Operativ teknik og nuancer til den stereoelektroencefalografiske (SEEG) metode ved hjælp af et robotstereotaktisk styresystem

Summary

SEEG-metoden forenkles og gøres hurtigere med en stereotaktisk robot. Der skal lægges stor vægt på registreringen af den præoperative volumetriske MR til patienten inden brug af robotten i operationsstuen. Robotten strømliner proceduren, hvilket fører til reducerede driftstider og nøjagtige implantationer.

Abstract

SEEG-metoden har vundet fordel i Nordamerika i løbet af det sidste årti som et middel til at lokalisere den epileptogene zone (EZ) før epilepsikirurgi. For nylig er anvendelsen af et robotstereotaktisk styresystem til implantation af SEEG-elektroder blevet mere populært i mange epilepsicentre. Teknikken til brug af robotten kræver ekstrem præcision i den prækirurgiske planlægningsfase, og derefter strømlines teknikken under den operative del af metoden, da robotten og kirurgen arbejder sammen om at implantere elektroderne. Heri er detaljeret præcis operativ metode til brug af robotten til at guide implantation af SEEG-elektroder. En væsentlig begrænsning af proceduren, nemlig dens store afhængighed af evnen til at registrere patienten til et præoperativt volumetrisk magnetisk resonansbillede (MRI), diskuteres også. Samlet set har denne procedure vist sig at have en lav sygelighed og en ekstremt lav dødelighed. Brugen af et stereotaktisk robotstyringssystem til implantation af SEEG-elektroder er et effektivt, hurtigt, sikkert og præcist alternativ til konventionelle manuelle implantationsstrategier.

Introduction

Medicinsk ildfast epilepsi (MRE) anslås at ramme femten millioner mennesker verden over¹. Mange af disse patienter kan derfor godt behandles med kirurgi. Epilepsikirurgi er afhængig af den præcise lokalisering af den teoretiserede epileptogene zone (EZ) for at guide kirurgiske resektioner. Jean Tailarach og Jean Bancaud udviklede stereoelektroencefalografimetoden (SEEG) i 1950'erne som en metode til mere præcis lokalisering af EZ baseret på in situ elektrofysiologi i den epileptiske hjerne i både kortikale og dybe strukturer ^2,3. Det er dog først for nylig, at SEEG-metoden er begyndt at vinde gunst i hele Nordamerika⁴.

Forskellige teknikker og teknologier anvendes over hele verden som en del af SEEG-metoden, baseret på klinisk erfaring fra forskellige fagfolk og epilepsicentre ^5,6,7. For nylig har der imidlertid været en udvikling af de kirurgiske teknikker, der bruges til at implantere SEEG-elektroder, ud over de klassiske manuelle headframe-baserede strategier. Specifikt har brugen af stereotaktiske robotstyringssystemer vist sig at være et nøjagtigt alternativ til SEEG-implantation⁸. Robotimplantation kan sikkert og effektivt bruges af dem med kirurgisk ekspertise, der leder efter en hurtigere, mere automatiseret tilgang til elektrodeimplantation.

Heri diskuteres de specifikke trin, der tages ved anvendelse af et stereotaktisk robotstyringssystem til implantation af SEEG-elektroder. Selvom SEEG-metoden tidligere er blevet beskrevet, lægges der her særlig vægt på den kirurgiske teknik, der anvendes ved brug af robotten⁹.

Protocol

Alle enheder, der anvendes heri, er FDA-godkendte, og protokollen indeholdt heri udgør standarden for pleje på vores institution. Som sådan var der ikke behov for IRB-godkendelse for detaljerne i denne protokol.

