Summary
SEEG-metodiken förenklas och görs snabbare med en stereotaktisk robot. Noggrann uppmärksamhet måste ägnas åt registreringen av den preoperativa volymetriska MR till patienten före användning av roboten i OR. Roboten effektiviserar proceduren, vilket leder till minskade operationstider och noggranna implantationer.
Abstract
SEEG-metoden har vunnit fördel i Nordamerika under det senaste decenniet som ett sätt att lokalisera den epileptogena zonen (EZ) före epilepsikirurgi. Nyligen har tillämpningen av ett robotstereotaktiskt styrsystem för implantation av SEEG-elektroder blivit mer populärt i många epilepsicentra. Tekniken för användning av roboten kräver extrem precision i den prekirurgiska planeringsfasen och sedan effektiviseras tekniken under den operativa delen av metodiken, eftersom roboten och kirurgen arbetar tillsammans för att implantera elektroderna. Här finns detaljerad exakt operativ metod för att använda roboten för att styra implantation av SEEG-elektroder. En stor begränsning av proceduren, nämligen dess stora beroende av förmågan att registrera patienten till en preoperativ volymetrisk magnetisk resonansbild (MRT), diskuteras också. Sammantaget har detta förfarande visat sig ha en låg sjuklighet och en extremt låg dödlighet. Användningen av ett stereotaktiskt robotstyrningssystem för implantation av SEEG-elektroder är ett effektivt, snabbt, säkert och exakt alternativ till konventionella manuella implantationsstrategier.
Introduction
Medicinskt refraktär epilepsi (MRE) beräknas drabba femton miljonermänniskor världen över 1. Många av dessa patienter kan därför mycket väl behandlas med kirurgi. Epilepsikirurgi bygger på den exakta lokaliseringen av den teoretiserade epileptogena zonen (EZ) för att styra kirurgiska resektioner. Jean Tailarach och Jean Bancaud utvecklade stereoelektroencefalografi (SEEG) -metodiken på 1950-talet som en metod för att mer exakt lokalisera EZ baserat på in situ-elektrofysiologin hos den epileptiska hjärnan i både kortikala och djupa strukturer 2,3. Det är dock först nyligen som SEEG-metoden har börjat vinna gunst i Nordamerika4.
Olika tekniker och tekniker används över hela världen som en del av SEEG-metodiken, baserat på klinisk erfarenhet av olika yrkesverksamma och epilepsicentra 5,6,7. Nyligen har det dock skett en utveckling av de kirurgiska tekniker som används för att implantera SEEG-elektroder, utöver de klassiska manuella huvudramsbaserade strategierna. Specifikt har användningen av robotiserade stereotaktiska styrsystem visat sig vara ett exakt alternativ för SEEG-implantation8. Robotimplantation kan användas säkert och effektivt av dem med kirurgisk expertis som letar efter en snabbare, mer automatiserad metod för elektrodimplantation.
Här diskuteras de specifika steg som vidtas vid användning av ett robotiserat stereotaktiskt styrsystem för implantation av SEEG-elektroder. Även om SEEG-metoden tidigare har beskrivits, ägnas här särskild uppmärksamhet åt den kirurgiska tekniken som används med användning av roboten9.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla enheter som används här är FDA-godkända och protokollet häri utgör vårdstandarden vid vår institution. Som sådant behövdes inget IRB-godkännande för detaljeringen av detta protokoll.
1. Preimplantationsfas
- Skapa en anatamo-elektroklinisk (AEC) hypotes.
OBS: Skapandet av AEC-hypotesen bygger på samordning av flera icke-invasiva tekniker för att identifiera den potentiella EZ. Ett team av experter, inklusive epileptologer, radiologer och epilepsikirurger, kommer vanligtvis att sammankalla ett möte för att diskutera kliniska data för varje patient för att skapa AEC-hypotesen, som fungerar som den första hypotesen för patientens EZ. Detaljerna om hur detta uppnås ligger utanför ramen för denna artikel. - Identifiera den bästa metoden för invasiv övervakning beroende på platsen för AEC-hypotesen. Tabell 1 listar de olika scenarier för vilka SEEG föredras framför subduralnät (SDG) med eller utan djupelektroder för invasiv övervakning.
- När en patient anses vara en kandidat för SEEG-utvärdering, skapa en implantationsstrategi.
