定位手術

定位手術
定位固定装置に取り付けられた針を使用した脳生検
その他の名前	定位固定術
専門	脳神経外科
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定位手術は、3 次元座標系を使用して体内の小さなターゲットを特定し、そのターゲットに対してアブレーション、生検、病変、注射、刺激、移植、放射線手術(SRS) など の処置を実行する、低侵襲性の外科的介入方法です。

理論上は、体内のどの器官系でも定位手術の対象となります。しかし、信頼できる基準フレーム（軟部組織と一定の空間関係にある骨のランドマークなど）を設定することが難しいため、その適用は伝統的に、そして最近まで脳外科手術に限定されていました。脳以外にも、乳房の生検と手術は、組織の特定、サンプル採取（生検）、および切除のために日常的に行われています。単純X線画像（マンモグラフィー）、コンピューター断層撮影、および磁気共鳴画像法を使用して、手術を ガイドすることができます。

「stereotactic」の別の公認形式は「stereotaxic」です。語源は、ギリシャ語の στερεός ( stereos、「固体」)に由来する接頭辞stereo-と、ギリシャ語のtaxis (「配置」、「順序」、tassein (「配置する」) に由来する新ラテン語およびISVの接尾辞-taxis です。

この手術は、さまざまな脳腫瘍、良性疾患、脳機能障害の治療に使用されます。^[1]これは全脳放射線療法と組み合わせられることもあり、2021年の系統的レビューでは、この組み合わせにより、単一脳転移患者の生存率が最も改善されたことがわかりました。^[2]

悪性脳疾患には、脳転移や神経膠芽腫などがある。^[1]良性脳疾患には、髄膜腫、脳動静脈奇形、前庭神経鞘腫、下垂体腺腫などがある。 [1]機能障害には、三叉神経痛、パーキンソン病、てんかんなどがある。^[1]

定位手術は主に3つの要素に基づいて行われます: ^{[引用が必要]}

• アトラス、マルチモダリティ画像マッチングツール、座標計算機などを含む定位計画システム。
• 定位固定装置または装置
• 定位的局在化および配置手順

現代の定位計画システムはコンピュータベースです。定位アトラスは、2 つの座標フレームを参照して描かれた、解剖学的構造 (たとえば、人間の脳) の一連の断面です。したがって、各脳構造には、定位装置の位置決めに使用される 3 つの座標値の範囲を簡単に割り当てることができます。ほとんどのアトラスでは、3 つの次元は、外側 ( x )、背腹 ( y )、および頭尾 ( z ) です。

定位固定装置は、直交座標系 (デカルト座標)内の3 つの座標 ( x、y、z ) のセット、または、角度、深さ、前後 ( または軸 ) 位置の 3 つの座標を使用する円筒座標系を使用します。この機械装置には、座標系 ( いわゆるゼロまたは原点 ) を基準として頭部を固定位置に置く頭部保持クランプとバーがあります。実験用小型動物では、これらは通常、軟部組織と一定の空間関係にあることがわかっている骨のランドマークです。たとえば、脳アトラスでは、外耳道、下眼窩隆起、切歯間の上顎の正中点、またはブレグマ( 前頭骨と頭頂骨の縫合線の合流点 ) がそのようなランドマークとしてよく使用されます。人間では、上記のように、基準点は、レントゲン写真や断層撮影で明確に識別できる脳内構造です。新生児の人間の場合には、冠状縫合と矢状縫合が交わる「柔らかい部分」（泉門と呼ばれる）が、この隙間が閉じるとブレグマになる。^[3]

高精度のバーニヤ目盛りが取り付けられたx、y、z方向のガイド バー(または極座標ホルダー) を使用すると、脳神経外科医は頭蓋骨に開けた小さな穴を通して、脳内の目的の構造の計算された座標に プローブ (電極、カニューレなど)の先端を配置できます。

