Intraoperační měření posunu stereotaktického rámu na hlavě pacienta

Abstract

Pro implantaci intracerebrálních elektrod za účelem stereoelektroencefalografické monitorace pacienta se využívá rámové stereotaxe. Pacientovi je k hlavě pomocí čtyř šroubů upevněn hlavový prstenec, který slouží jako základna celého stereotaktického systému. V období od upevnění prstence do začátku samotné operace dochází k poměrně rozsáhlé manipulaci s pacientem, během které by ve výjimečných přápadech mohlo dojít k uvolnění kotvicích šroubů a posunu hlavového prstence vůči hlavě pacienta. To by mohlo mít negativní vliv na přesnost operace, což s sebou pro pacienta nese zvýšené riziko zdravotních komplikací. Cílem práce bylo navrhnout postup umožňující kontrolu toho, zda k takovému posunu došlo, přímo na operačním sále. Pomocí laserového ručního 3D skeneru byl pořízen referenční snímek pacientovy hlavy bezprostředně po upevnění hlavového prstence, a následně kontrolní snímek po napolohování pacienta na operačním sále před zahájením operace. Tyto snímky byly koregistrovány s hlavovým prstencem jako společnou referencí, zarovnány do ustálené prostorové orientace podle radiologické konvence a byla vypočtena a barevně znázorněna vzdálenost mezi oběma modely. Pomocí této vizualizace je možné přímo na operačním sále zjistit, v jakých oblastech pacientovy hlavy se oba modely liší. Následně byla na hlavě pacienta určena oblast zájmu a na základě ní byly modely registrovány pomocí algoritmu ICP. Z výsledné transformace byly zjištěny údaje o směru případné rotace hlavy pacienta. Postup byl otestován na datech z 26 měření (z toho 14 dospělých a 12 dětí), kteří podstoupili SEEG implantaci jako součást chirurgické léčby farmakorezistentní epilepsie. Úspěšně fungoval u 24 z 26 měření, a byl popsán postup k odstranění problému, které vedly k selhání ve zbývajících dvou případech. U nejméně jednoho z měření byl zaznamenán možný posun hlavového prstence. Algoritmus byl během vývoje testován v reálných podmínkách operačního sálu a vizualizace rozdílů v obou modelech byla upravována na základě zde získané zpětné vazby.

Frame stereotaxy is used for the implantation of intracerebral electrodes for the purpose of SEEG monitoring. A stereotactic head frame that serves as the basis for the whole stereotactic system is fastened to the patient's head using four screws. In rare cases, the screws could become loose during the manipulation of the patient in the time between the fastening of the frame to the patient's head and the start of the operation itself, which could lead to a shift of the frame with respect to the patient's head. This could negatively affect the accuracy of the operation, which leads to increased risk of health complications. The aim of this thesis was to design a process that would allow to check if that had occured, directly in the operating room. Using a 3D handheld laser scanner, a reference scan of the patient was created immediately after the fastening of the head frame, and then a control scan after the positioning of the patient in the operating room, before the start of the operation. These scans were coregistered with the head frame as common reference, aligned into an orientation based on the radiological convention and the distance between the two models was calculated and depicted using a color scale. This visualisation can be used to determine in which areas of the patient's head the models differ, directly in the operating room. Subsequently a region of interest was established on the patient's head and used to register the models using the ICP algorithm. The potential direction of the rotation of the patient's head was determined from the resulting transform. The procedure was tested using the data obtained in 26 measurements (of which 14 were of adults and 12 of childten) that underwent SEEG implantation as part of chirurgical treatment of pharmacoresistant epilepsy. It was successful in 24 out of the 26 cases, and a course of action was described that will lead to the removal of the problems that caused the failure in the remaining two. In at least one case, a possible shift in the head frame was detected. The algorithm was tested in real conditions of the operating room and the visualisation of the differences in the models was modified based on the feedback.