Summary
SEEG-metodikken forenkles og gjøres raskere med en stereotaktisk robot. Det må følges nøye med registrering av preoperativ volumetrisk MR til pasienten før bruk av roboten i operasjonssalen. Roboten strømlinjeformer prosedyren, noe som fører til reduserte operative tider og nøyaktige implantasjoner.
Abstract
SEEG-metoden har fått fordel i Nord-Amerika i løpet av det siste tiåret som et middel til å lokalisere den epileptogene sonen (EZ) før epilepsikirurgi. Nylig har anvendelsen av et robotisk stereotaktisk styringssystem for implantasjon av SEEG-elektroder blitt mer populært i mange epilepsisentre. Teknikken for bruk av roboten krever ekstrem presisjon i planleggingsfasen før operasjonen, og deretter strømlinjeformes teknikken under den operative delen av metodikken, mens roboten og kirurgen jobber sammen for å implantere elektrodene. Her er detaljert presis operativ metodikk for å bruke roboten til å veilede implantasjon av SEEG-elektroder. En stor begrensning ved prosedyren, nemlig dens store avhengighet av evnen til å registrere pasienten til et preoperativt volumetrisk magnetisk resonansbilde (MR), diskuteres også. Samlet sett har denne prosedyren vist seg å ha lav sykelighet og ekstremt lav dødelighet. Bruken av et robotisk stereotaktisk styringssystem for implantasjon av SEEG-elektroder er et effektivt, raskt, sikkert og nøyaktig alternativ til konvensjonelle manuelle implantasjonsstrategier.
Introduction
Medisinsk refraktær epilepsi (MRE) anslås å plage femten millioner mennesker over hele verden1. Mange av disse pasientene kan derfor godt behandles med kirurgi. Epilepsikirurgi er avhengig av den nøyaktige lokaliseringen av den teoretiserte epileptogene sonen (EZ) for å veilede kirurgiske reseksjoner. Jean Tailarach og Jean Bancaud utviklet stereoelektroencefalografi (SEEG) metodikken på 1950-tallet som en metode for mer nøyaktig lokalisering av EZ basert på in situ elektrofysiologien til den epileptiske hjernen i både kortikale og dype strukturer 2,3. Men først nylig har SEEG-metodikken begynt å få favør over hele Nord-Amerika4.
Ulike teknikker og teknologier brukes over hele verden som en del av SEEG-metodikken, basert på klinisk erfaring fra ulike fagfolk og epilepsisentre 5,6,7. Nylig har det imidlertid vært en utvikling av de kirurgiske teknikkene som brukes til å implantere SEEG-elektroder, utover den klassiske bruken av manuelle hoderammebaserte strategier. Spesielt har bruk av robotiske stereotaktiske styringssystemer vist seg å være et nøyaktig alternativ for SEEG-implantasjon8. Robotimplantasjon kan trygt og effektivt brukes av de med kirurgisk ekspertise som er ute etter en raskere, mer automatisert, tilnærming til elektrodeimplantasjon.
Her diskuteres de spesifikke trinnene som gjennomføres ved bruk av et robotisk stereotaktisk styringssystem for implantasjon av SEEG-elektroder. Selv om SEEG-metodikken tidligere er beskrevet, er det her lagt særlig vekt på den kirurgiske teknikken som brukes ved bruk av roboten9.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle enheter som brukes her er godkjent av FDA, og protokollen i dette dokumentet utgjør standarden for omsorg ved vår institusjon. Som sådan var det ikke nødvendig med IRB-godkjenning for detaljering av denne protokollen.
1. Før implantasjonsfasen
- Lag en anatamo-elektroklinisk (AEC) hypotese.
MERK: Opprettelse av AEC-hypotesen er avhengig av koordinering av flere ikke-invasive teknikker for å identifisere potensiell EZ. Et team av eksperter, inkludert epileptologer, radiologer og epilepsikirurger, vil vanligvis innkalle til et møte for å diskutere de kliniske dataene for hver pasient for å skape AEC-hypotesen, som fungerer som den første hypotesen for pasientens EZ. Detaljene om hvordan dette oppnås er utenfor omfanget av denne artikkelen. - Identifiser den beste metoden for invasiv overvåking avhengig av plasseringen av AEC-hypotesen. Tabell 1 viser de ulike scenariene der SEEG foretrekkes fremfor subdurale nett (SDG) med eller uten dybdeelektroder for invasiv overvåking.