現在、多くのメーカーが、人間の脳神経外科手術、脳と脊椎の手術、および動物実験に適した定位固定装置を製造しています。

1. シンプルな直交システム: プローブは、頭蓋骨に固定された正方形のベース ユニットに対して垂直に向けられます。これにより、ベース プレートに沿って直交して移動するキャリッジ、または機器のベース プレートに平行に取り付けられたバーに沿って移動するキャリッジによって、3 つの自由度が提供されます。キャリッジには、ヘッド フレームを垂直に横切る 2 番目のトラックが取り付けられています。
2. バーホールマウントシステム: 固定されたエントリポイントで頭蓋内のターゲットポイントの範囲を限定できます。2 つの角度自由度と深さ調整が可能です。外科医は、バーホールを重要でない脳組織の上に置き、器具を使用してバーホールの固定エントリポイントからプローブをターゲットポイントに向けることができます。
3. 円弧四分円システム: プローブは、円弧 (垂直軸を中心に回転) と四分円 (水平軸を中心に回転) の接線に対して垂直に向けられます。円弧四分円によって定義される球の半径に等しい深さに向けられたプローブは、常にその球の中心または焦点に到達します。
4. アークファントムシステム：照準器は、患者の頭蓋骨に固定されたヘッドリングに取り付けられ、シミュレートされたターゲットを含む同様のリングに移動できます。このシステムでは、ファントムターゲットはシミュレータ上で3D座標に移動されます。プローブがファントム上の目的のターゲットに触れるように照準器のプローブホルダーを調整した後、移動可能な照準器をファントムベースリングから患者のベースリングに移動します。次に、プローブを決定された深さまで下げて、患者の脳の奥深くにあるターゲットポイントに到達します。^[4]

定位放射線手術は、体外で発生した電離放射線を利用して、切開を必要とせずに頭部または脊椎の特定の標的を不活化または根絶する。^[5]この概念では、標的の治療効果を維持しながら隣接する正常組織への損傷を減らすために急峻な線量勾配が必要となる。^{[6]この定義の結果として、全体的な治療精度は、1～2} mmまたはそれより優れた治療計画マージンと一致する必要がある 。^[7]このパラダイムを最適に使用し、可能な限り最高の精度と精密さで患者を治療するためには、画像取得から治療計画、治療の実施の機械的側面、および照射中の動きに関する懸念に至るまで、すべてのエラーを体系的に最適化する必要がある。^{[8]患者ケアの質を保証するために、この手順には}放射線腫瘍医、医療物理学者、および放射線療法士からなる学際的なチームが関与する。 ^{[9] [10]}専用の市販の定位放射線手術プログラムは、ガンマナイフ、^[11] サイバーナイフ、^[12]ノヴァリス放射線手術^[13]の各装置によって提供されています。^[14]

定位放射線手術は、脳や脊椎の悪性腫瘍、良性腫瘍、機能的腫瘍（原発性腫瘍と二次性腫瘍の両方を含むがこれらに限定されない^）と診断された患者に対して、効率的で安全かつ低侵襲な治療選択肢を提供します。^{[15]定位放射線手術は、ほとんどの}転移、髄膜腫、神経鞘腫、下垂体腺腫、動静脈奇形、三叉神経痛などのよく知られた治療選択肢です。 ^[17]

定位放射線手術と分割放射線治療の概念の類似性にかかわらず、また、特定の適応症では両方の治療法が同一の結果をもたらすと報告されているものの、^[18]両方のアプローチの意図は根本的に異なります。定位放射線手術の目的は、隣接する正常組織を温存しながら標的組織を破壊することです。一方、分割放射線治療は、標的と周囲の正常組織の総蓄積放射線量に対する異なる感受性に依存しています。^[5]歴史的に、分割放射線治療の分野は、修復、再集合、再増殖、再酸素化という放射線生物学の原理の発見に続いて、定位放射線手術の元々の概念から発展しました。 ^[19]今日、分割放射線治療に抵抗性のある腫瘍が放射線手術によく反応し、安全に放射線手術を行うには大きすぎる腫瘍や重要な臓器に近すぎる腫瘍が分割放射線治療の適切な候補となる可能性があるため、両方の治療技術は補完的です。^[18]

