We beschrijven de stappen om onze op maat ontworpen software voor het integratie, visualisatie en planning in epilepsiechirurgie gebruiken.
Epilepsiechirurgie is uitdagend en het gebruik van 3D-beeld multimodaliteit integratie (3DMMI) naar prechirurgische planning hulp is gerenommeerde. Multimodaliteit image integratie kan technisch veeleisend zijn, en wordt onderbenut in de klinische praktijk. We hebben een enkel softwareplatform voor het integratie, 3D-visualisatie en chirurgische planning uitgewerkt. Hier wordt onze pijplijn beschreven in stap-voor-stap mode, te beginnen met het verwerven, over te gaan door middel van het co-registratie, handmatige segmentatie, de hersenen en schip extractie, 3D-visualisatie en handmatige planning van stereoEEG (SEEG) implantaties. Met de verspreiding van de software deze pijpleiding kan worden gereproduceerd in andere centra, waardoor andere groepen om te profiteren van 3DMMI. We beschrijven ook het gebruik van een geautomatiseerde, multi-baan planner stereoEEG implantatie plannen genereren. Voorlopige studies suggereren dat dit is een snelle, veilige en effectieve aanvulling voor het plannen van SEEG implantaties. Ten slotte is een eenvoudige Solutivoor de uitvoer van de plannen en modellen om commerciële neuronavigatie systemen voor de uitvoering van de plannen in de operatiekamer wordt beschreven. Deze software is een waardevol instrument dat de klinische besluitvorming kan ondersteunen gedurende de epilepsiechirurgie route.
In chirurgische praktijk is cruciaal voor de chirurg om anatomische structuren en hun ruimtelijke relaties tot elkaar in drie dimensies waarderen. Dit is vooral belangrijk in neurochirurgie, waarbij de chirurg werkt in een kleine ruimte met beperkte visualisatie en toegang tot complexe anatomie. Ondanks dit, tot nu toe de meeste imaging is voorgelegd aan chirurgen in conventionele vlakke 2D-vorm, en verschillende beeldvormende modaliteiten worden vaak gepresenteerd ene na het andere in serie. Bijgevolg moet de chirurg om deze informatie mentaal te integreren voor elke patiënt, en plaats deze in een anatomische kader prechirurgische planning. Er is duidelijk voordeel bij het genereren van 3D-computermodellen van de individuele patiënt hersenen, die de anatomie van de cortex toont, de bloedvaten, geen pathologische laesies aanwezig alsmede andere relevante 3D oriëntatiepunten op dezelfde ruimtelijke context 1-4. Voor de operatie kan de chirurg draaien en de transparantie o wijzigenf deze modellen, om volledig te begrijpen van de 3D-relaties tussen verschillende structuren van belang. Dit principe wordt genoemd 3D multimodale beeldvorming (3DMMI).
Doel van pre-operatieve beoordeling epilepsie operatie is om de lokalisatie van het gebied van de hersenen waar aanvallen voordoen afleiden en zorgen dat deze veilig kan worden weggesneden gepaard gaande grote tekorten 5. Er is een breed scala van diagnostische beeldvormende technieken die bijdragen aan deze, met inbegrip van structurele MRI, fluorodeoxyglucose positron emissie tomografie (FDG-PET), ictal SPECT-scan (SPECT), magneto (MEG) dipolen, functionele MRI (fMRI) en diffusion tensor imaging (DTI) 6. Epilepsiechirurgie is bij uitstek geschikt voor 3DMMI omdat het de simultaanvertaling van meerdere datasets en de overweging van hoe elke dataset betrekking op een andere vereist.
In veel gevallen falen niet-invasieve onderzoeken to zorgen voor het niveau van de vereiste stukken over te gaan tot resectie. In deze gevallen intracraniële EEG (IC EEG) opnames nodig om het gebied van de hersenen dat moet worden verwijderd om aanvallen te voorkomen identificeren. In toenemende mate wordt IC EEG uitgevoerd door een techniek genaamd SEEG, waarbij een aantal opgenomen diepte elektroden intracerebraal wordt geplaatst om de oorsprong en de verspreiding van elektrische activiteit geassocieerd met convulsies in 3D 1,7-10 vangen.
De eerste stap van SEEG implantaties is de strategie van de implantatie ontwikkeling, waarin de gebieden van de hersenen die moeten worden bemonsterd. Hierbij integreren klinische en niet-invasieve EEG datum structurele beeldvorming, met enige laesie en functionele beeldgegevens die de locatie van de bron van de epilepsie afleiden.
De tweede stap is de precieze chirurgische planning van de elektrode trajecten. De chirurg moet zorgen voor een veilige avasculaire elektrode trajecten, centreren electrode inzendingen op de kroon van de gyri en op afstand van corticale oppervlak aderen, en het doorkruisen van de schedel orthogonaal. Daarnaast is de gehele implantatie regeling moet goed worden opgezet, met een redelijke inter-elektrode afstand en er geen elektrode botsingen.