- Etter at en pasient er ansett som en kandidat for SEEG-evaluering, opprett en implantasjonsstrategi.
MERK: Implantasjonsstrategien bør tilstrekkelig dekke området identifisert som en del av AEC-hypotesen, samt det bredere epileptogene nettverket generelt og nærliggende områder av veltalende cortex. Denne overvåkingen hjelper kirurgen med å definere grensene for reseksjonen.- Få en preoperativ volumetrisk MR og CTA.
- Overfør bildene i DICOM-format til den stereotaktiske robotens opprinnelige planleggingsprogramvare og utfør bildefusjon (T1 + Gadolinium MR smeltet sammen med CTA).
MERK: Bildefusjon utføres automatisk av robotens programvare. Man trenger bare å velge studiene som må smeltes sammen. - Planlegg banen til hver enkelt elektroderad innenfor 3D-rekonstruksjonen av MR-CTA-fusjonen, og sørg for å maksimere prøvetaking fra en rekke områder, inkludert overfladiske, mellomliggende og dype kortikale og subkortikale områder innenfor AEC-hypotesen.
- Definer hver bane ved å manuelt velge overflatens inngangspunkt og dype målpunkt for hver elektrode.
MERK: Generelt er det best å først bruke en arbeidsavstand på 150 mm fra boreplattformen til det dype målpunktet og deretter justere dybden for å redusere arbeidsavstanden maksimalt for å forbedre implantasjonsnøyaktigheten.
- Definer hver bane ved å manuelt velge overflatens inngangspunkt og dype målpunkt for hver elektrode.
- Kontroller hver implantasjonsbane.
- Gjennomgå hver elektrode i 3D MRI-CTA-fusjonsrekonstruksjonen individuelt for å sikre at banen ikke kompromitterer noen vaskulære strukturer, og juster eventuelle baner etter behov.
- Se gjennom det generelle implantasjonsskjemaet i 3D MR-rekonstruksjonen, og vurder eventuelle banekollisjoner.
- Kontroller at inngangspunktene til overflaten er minst 1,5 cm fra hverandre på hudoverflaten, da noe nærmere enn dette ville være uoverkommelig for implantasjon senere.
2. Operativ teknikk
- I OR, forberede pasienten og plassere dem liggende mens du forbereder den stereotaktiske roboten for kirurgi.
- Intubere under generell anestesi i henhold til anestesiologens anbefalinger. Bruk propofol for tilstrekkelig anestesi og verifisere ved adekvate elektrofysiologiske registreringer som sertifisert av en klinisk epileptolog.
- Fest pasientens hode ved hjelp av en trepunkts fikseringshodeholder.
MERK: Dette er en standard 4-punkts Lexell-ramme. Av og til vil en av frontstolpene bli fjernet for å lette registreringen av roboten til pasienten, som beskrevet senere. Derfor er fikseringen referert til som 3-punkts. - Plasser roboten på hodet til pasienten, slik at avstanden mellom bunnen av robotarmen og kraniets midtpunkt er 70 cm. Lås roboten på plass og fest trepunktshodet til roboten.
MERK: Ikke gjør flere justeringer i posisjonen til pasienten eller roboten etter dette tidspunktet. Enhver ytterligere justering etter dette punktet vil potensielt føre til unøyaktigheter i implantasjonen. - Bruk det halvautomatiske laserbaserte ansiktsgjenkjenningssystemet til å registrere preoperativ volumetrisk MR hos pasienten, etter alle instruksjoner fra roboten.
- Kalibrer laseren ved hjelp av det innstilte avstandskalibreringsverktøyet.
- Velg de forhåndsinnstilte anatomiske ansiktslandemerkene manuelt med laseren. Registreringen fullføres deretter når roboten automatisk skanner ansiktsoverflaten.
- Bekreft nøyaktigheten av registreringen ved å korrelere ytterligere uavhengige overflatelandemerker med den registrerte MR-undersøkelsen.
MERK: De planlagte banene verifiseres deretter automatisk av robotprogramvaren.
- Forbered og draper pasienten på standard steril måte.
- Draper robotarbeidsarmen ved hjelp av steril plast.
- Fest boreplattformen, med en 2,5 mm fungerende kanyle, til robotarmen.
- Implanter boltene langs deres angitte baner.
- Velg ønsket bane på berøringsskjermen til roboten.
- Gå på robotpedalen for å starte bevegelsen av robotarmen til riktig bane. Når riktig posisjon er nådd, låses armen automatisk av roboten.