OBS: Implantationsstrategin bör på ett adekvat sätt täcka det område som identifierats som en del av AEC-hypotesen såväl som det bredare epileptogena nätverket i allmänhet och angränsande områden av vältalig cortex. Denna övervakning hjälper kirurgen att definiera gränserna för resektionen.- Skaffa en preoperativ volymetrisk MR och CTA.
- Överför bilderna i DICOM-format till den stereotaktiska robotens inbyggda planeringsprogramvara och utför bildfusion (T1 + Gadolinium MR smält med CTA).
Bildfusion utförs automatiskt av robotens programvara. Man behöver bara välja de studier som behöver smältas samman. - Planera banan för varje enskild elektroduppsättning inom 3D-rekonstruktionen av MRI-CTA-fusionen, se till att maximera provtagningen från en mängd områden, inklusive ytliga, mellanliggande och djupa kortikala och subkortikala områden inom AEC-hypotesen.
- Definiera varje bana genom att manuellt välja ingångspunkt för ytan och den djupa målpunkten för varje elektrod.
OBS: I allmänhet är det bäst att initialt använda ett arbetsavstånd på 150 mm från borrplattformen till den djupa målpunkten och sedan justera djupet för att maximalt minska arbetsavståndet för att förbättra implantationsnoggrannheten.
- Definiera varje bana genom att manuellt välja ingångspunkt för ytan och den djupa målpunkten för varje elektrod.
- Verifiera varje implantationsbana.
- Granska varje elektrod i 3D MR-CTA-fusionsrekonstruktionen individuellt för att se till att banan inte äventyrar några vaskulära strukturer, justera eventuella banor efter behov.
- Granska det övergripande implantationsschemat i 3D MR-rekonstruktionen och utvärdera eventuella bankollisioner.
- Kontrollera att alla ingångspunkter på ytan är minst 1,5 cm från varandra på hudytan, eftersom allt närmare än detta skulle vara oöverkomligt för implantation senare.
2. Operativ teknik
- I OR, förbered patienten och placera dem liggande medan du förbereder den stereotaktiska roboten för operation.
- Intubera under generell anestesi enligt anestesiologens rekommendationer. Använd propofol för tillräcklig anestesi och verifiera med adekvata elektrofysiologiska registreringar som certifierats av en klinisk epileptolog.
- Fixera patientens huvud med en trepunkts fixeringshuvudhållare.
OBS: Detta är en standard 4-punkts Lexell-ram. Ibland kommer en av de främre stolparna att tas bort för att underlätta registreringen av roboten till patienten, som beskrivs senare. Därför kallas fixeringen som 3-punkts. - Placera roboten i patientens huvud så att avståndet mellan robotarmens bas och kraniets mittpunkt är 70 cm. Lås roboten på plats och fäst trepunktshållaren på roboten.
OBS: Gör inga fler justeringar av patientens eller robotens position efter denna tid. Eventuella ytterligare justeringar efter denna punkt kan leda till implantationsfelaktigheter. - Använd det halvautomatiska laserbaserade ansiktsigenkänningssystemet för att registrera den preoperativa volymetriska MRT med patienten, enligt alla instruktioner från roboten.
- Kalibrera lasern med hjälp av det inställda avståndskalibreringsverktyget.
- Välj de förinställda anatomiska ansiktsmärkena manuellt med lasern. Registreringen är sedan klar eftersom roboten automatiskt skannar ansiktsytan.
- Bekräfta registreringens noggrannhet genom att korrelera ytterligare oberoende ytmärken med den registrerade MRT.
OBS: De planerade banorna verifieras sedan automatiskt av robotprogramvaran.
- Förbered och drapera patienten på vanligt sterilt sätt.
- Drapera robotarbetsarmen med steril plast.
- Fäst borrplattformen med en 2,5 mm arbetskanyl på robotarmen.
- Implantera bultarna längs deras angivna banor.
- Välj önskad bana på robotens pekskärm.
- Kliv på robotpedalen för att initiera robotarmens rörelse till rätt bana. När rätt position uppnås låses armen automatiskt av roboten.
- Sätt in en 2 mm borr genom arbetskanylen och använd den för att skapa ett pinhål genom hela tjockleken på skallen.
- Öppna dura med en isolerad duralperforator med monopolär cautery vid låg inställning.
OBS: Att öppna dura kan vara särskilt utmanande hos små barn. Eftersom dura inte är helt vidhäftande till de inre skikten i skallen, är det mycket lätt att förskjuta snarare än att öppna dura utan att märka. - Skruva fast styrbulten ordentligt i varje stifthål.
