Historie celotělové stereotaktické navigace

A History of the Whole-Body Stereotactic Navigation

The aim of the paper is to recall the invention of whole body stereotactic system employed under clinical conditions after previous model trials. Its prospectives have been overshadowed by the development of sophisticated modern navigation technique.

Key words:
whole body stereotactic apparatus – vacuum matress – patient immobilization

Autoři: J. Chrastina; Z. Novák
Působiště autorů: Neurochirurgická klinika LF MU, FN u sv. Anny v Brně, přednosta kliniky: prof. MUDr. Z. Novák, CSc.
Vyšlo v časopise: Rozhl. Chir., 2008, roč. 87, č. 3, s. 154-156.
Kategorie: Monotematický speciál - Původní práce

Souhrn

Sdělení autorů připomenulo vynález celotělového stereotaktického přístroje, který byl úspěšně použitý v klinických podmínkách po předchozím prověření na modelu. Jeho perspektiva však byla zastíněna rozvojem sofistikované moderní navigační techniky.

Klíčová slova:
celotělový stereotaktický přístroj – vakuová matrace – znehybnění nemocných

Stereotaxe se v oboru neurochirurgie stala základem navigační techniky, metodou, jak přesně navádět na cíl operační nástroj po optimální trajektorii.

Pevná lebka a stabilní páteř přivedly na myšlenku připevnit na ně mechanické zařízení, které by dovolovalo do zvoleného místa mozku nebo míchy zavést operační nástroj, např. elektrodu a vykonat na nich určitý zákrok.

Průkopníkem této myšlenky byl v oblasti míchy Woroschilof ve Fyziologickém ústavu Prof. Ludwiga v Lipsku [1], v oblasti mozečku v Anglii Horsley a Clarke [2] a mozku ruský anatom Zernov [3]. Jejich práce se staly základem realizace prvních klinických stereotaktických přístrojů používaných k navigaci původně ve funkční stereotaxi, např. v léčbě dyskinéz, bolesti nebo psychoemocionálních poruch, dnes však převážně pro operace afunkční, např. u mozkových nádorů, hamatomů a diagnostického odběru tkáně.

Za nejspolehlivější pro funkční stereotaxi se považoval aparát Riechertův-Mundingerův [4], jehož podstatnou částí je základní kruh fixovaný na hlavu nemocného. Proto se tato navigace označuje frame based. Pro tyto zásahy do funkce mozkových struktur byly však nezbytné stereotaktické mapy mozku ve třech rovinách podle základního vztažného systému, např. stereotaktický atlas Schaltenbrandt-Bailey [5]. Podobně přesná konstrukce stereotaktických aparátů pro funkční stereotaxi míchy se postupně zdokonaluje [6] a připravují se kompletní stereotaktické mapy všech míšních segmentů [7].

Režim navigačních zákroků v afunkční stereotaxi je poněkud volnější a opírá se především o výsledky zobrazovacích metod CT/MR. Navigační postupy už nejsou přísně závislé na rámové aparatuře stereotaktického přístroje, ale začaly se opírat o laboratorní plánovací systémy bez fixačního rámu, frame less. Jejich technická podoba se postupně zdokonalovala za účasti zobrazovacích metod, fúze získaných obrazů CT/MR a navigace podle zvolené trajektorie na obrazovce. Operační nástroj se na cíl navádí manuálně jako ukazovátko, které je pod kontrolou lokalizační elektronické aparatury, smart (chytrého) systému a celý postup se označuje image guided surgery [8].

V nedávné minulosti se však uskutečnila myšlenka zkonstruovat aparaturu, která by mohla cíl, lokalizovaný na CT obraze v kterémkoli místě lidského těla, dosáhnout z jakéhokoli směru naprosto přesně podle vypočítaných souřadnic.

