이 프로토콜은 난치성 간질 환자의 침습적 발작 모니터링에 사용되는 뇌내 전극의 정위 이식 방법인 로봇 보조 스테레오 뇌파검사(sEEG)를 제시합니다. sEEG에 대한 정위 로봇 유도를 통합하는 기술은 안전하고 정확하며 특히 더 많은 수의 전극을 이식할 때 수술 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
방법 논문
침습성 간질 모니터링을 위한 로봇 유도 입체뇌파검사(Robotic-Guided Stereoelectroencephalography)
이 논문에서
요약
초록
입체뇌파검사(Stereoelectroencephalography, sEEG)는 뇌내 전극의 정위 이식을 위한 정확한 방법을 설명합니다. 전극 이식 계획은 기호학적, 전기생리학적, 해부학적 및 이미징 데이터를 사용하여 공식화된 국소화 가설에 따라 만들어집니다. 이러한 전극의 배치는 잠재적인 수술 치료를 위해 정밀 검사를 받고 있는 약물 내성 간질 환자의 수술 전 조사 중에 일반적으로 수행되는 침습적 절차입니다. 이 기술은 정위 로봇 안내 시스템의 시작과 함께 발전하여 고전적인 프레임 기반 정위 방법의 정밀도와 정확성을 유지하면서 향상된 수술 효율성을 제공합니다.
여기에서는 로봇 유도 sEEG의 시연을 발표하고 환자 위치 지정, 등록 및 안전한 전극 배치의 원리를 검토합니다. 이 프로토콜의 목표는 특히 수많은 전극이 이식되는 상황에서 기술의 효율성을 개선하는 동시에 고전적인 프레임 기반 기술의 정밀도, 정확성 및 안전성을 유지하는 것입니다. 이 기사는 일반적인 기술에 대한 단계별 가이드 역할을 할 뿐만 아니라 몇 가지 주요 안전 고려 사항과 수술의 뉘앙스를 강조합니다.
서론
입체뇌파검사(Stereoelectroencephalography, sEEG)는 기호학적, 전기생리학적, 해부학적 및 영상 데이터를 사용하여 공식화된 국소화 가설(localization hypothesis)에 따라 뇌내 전극의 정위 이식을 위한 정확한 방법을 설명합니다 1,2. 이 방법의 기초 작업은 이전에 발표된 Talairach 등의 연구에서 파생되었는데, 그는 전방 커미셔어와 후방 코미셔를 내부 랜드마크로 사용하여 뇌의 3차원 참조 좌표계를 정의하여 "Talairach Atlas"3를 형성했습니다. Talairach 프레임은 X선 및 혈관 조영술과 같은 2차원 이미징을 사용하여 전극을 정위 배치할 수 있도록 동시에 설계되었습니다. 그 후 몇 년 동안 3차원 이미징 양식, 정위 프레임 설계, 전극 배치 및 기록 기술, 수술 중 로봇 공학과 관련된 수많은 혁신이 있어 sEEG 전극 배치의 속도, 정밀도 및 작업 흐름이 향상되었습니다4. 이러한 혁신은 외과의가 Szikla 뇌 지도(Szikla brain atlas)에서 볼 수 있듯이 대뇌피질 혈관과 같은 중요한 구조를 피하고 목표에 도달하는 궤적을 안정적이고 안전하게 만드는 데 도움이 되었습니다(보충 그림 1 및 비디오 참조)5.
