脳神経外科手術におけるニューロナビゲーションの適用について
20世紀半ばから後半にかけて.画像誘導システムが徐々に手術に導入されるようになりました。 1990年代.現代のコンピューター技術や位置追跡技術の発展とともに.現代の画像技術と顕微鏡脳外科手術の架け橋となるニューロナビゲーションシステムが登場し.わずか数年の間に改良と普及が続けられました。 同時に出現した「ロックホール」手術法と相まって.脳神経外科の概念は質的に飛躍し.低侵襲手術の時代に突入したのです。 ナビゲーション技術により.手術の全容を2mm以下の精度で仮想的にリアルタイムにモニターすることができ.病巣をできるだけ傷つけずに摘出することが可能です。
神経ナビゲーション支援手術
フレームレス定位ナビゲーションシステムと呼ばれるニューロナビゲーションシステムは.強力なコンピューター技術と画像処理ソフトウェアに基づき.衛星測位技術の理論を用いて.赤外線リモートセンシング技術により手術中の患者の頭部位置と手術経過の情報を取得し.手術経過.病巣の正確な位置.周辺構造の関係をCTやMRなどの高精細画像データと比較してリアルタイムに計算・表示することが可能です。 ナビゲーションデバイスは.その物理的性質により.赤外線ナビゲーションと電磁波ナビゲーションに分けられます。 ニューロナビゲーションシステムは.現在.脳神経外科手術を支援するための最も理想的なシステムです。 (i)ナビゲーションシステム自体の精度が手術中も高いこと.(ii)継続的な改良によりナビゲーションシステムが小型化され.手術の合間に簡単に配置できること.(iii)（術中オープンMRシステムと比べて）安価なこと.(iv)術前のアプローチ計画やシミュレーション切除も可能なこと.(v)インターフェースがオープンであることが利点である。 内視鏡.バイポール.顕微鏡など幅広い機器を接続できる.⑥ほぼ全ての画像データを適用できるため.術中の繰り返しスキャンを回避できる.⑦術中画像補正装置（術中オープンMRI.術中超音波など）が提供する画像データを更新できる.⑧手術ロボットとその対応ソフトウェアを接続し.全自動ロボット手術ができる.などです。 ナビゲーションシステムはまだ仮想のリアルタイム画像追跡システムですが.上記の利点から現在最も望ましい脳外科手術の支援システムです。
効能・効果
ニューロナビゲーションシステムは.脳血管障害.頭蓋内腫瘍.病理生検.異物除去.機能的脳外科手術.脊髄・脊椎病変などに広く利用することが可能です。
1.脳血管疾患
(1)海綿状血管腫：ナビゲーションの絶対的な適応である。 このタイプは.脳幹や視床などの致命的な部位であっても脳実質の深部に位置することがほとんどで.出血を繰り返す病歴があります。 ほとんどの海綿状血管腫は.MRやCTのプレーンデータで明確に示すことができます。 そのため.ナビゲーションシステムは手術の手順を正確にガイドすることができ.「ロックホール」開頭術や脳溝アプローチと組み合わせることで.正常な脳組織や神経機能へのダメージを最小限に抑えることができるのです。 ナビゲーションの意義は.正確な開頭計画を立て.側溝の位置.ひいては島皮質の正確な位置を確認することである。ナビゲーションにより.島内の海綿状血管腫の焦点と関連解剖学的構造の位置が正確に示され.その後.側溝を正確に分離して.ナビゲーションを用いて島皮質を低侵襲に操作し.病巣を安全に露出させることができる。 注意点：非常に小さな海綿状血管腫の中には.機械化したような組織だけが残って出血するものがあり.手術から出血までの時間の長さと相まって.術中に周囲の脳組織と顕微鏡的に区別することが困難な場合があります。 したがって.MRはナビゲーションデータとして使用し.出血の吸収を明確にし.手術時に注意するために.手術前3日以内に必ずCTスキャンを実施する必要があります。
(2) 動静脈奇形（AVM）：ナビゲーションの選択的適応であり.運動.感覚.言語.視床.脳幹などの領域にある深くて小さいAVMに対して.ナビゲーションは3D画像の補助と手術中の機能皮質へのダメージ軽減を提供することが可能です。 1ヶ月以内に出血し.まだ完全に吸収されていないAVMについては.CT画像をナビゲーションデータとして使用する必要があります。 出血がない場合.あるいは出血が完全に吸収されている場合には.ナビゲーションデータとして強化MRが推奨される。 ナビゲーションに精通した外科医は.手術前に主要な給排水管を再構築する際に大きな助けとなることができます。
