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ニューロナビゲーションの原理.応用.その他を簡単に説明します。
ニューロナビゲーションという言葉は.ナビゲーションから派生したもので.航海や陸上ナビゲーションにおいて.正確な目的地への簡単で安全なルート（アプローチ）を選択するために.リアルタイムの位置情報システムに依存することを指します。同様に.ナビゲーションの概念と原理を脳神経外科に応用し.コンピューターによる画像処理と手術器具の追跡・位置決め技術により.外科医の手術アクセスや正確な手術範囲の最適化を支援することができるため.ナビゲーション脳神経外科と呼ばれるようになりました。ナビゲーション技術は.脳神経外科のほか.耳鼻咽喉科.形成外科.泌尿器科.整形外科など多くの分野で広く利用されており.外科診療においてますます重要かつユニークな役割を果たしています。脳神経外科においても.脳腫瘍.血管奇形.脊椎.機能的脳神経外科などの主要な枝にナビゲーション技術が適用され.かけがえのないツールの一つとなっている。本稿では.機能的脳外科手術における臨床的意義を中心に.ニューロンナビゲーションの歴史.その原理.応用について概説する。
ニューロナビゲーションの歴史
ナビゲーションという概念は.1907年にHorsleyとClarkが小動物を使って初めて見たものである。1947年.SpiegalとWycisは「気脳造影法」を用いて軟部組織の局在診断に成功し.人間の手術にナビゲーションを使用する先駆者となった。同時期にスウェーデンのLeksellとRiechert.フランスのTalaiachも投影画像技術に基づく独自の定位法を開発し.1950年代から1960年代にかけて.平面画像を用いたナビゲーション技術が視床切開術に広く使用されるようになった。その後.CTの登場により3次元画像が現実のものとなり.ナビゲーション技術の発展が大きく進んだ。1986年から1987年にかけて.渡辺.ロバーツ.バーゼルの3人によって.ほぼ同時にさまざまなナビゲーションシステムが開発された。その後の20年間で.機能的MRI.MRI-拡散テンソル画像（MRI-DTI）.MRI-拡散強調画像（MRI-DWI）.MRI-スペクトル分析（MRS）.MRI-perfusion imaging（PWI）など多くの高度医療画像技術の出現により.ニューロンナビゲーション技術は急速に発展し広く用いられるようになりました。imaging (PWI).磁気ソースイメージング (MSI).脳磁図 (MEG).ポジトロンCT (PET).術中超音波.術中 CT/MRI’s .電気生理モニタリング技術の開発などです。画像技術の進歩に加え.ナビゲーションシステムにおける位置決め技術もますます高度化しています（詳しくは「原理」の項を参照）。
ニューロナビゲーションの原理
手術用ナビゲーションシステムの中核は.画像と位置決めの2つの部分からなり（図1）.それぞれナビゲーションにおける「地図」と「コンパス」のようなものである。まず.医用画像データがナビゲーターに送信される。CT（コンピュータ断層撮影）.MRI（磁気共鳴画像）.PET（ポジトロン放射型コンピュータ断層撮影）.DSA（デジタル血管シルエット）などがある。この2次元データをナビゲーターのコンピュータで解析・処理し.施術をナビゲートするための「地図」となる3次元画像を得ます。次に.患者のヘッドマーカーを登録することで.手術室での実際の頭の位置とナビゲーター内の患者の頭の3次元画像とを登録する。なお.ニューロナビゲーションシステムにおける患者のベース画像は.他のイメージング画像（機能的MRI.脳磁図など）や電気生理学的実験（電気刺激による皮質マッピングなど）と統合できるため.ニューロナビゲーションは手術の完全支援にとどまらず.術中の機能部位へのダメージ軽減・回避や手術合併症の軽減が可能であることが特筆されます。図1は.宣武病院の機能性脳神経外科で使用されているメドトロニックのStealthStation neuronavigationシステムです。