모든 난치성 간질 환자의 거의 절반에서, 발작 조직과 가장 빠른 전파 네트워크로 정의되는 간질 유발 영역을 밝히고 정의하기 위해 침습적 기록이 일반적으로 사용됩니다 6,7. sEEG는 근측두엽(mesial temporal lobe), 후방 안와전두엽(posterior orbitofrontal region), 인슐라(insula), 대상회(cingulate gyrus) 등과 같은 깊은 구조를 포함한 뇌의 전기생리학적 기록의 네트워크 샘플링을 허용하는 수술 방법이다1. sEEG 데이터의 시공간 해상도는 수술 의사 결정의 다음 단계를 결정하는 데 유용하며 성공적인 수술 결과로 이어질 수 있다8. 더욱이, 이 시술은 출혈성 합병증의 낮은 위험(전극당 0.04-0.08%)을 보고하는 여러 대형 시리즈와 함께 저위험 프로필의 이점을 얻습니다 1,2,9,10. 중요한 것은 sEEG 방법의 수술 워크플로우가 최근 현대 로봇 기술의 도입으로 혜택을 입었다는 것이며, 여기에서 정위 로봇 유도 sEEG 절차에 대한 프레젠테이션을 통해 설명하고자 합니다.
사례 발표:
촬영에 사용된 사례 중 하나에 대한 프레젠테이션이 포함되어 있습니다. 환자는 46세 남성으로 다발성 소세포증과 관련된 좌반구 피질 이형성증(left hemispheric cortical dysplasia)에서 약물 내성 간질을 앓고 있는 병력이 있습니다. 그는 광범위한 수술 전 정밀 검사를 받았고, 그 결과 큰 반구 기형에도 불구하고 국소 간질에 대한 sEEG 전 가설을 세웠습니다. 이 가설은 sEEG 이식 계획의 기초입니다.
sEEG 계획:
우리 기관의 sEEG 계획은 Talairach 아틀라스를 계획 지도로 사용하여 프랑스 간질 학교에 따라 수행됩니다. 중요한 것은 이 시스템의 표준화된 명명법에 따라 아포스트로피가 있는 궤적 레이블은 왼쪽을 나타낸다는 것입니다. 예를 들어, A 전극은 오른쪽 편도체를 표적으로 하고 A' 전극은 왼쪽 편도체를 표적으로 합니다. 직교 이식 전략이 사용되는데, 이는 표적이 식별된 다음 두개골까지 측면으로 직교 각도로 확장되는 궤적을 선택한다는 것을 의미합니다. 인슐라(insula)와 같은 일부 관심 영역에는 표준 직교 궤적이 아닌 비스듬한 궤적이 필요합니다. 이와 같은 표적은 더 높은 위험을 수반하므로 경험이 풍부한 간질 센터에서 이 방법에 대해 특별히 훈련을 받은 외과의가 수행해야 합니다. 중요한 것은 사용되는 전극의 수가 다학제 간질 팀이 각 환자에 대해 공식화한 해부-전기-임상 가설을 샘플링해야 한다는 것입니다. 우리 기관에서는 일반적으로 12-20개의 전극 범위입니다.
계획 예제(보충 그림 2 및 비디오)는 대상, 진입점 및 레이블을 포함한 일반적인 왼쪽 이식 계획을 보여줍니다. 이것은 표 형태로 표시되며 Talairach atlas에 포함되어 이식 계획에 대한 해부학적 이해를 용이하게 합니다.
프로토콜
이 연구는 인간 피험자 연구에 대한 클리블랜드 클리닉의 내부 검토 위원회의 지침에 따라 수행되었습니다. IRB 연구 번호 09-847.
1. 전극 궤적 계획
- CT 정맥조영술과 함께 조영제가 있는 자기공명(MR) 영상을 사용하여 환자의 수술 전 계획에 참여한 다학제 팀이 선택한 표적을 효과적으로 샘플링하는 정위 궤적을 신중하게 계획합니다.
- 표적을 식별하고 혈관과 같은 중요한 구조를 피하는 궤적을 선택합니다.
참고: 궤적 계획은 수술 전에 로봇 계획 스테이션에서 수행됩니다. 대조 MRI는 선택된 대상의 대다수가 회백질 구조이기 때문에 백색과 회백질을 명확하게 구별해야 합니다. 대조적인 MRI는 동맥의 해부학적 구조를 보여주고, CT 정맥 조영술은 정맥의 해부학적 구조를 보여주기 때문에 외과의는 혈관의 궤적이 손상되는 것을 피할 수 있습니다. - 수술 팀이 수술 당일 최종 점검을 수행하도록 합니다. 모니터링 팀이 로봇 시스템을 측정하여 적절한 길이와 접점 간격을 가진 전극을 선택하도록 합니다.