2 つ目の、より最近の進化は、定位放射線手術の元の概念を頭蓋外の標的、特に肺、肝臓、膵臓、前立腺に外挿するものである。定位放射線治療 (SBRT) と呼ばれるこの治療法は、さまざまな種類の動きの課題がある。^[20]患者の固定の課題とそれに伴う患者の動きに加えて、頭蓋外病変は呼吸、膀胱および直腸の充満により患者の位置に対して移動する。^[21]定位放射線手術と同様に、定位放射線治療の目的は、定義された頭蓋外の標的を根絶することです。ただし、標的が動くと、位置決めの不確実性を補うために標的の周囲に大きな治療マージンが必要になります。これは、今度はより多くの正常組織が高線量にさらされることを意味し、治療の副作用につながる可能性があります。その結果、定位放射線治療は主に限られた数の分割で行われ、それによって定位放射線手術の概念と分割放射線治療の治療上の利点が融合されています。^[22]治療前および治療中にターゲットの動きを監視および修正し、患者の正確な位置決めを行うために、高度な画像誘導技術が市販されており、サイバーナイフおよびノバリスコミュニティが提供する放射線手術プログラムに含まれています。^[23]

機能的脳神経外科は、パーキンソン病、多動症、筋緊張障害、難治性疼痛、けいれん性障害、心理的現象などのさまざまな疾患の治療から成ります。これらの現象の治療は、中枢神経系と末梢神経系の表層部にあると考えられていました。治療のために行われた介入のほとんどは皮質摘出で構成されていました。錐体外路障害を軽減するために、先駆者であるラッセル・マイヤーズは1939 年に尾状核頭部、^{[24]および}被殻と淡蒼球の一部を解剖または切断しました。難治性疼痛をなくす試みは、脊髄レベルで脊髄視床路を切断し、さらに近位では中脳レベルで切断することによって成功しました。 ^[要出典]

1939年から1941年にかけて、パトナムとオリバーは、外側および前外側脊髄切断術の一連の修正を試みることにより、パーキンソン症候群と運動過多症の改善を試みた。さらに、シュルマン、ウォーカー、ギオなどの他の科学者も機能的脳神経外科に多大な貢献をした。1953年、クーパーは偶然、前脈絡膜動脈の結紮がパーキンソン病の改善につながることを発見した。同様に、グロッドがパーキンソン病患者の手術を行っていたとき、彼は誤って視床を損傷した。これにより、患者の震えが止まった。それ以来、視床損傷は、より満足のいく結果をもたらす標的となった。^[25]

より最近の臨床応用は、パーキンソン病の治療に使用される手術、例えば淡蒼球切除術や視床切除術（病変形成術）、または脳深部刺激法（DBS）に見られる^[26]。^[27] DBSでは、運動制御に関与し、パーキンソン病の影響を受ける脳の部分である視床（視床下核の淡蒼球）に電極が配置される。電極は、鎖骨の下に置かれた小さな電池式刺激装置に接続され、ワイヤーが皮膚の下を走り、脳内の電極に接続される。刺激装置は、電極の周囲の神経細胞に影響を及ぼす電気インパルスを生成し、影響を受けた領域に関連する震えや症状の緩和に役立つはずである。^[要出典]

視床切除術では、針電極を視床に挿入し、患者は割り当てられた作業に協力して影響を受けた部位を見つけます。視床のこの部位が見つかったら、小さな高周波電流を電極に流し、視床の一部を破壊します。患者の約 90% は、瞬時に震えが軽減します。^[要出典]

淡蒼球切開術は視床切除術とほぼ同じ手術で、淡蒼球の小さな部分が破壊され、80%の患者で硬直と運動低下の改善が見られ、手術後数週間で振戦の軽減または改善が見られます。^[要出典]

