Nos últimos 20 anos tivemos um grande avanço na neurociência e nas técnicas de avaliação do sistema nervoso em humanos em uma tentativa inicial de compreensão de seu funcionamento. Colaboram com esse avanço técnicas como a eletroencefalografia (EEG), tomografia com-putadorizada (CT), tomografia por emissão de pósitron (PET), ressonância magnética funcional (fMRI), que geram mapas estatísticos de atividade cerebral, e a estimulação magnética transcrania-na (TMS), que se utiliza de pulsos de campo magnético, intensos e rápidos, de forma que a taxa de variação do fluxo magnético possa produzir uma estimulação cortical. No entanto a técnica de TMS ainda hoje utiliza parâmetros subjetivos para a determinação de um centro responsável por uma determinada atividade estimulada, os quais não possibilitam lo-calizar com precisão a região do córtex cerebral que está sendo estimulada por um pulso magnético. No intuito de eliminar essa subjetividade e estimularmos com precisão os centros de ativi-dade esse trabalho realiza um estudo do co-registro das técnicas de TMS e fMRI através de um neu-ronavegador que possibilita encontrar estruturas cerebrais sob uma determinada posição do escalpo. Inicialmente o estimulador foi caracterizado e um mapa de intensidade de campo magnético produ-zido pela bobina em forma de oito ou butterfly foi realizado por diferentes métodos. Em seguida um neuronavegador foi desenvolvido que permite fazer uma superposição das imagens de fMRI com o padrão de campos magnéticos produzido pela bobina. Pode-se variar a posição da bobina e observarem-se as regiões que provavelmente serão estimuladas pelo campo magnético. Com isso pode-se aperfeiçoar a estimulação. Para verificar a eficiência desse método estimulou-se o córtex motor de um grupo de 10 voluntários assintomáticos. O estímulo foi monitorado através de um eletromiógrafo posicionado no músculo abdutor do polegar da mão. Os resultados indicam que com o uso da neuronavegação foi possível estimular a região motora esperada em 100% dos voluntários estudados. / In the last 20 years we witnessed a great advance in neurosciences and evaluation techniques as an initial attempt for understanding of working principles of the human central nervous system Techniques such as electroencephalography (EEG), positron emission tomography (EEG), functional magnetic resonance imaging (fMRI) and transcranial magnetic stimulation (TMS) have produced grate advances in the understanding of human cerebral nervous system. fMRI generates statistical maps of the cerebral activity and TMS uses intense and fast magnetic pulses to produce a high rate magnetic flux variation to produce cortical electrical stimulation. However, even today TMS uses subjective parameters to establish an area responsible for a certain stimulated activity, that does not allow the precise cortical localization of the cortex area being stimulated by the magnetic pulse. Aiming to overcome this subjectiveness to more precisely stimulate the activity center this work investigates the use of a co-register method based on TMS and fMRI through the use of a neuronavigator that allows the location of brain structures below a certain scalp position. Initially the TMS was characterized and a map of the magnetic field intensity produced by the eight shaped or butterfly coils was determined by different methods. After this step a neuronavigator was devel-oped allowing a superposition of the magnetic field pattern with the fMRI images. The coil position can be varied and the possible stimulated regions can be visualized. This integration of information is expected to improve the TMS accuracy. To verify the efficacy of this method the motor cortex of 10 asymptomatic volunteers were stimulated. The stimulus was monitored with an electromyogram acquired in the hand thumb abductor muscle. The results shown that with the neuronavigation it was possible to stimulate the desired motor region in all the volunteers studied.

BILHAR, R. P. O. Acurácia da inserção dos parafusos pediculares: estudo comparativo entre fluoroscopia e navegação em coluna torácica de cadáveres. 2016. 54 f. Dissertação (Mestrado em Cirurgia) - Faculdade de Medicina, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Erika Fernandes (erikaleitefernandes@gmail.com) on 2016-09-20T15:36:58Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_rpobilhar.pdf: 2327687 bytes, checksum: 8b439059c37a66d179f69fa34f7f78e8 (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Fernandes (erikaleitefernandes@gmail.com) on 2016-09-20T15:37:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_rpobilhar.pdf: 2327687 bytes, checksum: 8b439059c37a66d179f69fa34f7f78e8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-20T15:37:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_rpobilhar.pdf: 2327687 bytes, checksum: 8b439059c37a66d179f69fa34f7f78e8 (MD5) Previous issue date: 2016-07-11 / The fixation with pedicle screw plays an important role in many spinal surgeries, providing excellent postoperative stability of the spine. It is currently the main form of instrumentation of thoracolumbar spine. The misplaced screws may cause not only a reduction in stability but, also, vascular, visceral or neurological lesions. Some methods adjuvant are used to increase the accuracy rate on the insertion of these, including intraoperative