Descriviamo i passi per usare il nostro software progettato su misura per l'integrazione di immagini, la visualizzazione e la pianificazione in chirurgia dell'epilessia.
chirurgia dell'epilessia è impegnativo e l'uso del 3D integrazione dell'immagine multimodalità (3DMMI) per aiutare la pianificazione prechirurgica è ben consolidata. Multimodalità integrazione immagine può essere tecnicamente impegnativo, ed è sottoutilizzato nella pratica clinica. Abbiamo sviluppato una piattaforma software unica per l'integrazione delle immagini, la visualizzazione 3D e la pianificazione chirurgica. Qui, la nostra pipeline è descritto in modo step-by-step, iniziando con acquisizione delle immagini, procedendo attraverso l'immagine co-registrazione, la segmentazione manuale, il cervello e l'estrazione nave, visualizzazione 3D e la pianificazione manuale dei stereoEEG (SEEG) implantologia. Con la diffusione del software questo gasdotto può essere riprodotto in altri centri, permettendo ad altri gruppi di beneficiare di 3DMMI. Descriviamo anche l'uso di un sistema automatizzato, multi-traiettoria pianificatore per generare piani impianto stereoEEG. Studi preliminari suggeriscono che questo è un complemento rapida, sicura ed efficace per la pianificazione implantologia Seeg. Infine, un semplice solutiin per l'esportazione di progetti e modelli di sistemi di neuronavigazione commerciali per l'attuazione dei piani in sala operatoria è descritto. Questo software è uno strumento prezioso in grado di supportare il processo decisionale clinico per tutto il percorso di chirurgia dell'epilessia.
In pratica chirurgica è cruciale per il chirurgo di apprezzare strutture anatomiche e le loro relazioni spaziali tra di loro in tre dimensioni. Ciò è particolarmente importante in neurochirurgia, dove il chirurgo sta lavorando in uno spazio confinato, con visualizzazione limitata e accesso alla complessa anatomia. Nonostante questo, ad oggi la maggior parte delle immagini è stato presentato ai chirurghi in forma planare convenzionale 2D, e diverse modalità di imaging sono spesso presentati uno dopo l'altro in serie. Di conseguenza, il chirurgo deve integrare mentalmente questi dati per ciascun paziente, e posizionarlo in un quadro anatomico per la pianificazione preoperatoria. Non è chiaro vantaggio nella creazione di modelli computerizzati 3D del cervello individuale del paziente, il che dimostra l'anatomia della corteccia, i vasi sanguigni, eventuali lesioni patologiche presenti così come altri punti di riferimento in 3D rilevanti nello stesso contesto spaziale 1-4. Prima dell'intervento il chirurgo può ruotare e alterare la trasparenza of questi modelli, per comprendere appieno le relazioni in 3D tra le diverse strutture di interesse. Questo principio è definito l'imaging multimodale 3D (3DMMI).
Lo scopo della valutazione pre-chirurgica per la chirurgia epilessia è dedurre la localizzazione della zona del cervello dove sorgono convulsioni, e garantire che questo può essere resecato sicuro senza causare deficit significativi 5. Vi è una vasta gamma di modalità di imaging diagnostico che contribuiscono a questo, tra cui la risonanza magnetica strutturale, fluorodeossiglucosio la tomografia ad emissione di positroni (PET), ictale Tomografia a emissione di fotone singolo (SPECT), magnetoencefalografia (MEG) dipoli, risonanza magnetica funzionale (fMRI) e l'imaging del tensore di diffusione (DTI) 6. chirurgia dell'epilessia è ideale per 3DMMI dal momento che richiede l'interpretazione simultanea di più insiemi di dati, e la considerazione di come ogni set di dati si riferiscono ad un altro.
In molti casi le indagini non invasive sicuro to fornire il livello di prove necessarie per procedere alla resezione. In questi casi sono necessarie per identificare la regione del cervello che deve essere rimossa per prevenire le convulsioni EEG intracranica (IC EEG) registrazioni. Sempre IC EEG viene eseguita da una tecnica chiamata SEEG, in cui un numero di elettrodi di profondità di registrazione sono posizionati intracerebrale di catturare l'origine e propagazione dell'attività elettrica associata a convulsioni in 3D 1,7-10.
Il primo passo di implantologia SEEG è sviluppare la strategia del l'impianto, la definizione delle aree del cervello che devono essere campionata. Ciò comporta integrando la data EEG clinica e non invasivo, con l'imaging strutturale, con ogni lesione, e dati imaging funzionale che dedurre la posizione della sorgente di epilessia.
La seconda fase è la precisa pianificazione chirurgica delle traiettorie degli elettrodi. Il chirurgo deve garantire sicure traiettorie elettrodi avascolari, centrando ELvoci ectrode alla corona del gyri e remoto da vene superficie corticale, e attraversando il cranio ortogonalmente. Inoltre l'intera disposizione di impianto deve essere ben concepito, con distanza inter-elettrodo ragionevole e collisioni elettrodi.