定位脳手術法は、1908年に2人のイギリス人科学者、医師で脳神経外科医のビクター・ホースリーと生理学者のロバート・H・クラークによって初めて発表され、スウィフト＆サン社によって構築されましたが、1908年の発表以降、2人の科学者は共同作業をやめました。ホースリー・クラークの装置は、直交座標系（3つの直交軸）を使用していました。その装置はロンドンのサイエンス・ミュージアムにあります。そのコピーはアーネスト・サックスによって米国に持ち込まれ、カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）の脳神経外科にあります。クラークはオリジナルを使用して研究を行い、霊長類とネコの脳アトラスの出版につながりました。この装置が人間の手術に使用されたという証拠はありません。^{[28] [29] : 12  [30]} 人間の脳のために設計された最初の定位装置は、1918年にロンドンの工房でオーブリー・T・ムッセンの命令で作られたホースリー・クラークフレームの改造であったようですが、あまり注目されず、人間には使用されなかったようです。それは真鍮で作られたフレームでした。^{[29] : 12  [31]}

人間に使用された最初の定位放射線治療装置は、マーティン・キルシュナーによって三叉神経痛の治療に使用され、三叉神経に電極を挿入して焼灼する方法でした。彼は1933年にこれを発表しました。^{[29] : 13  [32] : 420  [33]}

1947年と1949年に、フィラデルフィアのテンプル大学で働いていた2人の脳神経外科医、アーネスト・A・シュピーゲル（ナチスがオーストリアを占領したときに逃亡していた^[28]）とヘンリー・T・ワイシスは、デカルト座標系を使用する点でホースリー・クラーク装置に似た装置に関する研究を発表しました。この装置は、ネジではなく石膏で患者の頭に固定されました。彼らの装置は脳外科手術に使用された最初の装置であり、彼らはそれを精神外科手術に使用しました。彼らはまた、造影剤を使用して取得した医療画像を使用して生成された頭蓋内基準点を使用した最初の人間の脳のアトラスを作成しました。^{[29] : 13  [32] : 72  [34]}

シュピーゲルとワイシスの研究は大きな関心と研究を巻き起こした。^{[29] : 13}パリでは、ジャン・タライラックがマルセル・ダヴィッド、アンリ・アカン、ジュリアン・デ・アジュリアグエラと共同で定位放射線治療装置を開発し、1949年に最初の研究を発表し、最終的にタライラック座標を開発した。^{[28] [29] : 13  [32] : 93} 日本では、楢林弘太郎が同様の研究を行っていた。^[28]

1949年、ラース・レクセルは直交座標ではなく極座標を使用する装置を発表し、2年後にはその装置を使用して脳に放射線を照射する研究を発表しました。 ^{[29] : 13  [32] : 91  [35] [36]} レクセルの放射線手術システムは、ガンマナイフ装置や、線形加速器、陽子線治療、中性子捕捉療法を使用する他の脳神経外科医にも使用されています。ラース・レクセルは1972年にエレクタを設立し、発明を商品化しました。^[37]

1979年、ラッセル・A・ブラウンは、現在Nローカライザー^[38]として知られる装置を提案した。^{[39]これは}、X線コンピュータ断層撮影(CT) ^{[40] 、}磁気共鳴画像(MRI) ^[41] 、陽電子放出断層撮影(PET)[42]などの医療用画像技術によって得られた断層画像を使用して定位手術の誘導を可能にする。N^{ローカライザー}は、2本の垂直ロッドにまたがる対角ロッドで構成され、N字型を形成し、断層画像を物理空間にマッピングすることができる。^[43]この装置は1980年代までにほぼ普遍的に採用されるようになり^[44]、Brown-Roberts-Wells (BRW)、^[45] Kelly-Goerss、^[46] Leksell、^[47] Cosman-Roberts-Wells (CRW)、^[48] Micromar-ETM03B、FiMe-BlueFrame、Macom、Adeor-Zeppelin ^{[49] の}定位フレームやガンマナイフ放射線手術システムに搭載されています。^[44] Nローカライザーの代替品は、 Riechert-MundingerおよびZamorano-Dujovnyの定位フレームに搭載されているSturm-Pastyrローカライザーです。[ ^{50 ]}

