CC BY
102
■ ОБРАЗОВАНИЕ
ДЛЯ КОРРЕСПОНДЕНЦИИ
Васильев Сергей Амурабиевич -доктор медицинских наук, заведующий нейрохирургическим отделением ФГБНУ «Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского» (Москва) E-mail: [email protected]
Ключевые слова:
хирургический микроскоп, нейроэндоскопия, флюоресценция, нейрофизиологический мониторинг, интраоперационная сонография, нейронавигация, криохирургия
СОВРЕМЕННЫЕ ОРГАНОСОХРАНЯЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ХИРУРГИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА (АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР)
Васильев С.А., Аслануков М.Н., Левин Р.С., Семенов В.Б., Зуев А.А., Ховрин В.В., Фисенко Е.П.
ФГБНУ «Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского», Москва
В представленной статье описаны современные органосохраняющие технические решения, применяемые в нейрохирургии: хирургический микроскоп, интраоперационная флюоресцентная диагностика, нейроэндоскопия, интраоперационный нейрофизиологический мониторинг интраоперационная нейровизуализация, интраоперационная магнитно-резонансная томография, интраоперационное ультразвуковое исследование, безрамная нейронавигация, ультразвуковой дезинтегратор, криодеструкция.
Клин. и эксперимент. хир. Журн. им. акад. Б.В. Петровского. 2017. № 1. С. 84-90.
Статья поступила в редакцию: 16.01.2017. Принята в печать: 06.02.2017.
Organ-saving technologies in brain surgery (analytical review)
CORRESPONDENCE
Vasiliev Sergey A. - MD, Chief of Neurosurgery Department, Petrovsky National Research Centre of Surgery (Moscow) E-mail: [email protected]
Keywords:
surgical microscope, neuroendoscopy, fluorescence, neurophysiological monitoring, intraoperative ultrasound, neuronavigation, cryosurgery
Vasiliev S.A., Aslanukov M.N., Levin R.S., Semyonov V.B., Zuev A.A., Khovrin V.V., Fisenko E.P.
Petrovsky National Research Centre of Surgery, Moscow
The article describes the modern organ-preserving technical solutions used in neurosurgery: surgical microscope, intraoperative fluorescence diagnostics, neuroendoscopy, intraoperative neurophysiological monitoring, intraoperative neuroimaging, intraoperative magnetic resonance imaging, intraoperative ultrasound, frameless neuronavigation, ultrasonic disintegrator, cryo-destruction.
Clin. Experiment. Surg. Petrovsky J. 2017; 5 (1): 84-90
Received: 16.01.2017. Accepted: 06.02.2017.
На протяжении всей истории развития нейрохирургии основная цель нейрохирургов заключалась в сохранении функционально важных структур головного мозга. Для достижения этой цели совершенствовались знания в области анатомии и физиологии, улучшались методы исследования, разрабатывались безопасные и малотравматичные доступы к патологическим образованиям, внедрялись технологии
интраоперационной нейровизуализации, мониторинга функционального состояния головного мозга, нейронавигации, нейроэндоскопии. Прорыву в развитии нейрохирургии способствовало появление цифровых и компьютерных технологий в конце ХХ в.
Хирургический микроскоп - важнейший инструмент, позволяющий нейрохирургу во время операции видеть мельчайшие структуры головного
Рис. 1. Церебральная интраоперационная флюоресцентная видеоангиография. После клипиро-вания артерия Гюбнера проходима визуально (А) и при флюоресцентной видеоангиографии (Б)
Источник: Элиава Ш.Ш. и соавт. Интраоперационная флюоресцентная ангиография с индоциани-ном в хирургии аневризм головного мозга. Первый опыт применения и обзор литературы // Вопр. ней-рохир. 2015. № 1. С. 37.
мозга, неразличимые невооруженным глазом. Современные нейрохирургические микроскопы обеспечивают объемное видение раны в высоком разрешении при хорошем освещении. Совместимые с микроскопом видеокамеры позволяют записывать операции и транслировать изображение на монитор.