Zařízení označené celotělový stereotaktický přístroj bylo v první verzi zveřejněné v odborném tisku v létech 1985 a 1988 [9, 10] a bylo schválené Federálním úřadem pro vynálezy České a Slovenské federativní republiky jako zařízení celotělové stereotaxe pro cílený zásah do těla pacienta pod číslem 269664 ze dne 29. 1. 1991 (Obr. 1).

Výkres a popis vynálezu celotělového stereotaktického zařízení k autorskému osvědčení č. 269664.
Zařízení tvoří základna 1 s upínkou 7 a excentrem 10, na kterou jsou upevněny svislé vodící sloupky pravoúhlých souřadnic 2 s lineární stupnicí 3 a prizmatickým blokem 8. Na otočnou hlavici 9 je napojena zaváděcí hlava 4, opatřená snímatelnými záměrnými pruty 11 a jezdcem 5 pro vedení kanyly 6. Základna 1 se upevňuje na posuvný stůl tomografu úpinkou 7, ovládanou excentrem 10. Na ni jsou napojeny pravoúhlé souřadnice 2, které lze přestavovat podle zaměření prutů 11 pomocí lineárních stupnic 3 v prizmatickém bloku 8 tak, aby se osa zaváděcí hlavy 4 dostala do výchozího bodu vedení operačního zásahu. Směr vedení operačního zásahu je úhlově nastaven na otočné hlavice 9 a na zaváděcí hlavě 4, přičemž hloubku zavedení kanyly 6 určuje nastavení jezdce 5.
Fig. 1. A drawing and description of the whole-body stereotactic apparatus, Registration number: 269664.
The apparatus includes the following parts: a base plate 1 with a clamp 7 and a tappet 10, to which vertical guide bars of cartesian coordinates 2 with a linear scale 3 and a prismatic block 8 are fixed. A pivoted head 9 is connected to a guide head 4 with removable navigation rods 11 and a cursor 5 for guiding a cannula 6. The base plate 1 is fixed to a traversable CT table using the clamp 7, controlled by the tappet 10. The cartesian coordinates 2 are connected to the base plate 1 and may be adjusted according to the navigation rods 11 using the linear scales 3 in the prismatic block 8, so that the axis of the guide head 4 reaches the target(fiducial), starting point of the surgical procedure. The angle of the procedure’s trajectory is adjusted on the revolving head 9 and on the guide head 4, while the depth of the cannula’s 6 introduction is controlled by the cursor 5. — Obr. 1. Výkres a popis vynálezu celotělového stereotaktického zařízení k autorskému osvědčení č. 269664. Zařízení tvoří základna 1 s upínkou 7 a excentrem 10, na kterou jsou upevněny svislé vodící sloupky pravoúhlých souřadnic 2 s lineární stupnicí 3 a prizmatickým blokem 8. Na otočnou hlavici 9 je napojena zaváděcí hlava 4, opatřená snímatelnými záměrnými pruty 11 a jezdcem 5 pro vedení kanyly 6. Základna 1 se upevňuje na posuvný stůl tomografu úpinkou 7, ovládanou excentrem 10. Na ni jsou napojeny pravoúhlé souřadnice 2, které lze přestavovat podle zaměření prutů 11 pomocí lineárních stupnic 3 v prizmatickém bloku 8 tak, aby se osa zaváděcí hlavy 4 dostala do výchozího bodu vedení operačního zásahu. Směr vedení operačního zásahu je úhlově nastaven na otočné hlavice 9 a na zaváděcí hlavě 4, přičemž hloubku zavedení kanyly 6 určuje nastavení jezdce 5. Fig. 1. A drawing and description of the whole-body stereotactic apparatus, Registration number: 269664. The apparatus includes the following parts: a base plate 1 with a clamp 7 and a tappet 10, to which vertical guide bars of cartesian coordinates 2 with a linear scale 3 and a prismatic block 8 are fixed. A pivoted head 9 is connected to a guide head 4 with removable navigation rods 11 and a cursor 5 for guiding a cannula 6. The base plate 1 is fixed to a traversable CT table using the clamp 7, controlled by the tappet 10. The cartesian coordinates 2 are connected to the base plate 1 and may be adjusted according to the navigation rods 11 using the linear scales 3 in the prismatic block 8, so that the axis of the guide head 4 reaches the target(fiducial), starting point of the surgical procedure. The angle of the procedure’s trajectory is adjusted on the revolving head 9 and on the guide head 4, while the depth of the cannula’s 6 introduction is controlled by the cursor 5.

