Vi beskriver stegen för att använda vår egen utvecklad programvara för bild integration, visualisering och planering i epilepsikirurgi.
Epilepsikirurgi är utmanande och användningen av 3D-multimodalitet bild integration (3DMMI) för att underlätta presurgical planering är väl etablerad. Multimodalitet bild integration kan vara tekniskt krävande, och underutnyttjad i klinisk praxis. Vi har utvecklat en enda mjukvaruplattform för bild integration, 3D-visualisering och kirurgisk planering. Här är vår pipeline beskrivs i steg-för-steg-mode, börjar med bildtagning, fortsätter genom bild co-registrering, manuell segmentering, hjärna och extraktionskärlet, 3D-visualisering och manuell planering av stereoEEG (Seeg) implantationer. Med spridningen av programvaran denna rörledning kan reproduceras i andra centra, vilket gör att andra grupper kan dra nytta av 3DMMI. Vi beskriver även användningen av en automatiserad, fler bana planerare för att generera stereoEEG implantation planer. Preliminära studier tyder på att detta är en snabb, säker och effektiv komplement för planering Seeg implantationer. Slutligen ett enkelt solutipå för export av planer och modeller för kommersiella neuro system för genomförande av planerna i operationssalen beskrivs. Denna programvara är ett värdefullt verktyg som kan stödja kliniskt beslutsfattande i hela epilepsikirurgi vägen.
I kirurgisk praxis är det av avgörande betydelse för kirurgen att uppskatta anatomiska strukturer och deras rumsliga förhållanden till varandra i tre dimensioner. Detta är särskilt viktigt i neurokirurgi, där kirurgen arbetar i ett begränsat utrymme, med begränsad visualisering och tillgång till komplexa anatomi. Trots detta, hittills mest avbildning har presenterats för kirurger i konventionell plan 2D form och olika avbildningsmetoder är ofta presenteras efter varandra i serie. Som en konsekvens har kirurgen att mentalt integrera dessa data för varje patient, och placera den i en anatomisk ram för presurgical planering. Det finns klara fördelar i att generera 3D datormodeller av den enskilda patientens hjärna, vilket visar anatomin av hjärnbarken, blodkärlen, eventuella patologiska lesioner närvarande liksom andra relevanta 3D landmärken i samma rumsliga sammanhang 1-4. Innan operationen kirurgen kan rotera och ändra öppenhet of dessa modeller, för att till fullo förstå 3D relationer mellan olika strukturer av intresse. Denna princip kallas 3D multimodalitet bildbehandling (3DMMI).
Syftet med pre-kirurgisk utvärdering för epilepsikirurgi är att sluta sig till lokalisering av det område av hjärnan där anfall uppstår, och se till att detta kan säkert opererande utan att orsaka betydande underskott 5. Det finns ett brett utbud av diagnostiska avbildningsmetoder som bidrar till detta, bland annat strukturell MRI, fluordeoxiglukos positronemissionstomografi (FDG-PET), ictal single photon emission datortomografi (SPECT), magnetencefalografi (MEG) dipoler, funktionell MRI (fMRI) och diffusion tensor imaging (DTI) 6. Epilepsikirurgi är idealisk för 3DMMI eftersom det kräver simultantolkning av flera datauppsättningar, och behandlingen av hur varje datamängd avser en annan.
I många fall icke-invasiva undersökningar misslyckas to ge bevisnivå som krävs för att gå vidare till resektion. I dessa fall intrakraniell EEG (IC EEG) inspelningar är nödvändiga för att identifiera den region i hjärnan som måste tas bort för att förhindra anfall. Alltmer, är IC EEG utförs av en teknik som kallas SEEG, i vilken ett antal inspelningsdjup elektroder placeras intracerebralt att fånga ursprunget och förökning av elektrisk aktivitet associerad med kramper i 3D 1,7-10.
Det första steget i Seeg implantationer är att utveckla strategin för implantation, definiera områden i hjärnan som behöver provtas. Detta innebär att integrera klinisk och icke-invasiv EEG datum, med strukturell avbildning, med någon form av skada, och funktionell bilddata som sluta sig till platsen för källan till epilepsi.
Det andra steget är den exakta kirurgisk planering av elektrodbanorna. Kirurgen måste garantera säkra avaskulära elektrodbanor, centre electrode poster på kronan av gyri och på avstånd från kortikala ytliga blodkärl, och korsar skallen ortogonalt. Dessutom hela implantation arrangemanget måste vara väl utformade, med rimlig mellan elektrodavstånd och inga elektrod kollisioner.