(3）動静脈瘻（DAVF）：多くの学者は.DAVFには血管内治療が最良の選択肢であると信じている。 しかし.DAVFのインターベンション治療の実現性と成功は.瘻孔の位置.ドレナージの様式.最初の症状など多くの要因に依存し.相当数のDAVF症例において.血管内インターベンションだけでは満足な結果が得られない。DAVFのマイクロ神経手術の鍵は.病理血管を正確に特定し.その後の血液供給動脈と排出静脈を慎重に除去することである。 小さな病巣の血管は電気メスで.大きな病巣の血管はクランプを使用する必要があります。 最近の研究では.マイクロサージェリーはDAVFの治療において安全で効果的な選択肢であることが示されています。 神経画像の出現により.磁気共鳴動脈造影（MRA）.特に造影MRA（CEMRA）はDAVFを非常によく示すことができるようになった。 スキャン画像データとしてのMRA（TOFMRA）のアプリケーションは.ナビゲーションワークステーションに簡単に取り込むことができ.病的血管の可視化と正確な位置特定を実現します。 表層的なDAVFにはイメージナビゲーションがより適している。
(4）動脈瘤：従来の血管造影による画像はナビゲーションシステムで使用できないため。 そのため.動脈瘤手術の補助としてのナビゲーションの役割は限定的です。 ほとんどの動脈瘤に対するナビゲーション手術では.ナビゲーションシステムの強力な3D画像再構成機能を利用した術中画像誘導よりも.術前計画が重要である。 薬剤強調CTやMRのデータを立体的な血管画像に変換し.ナビゲーションシステムのシミュレーション切除画像ウィンドウを開くことで.実際の手術視野における動脈瘤と周囲の神経・血管の隣接関係の可視化.動脈瘤と動脈瘤担持動脈との角度解析.同側・反対側の開頭術の選択.動脈瘤を最適かつ安全な角度で露出・クリップする翼突部や眼窩上眉弓アプローチなどが可能になりました。 特に近位内頸動脈.眼動脈.椎骨動脈.脳底動脈に存在する動脈瘤に対しては.ナビゲーションシステムを用いた詳細な術前計画が必要である。 巨大動脈瘤.遠位前大脳動脈.後下小脳動脈（PICA）.前下小脳動脈（AICA）などの複雑な動脈瘤には.ナビゲーションアシストが必要です。 イタリアのBenvenutiらは.ナビゲーションシステムを用いた自動3DスパイラルCTによる頭蓋内動脈瘤手術に成功した。
2.頭蓋内腫瘍
(1) 神経膠腫：神経膠腫.特に悪性度の低い星細胞腫は.ナビゲーションの絶対的な適応となります。 実質グレードIの星細胞腫は.顕微鏡下で正常な脳実質と区別することが困難である。 また.皮質表面に明らかな異常がないため.経験豊富な外科医でさえ.切除範囲を決定するために.探査中に何度も組織を採取して迅速な凍結病理学的検査を行わなければならない。 腫瘍が機能部位の近くにある場合.術後に不必要な神経障害を引き起こす素因となることがある。 そのため.この種の腫瘍にはナビゲーションが重要です。 悪性度の高いグリオーマでは.可能であれば腫瘍を完全に切除するために.強化されたMRデータをナビゲーションとして使用する必要があります。 嚢胞性グリオーマの場合.硬膜を開いた後.ナビゲーションを使って腫瘍の位置と範囲を決定するよう注意する必要がある。 嚢胞液が放出されると.画像ドリフトが発生し.ナビゲーションの精度が低下します。 近年.高磁場強度と特殊なスキャン機能の普及により.MRIはナビゲーションを豊富なデータソースとし.ナビゲーションの用途を大きく広げています。 ドイツのNimskyらは.1.5T MRIのスピンエコーシーケンスを応用して拡散テンソル画像MRI（DTI-MR）スキャンを行い.データをナビゲーションワークステーションに統合し.コーンバンドルを明確に表示させました。 複数の神経膠腫手術が行われ.術後の神経障害が軽減されました。 運動野グリオーマの治療では.オーストラリアの医師が3T機能MRIを用いて患者の上肢・下肢・言語運動野をマッピングし.運動野電気刺激によるナビゲーションで腫瘍の外科的切除を補助し.良い結果を残しています。
(2) 転移性がん：皮質下に多く存在し.こちらも絶対的なナビゲーション適応となります。