Podrobný popis funkce celotělové stereotaxe byl uveřejněný v domácím i zahraničním tisku v r. 1990 [11, 12] jako zařízení ve spojení s počítačovou tomografií, které umožňuje dosáhnout libovolný cíl uvnitř těla z libovolného bodu na jeho povrchu. Prostor, ve kterém se cíl nachází, se ovládá rameny přístroje ve třech na sebe kolmých rovinách a natočením dvou úhlů kolem podélné a příčné osy a navádění přístroje se uskutečňuje programem počítače (Obr. 2). Pevná konstrukce přístroje dovolovala bezpečně použít vrtací zařízení a připojení laserové techniky. Znehybnění pacienta se dosáhlo pomocí vakuové matrace, do které bylo možné podle potřeby uložit pacienta v jakékoli poloze.

Celotělové cílící zařízení před modelovou operací
Fig. 2. The whole-body navigation apparatus prior to the model surgical procedure — **Obr. 2. Celotělové cílící zařízení před modelovou operací Fig. 2. The whole-body navigation apparatus prior to the model surgical procedure**

Přístroj byl použitý ve spolupráci s ortopedickou klinikou v Olomouci u skupiny nemocných, především v oblasti páteře, ale výsledky zaslané k publikaci do časopisu Československé neurologie a neurochirurgie 1993 redakce ani po dlouhé době neuveřejnila s tím, že se dokumenty ztratily [13]. Vyšla jen zdařilá kazuistika z olomoucké neurochirurgické kliniky v časopise Acta chirurgiae orthopaedicae et traumatologiae čechosl. 1992 [14]. Přístroj byl použit k vyřešení ložiska v obratlovém těle L2, kdy bylo nutné provrtat k němu přístup (Obr. 3).

Peroperační CT vyšetření
Patologické ložisko se zobrazilo spolu s dvěma čidly cílícího přístroje. Stíny čidel spolu se zvoleným cílem v ložisku a místem vstupu na povrchu těla tvoří strany trojúhelníka, jejichž délky jsou výchozími údaji do programu počítače.
Fig. 3. Intraoperative CT examination
A pathological focus with two sensors of the navigating apparatus can be detected. The sensors’ densities, together with the target point within the pathological focus and the entry point on the body’s surface form legs of a triangle. Their lengths compose the source data for the computer programme. — Obr. 3. Peroperační CT vyšetření Patologické ložisko se zobrazilo spolu s dvěma čidly cílícího přístroje. Stíny čidel spolu se zvoleným cílem v ložisku a místem vstupu na povrchu těla tvoří strany trojúhelníka, jejichž délky jsou výchozími údaji do programu počítače. Fig. 3. Intraoperative CT examination A pathological focus with two sensors of the navigating apparatus can be detected. The sensors’ densities, together with the target point within the pathological focus and the entry point on the body’s surface form legs of a triangle. Their lengths compose the source data for the computer programme.

O aparaturu byl zájem na Lékařské fakultě v Brně na neurochirurgických pracovištích FN u sv. Anny a v Bohunicích, ale zákroky vykonané pro diagnostiku nádoru pod lebeční spodinou a k evakuaci hematomu mozku byly přerušené pro poškození vakuové matrace a bylo nutné ustoupit metodě frame based stereotaxe. O aparaturu projevila zájem též fa Aesculap v Tübingen a Striker Leibinger ve Freiburgu, ale zůstalo jen při kladném ohodnocení vakuové matrace, která byla nedílnou součástí celotělového přístroje [15].