fluoroscopy and computer assisted navigation. In literature, we find studies evaluating the accuracy of these methods and comparing them, however among studies, the evaluation of the accuracy varies significantly, dificulting the interpretation and comparison.The main objective of this study was to compare the accuracy of pedicle screw insertion in the thoracic spine between the technique guided by fluoroscopy and by computer assisted navigation. In this study, 8 cadavers were used, divided into two groups: in group 1, 40 pedicle screws were inserteds with the aid of fluoroscopy, and in group 2, 40 screws with the aid of computerized navigation. There was one drilling error in each group, which resulted in an average of 2.5% of drilling error in each group. In group 1, it has been done 350 fluoroscopic images and in group 2 no image has been done. After statistical analysis, there was no statistically significant difference between the two techniques in this study, wich demonstrate the safe of the computer assisted navigation and the benefit of no exposition toradiation. / A fixação com parafuso pedicular desempenha um papel importante em muitas cirurgias de coluna, proporcionando uma excelente estabilidade pós-operatória. É, atualmente, a principal forma de instrumentação da coluna tóraco-lombar. O mal posicionamento dos parafusos pode causar não só uma redução da estabilidade, mas também lesões vasculares, viscerais ou neurológicas. Alguns métodos auxiliares são utilizados para aumentar a taxa de acerto na inserção desses, entre elas a fluoroscopia intraoperatória e a navegação computadorizada. Na literatura, encontramos estudos avaliando a acurácia desses métodos e os comparando, porém entre os estudos, a avaliação da acurácia varia significativamente o que dificulta a nterpretação e comparação entre eles. O objetivo do presente estudo foi comparar a acurácia da inserção de parafusos pediculares na coluna torácica entre a técnica guiada por fluoroscopia e a guiada por navegação computadorizada. No presente estudo, foram utilizados 8 cadáveres, divididos em 2 grupos: no grupo 1, 40 parafusos pediculares foram inseridos com auxílio da fluoroscopia e, no grupo 2, 40 parafusos com o auxílio da navegação computadorizada. Houve 1 erro de perfuração em cada grupo, o que resultou em uma média de 2,5% de erro de perfuração em cada grupo. No grupo 1 foram realizadas 350 imagens de fluoroscopia enquanto no grupo 2 nenhuma imagem foi feita. Após análise estatística, não houve diferença estatisticamente significante entre as duas técnicas no presente estudo, o que demonstra a segurança da navegação computadorizada com o benefício de nesse último método não ter havido exposição do cirurgião e sua equipe à radiação.

Nos últimos 20 anos tivemos um grande avanço na neurociência e nas técnicas de avaliação do sistema nervoso em humanos em uma tentativa inicial de compreensão de seu funcionamento. Colaboram com esse avanço técnicas como a eletroencefalografia (EEG), tomografia com-putadorizada (CT), tomografia por emissão de pósitron (PET), ressonância magnética funcional (fMRI), que geram mapas estatísticos de atividade cerebral, e a estimulação magnética transcrania-na (TMS), que se utiliza de pulsos de campo magnético, intensos e rápidos, de forma que a taxa de variação do fluxo magnético possa produzir uma estimulação cortical. No entanto a técnica de TMS ainda hoje utiliza parâmetros subjetivos para a determinação de um centro responsável por uma determinada atividade estimulada, os quais não possibilitam lo-calizar com precisão a região do córtex cerebral que está sendo estimulada por um pulso magnético. No intuito de eliminar essa subjetividade e estimularmos com precisão os centros de ativi-dade esse trabalho realiza um estudo do co-registro das técnicas de TMS e fMRI através de um neu-ronavegador que possibilita encontrar estruturas cerebrais sob uma determinada posição do escalpo. Inicialmente o estimulador foi caracterizado e um mapa de intensidade de campo magnético produ-zido pela bobina em forma de oito ou butterfly foi realizado por diferentes métodos. Em seguida um neuronavegador foi desenvolvido que permite fazer uma superposição das imagens de fMRI com o padrão de campos magnéticos produzido pela bobina. Pode-se variar a posição da bobina e observarem-se as regiões que provavelmente serão estimuladas pelo campo magnético. Com isso pode-se aperfeiçoar a estimulação. Para verificar a eficiência desse método estimulou-se o córtex motor de um grupo de 10 voluntários assintomáticos. O estímulo foi monitorado através de um eletromiógrafo posicionado no músculo abdutor do polegar da mão. Os resultados indicam que com o uso da neuronavegação foi possível estimular a região motora esperada em 100% dos voluntários estudados. / In the last 20 years we witnessed a great advance in neurosciences and evaluation techniques as an initial attempt for understanding of working principles of the human central nervous system Techniques such as electroencephalography (EEG), positron emission tomography (EEG), functional magnetic resonance imaging (fMRI) and transcranial magnetic stimulation (TMS) have produced grate advances in the understanding of human cerebral nervous system. fMRI generates statistical maps of the cerebral activity and TMS uses intense and fast magnetic pulses to produce a