2. 정위 프레임을 환자의 두개골에 부착합니다.
- 다음으로, 적절한 크기의 핀을 사용하여 정위 프레임을 환자의 두개골에 부착합니다. 프레임의 위치가 계획된 전극 궤적을 방해하지 않는지 확인하십시오.
참고: Leksell 프레임은 얼굴 인식(레이저 등록 시)을 위해 얼굴에 쉽게 접근할 수 있고 머리 양쪽에 쉽게 접근할 수 있어 편측 또는 양측 전극 배치1을 용이하게 하기 때문에 머리 고정에 좋은 옵션입니다.
3. Leksell 프레임을 이미징 시 환자의 해부학적 구조에 공동 등록합니다.
- co-registration fiducial을 환자의 해부학적 구조 또는 정위 프레임에 부착합니다. 환자의 해부학적 구조와 기준점을 캡처하는 수술 중 O-arm 스캔을 받습니다.
- 수술 중 O-arm 스캔을 수술 전 스캔과 병합하고 로봇 팔을 사용하여 기준점의 위치를 등록합니다. 그런 다음 로봇 팔의 소프트웨어는 환자의 해부학적 위치를 계획 이미지 및 목표 궤적과 함께 등록합니다.
참고: 정위 공동 정합에는 안면(레이저 기반) 정합 또는 골격 자체에 부착된 두개골 장착 또는 비침습적 기준점의 사용과 결합된 수술 중 CT 영상의 사용을 포함한 다양한 옵션이 있습니다(여기에서 예시된 후자의 경우와 같이, 최근에 검증된 새로운 기준 장치를 사용하는 경우와 같습니다11. 수술 중 CT와 함께 단단히 부착된 기준점을 사용하면 최고의 정확도와 신뢰성을 얻을 수 있으며, 로봇 기반 수술 워크플로우 2,3에 잘 부합합니다.
4. 로봇 장치를 Leksell 헤드 프레임에 부착합니다.
- 등록이 완료되면 스타버스트 부착물을 사용하여 로봇을 정위 헤드 프레임에 부착합니다.
5. 준비 및 드레이프
- 멸균 준비와 드레이프를 환자의 피부에 바르십시오. 외과적 노출을 위한 경계를 표시하십시오.
- 로봇 팔을 드레이핑합니다. 그런 다음 드레이프를 통해 기구 홀더가 있는 로봇 팔의 말단 부분을 부착합니다.
6. 버 구멍 뚫기
- 수술 전 정위 계획 단계에 따라 각 개별 전극의 궤적에 따라 로봇 팔을 해당 위치로 구동합니다.
- 전극 궤적을 따라 정확한 움직임을 위해 로봇 팔의 축 방향 움직임을 사용합니다.
- 로봇 팔이 제자리에 고정된 상태에서 기기 홀더 내에 단단히 고정된 2.55mm 가이드 튜브를 통해 버 구멍을 뚫습니다.
- 뼈를 너무 깊이 파고드는 것을 방지하기 위해 드릴의 가드를 가이드 스톱으로 사용하십시오.
- 로봇 팔의 축 방향 움직임을 사용하여 드릴링 깊이를 미세하게 조정함으로써 가드 자체의 시간 소모적인 조작을 줄일 수 있습니다.
7. 듀라를 엽니다.
- 2.55mm 가이드 튜브를 통해 단극 소작 프로브( 재료 표 참조)를 사용하여 경막에 단극 소작기를 적용합니다.
8. 전극 고정 볼트를 이식합니다.
- 두개골 볼트( 재료 표 참조)를 전극의 궤적을 따라 제자리에 나사로 고정합니다.
- 내부 고무 개스킷이 있는 전극 고정 캡을 적용하여 뇌척수액(CSF)의 손실을 최소화합니다.