- Mät avståndet från borrplattformen till styrbulten med en steril linjal.
OBS: Detta är ett fast avstånd relaterat till borradapterns längd.- Subtrahera detta uppmätta avstånd från värdet på avståndet "plattform till mål" som används vid planeringen av banan.
OBS: Kom ihåg att rekommendationen är att alltid använda standard 150 mm plattform för att rikta avstånd om inte ett behov uppstår för att ändra detta avstånd. Genom att använda denna standard kommer detta steg att förenkla detta steg i OR. - Spela in och notera resultatet eftersom det kommer att användas senare som den slutliga längden på den implanterade elektroden.
- Subtrahera detta uppmätta avstånd från värdet på avståndet "plattform till mål" som används vid planeringen av banan.
- Mät och notera elektrodens slutliga längd och se till att den matchar den nyligen beräknade längden för bulten. Se till att elektroden och bulten har matchande etiketter för att förhindra förvirring senare under elektrodimplantation.
- Upprepa steg 2.2.1–2.2.7 för varje bult (dvs. implantera alla bultar) och markera alla elektroder därefter.
- Byt kirurgiska handskar och öppna ett nytt sterilt fält.
- Implantera alla elektroder till måldjupet via de implanterade bultarna.
- För in en stylet med en diameter på 2 mm genom styrbulten till det avsedda djupet för den slutliga elektroden beräknad efter implantation av bulten tidigare.
- Sätt omedelbart in elektroden genom bulten efter att du har tagit bort styletten och skruva in elektroden i bulten för fixering.
- Se till att elektroden är korrekt märkt.
- Upprepa steg 2.4.1–2.4.3 för varje elektrod.
- Anslut elektroderna till den kliniska elektrofysiologiska hårdvaran.
- Vik in patientens huvud med standard huvudbandageteknik.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den absoluta indikatorn på framgång efter användning av SEEG-metoden är anfallsfrihet för patienten, vilket i slutändan följer framgångsrika elektrodimplantationer, framgångsrika elektrofysiologiska inspelningar samt framgångsrik resektion av EZ. Ett sådant fall visas i figur 1. Panelerna A och B i figur 1 visar två tester (single positron emission computed tomography (SPECT) respektive magnetoelectroencephalography (MEG)) som hjälper till att skapa AEC-hypotesen. Diskussionen om identifieringen av EZ och slutförandet av den efterföljande resektion ligger dock utanför ramen för denna artikel. Men när SEEG-utvärdering visar att en patient är en dålig kirurgisk kandidat av ett antal skäl (AEC överlappar med vältalig cortex, multifokal epiliptogenicitet, etc.) kan det säkert klassificeras som en framgångsrik studie att hjälpa en patient att undvika operation. Här ligger fokus istället på den framgångsrika anatomiska placeringen av elektroderna och frånvaron av komplikationer som indikator för framgång med denna metodik. Som sådan visar figur 1C placeringen av en elektrod i det främre operkulära och dorsala öområdet. Figur 1D visar resektion av höger operculum och insula i en postoperativ T1 MR-bild.
Figur 2 visar lämplig operationssalsinställning, lyckad bultplacering och lyckad elektrodimplantation för SEEG-metoden. I en studie av 200 patienter som genomgick totalt 2 663 SEEG-elektrodimplantationer vid vårt center upplevde endast 5 patienter komplikationer. Frekvensen av sårinfektion, hemorragiska komplikationer och övergående neurologiskt underskott var 0,08% / elektrod, 0,08% / elektrod och 0,04% / elektrod för en total sjuklighet på 2,5% / patient och en dödlighet på 0% / patient.
| Kliniskt scenario | Val av metod | Andra alternativet |
| Lesionell MR: Potentiell epileptogen lesion är ytligt belägen, nära eller i närheten av vältalig cortex. -ELLER- Icke-lesionell MR: Hypotetisk EZ belägen i närheten av vältalig cortex |
SBG | SEEG |
| Lesionell MR: Potentiell epileptogen lesion ligger i djupa kortikala och subkortikala områden. -ELLER- Icke-lesionell MR: Hypotetisk EZ är djupt belägen eller belägen i icke-vältaliga områden. |
SEEG | SBG med djup |
| Behov av bilaterala prospekteringar och/eller reoperationer | SEEG | SBG med djup |
| Efter subduralnätfel | SEEG | SBG med djup |
| När AEC-hypotesen föreslår involvering av ett mer omfattande multilobar epileptiskt nätverk. | SEEG | SBG med djup |
| Misstänkt frontallobsepilepsi i icke-lesionellt MR-scenario. | SEEG | SEEG |
Tabell 1. Selektionskriterier för SDG (med eller utan djupelektroder) vs. SEEG för invasiv monitorering av patienter med medicinskt refraktär fokal epilepsi.
