Παρελθόν, παρόν και μέλλον της στερεοτακτικής νευροχειρουργικής

Η ανάγκη χειρουργικής αντιμετώπισης των νοσημάτων του εγκεφάλου με μέγιστη ακρίβεια, ελάχιστη βλάβη στους ευαίσθητους εγκεφαλικούς σχηματισμούς και παράλληλη διασφάλιση μέγιστης αποτελεσματικότητας, οδήγησαν στην ανάπτυξη συστημάτων χειρουργικής υποβοήθησης, όπως είναι τα στερεοτακτικά συστήματα.

Γράφουν οι
Χαράλαμπος Ε. Στρογγυλός
Χαράλαμπος Α. Σεφέρης
Νευροχειρουργοί

Σταδιακά, οι στερεοτακτικές τεχνικές εξελίχθησαν σε ανεξάρτητο κομμάτι της νευροχειρουργικής, λόγω της αυξημένης πολυπλοκότητας της δομής του εγκεφάλου και της ανάγκης για ακρίβεια και σεβασμό των ιστών στη νευροχειρουργική πρακτική.

Ιστορική εξέλιξη

Η στερεοταξία, ξεκίνησε το 1908 από τους Horsley και Clarke που προσπάθησαν να εμφυτεύσουν ηλεκτρόδια στον οδοντωτό πυρήνα του εγκεφάλου πειραματόζωων, αποτέλεσαν ένα από τα πρώτα παραδείγματα συνεργασίας μεταξύ νευροχειρουργού και μηχανολόγου-μαθηματικού και εισήγαγαν τον όρο στερεοταξία. Οι ίδιοι εξέδωσαν και τον πρώτο στερεοτακτικό άτλαντα, που βασίστηκε στις τρισδιάστατες συντεταγμένες συσχέτισης με εξωτερικά σημεία αναφοράς, σε κρανίο πιθήκου. Το 1920 ο Mussen χρησιμοποίησε το σύστημα των Horsley-Clarke για να μελετήσει το εγκεφαλικό στέλεχος και τον ερυθρό πυρήνα πιθήκου του γένους Rhesus.1

Το ενδιαφέρον των νευροχειρουργών για χρήση επί ασθενών αφυπνίσθηκε το 1947, οπότε ο Spiegel και ο Wycis δημοσίευσαν έναν ανθρώπινο ακτινολογικό άτλαντα, που στηρίχθηκε μεμονωμένα στα ενδοεγκεφαλικά οδηγά σημεία, που έγιναν ορατά στην πνευμοεγκεφαλογραφία, μια παλιά μέθοδο μελέτης της δομής του κοιλιακού συστήματος και της “μέσης γραμμής,” εγχέοντας αέρα, είτε ενδοκοιλιακά, είτε ενδοραχιαία.2

Ο μοναδικός στερεοεγκεφαλοτόμος των Spiegel-Wycis, περιλάμβανε ένα δακτυλίδι στεφάνη, που περιέβαλε το κεφάλι του ασθενούς σταθεροποιημένο με ράβδους-βύσματα στους έξω ακουστικούς πόρους και προσαρτημάτων στους οφθαλμικούς κόγχους. Η εργασία τους θεωρείται πρωτοποριακή στη στερεοτακτική αντιμετώπιση κινητικών διαταραχών, χρόνιου πόνου, ψυχιατρικών παθήσεων και επιληψίας. Αντίστοιχη εργασία παρουσίασαν ο Leksell και ο Talairach το 1949. Ο Talairach επινόησε την τηλεακτινογραφία, χρησιμοποιώντας καθοδικούς σωλήνες ακτίνων Χ σε απόσταση 4 με 6 μέτρων από το στόχο, ελαχιστοποιώντας τα λάθη μεγέθυνσης και παράλλαξης. Αυτός πρώτος άσκησε ψυχοχειρουργική, προκαλώντας προσθιοθαλαμικές βλάβες και αργότερα διερεύνησε την κροταφική επιληψία με χρόνια, εν τω βάθει, εμφύτευση ηλεκτροδίων.3

Ο Leksell ευθύνεται επίσης, για την αρχή της θεραπείας με χρήση εστιασμένης δέσμης ακτινοβολίας και έγχυσης ραδιοϊσοτόπων σε κυστικούς εγκεφαλικούς όγκους.4