(3) 髄膜腫：ほとんどの髄膜腫はナビゲーションの絶対的な適応となる。 副鼻腔腫と凸状髄膜腫のナビゲーションは.外科的切開の位置と範囲を決定し.圧力によって変位する矢状静脈洞を特定し.皮膚フラップと骨窓を最大限に使用し.開頭ミスによる出血を回避することができます。 内側翼状隆起や小脳橋角の髄膜腫など.重要な血管や神経構造を取り囲む.あるいは隣接する髄膜腫では.ナビゲーションのプロスペクティブウィンドウを開くと.常に血管や神経.脳幹までの距離を表示でき.効果的に損傷を回避することができます。
(4) 下垂体腺腫：経蝶形骨洞下垂体腺腫手術の際の位置確認に役立つ。 従来.経蝶形骨手術はCマウントのX線透視装置で監視しながら行う必要がありました。 その不便さと放射能汚染から.徐々にナビゲーションシステムに置き換わっていった。 プレーンCTやMRのデータは.術中に鞍部の位置を明確に示すナビゲーション情報として利用でき.不用意に傾斜した骨に刺さることによる致命的な損傷を避けることができます。 近年.先進国では下垂体腺腫の経蝶形骨切り術において.低磁場強度（0.2T）の術中MRとナビゲーションシステムの併用が導入されています。 しかし.低磁場強度のMRIでは腫瘍の鞍上部をより鮮明に映し出すことができるだけで.胸骨傍や海綿静脈洞の重要な構造物に対する参考意義はほとんどない。 したがって.ナビゲーションシステムのソースデータとして高磁場強度MRI（3.0T）を使用することは.下垂体腺腫.特に浸潤性下垂体腺腫の外科治療にとってより有用であり.傍大脳と海綿静脈洞の重要構造をより明確に表示でき.外科用ナビゲーションアプリケーションの価値を向上させることができる。
(5) その他：リンパ腫.血管網状細胞腫.神経鞘腫瘍.胚細胞腫瘍.炎症性肉芽腫などは.特に病巣が深部にある場合.ナビゲーションに選択的に適応されます。
3.生検
穿刺生検は.ナビゲーションの絶対的な適応である。 古典的な脳外科の生検は.フレーム付きの定位器具を用いて行われるため.術前に金属製のフレームを装着するのは患者さんにとって苦痛となる場合があります。 最新のナビゲーションシステムは.平均2mm以下の精度で.頭蓋フレームを必要とせず.穿刺過程のマルチアングル動態画像を提供し.より安全で正確な手術が可能になりました。 その結果.穿刺生検の機器として.枠付き定位装置に代わって.ナビゲーションシステムが完全に選ばれることになりそうです。
4.機能的な脳神経外科手術
機能的な脳外科手術用の特別なナビゲーションソフトウェアと関連アクセサリーをインストールした後.ナビゲーションシステムは完全に従来のフレーム定位器具に代わって.淡蒼球破壊.海馬切除.その他の手術を完了することができるようになるのです。 薬物療法が奏功しない難治性てんかんの患者様には.一般的に外科的治療を行うことが認められています。 外科的アプローチの多くは.軟骨下切断と海馬部分切除です。 ナビゲーション支援手術は.手術の精度を大幅に向上させ.手術による障害の発生率を低減させることができます。 スウェーデンのRydenhagとSilanderは654件の手術を報告し.より深刻な合併症はわずか3.1％であった。
5.脊髄・脊椎外科
この5年間で.新世代のナビゲーションシステムに脊髄・脊椎手術用ソフトウェアパッケージと特別なアクセサリーが搭載され.ナビゲーションシステムを脊椎手術に使用できるようになりました。 先にこの技術を使用した人もおり.41例の手術の分析を通じて.一般的な髄内星細胞腫.脳室性髄膜腫.神経線維腫.海綿状血管腫などの髄内・髄外病変の手術治療にナビゲーション技術を適用し.コーンアーチネイルの固定を誘導することで.手術による損傷の確率を低減できると考えています。
ニューロナビゲーションの発展と課題
1.イメージドリフト
ナビゲーション支援手術では.組織構造の変位により.ナビゲーションシステムの画像と実際の位置との間に大きな誤差.すなわちイメージドリフト（ブレインシフトとも呼ばれる）が生じることが多く.これがナビゲーションシステムの最大の欠点であり.ナビゲーション精度に少なからず影響を及ぼしている。 現在のナビゲーションシステムは.仮想的なリアルタイム画像追跡技術を使っています。 これは主に光学的デジタルセンシング.コ・レジストレーション.ダイナミックポジショニング技術によって実現される。 仮想リアルタイム画像は.実際の術中画像ではありません。 そのため.比較的固定された接続方法とコンピュータ計算の高速化・高精度化にもかかわらず.ナビゲーション画像と実際の構造物との乖離が避けられないのです。 筆者は.手術用ナビゲーションシステムの最も重要な点は.病変の位置と境界を決定し.その結果.医学的由来の外傷を最小限に抑えることであると考えている。 したがって.軽微な画像ドリフトや病変発見後の画像ドリフトは.手術への影響は少なく.術者の豊富な臨床経験によって克服することができる。
