Neuronavigatie



I. Inleiding


a. omschrijving

Neuronavigatie is een hulpmiddel, waarmee de neurochirurg op basis van digitale rontgenbeelden (CT, MRI, angio, etc.) in een geavanceerd computersysteem virtueel vooruit kan kijken in het hoofd en de hersenen van een patient

Inmiddels kan het ook voor de wervelkolom ruggemerg, botten en neus-/bij-holten gebruikt worden

De toepassing voor andere lichaamsdelen en organen is in ontwikkeling

Voor de andere organen dan het zenuwstelsel is de term neuronavigatie niet bruikbaar en het wordt dan ook wel Computer Assisted Surgery (CAS) of Image Guided Surgery (IGS) genoemd



b. historie

Het idee om een navigatie systeem te ontwikkelen voor gebruik in de hersenen dateert uit de 80-er jaren.
Diverse systemen met vaste armen, welke belemmeringen opleverden voor het makkelijke gebruik ervan, werden ontwikkeld en ook toegepast. Deze systemen zijn echter alleen toepasbaar op één locatie en nogal omslachtig in het gebruik. Daarom zijn flexibelere systemen ontwikkeld, welke:



c. ontwikkeling van het Easy Guide Neuronavigatie systeem in ons centrum


In 1993 benaderde Philips Medical Systems ons met de vraag òf wij interesse hadden om een dergelijk systeem uit te willen testen, hetgeen na vele besprekingen tot uitvoer kwam.
Een haalbaarheidsstudie (begin 1994) om te zien òf de apparatuur, welke door de technici ontwikkeld was, überhaupt wel in de klinische praktijk toepasbaar was, leverde veelbelovende mogelijkheden op, zodat medio 1994 een klinische studie volgde met regelmatige evaluatie en verandering van de software om deze zo goed mogelijk aan te laten sluiten bij de gang van zaken tijdens een operatie. (foto eerste operatie 12 januari 1994)
Medio 1995 werd een trial gestart voor de FDA (Food and Drug Administration in de USA) samen met de neurochirurgische klinieken in Atlanta en Phoenix.
De resultaten daarvan zijn medio 1996 toegestuurd aan de FDA en er werd goedkeuring verkregen.
Daarna werden nieuwe toepassingen ontwikkeld, welke al in het verleden bedacht waren, omdat het systeem als stabiel beschouwd kon worden voor de Neuro toepassing.
Helaas staakte Philips de verdere ontwikkeling en productie in 1998 vanwege de zeer hoge kosten, zodat wij inmiddels op een ander systeem (Stealth) overgeschakeld zijn

Het Neurochirurgisch Centrum Tilburg heeft nu de beschikking over 3 navigatie systemen (1 Easy Guide en 2 Stealth) met uitgebreide neuro en spine toepassingen met tevens mogelijkheid om op C-boog doorlichting te navigeren (Stealth-Fluoronav)



d. navigatie

De mensheid kan op vele terreinen reeds nauwkeurig navigeren, zoals op:
  • land
  • op en onder water
  • in de lucht
  • in de ruimte


Er zijn daarvoor vele hulpmiddelen ontwikkeld om dit makkelijk en goed te laten verlopen, zodat, ook al zie je geen herkenningspunten, je toch weet waar je bent en kan zien, waar je naar toe gaat

Dus waarom zou je dit ook niet in de mens zelf kunnen doen?

 navigatie mogelijkheden



II. Beschrijving van een Neuro Navigatie Systeem

1. EGN-systeem (Easy Guide Neuro) bestaat uit:


Easy Guide Neuro Navigatie Systeem
Easy Guide Neuro Navigatie Systeemoperatie tafelMayfield klem om hoofd vast te zettenwerkstationcamerabeeldscherm





2. Werken met een Neuronavigatie Systeem


Voor de operatie wordt een CT- òf MRI-scan gemaakt, waarbij op de patient òf:

De huidmarkers kunnen tot wel 1 week van te voren opgeplakt worden, doch het liefst slechts 0 - 3 dagen voor de operatie.