Κατά τη δεκαετία του 1950, αναδείχτηκαν αρκετοί εμπνευστές της στερεοτακτικής μεθόδου, όπως, οι Hecaen και Guiot στο Παρίσι, οι Riechert και Wolff στη Γερμανία, ο Narabayashi στην Ιαπωνία, ο Gillingham στην Αγγλία, οι Laitinen και Toivakka στη Φιλανδία, οι Bertrand και Jasper στον Καναδά, οι Velasco-Suarez και Escobedo στο Μεξικό, ο Obrador στην Ισπανία και ο Bechtereva στη Ρωσία. Με κυριότερη ένδειξη εφαρμογής τότε τις κινητικές δυσλειτουργίες, η χρήση του levodopa το 1960, οδήγησε σε δραματική μείωση της χρήσης της στερεοταξίας, περιορίζοντάς την μόνο επί ασθενών ανθεκτικών στη φαρμακευτική θεραπεία. Η ανάκαμψη της μεθόδου άρχισε με την εισαγωγή στην ιατρική πρακτική της αξονικής υπολογιστικής τομογραφίας.

Ο υπολογισμός των προσθιoοπίσθιων (Χ) και των πλαγίων (Υ) συντεταγμένων, ήταν εύκολος στις εγκάρσιες απεικονίσεις, αλλά ο υπολογισμός του ύψους στον κάθετο άξονα (Ζ) αποδείχτηκε πιο πολύπλοκος. Οι προσπάθειες χρήσεις σημάνσεων με μεταλλικά σύρματα , ο υπολογισμός της μετακίνησης του τραπεζιού του αξονικού τομογράφου, ή ο υπολογισμός των αποστάσεων των αξονικών απεικονίσεων, δεν βελτίωσαν την ακρίβεια της εικόνας. Το 1979 επινοήθηκε ένα σύστημα από τρεις δεσμίδες ράβδων σε σχήμα ‘Ν’, το οποίο ως σύστημα αναφοράς, μπορούσε να προσαρτηθεί πάνω στη στερεοτακτική στεφάνη που έφερε ο ασθενής και μπορούσε με αυτό να εκτελείται αξονική τομογραφία5 Η αποτύπωση των 9 αυτών ράβδων, επέτρεψε τη λεπτομερή περιγραφή της τομής στον τρισδιάστατο χώρο. Σταδιακά το σύστημα αυτό προσαρμόσθηκε σε όλες τις στεφάνες στερεοτακτικών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένου και του συστήματος Leksell.

Σύγχρονα συστήματα στερεοταξίας

Ο συνδυασμός της αξονικής και της μαγνητικής τομογραφίας με της αυξημένες πλέον σε ευκρίνεια απεικονιστικές δυνατότητες και της στερεοταξίας, καθώς και ο διεγχειρητικός νευροφυσιολογικός έλεγχος του στόχου, οδήγησαν σε έξαρση των σύγχρονων στερεοτακτικών εφαρμογών.

Ο στερεοτακτικός εντοπισμός είναι βασικός για τη διενέργεια ενδοκρανιακών βιοψιών μεγίστης ακρίβειας, αποτελεσματικότητας και ελαχίστου τραύματος, για τη διενέργεια επιλεκτικής χειρουργικής καταστροφής εγκεφαλικού ιστού, για τη θεραπεία κινητικών δυσλειτουργιών και πόνου, για την εμφύτευση καθετήρων τύπου Ommaya, ηλεκτροδίων για εν τω βάθει εγκεφαλική διέγερση, καθώς και για τον ασφαλή χειρισμό ενδοσκοπίων και την πλοήγηση επικεντρωμένης δέσμης ακτινοβολίας, όπως το γ-knife και Χ-knife. Τα σύγχρονα συστήματα στερεοταξίας έχουν πολλές ομοιότητες αλλά και σημαντικές διαφορές, τόσο στην πολυπλοκότητα στη χρήση όσο και στην ακρίβεια της στόχευσης, που μπορεί να φτάσει και τα 0,3 mm.

Πολλά από τα συστήματα συνοδεύονται πλέον και από υπολογιστικές μονάδες σχεδιασμού, όπου μέσω της επεξεργασίας των εισαγομένων απεικονίσεων από CT και MRI του ασθενούς και σε συνδυασμό με τον ψηφιακό άτλαντα που παρέχουν συνήθως οι λογισμικές μονάδες είναι δυνατή όχι μόνο η στόχευση με την παραπάνω αναφερόμενη ακρίβεια, αλλά ακόμη και η χάραξη ασφαλούς πορείας διέλευσης.

