首都医科大学玄武病院機能性脳神経外科
喬亮 李永潔
ニューロナビゲーションという言葉は.ナビゲーションや陸上ナビゲーションにおいてリアルタイム測位システムに依存し.正確な目的地までの簡単かつ安全な経路を選択することを指すナビゲーションから派生したものです。 同様に.ナビゲーションの概念と原理は脳神経外科にも応用されており.コンピューターによる画像処理と手術器具のトラッキングにより.外科医は手術のアプローチと手術範囲を正確に最適化することができます（ナビゲーション脳神経外科）。 脳神経外科だけでなく.耳鼻科.形成外科.泌尿器科.整形外科など多くの分野でナビゲーション技術が活用され.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すようになってきています。 脳神経外科においても.脳腫瘍.血管奇形.脊髄.機能的脳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ます。 本稿では.ニューロナビゲーションの歴史.原理.応用について.機能的脳外科手術における臨床的意義に重点を置きながら概説している。 首都医科大学玄武病院機能性脳神経外科 喬亮
ニューロナビゲーションの歴史
ナビゲーションの概念は.1907年にホースレーとクラークが小動物に導入したのが最初である。 1947年.スピガルとワイシスは「気脳造影法」という技術を使っ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う先駆者となった。 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りました。 その後.3次元画像を実現するCTの登場により.ナビゲーション技術は大きく飛躍した。1986年から1987年にかけて.渡辺.ロバーツ.バーゼルの3人は.ほぼ同時に異なるナビゲーションシステムを開発した。 その後.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灌流画像（PWI）.MRI画像計測などの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普及が進みました。 イメージング（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.電気生理学的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測位技術も高度化している（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.イメージングとポジショニングの2つの要素で構成されており（図1）.それぞれナビゲーションにおける「地図」と「コンパス」に相当するものである。 まず.医用画像データをナビゲーターに送信する。CT（コンピュータ断層撮影）.MRI（磁気共鳴画像）.PET（陽電子放出コンピュータ断層撮影）.DSA（デジタル血管シルエット）などである。 2次元のデータはナビゲーターのコンピューターで解析・処理され.3次元の画像が作成され.手順をナビゲートするための「地図」となる。 そして.手術室での患者さんの実際の頭の位置を.ナビゲーター内の患者さんの頭の3D画像と照合して登録します。 また.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だけでなく.手術に必要な情報を提供できることも特筆されます。 このように.ニューロナビゲーションは手術アプローチの設計を支援するだけでなく.術中の機能部位へのダメージを軽減・回避し.手術の合併症を低減することができます。 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社のニューロンナビゲーションシステム「StealthStation」です。
図1 ニューロナビゲーター装置の構成（玄武病院機能性脳神経外科で使用しているメドトロニック社製ニューロナビゲーターシステムStealthStationの例） A：画像処理.表示部.B：位置決め部。
登録後.患者の脳内における手術器具の相対的な空間位置は.ナビゲーター空間位置決定装置から発せられる信号が取り込まれて処理されることに依存し.コンピュータ画面上にリアルタイムで表示されて.目標部位/目標領域へのアプローチの選択および目標部位/目標領域での外科手術のガイドに使用できるようになります。 脳外科手術機器とナビゲーターの空間測位装置との間の信号伝達には.機械的.超音波的.電磁的.光学的（赤外線）な測位など.様々な形態がある。 ニューロナビゲーションで最も広く使われているのは.手術器具の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計算する光学式ポジショニング（現在当科で使用しているStealthStationシステムを含む）である。
ニューロナビゲーションの応用
ニューロナビゲーション技術は.その発明以来.ますます洗練され.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（てんかん形成術.脳梁切断術）.脳深部電気刺激装置移植など.脳神経外科の多くの分野で使用されています。
脳神経外科手術において.病変の正確な位置確認.最適な手術アクセス.病変の全切除率の向上.術後合併症の軽減など.ニューロナビゲーションがもたらすプラスの影響は.国内外の文献で報告されています。 例えば.1999年に発表された論文では.イギリスの脳神経外科医であるJohn Wadleyが.2年間（1998-1999年）の300の脳神経外科手術におけるニューロナビゲーションの使用を分析するために.前向き研究デザインを用いています。 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など.脳神経外科の複数の部門とさまざまな脳神経外科手術に対応しています。 病理学的タイピング解析では.グリオーマ98例.髄膜腫64例.転移巣23例を対象とした。 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に対する自信を深めることができ.95％の脳神経外科医がこれらのケース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感じていることが明らかになりました。 また.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ニューロナビゲーションを使用することに成功したと報告しています。