- Sett inn en 2 mm bor gjennom arbeidskanylen og bruk den til å lage et pinhole gjennom hele tykkelsen på skallen.
- Åpne dura med en isolert dural perforator ved hjelp av monopolar cautery ved lav innstilling.
MERK: Åpning av dura kan være spesielt utfordrende hos små barn. Fordi dura ikke er helt festet til de indre lagene i skallen, er det veldig enkelt å forskyve i stedet for å åpne dura uten å merke seg. - Skrueføringsbolt godt inn i hvert pinnehull.
- Mål avstanden fra boreplattformen til styrebolten ved hjelp av en steril linjal.
MERK: Dette er en fast avstand relatert til lengden på boreadapteren.- Trekk denne målte avstanden fra verdien av avstanden "plattform til mål" som brukes til å planlegge banen.
MERK: Husk at anbefalingen er å alltid bruke standard 150 mm plattform for å målavstand, med mindre det oppstår behov for å endre denne avstanden. Bruk av denne standarden vil forenkle dette trinnet i operasjonssalen. - Registrer og noter resultatet som det vil bli brukt senere som den endelige lengden på den implanterte elektroden.
- Trekk denne målte avstanden fra verdien av avstanden "plattform til mål" som brukes til å planlegge banen.
- Mål og noter den endelige lengden på elektroden og sørg for at den samsvarer med den nylig beregnede lengden for bolten. Forsikre deg om at elektroden og bolten har matchende etiketter for å forhindre forvirring senere under elektrodeimplantasjon.
- Gjenta trinn 2.2.1 – 2.2.7 for hver bolt (dvs. implanter alle bolter) og merk alle elektroder tilsvarende.
- Bytt operasjonshansker og åpne et nytt sterilt felt.
- Implanter alle elektroder til måldybden via de implanterte boltene.
- Sett inn en 2 mm diameter stylet gjennom styrebolten til den tiltenkte dybden av den endelige elektroden som beregnet etter implantasjon av bolten tidligere.
- Sett elektroden umiddelbart gjennom bolten etter at du har fjernet stilten og skru elektroden inn i bolten for fiksering.
- Forsikre deg om at elektroden er riktig merket.
- Gjenta trinn 2.4.1 – 2.4.3 for hver elektrode.
- Koble elektrodene til maskinvaren for klinisk elektrofysiologi.
- Pakk pasientens hode ved hjelp av standard hodebandasjeringsteknikk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den absolutte indikatoren på suksess etter bruk av SEEG-metoden er anfallsfrihet for pasienten, som til slutt følger vellykkede elektrodeimplantasjoner, vellykkede elektrofysiologiske opptak, samt vellykket reseksjon av EZ. Et slikt tilfelle er vist i figur 1. Panel A og B i figur 1 viser to tester (henholdsvis single positron emission computed tomography (SPECT) og magnetoelectroencephalography (MEG) som bidrar til etableringen av AEC-hypotesen. Imidlertid er diskusjonen om identifiseringen av EZ og fullføringen av den påfølgende reseksjonen utenfor omfanget av denne artikkelen. Men når SEEG-evalueringen viser at en pasient er en dårlig kirurgisk kandidat av en rekke årsaker (AEC overlapper med veltalende cortex, multifokal epiliptogenisitet, etc.) som hjelper en pasient til å unngå kirurgi, kan sikkert klassifiseres som en vellykket studie. Her er fokuset i stedet på den vellykkede anatomiske plasseringen av elektrodene og fraværet av komplikasjoner som indikator for suksess ved hjelp av denne metodikken. Som sådan viser figur 1C plasseringen av en elektrode i det frontale operkulære og dorsale insulære området. Figur 1D viser reseksjon av høyre operculum og insula i et postoperativt T1 MR-bilde.