登録後.患者の脳内の手術器具の相対的な空間位置は.手術器具が発する信号がナビゲーター空間位置決定装置によって捕捉・処理されることによって決まり.コンピュータ画面上にリアルタイムで表示され.目標部位・標的領域へのアプローチや目標部位・標的領域の外科手術の選択をオペレーターに案内することができます。神経外科機器とナビゲーター空間位置決め装置間の信号伝達は.機械的.超音波的.電磁的.および赤外線による位置決めなど.多くの形態をとることができる。現在.ニューロナビゲーションで最も広く使われているのは光学式測位（現在当科で使用しているStealthStationシステムも含む）で.手術器具に搭載された赤外線発光ダイオードを測定対象として.CCDカメラ（電荷結合素子カメラ）をセンサーとして手術器具の位置を算出する。
ニューロナビゲーションの応用例
ニューロナビゲーション技術は発明以来.ますます成熟し.脳腫瘍（グリオーマ.髄膜腫.転移.リンパ腫など）.脳血管奇形.てんかん手術（てんかん焦点切除.脳梁切除）.脳深部電気刺激装置の移植など.いくつかの神経外科の分野で広く使用されている。
様々な脳神経外科手術において.病変の正確な位置確認.最適な手術方法の選択.病変の全摘出率の向上.術後合併症の軽減など.ニューロナビゲーションの積極的な意義は.国内外の文献で報告されているところである。例えば.英国の脳神経外科医John Wadleyは.1999年に発表した論文で.2年間（1998～1999年）の脳神経外科手術300例におけるニューロナビゲーション技術の使用状況を.前向き研究デザインで解析しています。300のニューロナビゲーション手術は.163の開頭手術.53の定位生検.7の神経内視鏡.37の複雑な頭蓋底手術を含む.脳神経外科の複数の部門と複数の種類をカバーしています。病理学的タイピング分析では.神経膠腫98例.髄膜腫64例.転移23例であった。この研究では.99％の脳神経外科医がナビゲーションの使用から手術の信頼性を高めることができ.95％の脳神経外科医がこれらの症例においてニューロンナビゲーション技術の使用は従来の手術より優れていると考えていることが明らかにされました。さらに.スウェーデンのエボリ博士は.経蝶形骨下垂体腺腫摘出術におけるニューロナビゲーションの成功例を報告しました。
機能的脳外科手術におけるニューロナビゲーションの応用
脳神経外科の他の部門と比較して.機能的な脳神経外科におけるニューロナビゲーションの使用は比較的遅れているが.同じ重要な価値と肯定的な意義を示し.現代の機能的な脳神経外科の重要なツールの1つになった。てんかん手術は.機能的神経外科の重要な一分野です。てんかん焦点切除術は.腫瘍切除術と同様に.ニューロナビゲーション技術を駆使して最適な手術アクセスを設計し.手術外傷を最小限に抑え.病巣を正確に見つけることができるだけでなく.機能画像と電気生理データを統合し.運動.感覚.言語領域を保護しながらてんかん原性の焦点を適切に除去し.術後合併症を減らし.患者のQOLを向上させることがより重要な課題となっています。2001年.RouxはNeurosurgery誌に.特にニューロンナビゲーション手術における機能画像と皮質電気刺激の結果の融合に関する論文を発表しています。また.側頭葉てんかんの手術では.2000年にWurmが海馬扁桃体の選択的切除（amygdolohippocampectomy）にニューロナビゲーションを応用し.他の大脳皮質や血管へのダメージを十分に軽減しながら.手術切除の選択性を正確に確保する技術を提案しています。
また.脳梁切断術は.全般性難治性てんかん.特に脱力発作（神経性発作）において考慮すべき緩和的処置のひとつです。小児神経外科医のJeaは.Neruosurgery Focus 2008に寄稿し.ニューロナビゲーションシステムを使用することで.脳梁切断術の際の切断範囲（全体または部分）や.外科手術における大脳半球の側方化（上矢状静脈洞を保護するため）を判断することができると述べています。ニューロナビゲーションは.ニューロモニタリングとともに.現代のてんかん手術に不可欠なツールの一つとして認識されており.手術の成功率を高め.術後合併症を減少させる上でかけがえのないものとなっています。