De haalbaarheid van het genereren van 3DMMI modellen om de implantatie van IC EEG-elektroden te begeleiden in een drukke epilepsiechirurgie praktijk heeft al eerder aangetoond 11. We hebben ook aangetoond dat het principe dat het gebruik van 3DMMI het karakter van de toegevoegde waarde in de klinische besluitvorming. In een prospectieve studie, de openbaarmaking van 3DMMI veranderde een bepaald aspect van het management in 43/54 (80%) gevallen, en in het bijzonder veranderde de positionering van 158/212 (75%) van de diepte elektroden 12.
Er is een scala aan software-pakketten die 3DMMI vergemakkelijken. Deze omvatten in de handel verkrijgbare neuronavigatie platforms die worden gebruikt in de operatiekamer, gespecialiseerd planning software suites geallieerdemet neuronavigatie platforms en op onderzoek gerichte stand-alone image-integratie en visualisatie platforms. Als de functionaliteit, flexibiliteit en veelzijdigheid van deze platforms te verhogen, de bruikbaarheid en de waarschijnlijkheid van deze vertalen naar de klinische praktijk navenant af.
We hebben speciaal ontworpen software voor het multimodaliteit integratie, geavanceerde 3D-visualisatie en SEEG plaatsing van de elektroden van plan 12,13 voor de behandeling van epilepsie ontwikkeld. De nadruk ligt op het gebruiksgemak in een klinische scenario, waardoor real-time gebruik van software door clinici, en snelle integratie in de klinische pijplijn. De software draait op een translationeel imaging platform 14, dat NiftyReg, NiftySeg en NiftyView combineert.
In deze paper het protocol voor het gebruik van de software in de klinische praktijk wordt uiteengezet. De stappen voor het co-registratie, segmentering van de regio's van belang, hersenen segmentatie, extraherenbloedvaten van gewijd vasculaire beeldvorming 15, het opbouwen van 3D-modellen, de planning SEEG implantaties en snel exporteren modellen en plannen om de operatiekamer worden beschreven. Een nieuwe aanpak is ook beschreven voor geautomatiseerde meervoudige traject planning 13, dat verhoogt de veiligheid en werkzaamheid van de implantaties en vermindert aanzienlijk de duur van planning.
Samengevat zijn de cruciale stappen voor het integratie en 3D-visualisatie zijn beeld co-registratie, segmentering van de hersenen, schepen en andere structuren of gebieden van belang, en de uitvoer naar een neuronavigatie systeem. Deze werkwijze is eerder uitgevoerd in de groep met in de handel verkrijgbaar beeld integratiesoftware. Een nadeel van deze leiding was de tijd, het hele proces dat 2-4 uur. Met behulp van onze in-house software platform, wordt deze pijpleiding aanzienlijk vereenvoudigd, en kan in 1 worden afgerond – 2 uur. Verder is er toegevoegde functionaliteit chirurgische planning van SEEG elektrode trajecten van deze software, die handmatig of computer-assistance kan. De voordelen van het GLB dan handmatige planning zijn grotere precisie, minder risico en een verhoogde snelheid en zijn elders besproken (Nowell et al, in de pers, Sparks et al, ingediend).
De in-house software platform is continu in development, met nieuwe instrumenten en functionaliteit worden toegevoegd aan alle stadia van presurgical evaluatie en chirurgische behandeling te ondersteunen. Er is derhalve behoefte aan strenge tests bij elke nieuwe versie release. Karakteristieken van de software zijn het gebrek aan hoge kwaliteit volume rendering, dat in andere platformen en is een waardevolle aanvulling voor geavanceerde 3D-visualisatie. Ook de export is alleen compatibel met een geselecteerde neuronavigatie bedrijf op dit moment. Deze beperkingen zijn niet van invloed op de klinische bruikbaarheid van de software in onze eenheid, en zijn niet vertraagd de verspreiding van de technologie om andere centra.
De betekenis van deze software is dat het verwijdert de barrières die vorige groepen als redenen voor het niet gebruik 3DMMI hebben geciteerd. De oplossing biedt een makkelijk te gebruiken hulpmiddelen in één enkel platform, die geen gespecialiseerde opleiding of deskundigheid vereist, is tijd en kosten-effectief en is gemakkelijk vertaald naar de klinische praktijk. We hebben plans verdere vernieuwingen toevoegen software epilepsiechirurgie ondersteunen. Voorts kon methoden gemakkelijk worden toegepast op andere gebieden van neurochirurgie, zoals resectie van laaggradige tumoren nabij welsprekende cortex, focale laesie en levering van gerichte stimulatie. 3DMMI en precieze chirurgische planning tools zijn waarschijnlijk steeds belangrijker in de moderne chirurgie te worden, omdat er meer uitdagende gevallen worden genomen op en als minimaal invasieve behandelingen in te voeren gangbare praktijk.
The authors have nothing to disclose.
Dit programma wordt ondersteund door Ministerie van Volksgezondheid en de Wellcome Trust Health Innovation Challenge Fund (HICF-T4-275, Programma Grant 97.914). We zijn dankbaar voor de Wolfson Trust en de Epilepsie Vereniging voor de ondersteuning van de Epilepsy Society MRI-scanner. Dit werk werd ondersteund door het 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 |