Анатомічні та ймовірнісні функціональні атласи в стереотаксичній та функціональній нейрохірургії

Анотація

Ранні стереотаксичні атласи мозку людини були побудовані для підтримки людських стереотаксичних інструментів [1]. Поява комп’ютерної томографії (КТ) та магнітно-резонансної томографії (МРТ) дозволило зробити візуалізацію мозку пацієнтів. В даний час можлива пряма візуалізація стереотаксичних цільових структур [2, 3, 4, 5, 6, 7], а їх зображення, зокрема на 3 системах Тесла, є високою якістю [8, 9]. Придбання МРТ, хоча і перевершує КТ, призводить до непередбачуваних та невідтворюваних деформацій [10]. Існують також певні суперечки щодо невідповідності між візуалізацією та електрофізіологією, а також неповноти цільової структури при скануванні [11, 12, 13]. Тому, незважаючи на величезний прогрес у діагностичній візуалізації, стереотаксичний атлас, особливо в електронному (комп'ютеризованому) форматі, як і раніше вважається важливою допомогою [8, 14, 15, 16, 17].

Ключові слова

Примітки

Подяка

Я глибоко вдячний доктору. Дж. Талайраху та П. Турну для проникливих дискусій щодо своїх атласів. Цю роботу, можливо, не просунули б без їх початкового захоплення нашими атласами.

Я справді в боргу докторам. А. Л. Бенабід, Гренобль, Т. Т. Єо, Сінгапур, та А. М. Лозано, Торонто за стимулюючі дискусії та можливість спостерігати за їхніми процедурами. Мене також надихнули презентації та дискусії на засіданнях Всесвітнього товариства стереотаксичної та функціональної нейрохірургії у 1997, 2001 та 2005 роках.

Створення PFA та PFA-порталу для SFN було спільними зусиллями з доктором А.Л. Бенабід. NeuroPlanner був розроблений в рамках спільного проекту з доктором Т. Т. Йео з лікарні Тан Ток Сенг, Сінгапур. Побудова першої електронної версії атласу TT та розробка ECBA були спільним проектом з доктором Р. Н. Брайаном із лікарні Джонса Гопкінса. BAFI був розроблений за консультацією з доктором Д. Н. Кеннеді з Массачусетської загальної лікарні.

Малюнок 27-17a StealthStation надано доктором Дж. Хендерсоном з Центру наук про здоров'я університету Сент-Луїса (нині в Медичному центрі Стенфордського університету). Рисунок 27-17b iPlan надано Томасом Шваном з BrainLAB; iPlan є зареєстрованою торговою маркою BrainLAB AG у Німеччині та США.

Багато запропонованих ідей, рішень, атласів та додатків не здійснились би без їх ефективної реалізації. Багато людей з нашої лабораторії біомедичної візуалізації, A * STAR, Сінгапур, внесли свій внесок у розробку інструментів для побудови атласу та додатків, що працюють за допомогою атласу, в тому числі A Thirunavuukarasuu (компакт-диски з атласом головного мозку), D Бєлов (PFA, портал на основі PFA для SFN, CNA), A Fang (інструменти атласу, 3D TT, початкова версія NeuroPlanner), BT Nguyen (інструменти атласу), J Liu (інтерполяція, моделювання, 3D TT), GL Yang (NeuroPlanner), L Serra (BrainBench), KN Бхану Пракаш (FTT), QM Hu (FTT) та GY Qian (FTT). Я дякую Аміні Біві за допомогу в редакції.

Ця робота фінансується A * STAR, Сінгапур.

Додаток: Розблокований мозок: нейрохірургія своїми руками

Містер Грін, успішний венчурний капіталіст у галузі бездротового зв'язку, увійшов до знаменитого Brainsterium. У нього розвинулась злоякісна пухлина головного мозку, що підтверджено оптичною біопсією без висічення. Його почуття були неоднозначними. Він очікував пройти генну терапію, але йому запропонували класичну резекцію пухлини. Його колеги з наук про життя інвестували значні кошти в генну терапію, тому він розраховував на користь. Він зрозумів, що ніхто з них не вкладав гроші в хірургію, керовану зображеннями. Таким чином, він відчував, що застаріла технологія вирішить питання про його життя. З іншого боку, Brainsterium мав торгову марку та бездоганну репутацію найкращого.

Його перше враження при вступі в Брейнстерій було напрочуд позитивним. Він, швидше, очікував жахливого лікарняного запаху, жалюгідних пацієнтів, які пересувались, і галасливої юрби відвідувачів, як він переживав, відвідуючи лікарню востаннє, коли його батько отримав інсульт. Натомість те, що він побачив, виглядало як тиха високотехнологічна лабораторія. Він направився до кабінету головного нейрохірурга, доктора Нокі, який пояснив йому процедуру і контролював операцію. Контролювати, а не експлуатувати; це була основна різниця, яку Brainsterium пропонував своїм пацієнтам.

