Vi beskriver fremgangsmåten for å bruke vår spesialdesignet programvare for bilde integrasjon, visualisering og planlegging i epilepsi kirurgi.
Epilepsi kirurgi er krevende og bruk av 3D-bilde multimodalitet integrering (3DMMI) for å hjelpe til presurgical planlegging er veletablert. Multimodalitet bilde integrasjon kan være teknisk krevende, og er underutnyttet i klinisk praksis. Vi har utviklet en enkel programvareplattform for bilde integrasjon, 3D-visualisering og kirurgisk planlegging. Her er vår rørledning beskrevet i trinn-for-trinn-mote, og starter med image oppkjøpet, fortsetter gjennom bilde co-registrering, manuell segmentering, hjerne og fartøy utvinning, 3D-visualisering og manuell planlegging av stereoEEG (Seeg) implantasjoner. Med spredning av programvaren denne rørledningen kan gjengis i andre sentre, slik at andre grupper for å dra nytte av 3DMMI. Vi beskriver også bruk av en automatisert, multi-bane planlegger å generere stereoEEG implantasjon planer. Foreløpige studier tyder på dette er en rask, sikker og effektiv medhjelper for planlegging SEEG implantasjoner. Endelig en enkel solutipå for eksport av planer og modeller til kommersielle nevro systemer for gjennomføring av planer i operasjonssalen er beskrevet. Denne programvaren er et verdifullt verktøy som kan støtte kliniske beslutningsprosesser i hele epilepsi kirurgi veien.
I kirurgisk praksis er det avgjørende for kirurgen å verdsette anatomiske strukturer og deres romlige relasjoner til hverandre i tre dimensjoner. Dette er spesielt viktig i nevrokirurgi, hvor kirurgen arbeider i et trangt rom, med begrenset visualisering og tilgang til komplekse anatomi. Til tross for dette, hittil mest bildebehandling har blitt presentert for kirurger i konvensjonelle plan 2D form, og ulike bildediagnostikk blir ofte presentert en etter en i serien. Som en konsekvens, har kirurgen å mentalt integrere disse dataene for hver pasient, og plassere den i en anatomisk ramme for presurgical planlegging. Det er tydelig fordel i å generere 3D datamodeller av den individuelle pasient hjernen, som demonstrerer anatomi av hjernebarken, blodkar, eventuelle patologiske lesjoner til stede, så vel som andre relevante 3D landemerker i det samme romlige sammenheng 1-4. Før operasjonen kirurgen kan rotere og endre gjennomsiktig of disse modellene, for å fullt ut forstå 3D relasjoner mellom ulike strukturer av interesse. Dette prinsippet kalles 3D multimodalitet imaging (3DMMI).
Målet med pre-kirurgisk evaluering for epilepsi kirurgi er å slutte lokalisering av området av hjernen hvor anfall oppstår, og sørge for at dette kan trygt resected uten å forårsake betydelige underskudd 5. Det er et bredt spekter av diagnostiske bildediagnostikk som bidrar til dette, blant annet strukturell MR, fluorodeoxyglucose positronemisjonstomografi (FDG-PET), ictal SPECT (SPECT), magnetoencefalografi (MEG) dipoler, funksjonell MRI (fMRI) og diffusjon tensor imaging (DTI) 6. Epilepsi kirurgi er ideell for 3DMMI siden det krever samtidig tolkning av flere datasett, og hensynet til hvordan hvert datasett er relatert til en annen.
I mange tilfeller ikke-invasive undersøkelser mislykkes to gi nivået av bevis som kreves for å fortsette til reseksjon. I disse tilfellene intrakranial EEG (IC EEG) opptak er nødvendig for å identifisere den delen av hjernen som må fjernes for å forebygge anfall. I økende grad er IC EEG utført ved en teknikk kalt SEEG, der en rekke opptaksdybde elektrodene er plassert intracerebralt å fange sted forplantning av elektrisk aktivitet forbundet med anfall i 3D 1,7-10.
Det første trinnet i SEEG implantasjoner er å utvikle strategien for implantasjon, definere de områdene av hjernen som må prøves. Dette innebærer å integrere den kliniske og ikke-invasiv EEG dato, med strukturell avbildning, med enhver lesjon, og funksjonell avbildning data som fastsetter posisjonen for kilden til epilepsi.
Det andre trinnet er den presise preoperativ planlegging av elektrode baner. Kirurgen må sikre trygge avaskulære elektrode baner, sentre elhjelp av elektrode oppføringer på kronen av Gyri og fjernt fra kortikale overflaten årer, og traversering skallen orthogonally. I tillegg hele implantasjon ordningen må være godt gjennomtenkt, med rimelig inter-elektrode avstand og ingen elektrode kollisjoner.
Muligheten for å generere 3DMMI modeller for å lede implantasjon av IC EEG-elektroder i en travel epilepsi kirurgi praksis har tidligere blitt demonstrert 11. Vi har også vist prinsippet om at bruk av 3DMMI overfører merverdi i klinisk beslutningstaking. I en prospektiv studie, avsløring av 3DMMI endret noen aspekter av ledelse i 43/54 (80%) tilfeller, og spesielt endret plassering av 158/212 (75%) av dybdeelektroder 12.