Первый составной микроскоп создали Hans Lippershey и Zacharias Janssen в 1590 г. в Голландии. Первый бинокулярный микроскоп был создан Pere Cherubin d'ürleans в 1671 г. [1]. В конце XIX в. Carl Friedrich Zeiss и Ernst Karl Abbe ввели составной микроскоп в сферу коммерческого дизайна и производства [2]. Впервые ин-траоперационно микроскоп применил отоларинголог Carl Olof Nylen в 1921 г., и это положило начало революции в хирургической практике [3]. Хирургический микроскоп впервые вошел в нейрохирургическую операционную в 1957 г. в Университете Южной Калифорнии, когда Theodor Kurze удалил шванному лицевого нерва 5-летнему пациенту [1]. В последующие годы множественные усовершенствования улучшили практическое использование хирургического микроскопа. Интересно, что пионеры микронейрохирургии Mahmut Gazi Yasargil и Leonard I. Malis в 1972 г. сконструировали систему противовесов и электромагнитных замков, что придало конструкции микроскопа стабильность, не ограничивая его мобильности [4].
Интраоперационная флюоресцентная диагностика
Исследования в области флюоресценции привели к возможности выполнения ангиографии и визуализации опухолей в реальном времени через окуляры микроскопа. Суть явления флюоресценции заключается в свечении некоторых веществ (флюорохромов) при освещении их светом. При этом флюорохромы испускают лучи другого цвета, преимущественно с большей длиной волны, чем те, которыми освещалось вещество.
В 1967 г. канадский нейрохирург William Feindel разработал флюоресцентную церебральную ангиографию. Charles J. Wrobel и соавт. стали использовать данный метод для интраопераци-онной оценки клипирования аневризм в 1994 г. В 2003 г. Andreas Raabe и соавт. описали применение видеоангиографии с индоцианином зеленым при клипировании аневризм церебральных артерий для оценки проходимости несущей артерии, ее ветвей, перфорантных артерий, а также для определения радикальности клипирования анев-ризматического мешка под контролем операционного микроскопа [5].
В настоящее время появились компактные, интегрированные в микроскоп модули для проведения флюоресцентной микроскопии.
Для выполнения интраоперационной видеоангиографии используется флюоресцирующий агент - индоцианин зеленый, который вводится внутривенно непосредственно перед исследованием. Встроенный в микроскоп модуль освещает операционное поле инфракрасным светом с длиной волны 800 нм. Индоцианин зеленый, находящийся в сосудистом русле, флюоресцирует светом с длиной волны 835 нм, который фильтруется от видимого спектра и улавливается преобразующей камерой, конвертирующей, в свою очередь, свет с длиной волны 835 нм (невидимый для человеческого глаза) в видимое изображение (диапазон длины волны видимого света - 380-780 нм) и проецирует его в окуляры микроскопа и на монитор (рис. 1).
Для флюоресцентной микроскопии глиальных опухолей применяется 5-аминолевуленовая кислота, которую пациент принимает перед операцией энтерально. Данный флюорохром в большем количестве накапливается в ткани опухоли из-за большей проницаемости поврежденного гемато-энцефалического барьера. Операционное поле освещают ультрафиолетовым светом с длиной волны 400 нм. При этом ткань опухоли, контрастируемая 5-аминолевуленовой кислотой, светится различ-
Рис. 2. Глиома (Grade IV WHO) правой лобной доли, выходящая на поверхность коры головного мозга: А - визуализация в белом свете; Б - визуализация в синем свете
Источник: Горяйнов С.А. Интраоперационная флюоресцентная диагностика и лазерная биоспектроскопия в хирургии глиом головного мозга : автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 2013.
Рис. 3. Схема эндоскопической вентрикулостомии III желудочка: А - трехмерная реконструкция магнитно-резонансной томографии головы больного с окклюзионной гидроцефалией. Указана траектория,по которой эндоскоп следует провести в III желудочек сквозь мозговую мантию, передний рог и отверстие Монро; Б - анатомия сагиттальной плоскости мозга. Показано положение эндоскопа, который установлен в просвет III желудочка сквозь правое отверстие Монро. Дно III желудочка перфорировано
Источник: Дронов А.Ф., Поддубный И.В., Котлобов-ский В.И. Эндоскопическая хирургия у детей/ Под ред. Ю.Ф. Исакова, А.Ф. Дронова. М. : Гэотар-МЕД, 2002. С. 390.
