.55 mm导引管，使用单极电凝探针（见材料表）对硬脑膜进行单极电凝。
8. 植入电极固定螺栓
- 沿电极路径将颅骨螺栓（参见材料表）旋入到位。
- 安装带有内部橡胶垫圈的电极固定帽，以尽量减少脑脊液（CSF）的流失。
9. 放置电极
- 将机械臂置于距离预定目标 190 mm 的位置。
- 在螺栓的帽端轻微松动的情况下，使用颅内钝头穿刺器（见材料表）轻柔地建立脑实质穿刺路径。沿路径全长轻柔触诊，检查是否存在潜在的血管。
- 随后，通过 2.55 mm 导引管（该导引管固定在机械臂上保持不动），沿已建立的路径将颅内电极送至预先测量好的目标深度。
注意：这些电极在术前已在 190 mm 处做好标记，因此必须注意确保机械臂与目标之间的距离同样准确置于 190 mm，以保障每根电极的安全、精准植入。 - 最后，拧紧帽端以固定电极位置。
10. 固定电极
- 使用螺栓帽将每个电极固定在预定的目标深度。
注意：根据电极的设计和制造商的不同，可能需要仅依靠植入的螺栓来放置电极，而不是使用仪器支架上的导管。
11. 处理出血
- 偶尔会遇到螺栓部位出血的情况。可用轻柔冲洗处理出血。若出血量较多，需进一步检查4,6。
12. 术中记录
- 所有电极放置完毕后，安放并固定额外的接地电极。将整个装置连接至记录设备，并获取术中记录信号。
- 神经内科和神经外科团队将对颅内记录信号的质量进行判读，以确保每个电极均获得足够的信号，并确认所有设备正常工作。
13. 总结
- 将杆菌肽软膏涂抹于每个独立的电极/螺栓置入点。然后，用聚维酮碘浸湿的纱布小心地（逐个）手动包裹每个电极/螺栓。
- 将机器人装置与Leksell定位架断开连接。
- 轻柔地将患者头部从Leksell定位架上取下，注意保护电极/螺栓。
- 应用无菌头部敷料，安全固定已包裹并固定的导线。
结果
采用立体定向机器人引导进行立体定向脑电图（sEEG）电极置入，已实现安全、精确且高效的手术操作。sEEG电极置入的代表性示例如图1所示。为评估该方法的效率，我们汇总了2023年全年开展的所有sEEG手术记录（n=66）。提取了从患者进入手术室至切口开始的时间（准备时间）、从患者进入手术室至缝合结束的时间（手术室时间），以及从切口开始至缝合结束的时间（手术时间）。需要强调的是，准备时间包括麻醉时间（及其固有的变异性），以及Leksell G型头架的安装、带架影像学检查和机器人系统的设置（包括配准）等全部过程。平均植入电极数为19.2根；平均手术室时间为279.6分钟；平均手术时间为181.0分钟。我们将每例手术的手术室时间和手术时间分别除以该例植入的电极数量，以计算“每根电极的手术室时间”和“每根电极的手术时间”。平均每根电极的手术室时间为14.9分钟，平均每根电极的手术时间为9.6分钟。我们发现，随着植入电极数量的增加，这两个“每根电极”指标均呈下降趋势（图2）。在23/66例手术中使用了安装在头架上的标记物，并通过术中CT成像（使用O型臂）进行额外的立体定向配准。在使用头架标记物及术中CT工作流程的病例中，准备时间更长（118.6分钟 vs. 88.3分钟），每根电极的手术室时间也更长（18.7分钟 vs. 12.9分钟）。
图1：代表性立体定向脑电图（sEEG）植入术X线图像：术中正位（前后位）X线透视成像。该图像显示左侧立体定向脑电图（sEEG）电极呈线性排列，未见任何路径变形。请点击此处查看此图的放大版本。
图2： 立体定向脑电图（sEEG）的手术流程时间。 手术时间从切口开始至缝合结束进行计算。室内时间从进入手术室开始至缝合结束进行计算。每项时间均根据该病例植入电极的数量进行归一化处理，得到“单电极”时间，然后对植入相同数量电极的所有病例进行平均。误差线表示标准误，R2 表示简单线性模型的决定系数。请点击此处查看该图的放大版本。
补充图1：脑部中线及侧位图像，突出显示脑血管分布。 本图经许可转载自 Szikla 等（1977）5。请点击此处下载该文件。
补充图2：规划示例。 本图经克利夫兰诊所癫痫中心许可转载。请点击此处下载该文件。
讨论
使用立体定向框架放置颅内立体脑电图（sEEG）电极的方法在文献中已有充分记载，证明该方法安全且精确1,2,9,10,12。此外，sEEG中可使用不同数量的电极，有时需要植入更多电极以研究癫痫早期发作组织模式及传播路径的更广泛假设，尤其是在磁共振成像阴性（无病灶）癫痫患者中7。在sEEG电极植入过程中采用机器人辅助引导已被证实可加快操作速度并简化植入流程，同时保持与传统技术相当的准确性和精确性。例如，既往系列研究显示，与传统的基于框架的技术相比，使用机械臂可使每个电极的植入时间减少40%7。这一优势在需要植入大量电极的病例中尤为明显。机器人的准备和拆卸时间保持不变，而随着植入路径数量的增加，机械臂运动相对于手动调整框架的效率优势会进一步累积。例如，在我们的病例系列中，比较植入13个电极与25个电极的情况，每个电极在手术室内的平均时间从15.1分钟减少至6.2分钟（图2）。尽管我们的数据未考虑一些重要的混杂因素（如麻醉时间差异以及护理人员或神经外科培训人员对该技术的熟悉程度），但将电极数量与手术时间进行简单线性回归分析，可解释超过>70%的变异。这进一步说明了在需要植入更多电极的sEEG病例中，立体定向机器人引导技术具有重要价值。
关于该操作的关键步骤，需要强调的是，必须将定位框架与患者影像上的解剖结构进行共配准。此共配准可通过面部（基于激光的）配准、刚性植入患者颅骨内的标记点，或施加于框架本身的标记物来实现，本视频中已对此进行演示。根据我们的经验，使用机器人系统内置的面部识别（基于激光）共配准技术时，手术时间更短，且无需额外的术中影像来进行框架/标记物的配准。然而，当使用刚性固定的基于框架的标记物时，立体定向的准确性更高，其配准误差略具优势（平均约为 0.77 mm）11。
在立体定向脑电图（sEEG）植入手术中，另一个关键步骤是精确钻取用于放置电极的骨孔。该操作通过固定在机械臂器械 holder 上的 2.55 mm 引导管完成。利用机械臂的轴向运动（并将器械 holder 本身作为保护装置），可省去在钻头端部单独安装保护装置的步骤，从而缩短调整时间，加快手术流程。
立体定向脑电图（sEEG）方法的另一个关键最终步骤是电极的置入，通常在使用细钝头穿刺针建立脑实质通道后进行（操作时需触诊避开血管，以确保安全通过）。电极本身可在通过sEEG螺栓装置插入之前，先置入机器人手臂的器械 holder 中，也可直接经已植入的sEEG螺栓进行置入。具体操作流程在很大程度上取决于所用sEEG电极技术的型号、设计及生产厂家。无论采用哪种方式，都必须仔细测量将要置入颅内的电极长度，以确保其与术前计划一致。