Οι λογισμικές μονάδες είναι σε θέση να κάνουν ακόμη και σύντηξη διαφορετικών απεικονίσεων του ίδιου ασθενούς και μάλιστα μεταξύ αυτών που έχουν ληφθεί, χωρίς την εφαρμογή στεφάνης στον ασθενή, π.χ. σύντηξη μιας απλής MRI και μιας CT, ελέγχου που εκτελείται με τη στερεοτακτική στεφάνη στον ασθενή και έτσι κερδίζουμε χρόνο την ημέρα της επέμβασης, ενώ μπορούμε να αξιοποιήσουμε τη μεγαλύτερη απεικονιστική ακρίβεια της ελεύθερης από στεφάνη απεικονιστικής εξέτασης.

Όλα τα σύγχρονα συστήματα στερεοταξίας αποτελούνται από μια στεφάνη η οποία καθηλώνεται στο κεφάλι του ασθενούς με αιχμηρό επεμβατικό ή μη τρόπο, από όπου εξαρτάται η ακρίβεια, αλλά και η χρήση, μια που υπάρχουν χρήσεις που απαιτούν μεγαλύτερη άνεση για τον ασθενή και λιγότερη ακρίβεια (Χ-knife).

Αυτή η στεφάνη παρέχει τη δυνατότητα καθήλωσής της στις κλίνες του μαγνητικού και αξονικού τομογράφου, στο χειρουργικό τραπέζι, αλλά και στις μονάδες θεραπείας όπως το γ- και Χ-knife. Σε αυτήν προσαρμόζονται τα συστήματα συντεταγμένων με τις ειδικές ράβδους, για τη διενέργεια MRI & CT, απ΄ όπου, χάρις στην ταυτόχρονη απεικόνισή τους πάνω στην απεικόνιση των τομών του ασθενούς, και τη δυνατότητα που υπάρχει, είτε στο λογισμικό του MRI ή CT, είτε στο λογισμικό των ξεχωριστών μονάδων σχεδιασμού, να αναγνωρίζουν τις ειδικές ράβδους και να προσδιορίζουν έναν τρισδιάστατο χώρο, στον οποίο για κάθε σημείο, έχουμε τη δυνατότητα να λάβουμε τις ξεχωριστές του συντεταγμένες x, y, z.

Οι στεφάνες με χειρουργικές εφαρμογές, επιδέχονται τοξοειδή συστήματα, πάνω στα οποία ο προσαρμοσμένος κινητός δρομέας, αν έχουν προσαρμοσθεί στο σύστημα οι συντεταγμένες του στόχου, κινείται ελεύθερα στην περιφέρεια ενός τοξοειδούς τομέα σφαίρας, που το κέντρο της συμπίπτει με ακρίβεια με τον επιλεγμένο στόχο. Έτσι ό,τι διέλθει το δρομέα με κατεύθυνση κάποια ακτίνα του τομέα θα διέλθει από το στόχο, σε εύκολα προκαθορισμένο βαθος.

Εφαρμογές της μεθόδου σήμερα

Σήμερα, η στερεοταξία βρίσκει εφαρμογές στη λήψη βιοψιών από στόχους ευρισκόμενους βαθιά στον εγκέφαλο, με ελάχιστο χειρουργικό τραύμα, υπό τοπική επι το πλείστον νάρκωση, και με μεγάλη ακρίβεια.

Στα πλαίσια της λειτουργικής νευροχειρουργικής, μπορούμε να καταστρέψουμε επιλεκτικά και με μεγάλη ακρίβεια στόχους, είτε να τους διεγείρουμε, με την εμφύτευση ηλεκτροδίων που συνδέονται με διεγέρτες και να θεραπεύσουμε το χρόνιο ισχυρό πόνο, κινητικές διαταραχές όπως η νόσος του Πάρκινσον, η δυστονία, ο συγγενής τρόμος και ψυχιατρικά νοσήματα.