“Це ти вирішуєш, що слід утримувати, а що видалити з мозку. Ми просто пропонуємо відповідне середовище для цього », - почав д-р Нокі.

Містер Грін виглядав здивованим. Нейрохірургія своїми руками? Він не мав уявлення про цей сегмент ринку.

"Ваш мозок буде розблокований, і ви зможете переглянути його вміст, такий як знання, навички та спогади, і вивчити, як їх вражає пухлина", - продовжив доктор Нокі. “Ця операція має дві суперечливі цілі. Один - повністю знищити всі пухлинні клітини, а другий - максимально зберегти функції вашого мозку. Я забезпечу вас двома крайніми ділянками резекції мозку: консервативною областю, де є лише основна пухлина, та агресивною областю, що містить основну пухлину, разом із усіма пухлинними клітинами, які відійшли від неї. Ви повинні балансувати між ними, щоб планувати своє післяопераційне життя. Коли всі пухлинні клітини повністю видалені, шанси на фізичне виживання вищі. Це найкраще для вашого тіла, але не обов’язково для вашого розуму та кар’єри. Забезпечення максимального функціонування мозку звучить більш привабливо, але це підвищує ризик для вашого життя ".

Містер Грін раптом уявив свій мозок як фінансовий актив, і все стало зрозуміло. Як ексклюзивний власник свого мозку та його змісту, він сам хотів мати повний контроль над цим активом та прийняти рішення про пов'язаний з ним ризик. "Мозок когось набагато цінніший за його банківський рахунок", - подумав він, "так чому ж десятки років це працює інакше?"

Він дедалі більше прагнув зрозуміти цю технологію, яку варто інвестувати. Колись він керував відділом досліджень і розробок, перш ніж стати венчурним капіталістом.

Доктор Нокі надав більше оперативних деталей. «Ви отримаєте доступ до бази даних наших пацієнтів і отримаєте дозвіл на спілкування з усіма, хто переніс такий тип операції. Якщо ви вирішите продовжити і приймете наші умови, вам буде надано доступ до всіх навчальних посібників та тренажерів, і ви зможете відтворити будь-яку попередню операцію, звичайно, без доступу до вмісту мозку наших пацієнтів ".

Він розпочав це з Ресурсного центру, запровадженого левом-роботом. Його попросили покласти пальці на скануючу пластину та заглянути в камеру, щоб зняти його біометричні дані. Містер Грін увійшов до бази даних пацієнтів і ввів свою особисту довжину хвилі. Він мав досить широкий діапазон, що значно прискорило діяльність. По-перше, він зареєструвався в системі та показав список пацієнтів, які пройшли подібну процедуру. Їх було кілька тисяч. Відсутність смертності, відсутність технічних збоїв під час операції; Однак неврологічний дефіцит був досить мінливим. У кого запитати? Він ввів свій рік та місце народження. Було знайоме ім’я, Джек Кейс. Вони були однокласниками в шостому класі до того, як його сім'я переїхала на Західне узбережжя. Містер Грін подав запит на проведення відеоконференцій. Йому пощастило. Джек був у своєму саду, і містер Грін впізнав свого старого друга. Джек обрав повне видалення пухлини ще 2 роки тому. Він кинув роботу і цілими днями проводив тендери на своєму березі океану. Сьогодні Джек вирішив би по-іншому. Містер Грін припинив сесію і відвіз до Центру розблокування мозку.

Симпатична медсестра зі східноєвропейським акцентом зустріла його. Його попросили надати детальний перелік своїх навичок та супутніх знань. Анкета була досить нудною, але пан Грін зрозумів, що це має вирішальне значення для точного планування його стимулювання мозку та картографування знань. Далі медсестра наділа на голову громіздкий шолом. «Це, мабуть, той знаменитий BCC, колектор та коліматор Брейнстерію - одна з ключових несправедливих переваг Бранстерію. Як їм вдалося спроектувати цей пристрій "три в одному", здатний отримувати мультимодальні дані та динамічно збирати безліч джерел енергії, забезпечуючи неінвазивний доступ до будь-якого місця мозку з точністю до мікрона для стимуляції та висічення? " - здивувався містер Грін. Стимулюючи, він відчував незвичні відчуття. Він побачив якісь дивні візуальні ефекти, почув кумедні голоси, почув запах східних рослин і склав враження, що він летить, поки ангели співають. "Ні, поки що", - сказав він. "Це лише процедура відображення знань". Він подивився на своє тіло, щільно прикріплене до стільця.