最后，立体定向脑电图（sEEG）最重要的风险是出血风险，根据多项大型临床研究报道，每根电极的出血发生率低至0.04%至0.08%1,2,9,10。出血可能表现为硬膜外、硬膜下或脑内血肿。因此，术后需对患者进行严密检查，并在手术后立即进行CT扫描，以排除并发症的可能性。值得注意的是，通过术前精心规划电极植入路径，结合两种影像学手段（增强CT和MR成像），采用避开血管结构的立体定向轨迹，可有效降低出血风险，确保准确采样。尽管如此，手术团队在操作过程中仍须保持警惕，一旦出现任何可疑的出血征象，必须及时处理。sEEG的其他显著风险还包括感染以及暂时性或永久性神经功能缺损等。
披露
作者声明无利益冲突。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| LSB 型颅骨锚定螺栓套件 | Ad-Tech | LSB-BX-05 | 多种规格之一 |
| 一次性单极电凝探针 | Kirwan | 30-6021 | 25.0 cm |
| GE OEC 9900 Elite 移动式C型臂X光机 | GE | ge oec 9900 | |
| 术中 O-Arm CT | Medtronic | BI-700-00273 | |
| 带深度限位器的颅内穿刺针芯（导引针） | Dixi | ACS-770S-10 | 用于建立穿刺路径 |
| ROSA One Brain：神经外科机器人系统 | Zimmer Biomet | ROSAS00203 | |
| Spencer 探针式深度电极 | Ad-Tech | SD06R-SP05X-000 | 多种规格和构型之一 |
参考文献
- Serletis, D., Bulacio, J., Bingaman, W., Najm, I., González-Martínez, J. The stereotactic approach for mapping epileptic networks: a prospective study of 200 patients. J Neurosurg. 121 (5), 1239-1246 (2014).
- Cardinale, F., et al. Stereoelectroencephalography: retrospective analysis of 742 procedures in a single centre. Brain. 142 (9), 2688-2704 (2019).
- Talairach, J., David, M., Tournoux, P., Corredor, H., Kvasina, T. Atlas d'anatomie stéréotaxique. , Masson. Paris. (1957).
- Fomenko, A., Serletis, D. Robotic stereotaxy in cranial neurosurgery: a qualitative systematic review. Neurosurgery. 83 (4), 642-650 (2018).
- Szikla, G., Bouvier, G., Hori, T., Petrov, V. 1977 Angiography of the human brain cortex. , Springer-Verlag. Berlin. (1977).
- Talairach, J., Bancaud, J. "Stereotaxic approach to epilepsy: Methodology of Anatomo-functional stereotaxic investigations." Krayenbuhl, Maspes and Sweet (Eds). Prog Neurol Surg. 5, 297-354 (1973).
- Guenot, M., et al. Neurophysiological monitoring for epilepsy surgery: The Talairach SEEG method: Indications, results, complications and therapeutic applications in a series of 100 consecutive cases. Stereotact Funct Neurosurg. 77 (1-4), 29-32 (2002).
- Bulacio, J. C., et al. Determinants of seizure outcome after resective surgery following stereoelectroencephalography. J Neurosurg. 136 (6), 1638-1646 (2021).
- Mullin, J. P., et al. A systematic review and meta-analysis of stereo-electroencephalography-related complications. Epilepsia. 57 (3), 386-401 (2016).
- Bourdillon, P., et al. Stereotactic electroencephalography is a safe procedure, including for insular implantations. World Neurosurg. 99, 353-361 (2017).
- Sharma, A., et al. Validation and safety profile of a novel, Noninvasive fiducial attachment for stereotactic robotic-guided stereoelectroencephalography: A case series. Operative Neurosurg (Hagerstown, Md). , (2024).
- Cardinale, F., et al. A new tool for touch-free patient registration for robot-assisted intracranial surgery: application accuracy from a phantom study and a retrospective surgical series. Neurosurg Focus. 42 (5), E8(2017).
重印与许可
申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表
申请许可