Figur 1: Komponenter i stereoelektroencefalografimetoden. Panelerna A och B visar icke-invasiva lokaliseringstester före implantation (som ictal SPECT - A och MEG-skanning - B) som visar potentiell epileptogenicitet belägen i de högra operkulära insulära områdena. Panel C visar R-elektrodens placering, i det främre operkulära och dorsala öområdet, från vilket epileptisk aktivitet demonstrerades av lokala fältpotentialer. Panel D visar postoperativ T1 MR-bild (sagittal vy), som visar höger operkulär och insula resektion. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: STEREO-ELEKTRO-ENCEFALOGRAFI robotmetod. Figuren representerar en intraoperativ digital bild av robottekniken under borrningsfasen. Robotarmen styr borrsteget exakt, vilket möjliggör (efter öppning av dura och styrbultens position) den slutliga implantationen av djupelektroden. Robotarmen är utrustad med en 2,55 mm adapter, vilket möjliggör exakt inriktning av 2,5 mm-borrkronan. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Noggrann definition av AEC-hypotesen i kombination med särskilt detaljerad uppmärksamhet på utformningen av implantationsstrategin är i slutändan det som kommer att avgöra framgången för SEEG-metoden för varje enskild patient. Som sådan är noggrann prekirurgisk planering av proceduren kritisk och ger en relativt enkel lågriskoperation. I allmänhet är det bäst att orientera banorna ortogonalt mot sagittalmittlinjen, vilket underlättar en lättare anatomi-elektrofysiologisk korrelation i framtiden och också får högre precision under implantation. I vissa fall kan dock sneda banor användas. Specifikt, när en sned bana möjliggör provtagning av flera mål inom AEC-hypotesen, kan detta vara att föredra eftersom det kommer att minska det totala antalet elektroder som måste implanteras för adekvat provtagning. Implantationsstrategin bör därför ta hänsyn till den tredimensionella, dynamiska, multidirektionella spatiotemporala organisationen av epileptisk aktivitet och de vägar den följer.
Eftersom användningen av den stereotaktiska roboten är så kritisk för hela den operativa tekniken som beskrivs här, rekommenderas att en kirurg får praktisk erfarenhet av att arbeta med en av dessa intraoperativa robotar innan den används i operationssalen. Kännedom om hur hårdvaran och programvaran som är associerad med det stereotaktiska styrsystemet fungerar kommer inte bara att förbättra patientsäkerheten utan också öka procedurens hastighet och underlätta en strömlinjeformad operativ upplevelse. Dessutom, som beskrivs i protokollet, är det viktigt att kirurgen och alla assistenter byter kirurgiska handskar och öppnar ett nytt sterilt fält efter implantation av alla bultar och före implantation av elektroderna. Detta görs för att förhindra infektion.
En varning för denna metod är vikten av att noggrant registrera patienten till 3D-rekonstruktion av den preoperativa MRI. Varje avvikelse i registreringen, eller avvikelsen från den, kommer att manifestera sig i minskad implantationsnoggrannhet för varje elektrod. Det är därför viktigt att registreringen kontrolleras noggrant under hela implantationsproceduren för att se till att den börjar korrekt och förblir som sådan. Eventuella farhågor om en felaktig implantation bör mötas med verifiering av registreringen och, om nödvändigt, omregistrering.
I slutändan finns det många sätt att slutföra den stereotaktiska implantationen av dessa djupelektroder, men enligt författarnas erfarenhet ger användningen av den stereotaktiska roboten en mycket föredragen (effektiv och exakt) operativ upplevelse, liksom en mycket låg sjuklighet och en extremt låg dödlighet. Dessutom har en tidigare studie av implantationsnoggrannheten som uppnåtts med detta protokoll visat höga nivåer av implantationsnoggrannhet10. Resultaten och slutsatserna häri överensstämmer med tidigare publicerad litteratur om sjukligheten i SEEG-metoden 11,12,13,14,15.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Författarna har inga erkännanden.
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).
