Nöronavigasyonda kayıt (registration) doğruluğunu etkileyen beş etken

Bu yazı, hasta ile görüntü arasındaki kaydı (patient-to-image registration) etkileyen beş etkeni yayımlanmış çalışmalar üzerinden ele alıyor. Her bölümde hatanın nereden kaynaklandığı ve ameliyathanede nasıl kontrol edilebileceği özetleniyor.

Kayıt hatası nasıl ölçülür: FRE ve TRE

Nöronavigasyonda hata kaynakları iki ana grupta toplanır: görüntülerdeki anatomi ile hastanın gerçek anatomisi arasındaki farklar ve cerrahi aletin konumunun hasta uzayından görüntü uzayına aktarılmasında oluşan hatalar [1]. Bu sınıflamada 16 ayrı hata tipi tanımlanır ve kayıt adımı, ikinci gruptaki hataların merkezinde yer alır [1]. Nöronavigasyonla kitle rezeksiyonu gibi hassas uygulamalarda ekranda görülen konumun gerçeğe ne kadar yakın olduğu, bu hataların toplamına bağlıdır. Bu yüzden kaydın doğruluğunu hangi ölçüyle değerlendirdiğimiz önemlidir.

Kayıt sonrasında sistemlerin gösterdiği değer genellikle fidüsyal kayıt hatasıdır (FRE): eşleştirilen noktalar arasındaki ortalama karekök uzaklık. Fitzpatrick ve arkadaşları, FRE'nin noktaların dağılımından büyük ölçüde bağımsız olduğunu, bu yüzden kötü bir nokta yerleşiminin düşük FRE ile iyi görünebileceğini göstermiştir [2]. Cerrahi açıdan asıl önemli olan, hedef bölgedeki sapmayı gösteren hedef kayıt hatasıdır (TRE). Yazarlara göre FRE, cerraha geri bildirim olarak kullanıldığında kayıt doğruluğunun güvenilir bir göstergesi değildir [2].

1. Görüntü verisi: kesit kalınlığı ve distorsiyon

Kayıt, ameliyat öncesi görüntünün kalitesinden daha iyi olamaz. Bir fantom çalışmasında görüş alanı, kesit kalınlığı ve sekans türü gibi görüntüleme parametrelerinin navigasyon doğruluğuna etkisi ölçülmüş ve görüntüleme doğruluğunun belirleyici olduğu sonucuna varılmıştır [3]. Aynı çalışmada BT temelli işlemlerde hedeflenen ve ulaşılan nokta arasındaki uzaklığın yüzde 95'lik dilimi 2–2,5 mm, MR temelli işlemlerde 3–4 mm bulunmuştur [3]. MR'da görüntü distorsiyonunun olmaması, kayıt doğruluğu için kritik bulunmuştur [3].

Pratikte bu bulgu, navigasyon protokolünün radyoloji birimiyle önceden konuşulmasını gerektirir. İnce kesitli, kesintisiz ve distorsiyon düzeltmesi yapılmış bir veri seti, sonraki adımların hepsinin temelidir. Görüntü ile ameliyat arasında geçen sürede anatomide değişiklik olabileceği de akılda tutulmalıdır. Bu tür farklar, yukarıdaki sınıflamada birinci gruptaki hatalara karşılık gelir [1].

2. Kayıt yöntemi: işaretleyici, anatomik nokta ve yüzey eşleme

Hasta ile görüntünün eşleştirilmesinde üç yöntem yaygındır: cilde yapıştırılan işaretleyicilerle nokta eşleme, anatomik noktalarla eşleme ve yüzey eşleme. On bir hastalık bir çalışmada, yapışkan işaretleyicilerle nokta eşlemede hedef işaretleyicideki ortalama hata 2,49 mm, yüzey eşlemede 5,35 mm bulunmuştur [4]. Yüzey eşlemeyi iyileştirme denemesi yapılan dört olguda hata ortalama 6,35 mm'ye çıkmış, sistemin kendi doğruluk tahmini ise gerçek hedef hatasıyla ilişkili bulunmamıştır (R² = 0,04) [4]. Yazarlar, yöntemin cerrahinin türüne göre bilinçli seçilmesini önermiştir [4].