ными оттенками красного и ярко контрастирует на фоне освещенной синим светом нормальной ткани мозга [6] (рис. 2).
Основная тенденция дальнейшего развития интраоперационной микроскопии заключается в визуальной интеграции различных источников визуализации: компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ), ультразвуковое исследование (УЗИ), ангиографии и т.д. Возможность доступа к интегрированной информации из различных типов источников визуализации без отвлечения от окуляров микроскопа помогает нейрохирургу в принятии решений и выполнении соответствующих действий.
Нейроэндоскопия
Родоначальником эндоскопии признан Philipp Bozzini, который в 1806 г. сконструировал аппарат для исследования прямой кишки и полости матки, представлявший собой жесткую трубку с системой линз и зеркал, а источником света была
свеча. Первым в нейрохирургии эндоскопическую технологию применил уролог Victor L'Espinasse из Чикаго, который в 1910 г. использовал цистоскоп для коагуляции хориоидальных сплетений у двух детей, страдающих гидроцефалией [7]. Развитие эндоскопии положило началу малоинвазивной нейрохирургии. Применение эндоскопа предоставляет хирургу доступ к глубинным структурам через минимальные разрезы, минимизируя тракцию и травматизацию тканей. В отличие от микроскопа эндоскоп позволяет «заглядывать за угол» - расширить поле визуализации в стороны от проекции прямого видения, что крайне важно при работе в полостях и через узкие длинные каналы хирургических доступов (рис. 3).
Интраоперационный нейрофизиологический мониторинг
Эта технология помогает снизить риск развития неврологического дефицита при выполнении нейрохирургического вмешательства. Его принцип
основан на измерении биоэлектрической активности в головном и спинном мозге и периферических нервах, благодаря чему можно определять целостность этих структур, локализовывать их и сохранять во время операции.
В 1842 г. Emil du Bois-Reymond, немецкий врач и физиолог, открыл электрический потенциал действия нерва, став основоположником электрофизиологии. Факт генерации электрического тока мозгом в 1875 г. подтвердил английский врач Richard Caton. Немецкий физиолог и психиатр Hans Berger в 1924 г. впервые при помощи гальванометра зафиксировал электрические сигналы от поверхности головы на бумаге в виде кривой, назвав это термином электроэнцефалографией (ЭЭГ). Первую интраоперационную ЭЭГ выполнили Ottfried Foerster и H. Altenburger в 1935 г. [8].
Нейрофизиологический мониторинг стал «золотым стандартом» при удалении опухолей в области функционально значимых зон головного мозга (сенсомоторная кора, речевые центры Брока и Вернике), позволяя хирургу идентифицировать и сохранять их. Измененное анатомическое расположение лицевого и слухового нервов при шванномах слухового нерва обеспечивает высокий риск их повреждения при удалении опухоли. Электромиография с помощью специального щупа позволяет анатомически выявить нерв, контролировать его функциональное состояние во время резекции опухоли, а также прогнозировать восстановление его функции в послеоперационном периоде [9].
Интраоперационная нейровизуализация
Несмотря на значительные успехи в хирургии головного мозга, обнаружение и удаление различных патологических образований малого размера и глубинной локализации остаются сложными. Это связано с отсутствием четких границ образования, интраоперационным смещением тканей в результате дренирования ликвора, удалением части объема образования, релаксацией мозга либо нарастанием его отека. При этом действительное положение и размеры образований, так же как и прилежащей к нему ткани головного мозга, изменяются и не соответствуют предоперационным изображениям.
Интраоперационная магнитно-резонансная томография
Самым высокотехнологичным методом интра-операционной визуализации является МРТ. Аппараты интраоперационной МРТ отличаются по силе магнитного поля (от 0,12 до 3 T). Высокопольные аппараты (1-3 Т) требуют оборудования специальных помещений, тогда как низкопольные могут быть установлены в обычных операционных при
их минимальных технических доработках. Помимо стандартных режимов сканирования (T^ T2, Flair), с контрастным усилением и без него, современные аппараты позволяют проводить: диффузионную томографию - для визуализации проводящих путей в белом веществе; функциональную МРТ - метод картирования коры головного мозга, позволяющий определять местоположение областей мозга, отвечающих за движение, речь и т.д.; МР спектроскопию, которая позволяет определить биохимические изменения в ткани мозга при различных патологических процессах. Основными недостатками интраоперационного МРТ являются его высокая стоимость и громоздкость оборудования [10].