9. 전극을 놓습니다.
- 로봇 팔을 의도한 대상에서 190mm 떨어진 곳에 배치합니다.
- 볼트의 캡을 부드럽게 푼 상태에서 두개내 폐쇄기( 재료 표 참조)를 사용하여 실질 궤적을 부드럽게 만듭니다. 궤적의 길이를 따라 잠재적인 혈관이 있는지 부드럽게 촉진합니다.
- 다음으로, 2.55mm 가이드(로봇 팔에 고정된 상태로 유지됨)를 통해 궤적을 따라 미리 측정된 목표 깊이까지 두개내 전극을 전달합니다.
참고: 이 전극은 수술 전에 190mm로 표시되므로 각 전극의 안전하고 정확한 전달을 위해 로봇이 대상에서 동일한 깊이(즉, 190mm)에 적절하게 배치되도록 주의를 기울여야 합니다. - 마지막으로 캡을 잠궈 전극을 제자리에 고정합니다.
10. 전극 고정
- 볼트 캡을 사용하여 의도한 목표 깊이에서 각 개별 전극을 고정합니다.
알림: 전극 설계 및 제조업체에 따라 기기 홀더의 가이드 튜브를 사용하는 대신 이식된 볼트에만 의존하여 전극을 배치해야 할 수도 있습니다.
11. 주소 출혈
- 때때로 볼트 부위에서 출혈이 발생합니다. 부드러운 관개로 출혈을 해결하십시오. 다량의 출혈을 더 조사하십시오 4,6.
12. 수술 중 녹음
- 모든 전극이 배치되면 추가 접지 전극을 배치하고 고정합니다. 전체 설정을 녹음 장비에 연결하고 수술 중 녹음을 얻습니다.
- 신경과 및 신경외과 팀은 두개내 기록의 품질을 해석하여 모든 전극에서 적절한 신호를 얻고 모든 것이 제대로 작동하는지 확인합니다.
13. 마무리
- 각 개별 전극/볼트 부위에 바시트라신 연고를 바르십시오. 그런 다음 베타딘에 적신 거즈를 사용하여 각 전극/볼트를 조심스럽게(개별적으로) 손으로 감습니다.
- Leksell 프레임에서 로봇 장치를 분리합니다.
- 전극/볼트를 보호하면서 Leksell 프레임에서 환자의 머리를 부드럽게 제거합니다.
- 감겨 고정되고 고정된 전선을 안전하게 고정하기 위해 멸균 헤드 드레싱을 적용합니다.
결과
sEEG에 정위 로봇 유도를 사용함으로써 안전하고 정확하며 시간 효율적인 전극 배치가 가능해졌습니다. sEEG 전극 배치의 대표적인 예가 그림 1에 예시되어 있습니다. 이 방법의 효율성을 조사하기 위해 2023년에 수행된 모든 sEEG 사례(n=66)의 수술 로그를 수집했습니다. 환자가 병실에 들어올 때부터 절개까지 걸리는 시간(셋업 시간), 환자가 병실에 들어올 때까지의 시간(병실 시간), 절개부터 봉합까지의 시간(수술 시간)을 추출했습니다. 중요한 것은 셋업 시간이 Leksell G 프레임 배치, 프레임이 제자리에 있는 이미징 및 로봇의 설정(등록 포함) 외에도 마취 시간(및 모든 고유한 가변성)을 포함한다는 것입니다. 이식된 전극의 평균 수는 19.2개였습니다. 평균 객실 시간은 279.6분이었습니다. 평균 수술 시간은 181.0분이었다. 병실과 수술 시간을 각 사례에 이식된 전극 수로 나누어 '전극당 수술실시간'과 '전극당 수술시간'을 계산했습니다. 전극당 평균 수술실 시간은 14.9분, 전극당 평균 수술 시간은 9.6분이었다. 우리는 두 가지 "전극당" 측정 모두 이식된 전극의 수가 증가함에 따라 감소 추세를 보였다는 것을 발견했습니다(그림 2). 프레임에 장착된 기준점은 23/66 사례에 사용되었으며, 수술 중 CT 영상(O-arm을 통해)이 추가 정위 정위 등록을 위해 사용되었습니다. 프레임 장착 기준점 및 수술 중 CT 워크플로우(118.6분 대 88.3분)와 전극당 공간 시간(18.7분 대 12.9분)을 사용하면 설정 시간이 늘어났습니다.