La fattibilità di generare modelli 3DMMI per guidare l'impianto di elettrodi IC EEG in una pratica chirurgia dell'epilessia occupato è stato precedentemente dimostrato 11. Abbiamo inoltre dimostrato il principio che l'uso di 3DMMI conferisce valore nel processo decisionale clinico aggiunto. In uno studio prospettico, la divulgazione di 3DMMI cambiato alcuni aspetti della gestione in 43/54 casi (80%), e in particolare ha cambiato il posizionamento di 158/212 (75%) di elettrodi di profondità 12.
Vi è una serie di pacchetti software che facilitano 3DMMI. Questi includono piattaforme neuronavigazione disponibili in commercio che vengono utilizzati in sala operatoria, suite di software di pianificazione specializzati alleaticon le piattaforme neuronavigazione e piattaforme di integrazione di immagini e visualizzazione stand-alone di ricerca orientata. Come la funzionalità, la flessibilità e la versatilità di questi aumento piattaforme, l'usabilità e la probabilità di tradurle in pratica clinica diminuisce di conseguenza.
Abbiamo sviluppato un software progettato su misura per l'integrazione di immagini multimodalità, visualizzazione 3D avanzata e SEEG posizionamento degli elettrodi pianificazione 12,13 per il trattamento di epilessia. L'enfasi è sulla facilità d'uso in uno scenario clinica, permettendo l'uso in tempo reale di software da medici, e la rapida integrazione nella pipeline clinica. Il software funziona su una piattaforma di imaging traslazionale 14, che unisce NiftyReg, NiftySeg e NiftyView.
In questo lavoro il protocollo per l'utilizzo del software nella pratica clinica è esposta. I passi per l'immagine co-registrazione, la segmentazione delle regioni di interesse, la segmentazione del cervello, l'estrazionevasi sanguigni da imaging vascolare dedicato 15, la costruzione di modelli 3D, la pianificazione implantations Seeg e rapidamente l'esportazione di modelli e piani per la sala operatoria sono descritti. Un nuovo strumento è descritto anche per la pianificazione automatizzata 13 multi-traiettoria, che aumenta la sicurezza e l'efficacia dei implantologia e sostanzialmente riduce la durata della programmazione.
In sintesi, i passi fondamentali per l'integrazione di immagini e la visualizzazione 3D sono l'immagine co-registrazione, la segmentazione del cervello, vasi e altre strutture o aree di interesse, e l'esportazione in un sistema di neuronavigazione. Questo processo è stato precedentemente eseguita in gruppo utilizzando disponibili in commercio software di integrazione immagini. Uno svantaggio di questo gasdotto era il tempo necessario, con l'intero processo che 2 – 4 ore. Utilizzando la nostra piattaforma software in-house, questo gasdotto è semplificata notevolmente, e può essere completato in 1-2 ore. Inoltre, vi è la funzionalità aggiunta di pianificazione chirurgica di SEEG traiettorie elettrodi su questo software, che può essere fatto manualmente o con computer assistenza. I vantaggi della PAC sulla pianificazione manuale sono aumentati di precisione, rischi ridotti e una maggiore velocità, e sono stati discussi altrove (Nowell et al, In Press, Sparks et al, submitted).
La piattaforma software in-house è in continuo dviluppo, con nuovi strumenti e funzionalità che viene aggiunto per supportare tutte le fasi di valutazione e di gestione presurgical chirurgica. Vi è quindi la necessità di test rigorosi ad ogni nuova release versione. limiti attuali del software sono la mancanza di volume rendering di alta qualità, che è presente in altre piattaforme ed è una preziosa aggiunta per la visualizzazione 3D avanzata. Anche l'esportazione è compatibile solo con una società neuronavigazione selezionato al momento attuale. Queste limitazioni non hanno influenzato l'utilità clinica del software nella nostra unità, e non hanno rallentato la diffusione della tecnologia ad altri centri.
Il significato di questo software è che rimuove le barriere che i gruppi precedenti hanno citato come ragioni per non usare 3DMMI. La soluzione fornisce strumenti facili da usare in una singola piattaforma, che non richiede una formazione specialistica o esperienza, è il momento e conveniente ed è facilmente tradotta in pratica clinica. Abbiamo pLAN per aggiungere ulteriori innovazioni per il software per supportare chirurgia dell'epilessia. Inoltre, i metodi possono essere facilmente applicati ad altre zone della neurochirurgia, come la resezione di tumori di basso grado pressi di corteccia eloquenti, lesione focale e la consegna di stimolazione mirata. 3DMMI e strumenti di pianificazione chirurgica precisi rischiano di diventare sempre più importante nella chirurgia moderna, come i casi più difficili sono prese su e trattamenti mini-invasivi entrano pratica comune.
The authors have nothing to disclose.
Questo programma è stato sostenuto dal Dipartimento della Salute e Wellcome Trust Fund Salute Innovation Challenge (HICF-T4-275, programma di Grant 97914). Siamo grati al Wolfson fiducia e la Società epilessia per sostenere lo scanner Epilepsy Society MRI. Questo lavoro è stato sostenuto dal 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 |