Det er en rekke programvarepakker som letter 3DMMI. Disse inkluderer kommersielt tilgjengelige nevro plattformer som brukes i operasjonssalen, spesialisert planlegging programvare suiter alliertemed nevro plattformer og forskningsorienterte frittstående bilde integrering og visualiserings plattformer. Som funksjonalitet, fleksibilitet og allsidighet av disse plattformene øker, brukervennlighet og sannsynligheten for oversette dem til klinisk praksis tilsvarende reduseres.
Vi har utviklet skreddersydd programvare for multimodalitet image integrering, avansert 3D-visualisering og SEEG elektrodeplassering planlegging 12,13 for behandling av epilepsi. Det legges vekt på brukervennlighet i en klinisk situasjon, slik at sanntids bruk av programvare av klinikere, og rask innlemmelse i den kliniske rørledningen. Programvaren kjører på en translasjonell bildebehandling plattform 14, som kombinerer NiftyReg, NiftySeg og NiftyView.
I denne utredningen protokollen for å bruke programvaren i klinisk praksis er satt ut. Trinnene for bilde co-registrering, segmentering av regioner av interesse, hjerne segmentering, utpakkingblodkar fra dedikert vaskulær avbildning 15, bygge 3D-modeller, planlegging SEEG implantasjoner og raskt eksportere modeller og planer til operasjonssalen er beskrevet. En roman verktøyet er også beskrevet for automatisert multi-bane planlegger 13, som øker sikkerheten og effekten av de implantasjoner og vesentlig reduserer varigheten av planlegging.
I sammendraget, de viktigste trinnene for bilde integrering og 3D-visualisering er bilde co-registrering, segmentering av hjernen, skip og andre strukturer eller områder av interesse, og eksportere til en nevro system. Denne prosessen ble tidligere utført i gruppen ved hjelp av kommersielt tilgjengelige image integrering programvare. En ulempe i denne rørledningen var den tid det tar, med hele prosessen tar 2 – 4 timer. Ved hjelp av vår in-house programvareplattform, er denne rørledningen forenklet betraktelig, og kan være ferdig i 1 – 2 timer. Videre er det lagt til funksjonalitet for kirurgisk planlegging av SEEG elektrode baner på denne programvaren, som kan gjøres manuelt eller med PC-hjelp. Fordelene med CAP over manuell planlegging er økt presisjon, redusert risiko og økt hastighet, og har vært diskutert andre steder (Nowell et al, i pressen, Sparks et al, innsendt).
In-house programvareplattform er i kontinuerlig development, med nye verktøy og funksjonalitet blir lagt til støtte alle stadier av presurgical evaluering og kirurgiske inngrep. Det er derfor behov for grundig testing på hver nye versjonen. Dagens begrensninger av programvaren omfatter en mangel på høy kvalitet volumgjengivelse, som er til stede i andre plattformer og er et verdifullt tillegg for avansert 3D-visualisering. Også eksporten er bare kompatibel med en valgt nevro selskap på det nåværende tidspunkt. Disse begrensningene har ikke påvirket den kliniske nytten av programvaren i vår enhet, og har ikke bremset spredningen av teknologien til andre sentre.
Betydningen av denne programvaren er at den fjerner barrierene som tidligere grupper har sitert som grunner for ikke å bruke 3DMMI. Løsningen gir enkel å bruke verktøy i en enkelt plattform, som ikke krever spesialistutdanning eller kompetanse, tid og kostnadseffektivt og er lett oversettes til klinisk praksis. Vi har plans å legge til flere nyvinninger til programvaren for å støtte epilepsi kirurgi. Videre er fremgangsmåtene kan lett bli anvendt på andre områder av nevrokirurgi, slik som fjerning av lav grad tumorer nær talende cortex, fokal lesioning og levering av målrettet stimulering. 3DMMI og presise kirurgisk planleggingsverktøy vil trolig bli stadig viktigere i moderne kirurgi, som mer utfordrende saker blir tatt på og som minimalt invasive behandlinger skriv vanlig praksis.
The authors have nothing to disclose.
Dette programmet har blitt støttet av Department of Health and Wellcome Trust Health Innovation Challenge Fund (HICF-T4-275, Program Grant 97914). Vi er takknemlige for den Wolfson Trust og Epilepsiforeningen for å støtte Epilepsiforeningen MR skanner. Dette arbeidet ble støttet av National Institute for Health Research (NIHR) Høgskolen i London Hospitals Biomedical Research Centre (BRC)
EpiNav | UCL | Inhouse software platform for image integration, segmentation, visualisation and surgical planning | |
Freesurfer | Martinos Centre for Biomedical Imaging | Software for cortical segmentation | |
S7 Stealthstation | Medtronic | Neuronavigation system | |
MeshLab | ISTI-CNR | 3D mesh processing software | |
NiftiK | UCL | Translational imaging platform | |
AMIRA | Visualisation Sciences Group | Image integration software |