그림 1: 대표적인 sEEG 주입 X선: 전후 시점에서의 수술 중 형광 투시 X선 영상. 이 이미지는 궤적 변형 없이 좌측 입체뇌파검사(sEEG) 전극의 선형 배치를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: sEEG의 작동 워크플로우 시간. 수술 시간은 절개부터 봉합까지 계산됩니다. 객실 시간은 객실 입실부터 폐쇄까지 계산됩니다. 각 시간을 케이스에 이식된 전극의 수로 나누어 "전극당" 시간을 제공한 다음, 주어진 수의 전극이 이식된 모든 사례에서 평균을 구합니다. 오차 막대는 표준 오차를 나타내고 R2 는 단순 선형 모델에 대한 결정 계수를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 1: 뇌의 혈관화를 강조하는 정중선 및 측면 뇌 이미지. 이 그림은 Szikla et al (1977)5 의 허락을 받아 재인쇄한 것이다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 2: 계획 예제. 이 그림은 Cleveland Clinic Epilepsy Center의 허가를 받아 재인쇄되었습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
토론
뇌내 sEEG 전극을 배치하기 위한 정위 프레임의 사용은 문헌에 잘 확립되어 있으며, 이를 안전하고 정밀한 방법으로 뒷받침합니다 1,2,9,10,12. 더욱이, sEEG에 사용될 수 있는 전극 수는 다양하며, 특히 MR 음성(비병변) 간질에서 조기 발작 조직 및 전파에 대한 광범위한 가설을 조사하기 위해 더 많은 전극이 필요한 경우가 있습니다7. sEEG 배치 중 로봇 유도를 사용하면 전극 배치의 속도와 용이성을 높이는 동시에 기존 기술의 정확성과 정밀도를 유지하는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 이전 시리즈에서는 로봇 팔의 사용을 고전적인 프레임 기반 기술과 비교할 때 전극당 이식 시간이 40% 감소하는 것으로 나타났습니다7. 이러한 이점은 많은 수의 전극이 배치된 경우에 특히 관찰됩니다. 로봇의 설정 및 해체 시간은 일정하게 유지되며, 수동 프레임 조정에 비해 로봇 팔 움직임의 효율성 향상은 궤적 수가 증가함에 따라 더욱 복잡해집니다. 예를 들어, 본 시리즈에서 13개의 전극을 이식하는 것과 25개의 전극을 이식하는 것을 비교할 때 전극당 실내 시간은 15.1분에서 6.2분으로 감소합니다(그림 2). 본 연구의 데이터는 다양한 마취 시간, 간호 또는 신경외과 수련의가 이 방법에 익숙해지는 것 등 유의미한 교란 요인을 고려하지 않지만, 전극 개수와 수술 시간을 비교하는 단순 선형 회귀 분석이 분산의 >70%를 차지합니다. 이것은 더 많은 수의 전극이 이식되는 sEEG 사례에서 정위 로봇 유도의 가치를 더 잘 보여줍니다.