Figur 2 viser riktig OR-oppsett, vellykket boltplassering og vellykket elektrodeimplantasjon for SEEG-metodikken. I en studie av 200 pasienter som gjennomgikk totalt 2.663 SEEG-elektrodeimplantasjoner ved vårt senter, opplevde bare 5 pasienter komplikasjoner. Frekvensen av sårinfeksjon, hemoragiske komplikasjoner og forbigående nevrologisk utfall var 0,08 %/elektrode, 0,08 %/elektrode og 0,04 %/elektrode for en total morbiditetsrate på 2,5 %/pasient og en dødelighet på 0 %/pasient.
| Klinisk scenario | Metode for valg | Andre alternativ |
| Lesjons-MR: Potensiell epileptogen lesjon er overfladisk lokalisert, nær eller i nærheten av veltalende cortex. -ELLER- Ikke-lesjonal MR: Hypotetisk EZ lokalisert i nærheten av veltalende cortex |
SBG | SEEG |
| Lesjons-MR: Potensiell epileptogen lesjon ligger i dype kortikale og subkortikale områder. -ELLER- Ikke-lesjonal MR: Hypotetisk EZ er dypt lokalisert eller lokalisert i ikke-veltalende områder. |
SEEG | SBG med dybder |
| Behov for bilaterale undersøkelser og/eller reoperasjoner | SEEG | SBG med dybder |
| Etter svikt i subdurale rutenett | SEEG | SBG med dybder |
| Når AEC-hypotesen antyder involvering av et mer omfattende multilobar epileptisk nettverk. | SEEG | SBG med dybder |
| Mistanke om frontallappepilepsi ved ikke-lesjonalt MR-scenario. | SEEG | SEEG |
Tabell 1. Seleksjonskriterier for SDG (med eller uten dybdeelektroder) vs. SEEG for invasiv overvåking av pasienter med medisinsk refraktær fokal epilepsi.
Figur 1: Komponenter i STEREO-ELECTRO-ENCEPHALOGRAPHY metodikken. Panel A og B viser ikke-invasive preimplantasjonslokaliseringstester (som iktal SPECT - A og MEG-skanning - B) som viser potensiell epileptogenisitet lokalisert i de riktige operkulære-insulære områdene. Panel C viser plasseringen av R-elektroden i det frontale operkulære og dorsale insulære området, hvorfra epileptisk aktivitet ble demonstrert av lokale feltpotensialer. Panel D viser postoperativt T1 MR-bilde (sagittalvisning), som viser høyre operkulær og insula reseksjon. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: STEREO-ELEKTRO-ENCEFALOGRAFI robotmetode. Figuren representerer et intraoperativt digitalt bilde av robotteknikken i borefasen. Robotarmen styrer boretrinnet nøyaktig, slik at (etter åpning av dura og styreboltens posisjon) den endelige implantasjonen av dybdeelektroden. Robotarmen er utstyrt med en 2,55 mm adapter, som muliggjør presis justering av 2,5 mm borekronen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Omhyggelig definering av AEC-hypotesen kombinert med spesielt detaljert oppmerksomhet på utformingen av implantasjonsstrategien er til slutt det som vil avgjøre suksessen til SEEG-metoden for hver enkelt pasient. Som sådan er nøye pre-kirurgisk planlegging av prosedyren kritisk og gir en relativt enkel, lavrisiko kirurgi. Generelt er det best å orientere banene ortogonalt til sagittal midtlinje, og dermed legge til rette for en lettere anatom-elektrofysiologisk korrelasjon i fremtiden og også oppnå høyere presisjon under implantasjon. Imidlertid kan i noen tilfeller skrå baner brukes. Spesielt når en skrå bane tillater prøvetaking av flere mål innenfor AEC-hypotesen, kan dette være å foretrekke, da det vil redusere det totale antallet elektroder som må implanteres for tilstrekkelig prøvetaking. Implantasjonsstrategien bør derfor redegjøre for den tredimensjonale, dynamiske, multidireksjonelle spatiotemporale organiseringen av epileptisk aktivitet og veiene den følger.
Fordi bruken av den stereotaktiske roboten er så kritisk for hele operasjonsteknikken som er skissert her, anbefales det at en kirurg får praktisk erfaring med å jobbe med en av disse intraoperative robotene før han bruker den i operasjonssalen. Kjennskap til arbeidet med maskinvaren og programvaren knyttet til det stereotaktiske veiledningssystemet vil ikke bare forbedre pasientsikkerheten, men også øke prosedyrens hastighet og forenkle en strømlinjeformet operativ opplevelse. Videre, som beskrevet i protokollen, er det viktig at kirurgen og alle assistenter bytter operasjonshansker og åpner et nytt sterilt felt etter implantasjon av alle bolter og før implantasjon av elektrodene. Dette gjøres for å forhindre infeksjon.