Интраоперационное ультразвуковое исследование
Ультразвуковое сканирование в нейрохирургии стали использовать с конца 1950-х гг. Ожидалось, что данная методика станет важным инструментом диагностики в нейрохирургии, однако качество изображения, полученное при исследовании, разочаровало исследователей, и до недавнего времени сонография активно не применялась при нейрохирургических операциях. В последние 10-15 лет качество оборудования, чувствительность датчиков и программное обеспечение значительно улучшились. Появились датчики с различными частотными характеристиками, возможностью усиления и улучшения изображения. Эти инновации привели к значительному улучшению качества изображения при УЗИ, и с 1990-х гг. ультрасонография стала одним из важных методов интраоперационной диагностики в нейрохирургии. Ультрасонография - это быстрый и надежный способ локализации образований и структур головного мозга, позволяющий снизить операционную травматизацию окружающей ткани мозга и контролировать радикальность удаления образований в режиме реального времени (рис. 4).
С помощью интраоперационной сонографии можно определить характер взаимоотношения опухоли с сосудами головного мозга и тем самым снизить риск их повреждения во время хирургических манипуляций. Используя метод интраоперационной УЗИ при удалении менингиом, растущих из стенок венозных синусов, можно оценить степень инвазии опухоли в просвет синуса, характер кровотока в нем. Полученные данные помогают определить возможности резекции участка синуса и выбрать место этой резекции. Контрольная интраоперационная сонография позволяет хорошо визуализировать остаточную ткань опухоли. Биопсия опухолей головного мозга, проводимая под ультразвуковой навигацией, позволяет выбрать
Рис. 4. Магнитно-резонансная томография (МРТ) головного мозга и интраоперационная со-нография пациентки с метастазом рака яичника в правой теменной доле: А - МРТ головного мозга с контрастированием в аксиальной проекции - визуализируется опухоль (1). Вокруг метастаза определяется зона отека (2); Б - интраоперационная сонография - определяется гиперэхогенное округлое образование (1) с четкими ровными контурами и гиперэхоген-ной зоной перифокально-го отека (2); В - интраоперационная сонография - определяется гипоэхогенная полость в зоне удаленной опухоли.
Источник: Васильев С.А., Зуев А.А. Ультразвуковая навигация в хирургии опухолей головного мозга. Ч. 2// Нейрохирургия.
2010. № 4. С. 18.
оптимальную траекторию пункции мозга, что значительно снижает риск повреждения сосудов и повышает точность манипуляций [11].
Спектр современных пред- и интраопераци-онных методов визуализации, таких как МРТ, КТ, ангиография, УЗИ и т.д., предоставляет хирургу большой объем визуальной информации, которую он интегрирует у себя в воображении, представляя единую трехмерную картину и накладывая ее на видимое операционное поле.
Безрамная нейронавигация
Нейронавигация позволяет создавать трехмерное изображение анатомических структур из изображений, предоставленных различными источниками визуализации. Зарегистрировав хирургический инструмент (отсос, бор, щуп и т.д.), хирург видит на мониторе его виртуальное точное положение относительно анатомических образований (рис. 5). Современные системы ней-ронавигации позволяют проецировать изображение в окуляры микроскопа, например, проецируя контуры опухоли на визуально интактную ткань мозга [13].
Ультразвуковой дезинтегратор
Незаменимыми инструментами любой нейрохирургической операции являются хирургический аспиратор и биполярный коагуляционный пинцет. Микрохирургическая диссекция тканей, точечный гемостаз, удаление неплотных опухолей в большей степени осуществляются именно этими инструментами.
Но даже такой простой инструмент, как хирургический аспиратор, претерпел кардинальные изменения, превратившись в ультразвуковой дезинтегратор, который, в свою очередь, стал основным инструментом в хирургии головного мозга.