1. Præimplantationsfasen

1. Opret en anatamo-elektroklinisk (AEC) hypotese.
   BEMÆRK: Oprettelse af AEC-hypotesen er afhængig af koordinering af flere ikke-invasive teknikker til identifikation af den potentielle EZ. Et team af eksperter, herunder epileptologer, radiologer og epilepsikirurger, vil typisk indkalde til et møde for at diskutere de kliniske data for hver patient for at skabe AEC-hypotesen, som fungerer som den indledende hypotese for patientens EZ. Detaljerne om, hvordan dette opnås, ligger uden for denne artikels anvendelsesområde.
2. Identificer den bedste metode til invasiv overvågning afhængigt af placeringen af AEC-hypotesen. Tabel 1 viser de forskellige scenarier, hvor SEEG foretrækkes frem for subdurale net (SDG) med eller uden dybdeelektroder til invasiv overvågning.
3. Når en patient anses for at være kandidat til SEEG-evaluering, skal du oprette en implantationsstrategi.
   BEMÆRK: Implantationsstrategien skal tilstrækkeligt dække det område, der er identificeret som en del af AEC-hypotesen, samt det bredere epileptogene netværk generelt og tilstødende områder med veltalende cortex. Denne overvågning hjælper kirurgen med at definere grænserne for resektionen.
   1. Få en præoperativ volumetrisk MR og CTA.
   2. Overfør billederne i DICOM-format til den stereotaktiske robots oprindelige planlægningssoftware, og udfør billedfusion (T1 + Gadolinium MR smeltet sammen med CTA).
      BEMÆRK: Billedfusion udføres automatisk af robottens software. Man behøver kun at vælge de undersøgelser, der skal smeltes sammen.
   3. Planlæg banen for hvert enkelt elektrodearray inden for 3D-rekonstruktionen af MR-CTA-fusionen, og sørg for at maksimere prøveudtagning fra en lang række områder, herunder overfladiske, mellemliggende og dybe kortikale og subkortikale områder inden for AEC-hypotesen.
      1. Definer hver bane ved manuelt at vælge overfladeindgangspunktet og det dybe målpunkt for hver elektrode.
         BEMÆRK: Generelt er det bedst først at bruge en arbejdsafstand på 150 mm fra boreplatformen til det dybe målpunkt og derefter justere dybden for maksimalt at reducere arbejdsafstanden for at forbedre implantationsnøjagtigheden.
   4. Kontroller hver implantationsbane.
      1. Gennemgå hver elektrode i 3D MR-CTA-fusionsrekonstruktionen individuelt for at sikre, at banen ikke kompromitterer nogen vaskulære strukturer, og juster eventuelle baner efter behov.
   5. Gennemgå det overordnede implantationsskema i 3D MR-rekonstruktionen, og vurder for eventuelle banekollisioner.
   6. Kontroller, at overfladeindgangspunkterne alle er mindst 1,5 cm fra hinanden på hudoverfladen, da alt tættere end dette ville være uoverkommeligt for implantation senere.

2. Operativ teknik

1. I operationsstuen skal du forberede patienten og placere dem på ryggen, mens du forbereder den stereotaktiske robot til operation.
   1. Intubat under generel anæstesi i henhold til anæstesiologens anbefalinger. Brug propofol til tilstrækkelig anæstesi og verificere ved passende elektrofysiologiske optagelser som certificeret af en klinisk epileptolog.
   2. Fastgør patientens hoved ved hjælp af en trepunkts fikseringshovedholder.
      BEMÆRK: Dette er en standard 4-punkts Lexell-ramme. Lejlighedsvis vil en af de forreste stolper blive fjernet for at lette registreringen af robotten til patienten, som beskrevet senere. Derfor kaldes fikseringen 3-punkts.
   3. Placer robotten i patientens hoved, således at afstanden mellem robotarmens bund og kraniets midtpunkt er 70 cm. Lås robotten på plads, og fastgør trepunktshovedholderen til robotten.
      BEMÆRK: Foretag ikke flere justeringer af patientens eller robottens position efter dette tidspunkt. Enhver yderligere justering efter dette punkt vil potentielt resultere i implantationsunøjagtigheder.
   4. Brug det halvautomatiske laserbaserede ansigtsgenkendelsessystem til at registrere den præoperative volumetriske MR hos patienten efter alle anvisninger fra robotten.
      1. Kalibrer laseren ved hjælp af det indstillede afstandskalibreringsværktøj.
      2. Vælg de forudindstillede anatomiske ansigtsmærker manuelt med laseren. Registreringen afsluttes derefter, da robotten automatisk scanner ansigtsoverfladen.
      3. Bekræft nøjagtigheden af registreringen ved at korrelere yderligere uafhængige overflademærker med den registrerede MR.
         BEMÆRK: De planlagte baner verificeres derefter automatisk af robotsoftwaren.
   5. Forbered og draperer patienten på standard steril måde.
   6. Drape robotarbejdsarmen ved hjælp af steril plast.
   7. Fastgør boreplatformen med en 2,5 mm arbejdskanyle til robotarmen.
2. Implanter boltene langs deres udpegede baner.
   1. Vælg den ønskede bane på robottens berøringsskærm.
   2. Træd på robotpedalen for at starte robotarmens bevægelse til den korrekte bane. Når den korrekte position er nået, låses armen automatisk af robotten.
   3. Indsæt en 2 mm boremaskine gennem arbejdskanylen og brug den til at skabe et pinhole gennem hele tykkelsen af kraniet.
   4. Åbn dura med en isoleret dural perforator ved hjælp af monopolar cautery i en lav indstilling.
      BEMÆRK: Åbning af dura kan være særligt udfordrende hos små børn. Fordi dura ikke er helt klæbende til de indre lag af kraniet, er det meget let at fortrænge snarere end at åbne dura uden at bemærke.
   5. Skru styrebolten fast i hvert stifthul.
   6. Mål afstanden fra boreplatformen til styrebolten ved hjælp af en steril lineal.
      BEMÆRK: Dette er en fast afstand relateret til boreadapterens længde.
      1. Træk denne målte afstand fra værdien af afstanden "platform til mål", der bruges til planlægning af banen.
         BEMÆRK: Husk, at anbefalingen er altid at bruge standard 150 mm platformen til at målrette afstanden, medmindre der opstår behov for at ændre denne afstand. Brug af denne standard vil forenkle dette trin i OR.
      2. Optag og noter resultatet, da det senere vil blive brugt som den implanterede elektrodes endelige længde.
   7. Mål og noter elektrodens endelige længde, og sørg for, at den svarer til den nyligt beregnede længde for bolten. Sørg for, at elektroden og bolten har matchende etiketter for at forhindre forvirring senere under elektrodeimplantation.
   8. Gentag trin 2.2.1 - 2.2.7 for hver bolt (dvs. implanter alle bolte), og markér alle elektroder i overensstemmelse hermed.
3. Skift kirurgiske handsker og åbn et nyt sterilt felt.
4. Implanter alle elektroder til måldybden via de implanterede bolte.
   1. Indsæt en diameter på 2 mm gennem styrebolten til den tilsigtede dybde af den endelige elektrode som beregnet efter implantation af bolten tidligere.
   2. Indsæt straks elektroden gennem bolten, når du har fjernet stylet, og skru elektroden ind i bolten til fastgørelse.
   3. Sørg for, at elektroden er korrekt mærket.
   4. Gentag trin 2.4.1 – 2.4.3 for hver elektrode.
5. Tilslut elektroderne til den kliniske elektrofysiologihardware.
6. Pak patientens hoved ved hjælp af standard hovedbandageringsteknik.