CT、MRI、PETによる断層画像ではなく、従来のレントゲン写真を利用する他の位置特定方法も存在する。^[52]

定位手術法は進化を続け、現在ではコンピューター断層撮影、磁気共鳴画像法、定位的位置特定法を用いた画像誘導手術を巧みに組み合わせて採用している。^[要出典]

1970年、アルゼンチンのブエノスアイレス市で、Aparatos Especiales社がラテンアメリカ初の定位システムを開発しました。アントニオ・マルトス・カルボは、脳神経外科医ホルヘ・シュヴァルク（1942-2019）の要請により、ホルヘ・カンディアおよびホルヘ・オリベッティと共同で、ヒッチコック定位システムの原理に基づいた装置を開発しました。患者は、ベースに2本の伸縮アームが取り付けられた改造椅子に座り、定位フレームを固定して患者の動きを防止しました。

フレームの側面に取り付けられた二重の放射線不透過性定規により、放射線不透過性定規を移動させることなく、前後方向および側方方向のX線画像を取得できました。熱凝固病変は、電気双極凝固装置を使用して、直径1.5mm（温度制御なし）のタングステン単極電極と3mmのアクティブチップを使用して実行されました。病変のサイズは、以前に卵白で電極をテストすることで決定されました。凝固サイズは、電気凝固装置の電力調整と高周波の適用時間の結果でした。このシステムで行われた最初の手術は、三叉神経核牽引切開術でした。Jorge Schvarczは、1994年に健康上の問題により職業を辞めるまで、700件を超える機能手術を行いました。しかし、開発された機器は、脳神経外科の歴史とともに改良され続けました。

これがラテンアメリカにおける定位装置製造技術の開発の始まりでした。これがラテンアメリカ初の定位装置メーカー、ブラジルの Micromar の始まりでした。

定位手術は、いくつかの異なるタイプの動物研究調査を支援するために使用されることがあります。具体的には、脳の特定の部位を標的とし、そうでなければ血液脳関門を通過できない可能性のある薬理学的薬剤を脳に直接導入するために使用されます。^[53] げっ歯類では、定位手術の主な用途は、脳に液体を直接注入すること、またはカニューレと微小透析プローブを埋め込むことです。部位特異的な中枢マイクロインジェクションは、げっ歯類が目覚めて行動する必要がないとき、または注入する物質の作用時間が長いときに使用されます。注入後すぐにげっ歯類の行動を評価する必要があるプロトコルでは、定位手術を使用してカニューレを埋め込み、手術から回復した後に動物に注入することができます。これらのプロトコルは、カニューレ、ワイヤープラグ、注射針の作成を必要とするため、麻酔をかけたマウスの部位特異的な中心注射よりも時間がかかりますが、注射前に脳に誘発された外傷を治癒するための回復期間が考慮されるため、動物にかかるストレスは少なくなります。 [54] マイクロダイアリシスプロトコルでは、透析プローブとガイドカニューレを埋め込み、固定するために手術を使用することもできます。^{[ 55]}

• Armando Alaminos Bouza、「機能的脳神経外科における画像診断、定位空間および標的化」、機能的脳神経外科、初版、出版社: Alaúde Editorial LTDA、編集者: Arthur Cukiert、pp. 67–79、(2014)、ISBN 978-85-7881-248-5 
• フィリップ L. ギルデンバーグ、「定位手術: 現在と過去」、定位脳神経外科(編集者: M. ピーター ハイルブラン)。ボルチモア:ウィリアムズ アンド ウィルキンス(1988)
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