Möjligheten att generera 3DMMI modeller för att styra implantation av IC EEG elektroder i en hektisk epilepsikirurgi praktiken har tidigare visats 11. Vi har också visat principen att användningen av 3DMMI ger mervärde i kliniskt beslutsfattande. I en prospektiv studie, utlämnande av 3DMMI ändrat någon aspekt av förvaltning 43/54 (80%) fall, och särskilt ändrat placeringen av 158/212 (75%) av djupelektroderna 12.
Det finns en rad av programvarupaket som underlättar 3DMMI. Dessa inkluderar kommersiellt tillgängliga neuro plattformar som används i operationssalen, specialiserade planeringsprogramvara allierademed neuro plattformar och fristående bild integration och visualisering plattformar forskningsinriktade. Som funktionalitet, flexibilitet och mångsidighet av dessa plattformar ökar, användbarhet och sannolikheten för att översätta dem i klinisk praxis motsvarande minskar.
Vi har utvecklat skräddarsydda program för multimodalitet bild integration, avancerad 3D-visualisering och SEEG elektrodplacering planerar 12,13 för behandling av epilepsi. Tyngdpunkten ligger på användarvänlighet i en klinisk scenario, vilket gör att i realtid användning av programvara från kliniker, och snabba införlivande i den kliniska pipeline. Mjukvaran körs på en translationell imaging plattform 14, som kombinerar NiftyReg, NiftySeg och NiftyView.
I detta dokument protokollet för att använda programvaran i klinisk praxis anges. Stegen för bild co-registrering, segmentering av regioner av intresse, hjärna segmentering, utvinnablodkärl från dedikerad vaskulär avbildning 15, bygga 3D-modeller, planering Seeg implantationer och snabbt exportera modeller och planer till operationssalen beskrivs. Ett nytt verktyg beskrivs också för automatiserad multi-bana planering 13, som ökar säkerheten och effektiviteten av implantationer och minskar varaktigheten av planeringen avsevärt.
Sammanfattningsvis, de avgörande stegen för bild integration och 3D-visualisering är bild co-registrering, segmentering av hjärnan, fartyg och andra strukturer eller intresseområden, och exportera till ett neurosystem. Denna process har tidigare utförts i gruppen med hjälp av kommersiellt tillgänglig programvara bild integration. En nackdel med denna rörledning var den tid det tog, med hela processen tar 2-4 h. Med hjälp av vår egen mjukvaruplattform, är denna rörledning förenklas avsevärt, och kan fyllas i 1-2 tim. Vidare finns en ny funktion för kirurgisk planering av Seeg elektrod banor på detta program, som kan göras manuellt eller med datorhjälp. Fördelarna med CAP jämfört med manuell planering är ökad precision, minskad risk och ökad hastighet, och har diskuterats på annat ställe (Nowell et al, under tryckning, Sparks et al, inlämnad).
Den egna mjukvaruplattform är i kontinuerlig dtveckling, med nya verktyg och funktioner läggs för att stödja alla faser av presurgical utvärdering och kirurgisk behandling. Det finns därför ett behov av rigorösa tester vid varje ny version release. Aktuella begränsningar av programvaran inkluderar en brist på hög kvalitet volym rendering, som förekommer i andra plattformar och är ett värdefullt tillskott för avancerad 3D-visualisering. Även export är endast kompatibel med en utvald neuro företag i dagsläget. Dessa begränsningar har inte påverkat den kliniska nyttan av programvaran i vår enhet, och har inte bromsat spridningen av tekniken till andra centra.
Betydelsen av detta program är att det tar bort de hinder som tidigare grupper har citerat som skäl för att inte använda 3DMMI. Lösningen ger enkel att använda verktyg i en enda plattform, som inte kräver specialiserad utbildning eller kompetens, tid och kostnadseffektiv och lätt översättas i klinisk praxis. Vi har plans för att lägga till ytterligare innovationer på programvara för att stödja epilepsikirurgi. Dessutom kan de metoder som lätt appliceras på andra områden av neurokirurgi, såsom resektion av låg kvalitet tumörer nära vältalig cortex, fokal lesionering och leverans av riktad stimulering. 3DMMI och precisa kirurgiska planeringsverktyg kommer sannolikt att bli allt viktigare i modern kirurgi, som mer utmanande fall tas på och som minimalt invasiva behandlingar anger vanligt förekommande.
The authors have nothing to disclose.
Detta program har fått stöd av Department of Health och Wellcome Trust Health Innovation Challenge Fund (HICF-T4-275, Programme Grant 97914). Vi är tacksamma för Wolfson Trust och Epilepsy Society för att stödja Epilepsy Society magnetkamera. Detta arbete stöddes av National Institute for Health Research (NIHR) University College 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 |