high rate magnetic flux variation to produce cortical electrical stimulation. However, even today TMS uses subjective parameters to establish an area responsible for a certain stimulated activity, that does not allow the precise cortical localization of the cortex area being stimulated by the magnetic pulse. Aiming to overcome this subjectiveness to more precisely stimulate the activity center this work investigates the use of a co-register method based on TMS and fMRI through the use of a neuronavigator that allows the location of brain structures below a certain scalp position. Initially the TMS was characterized and a map of the magnetic field intensity produced by the eight shaped or butterfly coils was determined by different methods. After this step a neuronavigator was devel-oped allowing a superposition of the magnetic field pattern with the fMRI images. The coil position can be varied and the possible stimulated regions can be visualized. This integration of information is expected to improve the TMS accuracy. To verify the efficacy of this method the motor cortex of 10 asymptomatic volunteers were stimulated. The stimulus was monitored with an electromyogram acquired in the hand thumb abductor muscle. The results shown that with the neuronavigation it was possible to stimulate the desired motor region in all the volunteers studied.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um phantom de cabeça, com características acústicas e magnéticas equivalentes à do cérebro humano, para a formação de imagens, tanto por ultrasom quanto em ressonância magnética, para uso de treinamento clínico em neuronavegação. Geralmente, nos procedimentos de neurocirurgia, são usadas ambas as modalidades de imagens, sendo a ressonância comumente usada durante o processo préoperatório e, o ultrasom usado durante o procedimento cirúrgico, a fim de localizar a lesão e guiar o ato cirúrgico. Para tanto, o material que mimetiza o tecido cerebral foi desenvolvido a base de gelatina animal e vegetal. Pó de vidro e outras substâncias químicas foram adicionados à gelatina de modo que a atenuação acústica, espalhamento da onda e velocidade acústica ficassem equivalentes ao observado no tecido humano. Para mimetizar o sinal de ressonância magnética, material paramagnético foi adicionado à gelatina de modo que os valores dos tempos de relaxação transversal (T2) e longitudinal (T1) ficassem equivalentes aos observados nos tecidos do cérebro humano. Testes de neuronavegação foram realizados com um sistema desenvolvido no próprio laboratório. Para simular um processo cirúrgico, uma janela de acesso ao tecido cerebral foi criada no lado esquerdo da cabeça. As propriedades acústicas e magnéticas do tecido mimetizador proporcionaram contraste nas imagens de ultrasom e ressonância magnética equivalentes aos observados no tecido do cérebro humano. A morfologia e o tamanho do phantom são equivalentes ao de um cérebro de uma criança de aproximadamente cinco anos. Para avaliar o potencial do phantom como uma ferramenta para treinamento de um processo précirúrgico, foi realizada o préprocessamento e reconstrução 3D do phantom a partir das imagens de ressonância magnética, utilizando um software comercial Brainvoyeger® . / The goal of this work was to make a head phantom that can be used either in Ultrasonography (US) or Magnetic Resonance Imaging (MRI) to be applied as guided training for head surgery in a neuronavigation system. Generally, for neurosurgery procedures, both images modality (US and MRI) are used as guide. MRI images are used for previous evaluation of surgery, for localization of the tumor, choice of window on the head for craniotomy and path into the brain to access the tumor. The ultrasonography of the brain is used during the surgery procedure to guide and control the removal of the tumor. The phantom was developed with mimickingtissue material to generate contrast and intensity in the MRI and US image equivalent to that one obtained in human brain. The base material was made of pork gelatin (Bloom 250). The acoustic properties of this material (velocity, attenuation and Speckle) were controlled adding formaldehyde and glass bids. The magnetic properties (T1 and T2 relaxation) were controlled by adding sodiumEDTA and cupric chloride (CuCl2). The morphology and size of the brain were modeled into a head shell of rubber with size and geometry equivalent to a head of a child of approximately 5 years old. The evaluation of the phantom as tools for neuronavigation training was done simulating a surgery procedure. First, a volume of MRI image of the phantom was acquired using a tomography of 1.5 T (Siemens Vision®). After, using a 3D special sensor coupled to micro convex ultrasound transducer, the ultrasound and MRI image, of a same region, was showed simultaneously using a navigator software developed in the own lab by another student. For this evaluation, a craniotomy was done in the right side of the phantom. The 3D reconstruction of the phantom from MRI images volume was evaluated using commercial software Brainvoyeger®. The size, morphology of the head and the US and MRI image quality 12 of the simulated brain were very close to those ones observed in the brain of a young person. This product is very useful as a tool for training neurosurgeons and for calibration of neuronavegator system.