Впервые ультразвуковой дезинтегратор был разработан для нейрохирургии в 1976 г. в США компанией Cavitron Lasersonic Corporation. Принцип его действия заключается в следующем: с ультра-
звукового генератора на рукоятку аспиратора поступает электрический сигнал частотой 23-35 кГц. С помощью пьезоэлектрического преобразователя в рукоятке этот сигнал превращается в механическую высокочастотную вибрацию, передающуюся на металлический наконечник аспиратора. Наконечник производит линейные вибрации амплитудой от 100 до 300 микрон, позволяющие разрушать ткани. Меняя частоту и амплитуду колебаний, можно настраивать специфичность деструкции тканей: высокая частота при меньшей амплитуде колебаний позволяет разрушать мягкую ткань опухоли (глиомы), минимизируя травматизацию сосудов, низкая частота при большей амплитуде позволяет производить деструкцию плотных опухолей (осси-фицированные менингиомы). Разрушенная ткань аспирируется через отдельный канал дезинтегратора [12].
Криодеструкция
Использовать низкие температуры для разрушения ткани впервые предложил James Arnott в 1845-1851 гг. в Англии. Он создал криоапплика-тор, содержавший смесь льда и соли и достигавший температуры -20 °С. Криохирургический метод он использовал для лечения рака молочной железы и шейки матки. Первую попытку применить криохирургию при глиальных опухолях в 1959 г. предпринял G.F. Rowbotham. В 1961 г. нейрохирург I.S. Cooper применил криохирургический аппарат, в основе которого лежала циркуляция жидкого азота, поступающего по цилиндрической канюле на наконечник рабочего криозонда, охлаждая его до -190-196 °С. Аппарат автоматически регулировал температуру (от -196 до -40 °С). Установку использовали для разрушения опухолей мозга [13]. Совершенствование криохирургических аппаратов и методов интраоперационного контроля привело к расширению области применения криохирургии в нейроонкологии, повысив малоин-вазивность и радикальность деструкции опухолей (рис. 6).
в
Рис. 5. Интраопераци-онные фото. Определение корковой ветви средней мозговой артерии в соответствии с доопе-рационным моделированием. Желтой стрелкой отмечена навигационная указка, красной -артерия-реципиент (корковая ветвь СМА)
Источник: Лукьянчиков В.А. и др. Возможность выполнения экстра интракрани-ального микроанастамоза с использованием системы безрамной нейронави-гации // Нейрохирургия. 2014. № 2. С. 69.
Заключение
Таким образом, в арсенале современного нейрохирурга есть ряд высоких нейрохирургических технологий, позволяющих проводить операцию очень точно и радикально, с минимальной операционной травмой, избежав повреждения функционально значимых зон головного мозга, что позволяет достигать впечатляющих результатов. Наметившаяся тенденция к интеграции различных технических нейрохирургических решений в одном информационном пространстве будет способствовать улучшению качества хирургии головного мозга.
Рис. 6. Интраоперацион-ные фотографии крио-деструкции опухоли поверхностной локализации: А - интраоперационная фотография - криозонд (1) погружен в опухоль, фиксирован в специальном держателе (2), ультразвуковым датчиком (3) осуществляется контроль погружения криозонда; Б - интраоперационная фотография процесса замораживания (первый период криодеструкции) -криозонд(1)погружен в опухоль, отмечается промораживание коры головного мозга (2), которая приобрела светло-розовый цвет; В - интраоперационная фотография после отогрева наконечника криозонда и его удаления -белой пунктирной линией обозначена видимая зона, подвергнутая криодест-рукции
Источник: Песня-Прасолов С.Б. Криодеструкция опухолей головного мозга под контролем интра-операционной сонографии: автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 2016.
В
Литература
1. Kriss T.C., Kriss V.M. History of the operating microscope: from magnifying glass to microneurosurgery // Neurosurgery. 1998. Vol. 42, N 4. P. 899-907.
2. Louw D.F., Sutherland G.R., Schulder M. From microscopic to astronomic, the legacy of Carl Zeiss // Neurosurgery. 2003. Vol. 52, N 3. P. 668-674.
3. Nylen C.O. The microscope in aural surgery, its first use and later development // Acta Otolaryngol. Suppl. 1954. Vol. 116. P. 226-240.