절차의 중요한 단계와 관련하여, 이미징에서 환자의 해부학적 구조에 프레임을 공동 등록하는 것이 필수적이라는 점을 강조해야 합니다. 이는 안면(레이저 기반) 정합, 환자의 두개골에 단단히 이식된 기준점 또는 본 명세서의 비디오에서 입증된 바와 같이 프레임 자체에 적용된 기준 마커를 사용하여 수행할 수 있습니다. 우리의 경험에 비추어 볼 때, 로봇 시스템에 내장된 안면 인식(레이저 기반) 공동 정합 기술을 사용할 때 수술 시간이 더 짧아지며, 프레임/기준 정합을 위한 추가 수술 중 이미징이 필요하지 않습니다. 그러나 단단히 부착된 프레임 기반 기준 마커를 사용할 때 정위 정확도는 약간 더 유리한 등록 오류(평균 0.77mm 정도)를 제공합니다11.
sEEG 이식 방법의 또 다른 중요한 단계는 전극이 배치되는 버 구멍을 뚫을 때 신중한 정확성에 달려 있습니다. 이는 로봇 팔의 기구 홀더에 단단히 고정된 2.55mm 가이드 튜브를 통해 수행됩니다. 로봇 팔의 축 방향 움직임을 활용하면(그리고 기기 홀더 자체를 보호 장치로 사용) 드릴 비트 자체에서 별도의 보호 장치를 조정하는 데 소요되는 시간을 줄여 작업 워크플로를 가속화할 수 있습니다.
sEEG 방법의 또 다른 중요한 마지막 단계는 전극을 배치하는 것인데, 이는 일반적으로 뇌 실질관을 준비하기 위해 미세 폐쇄기를 사용한 후 수행됩니다(안전한 통과를 보장하기 위해 혈관을 촉진하는 동안). 전극 자체는 sEEG 볼트 하드웨어를 통해 삽입하기 전에 로봇 팔의 기구 홀더를 통해 배치하거나 이식된 sEEG 볼트를 통해 단순히 (직접) 배치할 수 있습니다. 이 워크플로우는 주로 절차에 사용되는 sEEG 전극 기술의 제조, 설계 및 제조업체에 따라 달라집니다. 두 경우 모두 두개골 내에 배치될 전극의 길이를 측정하여 수술 전 계획에 부합하도록 주의를 기울여야 합니다.
마지막으로, sEEG의 가장 중요한 위험은 출혈 위험과 관련이 있으며, 이는 대규모 임상 시리즈에서 전극당 0.04%에서 0.08%로 낮다고 인용됩니다 1,2,9,10. 여기에는 경막외, 경막하 또는 뇌내 혈종 형성이 포함될 수 있습니다. 따라서 수술 후 환자를 주의 깊게 검사하고 합병증의 가능성을 배제하기 위해 수술 후 즉시 CT 스캔을 실시합니다. 주목할 점은 혈관 구조와의 충돌을 피하는 정위 궤적에 의한 정확한 샘플링을 보장하기 위해 두 가지 이미징 방식(조영제 강화 CT 및 MR 이미징)을 사용하여 전극 궤적의 신중한 수술 전 계획을 통해 출혈의 위험을 완화할 수 있다는 것입니다. 그럼에도 불구하고, 수술 팀은 수술 중에 출혈의 우려되는 징후에 대해 경계를 유지해야 하며, 출혈이 발생할 경우 즉시 해결해야 합니다. sEEG의 다른 주목할만한 위험은 감염 및 일시적/영구적 신경학적 결손과 관련이 있습니다.
공개 사항
저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 앵커 두개골 볼트 키트, LSB 스타일 | Ad-Tech | LSB-BX-05 | 사용 가능한 다양한 크기 중 하나 |
| 일회용 단극 소작 프로브 | Kirwan | 30-6021 | 25.0 cm |
| GE OEC 9900 엘리트 모바일 C-Arm | GE | GE oec 9900 | |
| 수술 중 O-Arm CT | Medtronic | BI-700-00273 | |
| 깊이 정지 기능이 있는 두개내 폐쇄기(탐침) | 궤 | 적 생성을 위한 | ACS-770S-10 |
| ROSA One Brain: 로봇 신경외과 | Zimmer Biomet | ROSAS00203 | |
| Spencer 프로브 깊이 전극 | Ad-Tech | SD06R-SP05X-000 | 사용 가능한 다양한 크기 및 구성 중 하나 |
참고문헌
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