A Neuronavegação é uma técnica de visualização computacional da localização de instrumentos em relação às estruturas neuronais. A estimulação magnética transcraniana (EMT) é uma ferramenta para estimulação cerebral não-invasiva, que tem sido utilizada em aplicações clínicas, para o tratamento de algumas patologias, e também em pesquisas. Entretanto, a EMT é uma técnica altamente dependente de parâmetros como o posicionamento e orientação da bobina de estimulação em relação às estruturas neuronais. Para auxiliar no posicionamento da bobina, uma combinação entre neuronavegação e EMT é utilizada, chamada de EMTnavegada (EMTn). Essa técnica permite o monitoramento em tempo real da bobina de EMT em relação às neuroimagens. Porém, a utilização da EMTn ainda é pouco explorada, tanto na pesquisa quanto no ambiente clínico, devido ao alto custo, exigência da imagem de ressonância magnética, complexidade e baixa portabilidade dos sistemas de EMTn comerciais. O neuronavegador de código aberto e livre, InVesalius Navigator, vem sendo desenvolvido para ajudar a suprir essa necessidade. Assim, o objetivo desta dissertação foi desenvolver ferramentas para o sistema de neuronavegação InVesalius Navigator. As funcionalidades adicionadas foram: i) suporte para três tipos de rastreadores espaciais; ii) sincronização da EMT com o neuronavegador; iii) guia para o reposicionamento da bobina. Além disso, com intuito de contornar a necessidade de utilizar a imagem de ressonância magnética foram realizados estudos para a substituição por uma imagem padrão. Na parte de desenvolvimento, experimentos de caracterização foram realizados para validação das ferramentas. O sistema de neuronavegação apresentou-se intuitivo e de fácil portabilidade. Além disso, a precisão obtida foi semelhante à de sistemas comerciais. Os erros de localização foram inferiores a 3 mm, considerados aceitáveis para aplicações clínicas. Na segunda parte, procedimentos que não exigem extrema precisão, como a localização e digitalização do hotspot, a variabilidade foi considerada aceitável. Portanto, a utilização da imagem média mostrou-se uma possível alternativa para as imagens de ressonância magnética. / Neuronavigation is a computer image-guided technique to locate surgical instruments related to brain structures. The transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive brain stimulation method, it has been used for clinical purposes, treating neurological disorders, and also for research purpose, studying cortical brain function. However, the use of TMS is highly dependent on coil position and orientation related to brain structures. The navigated TMS (nTMS) is a combined technique of neuronavigation system and TMS, this technique allows tracking TMS coil by image guidance. Yet, nTMS is not widely used, either in research and in the clinical environment, due to the high cost, magnetic resonance imaging requirement, complexity, and low portability of commercial TMS systems. Thus, the aim of this dissertation was to develop tools for the neuronavigator system InVesalius Navigator, such as: i) support for three types of spatial trackers; ii) synchronization of the TMS with the neuronavigator; iii) guide for coil repositioning. In addition, in order to overcome the magnetic resonance imaging requirement, studies were made to replace it with a standard brain image. In the development part, characterization experiments were done to validate the new functionalities. Therefore, the accuracy obtained was similar to commercial systems. Localization errors were less than 3 mm considered acceptable for clinical applications. In the second part, for procedures that do not require extreme accuracy, such as the location and scanning of the hotspot, the variability was considered acceptable. Therefore, the use of the standard brain image was a possible alternative for magnetic resonance imaging.

A Neuronavegação é uma técnica de visualização computacional da localização de instrumentos em relação às estruturas neuronais. A estimulação magnética transcraniana (EMT) é uma ferramenta para estimulação cerebral não-invasiva, que tem sido utilizada em aplicações clínicas, para o tratamento de algumas patologias, e também em pesquisas. Entretanto, a EMT é uma técnica altamente dependente de parâmetros como o posicionamento e orientação da bobina de estimulação em relação às estruturas neuronais. Para auxiliar no posicionamento da bobina, uma combinação entre neuronavegação e EMT é utilizada, chamada de EMTnavegada (EMTn). Essa técnica permite o monitoramento em tempo real da bobina de EMT em relação às neuroimagens. Porém, a utilização da EMTn ainda é pouco explorada, tanto na pesquisa quanto no ambiente clínico, devido ao alto custo, exigência da imagem de ressonância magnética, complexidade e baixa portabilidade dos sistemas de EMTn comerciais. O neuronavegador de código aberto e livre, InVesalius Navigator, vem sendo desenvolvido para ajudar a suprir essa necessidade. Assim, o objetivo desta dissertação foi desenvolver ferramentas para o sistema de neuronavegação InVesalius Navigator. As funcionalidades adicionadas foram: i) suporte para três tipos de rastreadores espaciais; ii) sincronização da EMT com o neuronavegador; iii) guia para o reposicionamento da bobina. Além disso, com intuito de contornar a necessidade de utilizar a imagem de ressonância magnética foram realizados estudos para a substituição por uma imagem padrão. Na parte de desenvolvimento, experimentos de caracterização foram realizados para validação das ferramentas. O sistema de neuronavegação apresentou-se intuitivo e de fácil portabilidade. Além disso, a precisão obtida foi semelhante à de sistemas comerciais. Os erros de localização foram inferiores a 3 mm, considerados aceitáveis para aplicações clínicas. Na segunda parte, procedimentos que não exigem extrema precisão, como a localização e