De digitale data worden dan, òf via een lijn verbinding (netwerk Ziekenhuis), òf via een optical disc (zowel voor de CT-, als de MRI-beelden) overgebracht van de Rontgen naar het werkstation.
Nadat de patient onder narcose is gebracht worden de markers geijkt op het Navigatie Systeem door deze 'at random' (willekeurig) met de pointer (aanwijsstokje) aan te wijzen, zodat het systeem de beelden kan relateren aan de plaats van de markers (De hele procedure is dus een simulatie!!)
(zie schema neuronavigatie)


Op het beeldscherm kan dan de RMSE (Root Mean Square Error), dit is de maximaal mogelijke fout van het systeem in millimeters t.o.v. het door de pointer aangewezen punt, afgelezen worden.
Afhankelijk van de grootte van het proces kan deze fout wel of niet geaccepteerd worden en zonodig moet opnieuw geijkt worden
Bij een groot proces is een grotere RMSE niet storend, bij een klein proces wel, daar dat de kans op fouten vergroot. In het algemeen streven we naar een RMSE van kleiner dan 3mm.
De RMSE kan ook misleidend zijn en een schijnnauwkeurigheid geven.
De plaatsing van de markers is hierbij van groot belang.
De maximale fout zit dus aan het oppervlak (huid) van het hoofd.

Als de markers teveel in één vlak en dicht bij elkaar geplaatst worden, dan geeft dit een lage RMSE, doch deze geldt dan alleen in dit vlak en niet op meerdere cm's afstand van dat vlak, daar is het dan minder nauwkeurig


afnemen van nauwkeurigheid bij verder verwijderen van het vlak af
visualisatie bij plaatsen markers in een plat vlak op het hoofd
nauwkeurigheid neemt af bij verder verwijderen van het vlak af

(verschil tussen groene en blauwe, resp. rode, lijn)



Dit principe kan dus ook gebruikt worden om de maximale nauwkeurigheid naar de locatie van het proces te trekken door de markers zodanig te plaatsen, dat het te attaqueren proces zich zoveel mogelijk in het centrum van een bol (het volume van de geplaatste markers) bevindt, waardoor de afwijking van een punt in dat centrum bijna nul is


toename van de nauwkeurigheid naar het centrum van de bol
visualisatie bij markerplaatsings in een bolvorm op het hoofd
nauwkeurigheid neemt toe naar het midden van de bol



Er zijn minimaal 3 - 5 markers nodig om te kunnen werken, doch de grootste nauwkeurigheid wordt verkregen bij 6 - 10 markers
In verband met het mogelijk afvallen van de markers worden minimaal zo'n 8 - 10 markers opgeplakt
De markers kunnen op het beeldscherm automatisch gezocht worden door het systeem (alleen bij CT), waarbij vullingen in kiezen of andere metalen implantaten valse locaties van een marker aan kunnen geven. Daarom is het van belang om te weten hoeveel markers er geplakt zijn en op welke locatie. Hiervoor bestaat een protocol met formulier, dat bij de patiënt blijft.
De marker locaties voor de MRI dienen handmatig gemerkt te worden. Niet ter zake doende markers kunnen verwijderd worden

Voor ingrepen, waarbij een maximale nauwkeurigheid (< 5mm) vereist wordt, verdienen voorlopig vaste markers de voorkeur (het systeem is ook met een stereotactisch frame te gebruiken, waarbij de coordinaten direct op het scherm afgelezen kunnen worden)

Na de ijking wordt eerst gecontroleerd of het systeem grofweg klopt door een paar punten aan te wijzen en er zeker van te zijn, dat er geen craniaal/caudaal (hoofd-/voeten-eind) of links/rechts conflict is, en kan de operatie aanvangen met het bepalen van de plaats, vorm en grootte van de incisie (litteken) en botluikje, doordat van buitenaf nu virtueel naar binnen gekeken en de beste weg bepaald kan worden


Fouten kunnen ontstaan door:



Tijdens de operatie kan dan genavigeerd worden op interactieve beelden om zo veilig mogelijk te kunnen werken en kan dan ook een steun zijn om te zien of zich achter een normaal uitziende structuur nog afwijkingen bevinden

De neurochirurg moet zich altijd bewust blijven, dat het om een simulatie gaat en weefsel niet alleen verwijderen op grond van de computerbeelden alleen, doch ook op het beeld in zijn microscoop [het principe van het "gegist bestek" (ofwel: "waar zit ik ongeveer?") uit de navigatie moet altijd gehandhaafd blijven]



Toepassingen

Neuronavigatie wordt gebruikt bij:




Toekomstige ontwikkelingen

DeNiCe Software copyright notice

DeNiCe Software; Copyright © 1994 - 2001; All rights reserved