Representative Results

Den absolutte indikator for succes efter brug af SEEG-metoden er anfaldsfrihed for patienten, som i sidste ende følger vellykkede elektrodeimplantationer, vellykkede elektrofysiologiske optagelser samt vellykket resektion af EZ. Et sådant tilfælde er vist i figur 1. Panelerne A og B i figur 1 viser to tests (henholdsvis enkelt positronemissionscomputertomografi (SPECT) og magnetoelektroencefalografi (MEG), der hjælper med oprettelsen af AEC-hypotesen. Imidlertid er diskussion af identifikationen af EZ og færdiggørelsen af den efterfølgende resektion uden for denne artikels anvendelsesområde. Men når SEEG-evaluering viser, at en patient er en dårlig kirurgisk kandidat af en række årsager (AEC overlapper med veltalende cortex, multifokal epiliptogenicitet osv.), Kan det at hjælpe en patient med at undgå operation helt sikkert klassificeres som en vellykket undersøgelse. Her er fokus i stedet på den vellykkede anatomiske placering af elektroderne og fraværet af komplikationer som indikator for succes ved hjælp af denne metode. Som sådan viser figur 1C placeringen af en elektrode i det frontale operkulære og dorsale øområde. Figur 1D viser resektionen af højre operculum og insula i et postoperativt T1 MR-billede.

Figur 2 viser den passende OR-opsætning, vellykket boltplacering og vellykket elektrodeimplantation til SEEG-metoden. I en undersøgelse af 200 patienter, der gennemgik i alt 2.663 SEEG-elektrodeimplantationer på vores center, oplevede kun 5 patienter komplikationer. Hyppigheden af sårinfektion, hæmoragiske komplikationer og forbigående neurologisk underskud var 0,08 %/elektrode, 0,08 %/elektrode og 0,04 %/elektrode for en total morbiditetsrate på 2,5 %/patient og en dødelighed på 0 %/patient.

Klinisk scenarie	Valg af metode	Anden mulighed
Lesional MR: Potentiel epileptogen læsion er overfladisk placeret, nær eller i nærheden af veltalende cortex. -ELLER- Ikke-læsionel MR: Hypotetisk EZ placeret i nærheden af veltalende cortex	SBG	SEEG
Lesional MR: Potentiel epileptogen læsion er placeret i dybe kortikale og subkortikale områder. -ELLER- Ikke-læsionel MR: Hypotetisk EZ er dybt placeret eller placeret i ikke-veltalende områder.	SEEG	SBG med dybder
Behov for bilaterale efterforskninger og/eller reoperationer	SEEG	SBG med dybder
Efter subdural netfejl	SEEG	SBG med dybder
Når AEC-hypotesen antyder involvering af et mere omfattende multilobar epileptisk netværk.	SEEG	SBG med dybder
Mistænkt frontal lobe epilepsi i ikke-læsionel MR-scenarie.	SEEG	SEEG

Tabel 1. Udvælgelseskriterier for SDG (med eller uden dybdeelektroder) vs. SEEG for invasiv monitorering af patienter med medicinsk refraktær fokal epilepsi.