digitalização do hotspot, a variabilidade foi considerada aceitável. Portanto, a utilização da imagem média mostrou-se uma possível alternativa para as imagens de ressonância magnética. / Neuronavigation is a computer image-guided technique to locate surgical instruments related to brain structures. The transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive brain stimulation method, it has been used for clinical purposes, treating neurological disorders, and also for research purpose, studying cortical brain function. However, the use of TMS is highly dependent on coil position and orientation related to brain structures. The navigated TMS (nTMS) is a combined technique of neuronavigation system and TMS, this technique allows tracking TMS coil by image guidance. Yet, nTMS is not widely used, either in research and in the clinical environment, due to the high cost, magnetic resonance imaging requirement, complexity, and low portability of commercial TMS systems. Thus, the aim of this dissertation was to develop tools for the neuronavigator system InVesalius Navigator, such as: i) support for three types of spatial trackers; ii) synchronization of the TMS with the neuronavigator; iii) guide for coil repositioning. In addition, in order to overcome the magnetic resonance imaging requirement, studies were made to replace it with a standard brain image. In the development part, characterization experiments were done to validate the new functionalities. Therefore, the accuracy obtained was similar to commercial systems. Localization errors were less than 3 mm considered acceptable for clinical applications. In the second part, for procedures that do not require extreme accuracy, such as the location and scanning of the hotspot, the variability was considered acceptable. Therefore, the use of the standard brain image was a possible alternative for magnetic resonance imaging.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um phantom de cabeça, com características acústicas e magnéticas equivalentes à do cérebro humano, para a formação de imagens, tanto por ultrasom quanto em ressonância magnética, para uso de treinamento clínico em neuronavegação. Geralmente, nos procedimentos de neurocirurgia, são usadas ambas as modalidades de imagens, sendo a ressonância comumente usada durante o processo préoperatório e, o ultrasom usado durante o procedimento cirúrgico, a fim de localizar a lesão e guiar o ato cirúrgico. Para tanto, o material que mimetiza o tecido cerebral foi desenvolvido a base de gelatina animal e vegetal. Pó de vidro e outras substâncias químicas foram adicionados à gelatina de modo que a atenuação acústica, espalhamento da onda e velocidade acústica ficassem equivalentes ao observado no tecido humano. Para mimetizar o sinal de ressonância magnética, material paramagnético foi adicionado à gelatina de modo que os valores dos tempos de relaxação transversal (T2) e longitudinal (T1) ficassem equivalentes aos observados nos tecidos do cérebro humano. Testes de neuronavegação foram realizados com um sistema desenvolvido no próprio laboratório. Para simular um processo cirúrgico, uma janela de acesso ao tecido cerebral foi criada no lado esquerdo da cabeça. As propriedades acústicas e magnéticas do tecido mimetizador proporcionaram contraste nas imagens de ultrasom e ressonância magnética equivalentes aos observados no tecido do cérebro humano. A morfologia e o tamanho do phantom são equivalentes ao de um cérebro de uma criança de aproximadamente cinco anos. Para avaliar o potencial do phantom como uma ferramenta para treinamento de um processo précirúrgico, foi realizada o préprocessamento e reconstrução 3D do phantom a partir das imagens de ressonância magnética, utilizando um software comercial Brainvoyeger® . / The goal of this work was to make a head phantom that can be used either in Ultrasonography (US) or Magnetic Resonance Imaging (MRI) to be applied as guided training for head surgery in a neuronavigation system. Generally, for neurosurgery procedures, both images modality (US and MRI) are used as guide. MRI images are used for previous evaluation of surgery, for localization of the tumor, choice of window on the head for craniotomy and path into the brain to access the tumor. The ultrasonography of the brain is used during the surgery procedure to guide and control the removal of the tumor. The phantom was developed with mimickingtissue material to generate contrast and intensity in the MRI and US image equivalent to that one obtained in human brain. The base material was made of pork gelatin (Bloom 250). The acoustic properties of this material (velocity, attenuation and Speckle) were controlled adding formaldehyde and glass bids. The magnetic properties (T1 and T2 relaxation) were controlled by adding sodiumEDTA and cupric chloride (CuCl2). The morphology and size of the brain were modeled into a head shell of rubber with size and geometry equivalent to a head of a child of approximately 5 years old. The evaluation of the phantom as tools for neuronavigation training was done simulating a surgery procedure. First, a volume of MRI image of the phantom was acquired using a tomography of 1.5 T (Siemens Vision®). After, using a 3D special sensor coupled to micro convex ultrasound transducer, the ultrasound and MRI image, of a same region, was showed simultaneously using a navigator software developed in the own lab by another student. For this evaluation, a craniotomy was done in the right side of the phantom. The 3D reconstruction of the phantom from MRI images volume was evaluated using commercial software Brainvoyeger®. The size, morphology of the head and the US and MRI image quality 12 of the simulated brain were very close to those ones observed in the brain of a young person. This product is very useful as a tool for training neurosurgeons and for calibration of neuronavegator system.