Otuz hastada yapılan daha eski bir çalışma ise farklı bir tablo ortaya koymuştur. Bu seride kontrol noktalarındaki ortalama hata işaretleyiciyle 3,49 mm, anatomik noktalarla 3,96 mm, birleşik anatomik ve yüzey eşlemeyle 3,33 mm ölçülmüş ve üç yöntemin karşılaştırılabilir olduğu sonucuna varılmıştır [5]. İki çalışmanın farklı sistemler, hasta grupları ve ölçüm yöntemleriyle yapıldığı dikkate alınmalıdır. Ortak çıkarım, hangi yöntem seçilirse seçilsin sonucun hedef bölgede bağımsız bir noktayla doğrulanması gerektiğidir.

3. Eşleme noktalarının sayısı ve dağılımı

Nokta tabanlı kayıtta noktaların nereye yerleştirildiği, kaç tane olduğu kadar önemlidir. West ve arkadaşları, işaretleyicilerin geniş bir alana yayılması ve ağırlık merkezlerinin hedefe yakın olması durumunda hedef hatasının küçük tutulabildiğini göstermiştir [6]. Aynı çalışmada hedeften uzak ve neredeyse tek bir çizgi üzerinde dizilmiş işaretleyicilerin büyük hedef hatasına yol açabileceği gösterilmiştir [6]. Fitzpatrick ve arkadaşları da hedef hatasının nokta sayısı arttıkça azaldığını ve kayıttan sonra en iyi örtüşmüş görünen işaretleyicilerin çevresinde beklenen hatanın en büyük olabileceğini belirtir [2].

Bu ilkeler ameliyat öncesi işaretleyici yerleşimini doğrudan etkiler. Kraniyotomi alanı ve hedef lezyon önceden biliniyorsa noktalar bu bölgeyi çevreleyecek şekilde dağıtılmalıdır. İşaretleyicilerin görüntüleme ile ameliyat arasında yer değiştirmemesi ve cilt kaymasından etkilenmemesi için konumları kontrol edilmelidir. Anatomik nokta kullanılan kayıtlarda da aynı dağılım ilkesi geçerlidir.

4. Referans çerçevesinin sabitlenmesi

Optik navigasyon sistemleri aletin konumunu hastaya sabitlenen referans çerçevesine göre hesaplar. Kayıttan sonra çerçeve ile hasta arasındaki ilişki değişirse, örneğin çerçeve kafa tutucuya göre kayarsa ya da çarpma sonucu oynarsa, sistem bu hareketi fark etmeden hatalı konum göstermeye devam edebilir. Bu durum, aletin konumunun hasta uzayından görüntü uzayına aktarılmasındaki hata grubuna girer [1]. Çerçevenin kayıttan önce sıkıca sabitlenmesi ve vaka boyunca dokunulmaması bu nedenle temel kuraldır.

Çerçevenin cerrahın ve asistanın hareket alanının dışında, ancak kameranın rahatça görebileceği bir konuma yerleştirilmesi gerekir. Kayıttan sonra çerçevenin yerinden oynadığından şüphelenilirse yapılacak en güvenli işlem, doğrulama noktasında konumu kontrol etmek ve gerekiyorsa kaydı yenilemektir. Montaj ayrıntıları sisteme göre değiştiği için üreticinin kullanım kılavuzu esas alınmalıdır. Klinik destek ekibinin kurulum sırasında bu kontrolleri listelemesi, vaka içi sapmaların erken fark edilmesine yardımcı olur.

5. Kamera konumu ve görüş hattı

Optik izleme, kameranın hem referans çerçevesini hem de aletin üzerindeki işaretleyicileri aynı anda görmesine dayanır. Kameranın çalışma hacmine göre uygun mesafe ve açıda konumlandırılmaması, mikroskop, personel ya da örtüler nedeniyle görüş hattının kesilmesi izlemenin kesintiye uğramasına yol açar. İzlemeye bağlı bu tür hatalar da araç konumunun aktarılmasıyla ilgili hata grubunda yer alır [1]. Kameranın vaka sırasında taşınması gerekiyorsa çerçeve ile aletin birlikte yeniden görüldüğü ve doğrulama noktasının kontrol edildiği bir adım planlanmalıdır.

Ameliyathane yerleşimi bu nedenle vakadan önce düşünülmelidir. Kamera, mikroskop ve anestezi ekipmanının konumları navigasyon ihtiyacına göre belirlenirse görüş hattı sorunları azalır. Yansıtıcı küre ya da aktif işaretleyicilerin temizliği ve sağlamlığı da kurulum kontrolünün parçasıdır. Ayrıntılı kurulum mesafeleri sistemden sisteme değiştiğinden, ilgili cihazın teknik belgelerine bakılmalıdır.