脳深部刺激療法（DBS）は.微小侵襲的な脳神経外科的アプローチである。これは.脳の特定のターゲットに電極を埋め込むことにより.正確な局在と高周波の電気刺激を行うために定位的アプローチを使用します。これにより.対応する核の興奮性が変化し.症状が改善されます。運動障害における脳深部電気刺激の効果は.患者さんの良い選択と正確な電極の埋め込みなどの複数の要因に依存し.後者は従来.枠付きの定位手術（stereotaxy）により達成されています。
ニューロナビゲーションが脳深部電気刺激療法に適用されれば.外科医はヘッドフレームに頼ることなく.ワイヤレス赤外線測位のみで.リアルタイムにコンピュータ画面上で手術経路を確認することができるようになるのです。患者さんは頭にいくつかのマーカーを固定するだけなので.違和感やストレスが少なく.術中電気刺激試験時の動作や協力が容易になり.フレームレスDBSと呼ばれています。フレームレス定位手術と比較すると.フレームレスDBSは患者の快適さと手術時間の短縮という点で明らかな利点がある。また.海外の研究者の間では.両者は精度の面でも同等である.すなわち新しいフレームレスDBSは電極の埋め込み精度も満足できるものであるとの結論が多くなっています。現在.国内のDBSは主に従来のフレーム付き定位法を採用しており.フレームレス型との比較研究は報告されていない。フレームレスDBS（ニューロナビゲーション技術の応用）は.患者の快適性や手術時間の短縮など明らかな利点があることから.今後さらに臨床応用や関連研究を行う価値があると思われます。
てんかん手術や脳深部電気刺激以外にも.神経因性疼痛に対する運動皮質電気刺激.慢性疼痛やうつ病患者に対する経頭蓋磁気刺激のコイル配置など.機能性脳神経外科疾患への応用が進み.応用範囲の広さと臨床的・科学的研究価値の重要性を示している。例えば.難治性疼痛の治療に対する脊髄刺激の応用では.ニューロナビゲーションが脊髄セグメントの位置特定を支援することができます。また.三叉神経痛に対する高周波熱凝固療法では.ニューロナビゲーションにより.手術部位をタイムリーかつダイナミックに示すことができ.正確な位置決めと最小限の損傷を確保することができます。
ニューロナビゲーションの制限事項
ニューロナビゲーションでは.脳組織の構造が様々な理由で変位するため.術前のスキャンやレジストレーションに基づきナビゲーションで決定した手術器具の位置が実際の位置と異なることがあり.これをイメージドリフト（別名ブレインシフト）と呼び.その発生率は海外では66％にものぼります。この問題を解決するために.術中MRIやリアルタイムMRIを行い.ズレを補正することができる。また.目的部位に到達するまでの脳脊髄液や嚢胞液の損失を最小限に抑えるための実践経験が.driftの発生を大幅に減少させ.手術精度への影響を低減させることができるが.これは十分な技術訓練と臨床探索に依存している。
結論
マイクロ脳神経外科の普及と低侵襲治療の概念に伴い.患者の神経機能をよりよく保護し.術後の生活の質を向上させるために.脳神経外科におけるニューロンナビゲーションシステムの補助的役割がますます顕著になってきている。現在.海外の多くの病院の脳神経外科では.ニューロナビゲーション技術が日常的な補助装置として採用されており.中国におけるニューロナビゲーションの応用は拡大し.特に機能的脳神経外科の分野でその応用と研究価値が大きく示されています。他の技術ツールと同様に.ニューロナビゲーションには独自の利点と同時に限界もあります。ニューロナビゲーション技術の十分な研究.実践.研究.開発は.機能的神経外科を含む神経外科のさらなる進歩を促進することでしょう。