Figur 1: Komponenter i STEREO-ELEKTRO-ENCEFALOGRAFI-metoden. Panel A og B viser ikke-invasive lokaliseringstest før implantation (som ictal SPECT - A og MEG-scanning - B), der viser potentiel epileptogenicitet placeret i de rigtige operkulær-øområder. Panel C viser placeringen af R-elektroden i det frontale operkulære og dorsale øområde, hvorfra epileptisk aktivitet blev demonstreret af lokale feltpotentialer. Panel D viser postoperativt T1 MR-billede (sagittal visning), der demonstrerer højre operkulær og insula-resektion. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 2: STEREO-ELEKTRO-ENCEFALOGRAFI robotmetode. Figuren repræsenterer et intraoperativt digitalt billede af robotteknikken i borefasen. Robotarmen styrer boretrinnet præcist, hvilket muliggør (efter åbning af dura og styreboltens position) den endelige implantation af dybdeelektroden. Robotarmen er udstyret med en 2,55 mm adapter, som muliggør præcis justering af 2,5 mm boret. Klik her for at se en større version af denne figur.

Discussion

Omhyggelig definition af AEC-hypotesen kombineret med særlig detaljeret opmærksomhed på udformningen af implantationsstrategien er i sidste ende det, der vil bestemme SEEG-metodens succes for hver enkelt patient. Som sådan er omhyggelig prækirurgisk planlægning af proceduren kritisk og giver en relativt enkel lavrisikooperation. Generelt er det bedst at orientere banerne ortogonalt til den sagittale midterlinje og derved lette en lettere anatomisk-elektrofysiologisk korrelation i fremtiden og også opnå højere præcision under implantation. Imidlertid kan skrå baner i nogle tilfælde anvendes. Specifikt, når en skrå bane giver mulighed for prøveudtagning af flere mål inden for AEC-hypotesen, kan dette være at foretrække, da det vil reducere det samlede antal elektroder, der skal implanteres for tilstrækkelig prøveudtagning. Implantationsstrategien bør derfor tage højde for den tredimensionelle, dynamiske, multidirektionelle rumlige tidsmæssige organisering af epileptisk aktivitet og de veje, den følger.

Fordi brugen af den stereotaktiske robot er så kritisk for hele den operative teknik, der er beskrevet heri, anbefales det, at en kirurg får praktisk erfaring med at arbejde med en af disse intraoperative robotter, før den bruges i operationsstuen. Kendskab til funktionen af hardware og software, der er forbundet med det stereotaktiske styresystem, vil ikke kun forbedre patientsikkerheden, men også øge procedurens hastighed og lette en strømlinet operativ oplevelse. Som beskrevet i protokollen er det desuden vigtigt, at kirurgen og alle assistenter skifter kirurgiske handsker og åbner et nyt sterilt felt efter implantation af alle bolte og før implantation af elektroderne. Dette gøres for at forhindre infektion.

En forsigtighed ved denne metode er vigtigheden af nøjagtigt at registrere patienten til 3D-rekonstruktion af den præoperative MR. Enhver afvigelse i registreringen eller afvigelsen herfra vil manifestere sig i nedsat implantationsnøjagtighed for hver elektrode. Det er derfor afgørende, at registreringen kontrolleres omhyggeligt under hele implantationsproceduren for at sikre, at den starter korrekt og forbliver som sådan. Enhver bekymring for en unøjagtig implantation bør imødekommes med verifikation af registreringen og om nødvendigt omregistrering.

I sidste ende er der mange måder at fuldføre den stereotaktiske implantation af disse dybdeelektroder på, men i forfatternes erfaring giver brugen af den stereotaktiske robot en meget foretrukken (effektiv og præcis) operativ oplevelse samt en meget lav sygelighed og en ekstremt lav dødelighed. Derudover har en tidligere undersøgelse af implantationsnøjagtigheden opnået med denne protokol vist høje niveauer af implantationsnøjagtighed¹⁰. Resultaterne og konklusionerne heri stemmer overens med tidligere offentliggjort litteratur om sygeligheden af SEEG-metoden 11,12,13,14,15.

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