同様の結果は.中国での関連研究でも報告されています。 例えば.2004年.人民解放軍301病院の神経外科医.孟祥姫博士は.神経細胞腫（14例）.髄膜腫（2例）.海綿状血管腫（4例）.リンパ腫（1例）.転移（1例）など22件の神経外科手術にニューロンナビゲーションを使って結果を報告しています。 結論として.ニューロナビゲーションはこれまで.さまざまな疾患や手術の種類をカバーし.国内外においてより幅広く使用されてきました。
機能的脳外科手術におけるニューロナビゲーションの活用
脳神経外科の他の分野と比較して.機能的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最近ですが.現代の機能的脳神経外科における最も重要なツールの一つとして.同等の価値と積極的な意義を示しています。 てんかん手術は.機能的な脳神経外科の重要な一分野です。 腫瘍切除術と同様に.てんかん焦点部切除術では.ニューロナビゲーション技術を駆使して.手術外傷を最小限に抑え.病巣の位置を正確に特定し.最適な手術アプローチをデザインするだけでなく.機能画像と電気生理データを統合して.運動.感覚.言語領域を温存しながらてんかん原性の焦点を適切に切除し.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であると考えられます。 2001年.RouxはNeurosurgery誌に.機能的画像と皮質電気刺激結果の融合によるニューロンナビゲーションに関する論文を発表した。 2000年.Wurmは.他の大脳皮質や血管へのダメージを最小限に抑えながら.正確かつ選択的に切除する技術.neuroguidanceによる選択的扁桃海綿体切除術を提案した。
また.脳梁切断術は.全般性難治性てんかん.特に脱力発作の場合に考慮すべき緩和的な処置である。 2008年のNeruosurgery Focus誌の記事で.小児神経外科医のJea氏は.ニューロナビゲーションシステムを使用することで.脳梁切開術の際に.切開範囲（全体または部分）の決定や手術の半球側の選択（上矢状静脈洞傍静脈を保護するため）に役立つと述べています。 結論として.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.術後合併症を減らす上で欠くことのできないものとなっています。
脳深部刺激療法（DBS）は.低侵襲な脳神経外科的アプローチである。 定位的なアプローチで正確な位置を特定し.脳の特定のターゲットポイントに電極を埋め込んで高周波の電気刺激を行います。 これにより.対応する核の興奮性が変化し.症状が改善される。 運動障害における脳深部電気刺激の有効性は.患者の適切な選択と正確な電極配置を含む多くの要因に依存し.後者は従来.フレームによる定位手術（stereotaxy）によって達成されている。 後者は従来.フレームステレオタキシーを用いて実現されていた。
脳深部電気刺激療法にニューロナビゲーションが採用されれば.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のです。 患者さんは頭部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と呼ばれるようになったのです。 フレームレス定位手術と比較すると.フレームレスDBSは患者の快適性と手術時間の短縮の点で明らかな利点がある。 海外の研究者では.両者は精度の点で同等である.つまり新しいフレームレスDBSも満足のいく電極配置精度を有していると考える人が増えています。 現在.中国における従来のフレーム付き定位法DBSは.フレームレスDBSと比較して.まだ報告されていない。 フレームレスDBS（ニューロナビゲーション技術を用いたもの）は.患者の快適性や手術時間の短縮といった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進める意義があると考えられます。
ニューロナビゲーション技術は.てんかん手術や脳深部電気刺激のほかにも.神経障害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の治療に用いられており.応用範囲の広さと臨床・科学的価値の重要性を示しています。 例えば.難治性疼痛の治療に脊髄刺激を応用する場合.ニューロナビゲーションは脊髄セグメントの位置特定を支援することができます。 高周波熱凝固法による三叉神経痛の治療において.ニューロナビゲーションは手術部位をタイムリーかつダイナミックに表示することができ.正確な位置決めと最小限のダメージを確保することができます。
ニューロナビゲーションの限界
ニューロナビゲーションでは.様々な理由で脳構造が変位するため.術前のスキャンやレジストレーションに基づいてナビゲーションが決定した手術器具の位置が真の位置と異なることがあり.イメージドリフト（ブレインシフトとも呼ばれる）と呼ばれ.最大66%の症例で発生しています。 この問題を解決するために.術中MRIやリアルタイムMRIを実施し.そのズレを修正することができます。 また.目標点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実践経験があれば.ドリフトの発生率や手術精度への影響を大幅に軽減できるが.その習得は十分な技術訓練と臨床経験にかかっている。
まとめ
マイクロ脳外科手術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QOLを向上させるために.脳外科手術におけるニューロ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ます。 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に補助的に採用されており.中国でもニューロナビゲーションの適用が拡大し.特に機能的脳神経外科の分野では大きな応用と研究価値が示されています。 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限界があります。 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.機能的脳神経外科を含む脳神経外科のさらなる進歩を促進します。
参考資料（敬称略）