Επίσης, μπορούμε να εμφυτεύσουμε στερεοτακτικά σωληνίσκους, που καταλήγουν σε υποδόρια ρεζερβουάρ Ommaya, μέσω των οποίων με ευκολία μπορούμε να κενώνουμε και να ελέγχουμε κυστικές βλάβες, ή να εγχέουμε σκευάσματα σε κυστικούς όγκους. Μπορούμε στερεοτακτικά να παροχετεύουμε ενδοεγκεφαλικά αιματώματα, ή να οργανώσουμε στερεοτακτικά κατευθυνόμενη κρανιοτομία, για την αφαίρεση δύσκολα εντοπιζομένων και μικρών όγκων.

Μέσω κατάλληλου δρομέα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε στερεοτακτικό σύστημα για τη διενέργεια ασφαλούς ενδοσκοπικής επέμβασης, κατευθύνοντας το ενδοσκόπιο και τα υπόλοιπα εργαλεία.

Η εξέλιξη των συστημάτων στερεοταξίας στο μέλλον

Ήδη στην αγορά κυκλοφορούν συστήματα νευροπλοήγησης, τα οποία αντί στερεοτακτικής στεφάνης και συστήματος αναφοράς, χρησιμοποιούν παραλλαγές από αυτοκόλλητα μικρά εξαρτήματα σήμανσης, τα οποία προσαρμόζονται στο κεφάλι του ασθενούς, με τα οποία υποβάλλεται σε MRI και είναι αναγνωρίσιμα από το σχεδιαστικό τους λογισμικό.6

Κατά το χειρουργείο, μέσω συστήματος εκπομπής και σύλληψης ανακλαστικής δέσμης υπερύθρου φωτός, η ανάκλαση της οποίας επιτυγχάνεται μέσω ειδικού στειλεού, τον οποίο ελεύθερα χειρίζεται ο χειρουργός, μπορεί να γίνεται επαναπροσανατολισμός των απεικονίσεων και υποβοήθηση του χειρουργού, για λήψη βιοψιών, με ελάχιστο χειρουργικό τραυματισμό. Η ακρίβεια όμως αυτών των συστημάτων, όπως λειτουργούν σήμερα, απέχει πολύ από το να μπορεί να χαρακτηριστεί στερεοτακτική.

Το μέλλον της στερεοταξίας, μέσω της διαρκούς βελτίωσης της ευκρίνειας των απεικονιστικών εξετάσεων και του λογισμικού και την ισχυροποίηση των επεξεργαστικών μονάδων, είναι το απελευθερωμένο από κάθε στεφάνη και σύστημα εξωτερικού εντοπισμού (Frameless). Γιατί το πολύ ισχυρό λογισμικό, από τη διαφορά στην ένταση και τη φωτεινότητα των εικόνων, θα μπορεί, χρησιμοποιώντας τους ενσωματωμένους ανατομικούς άτλαντες, να αναγνωρίσει αυτόματα τις απεικονίσεις και να προσδιορίζει και να σχεδιάζει τους στόχους.

Μελλοντικές εφαρμογές της στερεοταξίας

Με τη συνεχή εξέλιξη των συστημάτων και των υλικών εμφύτευσης, θα διευρύνονται οι εφαρμογές, καθώς και τα νοσήματα του εγκεφάλου που θα απαιτούν τη χρήση στερεοτακτικών συστημάτων. Αν η έρευνα των βλαστικών κυττάρων αποδώσει, η ακριβής εμφύτευση τους θα απαιτεί στερεοτακτική μέθοδο.

Επίσης η στερεοτακτική φωτοδυναμική θεραπεία, είναι μια μελλοντική εφαρμογή.

Βιβλιογραφία

1.Horsley V, Clarke RH. The structure and function of the cerebellum examined by a new method. Brain 1908, 31:45-124.
2. Spiegel EA., Wycis HT. Stereoencephalotomy. Parts 1 and 2. New York, Grune & Stratton, 1952, 1962.
3. Talairach J, Bancaud J. Stereotactic approach to epilepsy. Prog Neurol Surg 1973, 5:297-354.
4. Leksell L et al.: Lesions in the depth of the brain produced by a beam of high energy protons. Acta Radiol 1960, 54:241-264.
5. Brown, R. A.: A computerized tomography-computer graphics approach to stereotaxic localization. J Neurosurg 1979, 50:715-720.
6.Kelly PJ. Stereotactic craniotomy. Neurosurg Clin North Am 1990, 1:781- 799.

Ιούνιος 2007