Kayıttan sonra doğrulama ve beyin kayması

Kayıt doğru yapılmış olsa bile ameliyat ilerledikçe görüntü ile anatomi arasındaki uyum bozulabilir. Beyin kayması (brain shift), ameliyat öncesi görüntüye dayalı hasta-görüntü kaydını geçersiz kılabilen ve fiziksel, cerrahi ve biyolojik etkenlerle açıklanan bir olgudur [7]. Konuyla ilgili derleme, ölçülen kayma büyüklüğünün girişimin özelliklerine göre geniş bir aralıkta değiştiğini bildirir [7]. Bu yüzden dura açıldıktan ve rezeksiyon ilerledikten sonra navigasyon bilgisinin anatomik bulgularla karşılaştırılması gerekir.

Ameliyathanede uygulanan doğrulama adımlarını bir arada görmek, kurulum ve vaka sırasında kontrol listesi hazırlamayı kolaylaştırır. Aşağıdaki maddeler yukarıdaki beş etkenden çıkarılmıştır ve kurum protokolüne göre uyarlanmalıdır. Sıralama, kayıttan başlayıp vaka boyunca devam eden kontrolleri izler. Her maddenin ayrıntısı ilgili bölümde ve kaynaklarda yer alır.

• Kayıttan hemen sonra, eşlemede kullanılmamış belirgin bir anatomik noktada doğruluğu kontrol etmek.
• Sistemin gösterdiği FRE değerini tek başına yeterli kabul etmemek [2].
• Referans çerçevesine temas olduğunda ya da kamera taşındığında doğrulamayı tekrarlamak.
• Dura açıldıktan ve rezeksiyon ilerledikten sonra beyin kayması olasılığını göz önünde bulundurmak [7].

Nöronavigasyon sistemleri ve kraniyal cerrahi ürün grubu hakkındaki teknik bilgiler ürün sayfalarında, cihazların ayrıntılı özellikleri ise teknik şartnameler bölümünde yer alır. İntraoperatif nöronavigasyonun ayrıca faturalandırılabildiği işlemler SUT EK-2D-5 listesinde görülebilir. Bu listede glial tümör eksizyonu ve beyin apsesi cerrahisi gibi işlemler, işlem kodlarıyla birlikte yer alır.

Kaynaklar

1. Wang MN, Song ZJ. Classification and analysis of the errors in neuronavigation. Neurosurgery. 2011;68(4):1131-1143. doi:10.1227/NEU.0b013e318209cc45 · https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21242841/
2. Fitzpatrick JM, West JB, Maurer CR Jr. Predicting error in rigid-body point-based registration. IEEE Trans Med Imaging. 1998;17(5):694-702. doi:10.1109/42.736021 · https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9874293/
3. Poggi S, Pallotta S, Russo S, Gallina P, Torresin A, Bucciolini M. Neuronavigation accuracy dependence on CT and MR imaging parameters: a phantom-based study. Phys Med Biol. 2003;48(14):2199-2216. doi:10.1088/0031-9155/48/14/311 · https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12894979/
4. Mongen MA, Willems PWA. Current accuracy of surface matching compared to adhesive markers in patient-to-image registration. Acta Neurochir (Wien). 2019;161(5):865-870. doi:10.1007/s00701-019-03867-8 · https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30879130/
5. Pfisterer WK, Papadopoulos S, Drumm DA, Smith K, Preul MC. Fiducial versus nonfiducial neuronavigation registration assessment and considerations of accuracy. Neurosurgery. 2008;62(3 Suppl 1):201-207. doi:10.1227/01.neu.0000317394.14303.99 · https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18424987/
6. West JB, Fitzpatrick JM, Toms SA, Maurer CR Jr, Maciunas RJ. Fiducial point placement and the accuracy of point-based, rigid body registration. Neurosurgery. 2001;48(4):810-816. doi:10.1097/00006123-200104000-00023 · https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11322441/
7. Gerard IJ, Kersten-Oertel M, Petrecca K, Sirhan D, Hall JA, Collins DL. Brain shift in neuronavigation of brain tumors: a review. Med Image Anal. 2017;35:403-420. doi:10.1016/j.media.2016.08.007 · https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27585837/