En advarsel til denne metodikken er viktigheten av nøyaktig registrering av pasienten til 3D-rekonstruksjon av preoperativ MR. Enhver variasjon i registreringen, eller avvik derfra, vil manifestere seg i redusert implantasjonsnøyaktighet for hver elektrode. Det er derfor avgjørende at registreringen kontrolleres nøye gjennom hele implantasjonsprosedyren for å sikre at den starter riktig og forblir som sådan. Enhver bekymring for en unøyaktig implantasjon bør møtes med verifisering av registreringen og, om nødvendig, omregistrering.
Til syvende og sist er det mange måter å fullføre stereotaktisk implantasjon av disse dybdeelektrodene, men i forfatterens erfaring gir bruken av den stereotaktiske roboten en mye foretrukket (effektiv og presis) operativ opplevelse, samt en svært lav sykelighet og en ekstremt lav dødelighet. I tillegg har en tidligere studie av implantasjonsnøyaktigheten oppnådd med denne protokollen vist høye nivåer av implantasjonsnøyaktighet10. Resultatene og konklusjonene her er kongruente med tidligere publisert litteratur om sykeligheten til SEEG-metodikken 11,12,13,14,15.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne har ingen erkjennelser.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2 mm drill bit | DIXI | KIP-ACS-510 | For opening the cranium |
| Coagulation Electrode Dura | DIXI | KIP-ACS-600 | for opening and coagulating the dura |
| Cordless driver | Stryker | 4405-000-000 | to drive the drill bit |
| Leksell Coordinate Frame G | Elekta | 14611 | For head fixation |
| Microdeep Depth Electrode | DIXI | D08-**AM | SEEG electrodes that are implanted, complete with: guide bolt and stylet, as described in manuscript. |
| ROSA | Medtech | n/a | stereotactic guidance system with robotic arm, complete with: robotic arm, calibration tool, registration laser, head frame attachment, and software, as described in the manuscript. |
| Stylet | DIXI | ACS-770S-10 | for creating a path through the parenchyma for the electrode |
References
- World Health Organization. Epilepsy. , (2018).
- Talairach, J., Bancaud, J.
- Bancaud, J., Talairach, J. Functional organization of the supplementary motor area. Data obtained by stereo-E.E.G. Neurochirurgie. 13, 343-356 (1967).
- Jehi, L. The Epileptogenic Zone: Concept and Definition. Epilepsy Currents. 18 (1), 12-16 (2018).
- Nowell, M., et al. A novel method for implementation of frameless StereoEEG in epilepsy surgery. Operative Neurosurgery. 10 (4), 525-534 (2014).
- Abel, T. J., et al. Frameless robot-assisted stereoelectroencephalography in children: technical aspects and comparison with Talairach frame technique. Journal of Neurosurgery: Pediatrics. 1, 1-10 (2018).
- van der Loo, L. E., et al. Methodology, outcome, safety and in vivo accuracy in traditional frame-based stereoelectroencephalography. Acta neurochirurgica. 159 (9), 1733-1746 (2017).
- González-Martínez, J., et al. Technique, results, and complications related to robot-assisted stereoelectroencephalography. Neurosurgery. 78 (2), 169-180 (2015).
- Mullin, J. P., Smithason, S., Gonzalez-Martinez, J. Stereo-electro-encephalo-graphy (SEEG) with robotic assistance in the presurgical evaluation of medical refractory epilepsy: a technical note. Journal of visualized experiments. , 112 (2016).
- Jones, J. C., et al. Techniques for placement of stereotactic electroencephalographic depth electrodes: Comparison of implantation and tracking accuracies in a cadaveric human study. Epilepsia. 59 (9), 1667-1675 (2018).
- Mullin, J. P., et al. Is SEEG safe? A systematic review and meta-analysis of stereo-electroencephalography-related complications. Epilepsia. 57 (3), 386-401 (2016).
- Serletis, D., et al. The stereotactic approach for mapping epileptic networks: a prospective study of 200 patients. Journal of Neurosurgery. 121, 1239-1246 (2014).
- Taussig, D., et al. Stereo-electroencephalography (SEEG) in 65 children: an effective and safe diagnostic method for pre-surgical diagnosis, independent of age. Epileptic Disorders. 16, 280-295 (2014).
- Munyon, C., et al. The 3-dimensional grid: a novel approach to stereoelectroencephalography. Neurosurgery. 11, 127-133 (2015).
- Ortler, M., et al. Frame-based vs frameless placement of intrahippocampal depth electrodes in patients with refractory epilepsy: a comparative in vivo (application) study. Neurosurgery. 68, 881-887 (2011).