4. Yasargil M.G.. Microneurosurgery. Vol. 1. Stuttgart : Georg Thieme Verlag, 1984. P. 208-211.
5. Roessler K., Krawagna M., Dorfler A., Buchfelder M. et al. Essentials in intraoperative indocyanine green videoangiography assessment for intracranial aneurysm surgery: conclusions from 295 consecutively clipped aneurysms and review of the literature // Neu-rosurg. Focus. 2014. Vol. 36, N 2. P. 1-7.
6. Acerbi F., Cavallo C., Broggi M., Cordella R. et al. Fluorescein-guided surgery for malignant gliomas: a review // Neurosurg. Rev. 2014. Vol. 37, N 4. P. 547-557.
7. Grunert P., Gaab M.R., Hellwig D., Oertel J.M. German neu-roendoscopy above the skull base // Neurosurg. Focus. 2009. Vol. 27, N 3. P. 1-8.
8. Luders H.O. Textbook of Epilepsy Surgery. United Kingdom : Informa Healthcare, 2008. P. 174-175.
9. Kombos T., Suss 0. Neurophysiological basis of direct cortical stimulation and applied neuroanatomy of the motor cortex: a review // Neurosurg. Focus. 2009. Vol. 27, N 4. P. 1-3.
10. Hall W.A., Nimsky C., Truwit C.L. Intraoperative MR-Guided Neurosurgery. United Kingdom : Thieme, 2010.
11. Васильев С.А., Зуев А.А. Ультразвуковая навигация в хирургии опухолей головного мозга. Часть 1. Нейрохирургия. 2010. № 3. С. 9-13.
12. Enchev Y. Neuronavigation: geneology, reality, and prospects // Neurosurg. Focus. 2009. Vol. 27, N 3. P. 1-11.
13. Васильев С.А., Песня-Просолов С.Б. Применение криохирургического метода в нейрохирургии: обзор литературы. Нейрохирургия. 2009. № 4. С. 63-70.
References
1. Kriss T.C., Kriss V.M. History of the operating microscope: from magnifying glass to microneurosurgery. Neurosurgery. 1998; 42 (4): 899-907.
2. Louw D.F., Sutherland G.R., Schulder M. From microscopic to astronomic, the legacy of Carl Zeiss. Neurosurgery. 2003; 52 (3): 668-74.
3. Nylen C.O. The microscope in aural surgery, its first use and later development. Acta Otolaryngol Suppl. 1954; 116: 226-40.
4. Yasargil M.G.. Microneurosurgery. Vol. 1. Stuttgart: Georg Thieme Verlag, 1984: 208-11.
5. Roessler K., Krawagna M., Dorfler A., Buchfelder M., et al. Essentials in intraoperative indocyanine green videoangiography assessment for intracranial aneurysm surgery: conclusions from 295 consecutively clipped aneurysms and review of the literature. Neuro-surg. Focus. 2014; 36 (2): 61-7.
6. Acerbi F., Cavallo C., Broggi M., Cordella R. et al. Fluoresce-in-guided surgery for malignant gliomas: a review. Neurosurg Rev. 2014; 37 (4): 547-57.
7. Grunert P., Gaab M.R., Hellwig D., Oertel J.M. German neu-roendoscopy above the skull base. Neurosurg Focus. 2009; 27 (3): 1-8.
8. Luders H.O. Textbook of Epilepsy Surgery. United Kingdom: Informa Healthcare, 2008: 174-5.
9. Kombos T., Suss O. Neurophysiological basis of direct cortical stimulation and applied neuroanatomy of the motor cortex: a review. Neurosurg Focus. 2009; 27 (4): 1-3.
10. Hall W.A., Nimsky C., Truwit C.L. Intraoperative MR-Guided Neurosurgery. United Kingdom: Thieme, 2010.
11. Vasiliev S.A., Zuev A.A. Ultrasonic navigation in the surgery of brain tumors. Part 1. Neurosurgery [Neyrohirurgiya]. 2010; (3): 9-13. (in Russian)
12. Enchev Y. Neuronavigation: geneology, reality, and prospects. Neurosurg Focus. 2009; 27 (3): 1-11.
13. Vasiliev S.A., Pesnya-Prosolov S.B. Application of the cryo-surgical method in neurosurgery. Literature review. Neurosurgery [Neyrohirurgiya]. 2009; (4): 63-70. (in Russian)