Orientador: Helder Tedeschi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-14T16:36:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sarmento_StenioAbrantes_D.pdf: 8005225 bytes, checksum: 536dc762dc674f3a764c2acd713848f5 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nos últimos anos, consideráveis avanços tecnológicos, principalmente métodos de localização funcional do córtex cerebral, têm surgido no sentido de melhorar os resultados cirúrgicos no tratamento de lesões em áreas eloqüentes. O objetivo deste estudo é avaliar os resultados pós-operatórios em 74 pacientes submetidos à ressecção de lesões em área motora ou adjacente, utilizando-se de planejamento com exames de neuroimagem, conhecimento anatômico, técnica microcirúrgica adequada e métodos auxiliares a exemplo da estimulação intra-operatória. Glioma foi o diagnóstico histopatológico em 32 pacientes (43,2%), seguido de meningeoma em 19 pacientes (25,6%), metástase em 11 pacientes (14,8%) %), cavernoma em 5 (6,8%), linfoma primário em 02 pacientes, cisticercose em 2, displasia em 2 (2,7%) e processo inflamatório inespecífico em 1 paciente (1,4%). A ressecção cirúrgica foi considerada total em 68 (93,1%) pacientes e subtotal em 05 (6,84%). 54 pacientes (73,9%) apresentavam força muscular normal (grau 5) no préoperatório. Destes, 20 (37,3%) apresentaram déficit no pós-operatório imediato, sendo que 17 (85%) recuperaram completamente o déficit em até 3 meses e 3 pacientes apresentaram melhora parcial. 19 pacientes apresentavam déficit no pré-operatório. Destes, 05 apresentaram piora do déficit no pós-operatório imediato (sendo que 04 (80%) tiveram melhora no pós-operatório tardio) e 02 melhoraram já no pós- operatório imediato. A estimulação intra-operatória foi utilizada em 65% dos casos, principalmente nos gliomas, e, estereotaxia nos pacientes com cavernomas. Concluímos que a morbidade em pacientes operados de lesões em área motora é bastante aceitável e justifica a indicação cirúrgica com tentativa de ressecção máxima. As lesões extrínsecas (meningeomas e metástases) podem ser completamente ressecadas com baixa morbidade, sem nenhum método adicional, apenas conhecimento anatômico e técnica cirúrgica adequada. A estimulação intra-operatória foi fundamental para guiar a ressecção em grande parte dos gliomas. Não houve diferença na morbidade e nem no grau de ressecção quando comparamos os nossos resultados com aqueles da literatura em que usam métodos funcionais de imagem, neuronavegação ou outros métodos como a ressonância intraoperatória. Lesões subcorticais, como por exemplo, cavernomas podem ser tratadas utilizando apenas estereotaxia. / Abstract: In recent years considerable technological advances have been made with the purpose of improving the surgical results in the treatment of eloquent lesions. The overall aim of this study is to evaluate the postoperative surgical outcome in 74 patients who underwent surgery to remove lesions around the motor area, in which preoperative planning by using neuroimaging exams, anatomical study, appropriate microsurgery technique and auxiliary methods such as intraoperative stimulation were performed. Glioma was the histological diagnosis in thirty two patients (43,2%) follow by meningeoma in nineteen patients (25,6%), metastasis in eleven patients (14,8%), cavernoma in five (6,8%), primary linfoma in two patients, cisticercus in two, cortical dysplasia in two (2,7%) and inflammatory lesion in one patient (1,4%). Gross total removal was achieved in sixty-eight (93,1%) patients and subtotal in five (6,84%). Fifty-four patients (73,9%) presented a normal motor function in the preoperative period. Of these, twenty (37,3%) developed transitory deficit, nevertheless 85% of these presented a complete recovery later and three evolved with partial improvement. Nineteen patients presented a motor deficit preoperatively. Of these, five presented deterioration, but four patients improved later and two patients recovery in the early post-operative. The intraoperative stimulation was used in 65% of the patients, mainly in gliomas. Stereotaxy was used in patients with cavernoma. We concluded that the resection of lesions in motor areas is feasible. Lesions such as meningeomas and metastasis can be safely operated on without the necessity of auxiliary methods by using anatomic knowledge and appropriate surgical technique only. Intraoperative stimulation was very important to guide the resection in many cases of gliomas. There was no difference in the morbidity and resection grade when we compared our results with those who use image functional methods, neuronavegation system or other methods such as intraoperative magnetic resonance image in surgery around the motor area. Subcortical small lesions such as cavernoma can be treated by using stereotaxy techniques. / Doutorado / Neurologia / Doutor em Ciências Médicas