Ve FN v Olomouci se ještě uvažovalo o využití přístroje k laserové fotonukleolýze při výhřezu meziobratlové plotničky, ale v tomto směru se vykonaly jen přípravné práce [16].

Přístroj jako historický unikát skončil ve firmě Tatramed v Bratislavě, která pro přístroj vytvořila ovládací program NTBSA (Nádvorník Total Body Stereotactic Apparatus).

Prof. MUDr. Z. Novák, CSc.

Neurochirurgická klinika F MU FN u sv. Anny

Pekařská 53

656 91 Brno

e mail: zdenek.novak@fnusa.cz

Zdroje

1. Woroschiloff, C. Der Verlauf der motorischen und sensibilen Bahnen durch das Lendenmark des Kaninchen. Ber. Sächs. Ges. Wissenschaften, Leipzig, 1874; 26: 248–304.

2. Horsley, V., Clarke, R. H. The structure and functions of the cerebellum examined by a new method. Brain, 1908; 31: 45–124.

3. Zernov, D. N. Encephalometer. Pribor dľa opredelenija položenija častej mozga u živogo čeloveka. Trudy fizikomedicinskogo obščestva pri Moskovskom universitete. 1889; 2: 70–80.

4. Riechert, T., Mundinger, F. Beschreibung und Anwendung eines Zielgerätes für stereotaktische Hirnoperationen. Acta Neurochir. Suppl. III., 1956; 308–337.

5. Schaltenbrand, G., Bailey, P. Introduction to stereotaxis with an atlas of the human brain. Thieme, Stuttgart 1959.

6. Gabriel, E. M., Nashold, B. S. History of spinal cord stereotaxy. J. Neurosurg., 1996; 85: 725–731.

7. Nádvorník, P., Čierny, G. Úvaha o fyziologickém mechanizmu pohybové reakce uskutečňované míchou na podněty z mozku. Časopis lékařů českých 2007; 146: 834–836.

8. Stryker Leibinger The Smarter Vision. Image Guided Surgery, 2007.

9. Nádvorník, P., Bolf, J. Project of a whole body computerized stereotactic device. Abstr. IX. Meet. Wrld Soc. Stereo. Funct. Neurosurg., Toronto, 1985.

10. Nádvorník, P., Kolařík, J., Bolf, J. První verze celotělového sterotaktického přístroje. Lékař a technika, 1988; 19: 5–6.

11. Nádvorník, P., Kolařík, J., Svoboda, V. Místo celotělového stereotaktického přístroje mezi cílenými zásahy do lidského organismu. Čs. Neurol. Neurochir., 1990; 53/86: 68–72.

12. Nádvorník, P., Kolařík, J., Svoboda, V. Position of whole body stereotactic device among targeted interventions into human organism. Zent. bl. Neurochir., 1990; 51: 18–20.

13. Nádvorník, P., Kolařík, J., Houdek, M., Hluštík, P. První zkušenosti s komputerizovaným celotělovým cílícím aparátem. Čs. Neurol. Neurochir., 1991, v tisku?

14. Houdek, M., Nádvorník, P., Kolařík, J., Ditmar, R., Hluštík, P. Stereotakticky cílená biopsie z obratlového těla L2. Acta Chir. Ortoped. Traumatol. Čechoslov., 1992; 59: 311–313.

15. Reisinger, F., Bachratý, M., Nádvorník, P., Kolařík, J. Viace-účelové použitie vakuového matraca v zdravotníctve. Rozhl. Chir., 1990; 69: 619–621.

16. Kolařík, J., Nádvorník, P., Rozhold, O. Photonucleolysis of intervertebral disc and its herniation. Zent. bl. Neurochir., 1990; 51: 69–71.