2.イメージドリフトの分類
(1) システム的なイメージドリフト：ステントやヘッドストックをつなぐリファレンスリングの緩みや位置決めマーカの変位によって起こるイメージドリフトをいう。
(2) 構造的な画像ドリフト：手術中に脳脊髄液や病巣カプセル液の放出.病巣や脳組織の切除により頭蓋内構造物が変位することによって生じる画像ドリフトのことで.画像ドリフト誤差は構造によるものである。 全身的な画像ドリフトの場合.主な原因はナビゲーションや手術装置の安定性低下です。 そのため.以下の方法で完全に回避または修正することができます。 手術の各ステップのナビゲーションプロトコルに厳密に従うこと.特に頭蓋骨を露出させた後.まず必ず骨窓部分の外側にマイクロドリルで4つのマークを開け.正確な位置決めポイントを登録することです。 この4点を再登録することで.系統的な画像ドリフトの大部分を補正できることが確認されています。 骨穴を開ける際に過度な力を加えると.ヘッドフレームが患者の頭部からずれたり.ヘッドフレームが緩んだりすることがあるので注意が必要です。 ここでは.高速空気圧ドリルで穴を開け.ミリングカッターで骨のフラップを開くことをお勧めします。 この方法で穴あけを行った結果.系統的な画像の乱れが発生したケースはないということが実践で確認されています。 セファリックフレームを装着する際.骨鋲はポジショニングマーカーに近づけすぎず.2cm以上離す必要があります。そうしないと.ねじ込む際に頭皮とマーカーの位置がずれ.画像ドリフトの原因となります。 この後.骨スタッド付近のマーカーを削除し.鼻先.目頭・目尻を追加マーカーポイントとして再登録・共登録を行う必要があります。 この方法を成功させるためには.できるだけ滑らかで鮮明な頭皮の3Dモデルを作成する必要があります。 構造的なイメージドリフトは.海外の学者によって多く議論されており.患者の位置.脳室系の開口部.病的な嚢胞液の放出.腫瘍や脳組織の切除量に関連して発生すると考えられています。 このようなイメージドリフトでは.予防に主眼が置かれます。 そのため.以下のことを推奨します。
術前の腰椎穿刺や術中の脳室穿刺による脳脊髄液の排出は.脳脊髄液の過剰な排出により.著しい画像ドリフトの原因となるため.避けること。 脱水症状を起こす薬を避けることで.イメージドリフトを防ぐことができると考える学者もいます。 しかし.著者は脱水剤を適切に使用し.頭蓋骨の露出後にマンニトール250mlを急速鎮静点滴で投与しても.継続的なナビゲーションに大きな影響を与える画像ドリフトが生じないことを発見した。
(ii)嚢胞性変化を伴う腫瘍の場合.腫瘍の位置がはっきりするまで.嚢胞性液体を放出するための穿刺は避ける。 (ii)ナビゲーション下で腫瘍の固形部分を見つける.または取り除くようにする。
(iii) 深い位置にある腫瘍の場合.正常な脳組織を切除しないようにする。
皮質瘻の場合.摘出する組織の量を減らすため.瘻孔部位として脳組織の自然な脳溝を選択するようにし.画像ドリフトを最小限に抑えるようにします。 構造的な画像ドリフトは.リアルタイムの画像スキャンによる画像補正でしか補正できない。 その方法は.大きく分けて3つあります。
3D超音波画像診断装置は.局所的なマーカーを良好に検出でき.画像ドリフトの検出が容易である。 しかし.実質的な構造をうまくイメージすることができません。 その結果.ドリフトが完全に修正されないことがあるのです。
(ii) 術中CTスキャンは.ナビゲーションシステムにとってより満足のいく画像補正情報を提供するが.小さな病変に対しては正確なデータを提供しない。 また.放射能汚染のため.外科系医療スタッフは防護服を着用する必要があり.手術に支障をきたす。
近年.先進国で急速に発展している術中オープンMRIは.非常に正確なリアルタイム画像補正が可能で.画像ドリフトを解決する最も理想的な方法ですが.高価なのが難点です。 ナビゲーションシステムは.現代の脳神経外科手術に欠かすことのできない補助機器となっています。