Його хвилювання наростало, коли він зайшов до Центру дослідження мозку. Це нагадувало кібер-кафе, яке він давно відвідував із сином. Пацієнти з шоломами, що сиділи в кабінках, з'являлися, граючи в ігри та пересуваючись лабіринтами. Але кожен грав серйозно, оскільки він міг перемогти або програти своє минуле та майбутнє життя.

Містер Грін зайшов у кабінку і торкнувся кнопки старту на екрані. З’явилось привітальне повідомлення з його ім’ям, і з’явилося барвисте зображення його мозку. "Це визнає мою біометрію", - подумав він. Було відображено три доступні функції: «дослідити свій мозок», «спланувати операцію» та «зберегти свої спогади».

Містер Грін розпочав з першого. Він був здивований легкістю, якою він міг орієнтуватися у своєму мозку, і тим, як Церефі Атлас зміг дати йому назву будь-якої крихітної споруди разом з описом її функції. Містер Грін почав оцінювати його потенціал. Настав час почати робити роботу.

Він торкнувся другої кнопки. З'явилася медсестра і продемонструвала, як на знімках відрізнити нормальну від пухлинних клітин та як відредагувати резектовану область. Це було досить просто за допомогою стереоскопічного дисплея Dextroscope та тактильного користувальницького інтерфейсу із тривимірним охопленням, який відрізняє нормальну та патологічну тканини. Його руки заходили в мозковий простір і працювали як інструменти, що переробляють резектовану область. Його майбутнє справді було в його руках. Він не усвідомлював, що він єдина людина у всьому Брейнстерії, уповноважена змінювати план резекції, оскільки система контролювала біометричні дані користувача.

Він розпочав інвентаризацію свого мозку в області різниці між консервативною та агресивною областями резекції. Деякі навички були там, які він міг би втратити, наприклад, скелелазіння, водіння та гра на фортепіано. Він давно відмовився від своєї мрії піднятися на K2. У його особистого водія все було добре, щоб він міг його утримати. Грати на фортепіано - без компромісів. Він продовжував переробляти регіон для резекції.

Остаточно визначили прощальну частину його мозку. Його знання та навички намагатимуться відновити в післяопераційному процесі. Тепер до спогадів і містер Грін торкнувся останньої кнопки. З'явилася медсестра, яку називали кнопкою, надягнула на голову шолом BCC і активувала безліч транскраніальних магнітних стимуляторів. "Мені пощастило", - подумав він, - "вона могла бути роботом".

Він спроектував зображення свого мозку, розташував покажчик в межах області, яку потрібно резецирувати, і натиснув кнопку стимуляції. Нічого не сталося. Він змінив місце розташування і знову натиснув кнопку. Тепер він дивився фільм "Титанік" зі своїм першим коханням. Він продовжував натискати. Це працювало як машина часу, повертаючи його назад до далеких подій та місць. Він навряд чи міг повірити, що в такому маленькому шматочку тканини так багато спогадів. Кожен спогад, який він викликав, був записаний. Після операції він просто відтворював будь-який записаний фрагмент, щоб знову ввести його у свій мозок.

План хірургічного втручання був виконаний. Він торкнувся кнопки подати та попросив підтвердити план та прийняти юридичну заяву. Сесію було припинено, і його запросили на чай. Операція розпочнеться через півгодини. Він любив ці речі. "Я маю підписатися на Brainsterium Club, щоб я міг приїжджати сюди кожні вихідні для серфінгу та розблокування мозку" - думав він.

Це був довгий день, який відкривав очі для пана Гріна як пацієнта та інвестора. Йому довелося ночувати в Брейнстеріумі під наглядом. Сканування проводилося автоматично на постійній основі. Все було нормально, як очікувалося.

Вранці містера Гріна виписали. Він зайшов до кабінету доктора Нокі і подивився на нього так, як цього заслужили лише кілька мультимільярдерів та керівників. “Поки що добре”, - вітав його доктор Нокі. «Нам ще потрібно зробити деяку роботу, щоб відновити вміст резектованої частини вашого мозку.

Містер Грін отримав диск. «Мої збережені спогади», - подумав він. Містеру Гріну було запропоновано продовжувати моніторинг вдома. Йому дали монітор, який можна носити, здатний бездротово передавати свої скани з дому до Брейнстерію. Нарешті він знайшов частину свого внеску.

Водій містера Гріна повернув його додому. Він зрозумів, що, незважаючи на безліч термінових повідомлень, він зателефонував лише з проханням до свого секретаря зробити анонімні пожертви для Центру досліджень і розробок Brainsterium. Він сів за своє старе рояль і почав грати улюблені твори. Він був цілком задоволений своїм технічним виконанням і склалося враження, що він грав навіть із більшою пристрастю, ніж раніше. Тепер він знав, у що збирається інвестувати.