INTRODUÇÃO: Embora a craniotomia pterional e suas variantes sejam os acessos mais utilizados em neurocirurgia, poucos estudos analisaram de forma quantitativa a exposição fornecida em cada uma delas. OBJETIVOS: Neste estudo, realizou-se avaliação comparativa das exposições cirúrgicas fornecidas pelas craniotomias pterional (PT), pré-temporal (PreT) e orbitozigomática (OZ) por meio de medidas quantitativas da área de exposição cirúrgica ao redor círculo arterial do cérebro, exposição angular e exposição linear da artéria basilar na fossa interpeduncular e cisterna pré-pontina. MÉTODOS: Oito cadáveres adultos frescos, com tempo máximo de 24 horas após a morte, foram utilizados no estudo. As craniotomias foram realizadas sequencialmente no mesmo cadáver, em um único lado, iniciando-se com a PT, seguido da PreT e terminando com a OZ. Após cada craniotomia, calculou-se a área de exposição cirúrgica, delimitada pelos seguintes pontos: (1) ponto mais lateral da fissura orbitária superior ipsilateral; (2) bifurcação da artéria cerebral média (ACM) ipsilateral; (3) ponto mais distal da artéria cerebral posterior (ACP) ipsilateral; (4) ponto mais distal da ACP contralateral; (5) ponto mais distal da ACM contralateral; (6) ponto mais lateral na asa menor do esfenoide contralateral. Calculou-se ainda, após cada craniotomia, a exposição angular nos eixos horizontal e vertical das seguintes estruturas vasculares: (1) bifurcação da ACM ipsilateral; (2) bifurcação da artéria carótida interna (ACI) ipsilateral; (3) topo da artéria basilar; (4) ponto médio da artéria comunicante anterior; (5) bifurcação da ACI contralateral; (6) ponto mais distal da ACM contralateral. Por fim, após cada craniotomia, mediu-se a exposição linear da artéria basilar na fossa interpeduncular e cisterna pré-pontina. Todas as aferições foram feitas utilizando-se um sistema de neuronavegação computadorizado. RESULTADOS: A OZ apresentou maior exposição cirúrgica em torno do círculo arterial do cérebro (PT = 844,7 ± 233,3 mm2; PreT = 1.134 ± 223,3 mm2; OZ = 1.301,3 ± 215,9 mm2) com aumento de 456,7 mm2 em relação à PT (p < 0,01) e de 167,4 mm2 comparado com a PreT (p < 0,05). A exposição linear da artéria basilar aumentou significativamente com a extensão da craniotomia PT para a PreT e sequencialmente para a OZ. A extensão da PT para PreT e OZ aumentou a exposição angular em todas as medições. Ao compararmos as craniotomias PreT e OZ encontramos um aumento na exposição angular horizontal do topo da artéria basilar (p = 0,02) e bifurcação da artéria carótida interna contralateral (p = 0,048). CONCLUSÕES: A craniotomia OZ oferece vantagens cirúrgicas significativas em relação à PT e PreT, no que diz respeito à área de exposição cirúrgica e exposição linear da artéria basilar. A remoção de parte da margem orbital e do arco zigomático forneceu aumento significativo da exposição angular, proporcionando maior liberdade cirúrgica para acessar estruturas da fossa interpeduncular, cisterna pré-pontina e cisternas subaracnóideas contralaterais. Os dados apresentados no estudo, somados à experiência do cirurgião podem auxiliar na escolha do melhor acesso cirúrgico para cada lesão a ser tratada / INTRODUCTION: Although pterional craniotomy and its variants are the most used approaches in neurosurgery, few studies have analyzed quantitatively the exposure provided by each of them. OBJECTIVES: In this study we compared the surgical exposures provided by pterional (PT), pretemporal (PreT) and orbitozygomatic (OZ) approaches through quantitative measurements of area of surgical exposure around the circle of Willis, angular exposures, and linear exposure of basilar artery in the interpeduncular fossa and prepontine cistern. METHODS: Eight adult fresh cadavers were used within 24 hours after death. The craniotomies were sequentially performed in the same cadaver, first starting with the PT, followed by the PreT, ending up with the OZ. After each craniotomy the area of surgical exposure was calculated, delimited by the following points: (1) lateral aspect of the superior orbital fissure in the ipsilateral sphenoid wing; (2) bifurcation of ipsilateral middle cerebral artery (MCA); (3) most posterior visible point of the ipsilateral posterior cerebral artery (PCA); (4) most posterior visible point of the contralateral PCA; (5) most distal visible point of the contralateral MCA; (6) most lateral visible point of the contralateral lesser sphenoid wing. After each craniotomy, the angular exposure in the horizontal and vertical axes of the following vascular structures was calculated: (1) bifurcation of the ipsilateral MCA; (2) bifurcation of the ipsilateral internal carotid artery (ICA); (3) basilar artery tip; (4) middle point of anterior communicating artery; (5) bifurcation of the contralateral ICA; (6) most distal point of the contralateral MCA. Finally, after each craniotomy, linear exposure of the basilar artery was measured in the interpeduncular fossa and prepontine cistern. All measurements were performed using a computerized neuronavigation system. RESULTS: OZ presented a wider surgical exposure of the circle of Willis (PT = 844.7 ± 233.3 mm2; PreT = 1134 ± 223.3 mm2; OZ = 1301.3 ± 215.9 mm2) with an increase of 456.7 mm2 in relation to the PT (p < 0.01) and of 167.4 mm2 to the PreT (p < 0.05). The linear exposure of the basilar artery significantly increased with the craniotomy extension to the PreT and then to OZ. The extension from PT to PreT and OZ increases angles in all measurements. When comparing the PreT and OZ we found an increase in the horizontal angular exposure to the basilar tip (p = 0.02) and contralateral ICA bifurcation (p = 0.048). CONCLUSIONS: The OZ approach offered significant surgical advantages compared to the traditional PT and PreT regarding to the area of exposure and linear exposure to basilar artery. With regards to the angular exposure, the orbital rim and zygomatic arch removal provided greater surgical freedom to access structures of the interpeduncular fossa, prepontine cistern, and contralateral subarachnoid cisterns. The data presented in the study added to the experience of the surgeon can help in choosing the best individualized surgical approach

Durante um procedimento cirúrgico cerebral existe o deslocamento das estruturas que é um problema tipicamente não-rígido e não-linear. A ultrassonografia intra-operatória é utilizada como guia cirúrgico e pode ser utilizada para correção das imagens pré- operatórias através do corregistro rígido entre estas e um sistema de rastreio. Isto torna possível a visualização do deslocamento das estruturas devida a remoção de parte delas durante o ato cirúrgico. O objetivo deste trabalho é um estudo do corregistro livre não-rígido a partir de um modelo in vitro experimental que simule uma situação cirúrgica de retirada de uma inclusão líquida, de forma controlada, para medir os deslocamentos das estruturas próximas, utilizando imagens de ultrassom. Alguns fantomas que simulam o tecido humano nas imagens de ultrassom, feitos de gelatina e parafina, foram escolhidos como modelo. Para realizar o corregistro foi escolhida a transformação geométrica por splines simples (B-Splines), o otimizador Limited- memory BroydenFletcherGoldfarbShanno (LBFGS) e a métrica de similaridade soma do quadrado das diferenças (SQD) e, utilizada a biblioteca Insight Segmentation and Registration Toolkit (ITK), assim como o estudo dos parâmetros adequados para a nossa tarefa. Foi demonstrado para as condições envolvidas que para as imagens em modo B as deformações até 5% e mapas de RF até 9%, sem nenhuma otimização dos parâmetros do corregistro, é factível sem uso excessivo de tempo computacional. Foi analisada a influência da grade em relação a dois tipos diferentes de deformação, ambas com valor de 2%. O tamanho da grade, levando em consideração o erro e o tempo, foram a 5x11 para as imagens em Modo B e 11x17 para os mapas de RF, independentemente do tipo de deformação. Os parâmetros do otimizador (Default Step Length, Gradient Convergence Tolerance e Line Search Accuraccy) também foram avaliados e os valores obtidos foram 1,6; 0,03 e 0,8 para as imagens modo B e 1,2; 0,05 e 1,0 para os mapas de RF. No entanto ao comparamos, utilizando os parâmetros propostos obtidos, os campos de deslocamentos esperados com os gerados pelo modo B e pelos mapas RF, foi demonstrado que os mapas de RF fornecem valores abaixo do esperado e que as imagens em modo B retratam mais fielmente os deslocamentos e isto se deve a escolha do conjunto de valores testados para o otimizador. Foram aplicados estes parâmetros em dois fantomas de parafina- gel e em dois de gelatina. Nos três primeiros fantomas foi retirada um inclusão líquida em várias etapas. Os deslocamentos das estruturas vizinhas foram avaliados durante as etapas de remoção para demonstrar os campos de sução e de torção. No último fantoma, que simula morfologicamente um cérebro humano, foram retiradas, em várias etapas, regiões sólidas, simulando a retirada de tecido e foram calculados os deslocamentos e demonstrados os campos provenientes deste tipo de intervenção. Os trabalhos futuros se concentrarão em utilizar os volumes para medir os movimentos das estruturas e em novos parâmetros do otimizador para os mapas de RF. / During a brain surgery there is the displacement of the structures that is a typical non- rigid and non-linear problem. Intraoperative ultrasound is used as a surgical guide and can be used for spatial correction of preoperative images through the rigid registration between these and a track system. This makes it possible to visualize the displacement of structures due to removal of some piece of them during surgery. This work is a study of the non-rigid free-from registration using an experimental in vitro model to simulate a surgical situation withdrawal of a fluid inclusion in a controlled manner, to measure the displacement of nearby structures, using ultrasound images. Some phantoms that simulate the human tissue in the ultrasound images made of gelatin and paraffin were chosen as a model. To perform the registration it was used the framework Insight Segmentation and Registration Toolkit (ITK) and were chosen a geometric transformation of simple splines (B-splines), the Limited-memory Broyden-Fletcher- Goldfarb-Shanno (LBFGS) optimizer and the similarity metric sum of the squared differences (SQD). The search for the suitable parameters for our task are done and it has been shown that for the conditions involved for B-mode images deformations up to 5% and RF maps up to 9% without any optimization of the parameters of registration, is feasible without excessive use of computational time. The influence of the grid was examined for two different types of deformation, both for 2%. The size of the grid, taking into account the error and time were the 5x11 for the images in B mode and 11x17 maps for RF, regardless of the type of deformation. The parameters of the optimizer (Default Step Length, Gradient Convergence Tolerance and Line Search Accuraccy) were also evaluated and the values obtained were 1.6, 0.03 and 0.8 for the B-mode images and 1.2, 0.05 and 1.0 for RF maps. However when comparing the expected displacement fields with the generated by B-mode images and the RF maps, using the obtained parameters, it have been shown that RF maps provide values are lower than expected and that the B-mode images portray more faithfully displacements. This is due to the choice set of values tested for the optimizer. Finally, image registration parameters for B-mode were applied in two paraffin-gel and two gelatin phantoms. In the first three phantoms the fluid inclusion was removed in several stages and the displacements of neighboring structures were evaluated during the removal steps to demonstrate the fields of suction and torsion. The last phantom, which morphologically mimics a human brain, a solid region was removed, also in several stages, simulating a surgery. The displacements were calculated and demonstrated the fields from this type of intervention. Future work will focus on using the volumes to measure the movements of the structures and new parameters test of the optimizer to RF maps.