Licentiatavhandling (sammanfattning) Linköping : Linköpings universitet , 2006. / Härtill 4 uppsatser.

This thesis presents the design of a personal computer (PC) based needle insertion robotic manipulator for biopsy. The robot was designed and built using materials available in the research laboratory. The robot is intended primarily for use inside the confined area of a cylindrical magnetic resonance (MR) scanner. Selection of the robot geometry and novel locations for drive actuators allowed placement of actuators outside the MRI bore. The robot is modeled using Denavit-Hartenberg transformations. Custom developed software control is developed to test the functional aspects of the robot. The robot performs to the tolerance required for the stated clinical application. This thesis addresses only proof of concept chosen for the manipulator design and is not ready for any clinical trials. The work also addresses MRI compatible and safety issues and recommends appropriate materials for future development. Traditionally, neurosurgical navigation has relied on preoperative images and the assumption that anatomical structures of interest remain in the same position with respect to each other and the fiducial markers used for registration. However, during surgery, tissue deformation and shift disrupt the spatial relation between the patient and the preoperative image volumes. This results in localization errors. Developing a manipulator that works inside an imaging machine guided by real time images is expected to minimize the problem of “tissue shift” during the surgery.

This thesis presents the design of a personal computer (PC) based needle insertion robotic manipulator for biopsy. The robot was designed and built using materials available in the research laboratory. The robot is intended primarily for use inside the confined area of a cylindrical magnetic resonance (MR) scanner. Selection of the robot geometry and novel locations for drive actuators allowed placement of actuators outside the MRI bore. The robot is modeled using Denavit-Hartenberg transformations. Custom developed software control is developed to test the functional aspects of the robot. The robot performs to the tolerance required for the stated clinical application. This thesis addresses only proof of concept chosen for the manipulator design and is not ready for any clinical trials. The work also addresses MRI compatible and safety issues and recommends appropriate materials for future development. Traditionally, neurosurgical navigation has relied on preoperative images and the assumption that anatomical structures of interest remain in the same position with respect to each other and the fiducial markers used for registration. However, during surgery, tissue deformation and shift disrupt the spatial relation between the patient and the preoperative image volumes. This results in localization errors. Developing a manipulator that works inside an imaging machine guided by real time images is expected to minimize the problem of “tissue shift” during the surgery.

Current language mapping protocols for neurosurgical planning are invasive, expensive, and not suitable for all surgical candidates. We investigated the potential of dense array EEG to determine hemispheric dominance for language and localize current sources of semantic and lower level language functions in the brain using a semantic decision task, a phonological decision task, and an acoustic decision task. Source estimates of N400-window ERPs (N365, N480) and the Late Positive Complex (LPC) localized strongly to medial temporal regions. Overall source estimates revealed a slight left lateralized network, with more posterior engagement for the semantic condition and more anterior engagement for the phonological condition. Source localization of the resulting t-test wave from the semantic - phonological highlighted a stronger left lateralized pattern of activation encompassing more of the semantic network. As a first pass these results are promising, but need to be investigated on individual subject ERPs.

Crisis management simulation is important in training the next generation of surgeons. In this review, we highlight our experiences with the cavernous carotid injury model. We then delve into other crisis simulation models available for the neurosurgical specialty. The discussion focuses upon how these trainings can continue to evolve. Much work is yet to be done in this exciting arena and we present several avenues for future discovery. Simulation continues to be an important training tool for the surgical learner.

Subarachnoid hemorrhage (SAH) is a disease with high risk of mortality and morbidity. Elderly patients have an even higher risk of poor outcome. The incidence of SAH increases with age and the elderly constitute a substantial and increasing proportion of the population. Thus, the management of elderly SAH patients is an imminent clinical challenge. Time trends in clinical management and outcome were investigated in 281 SAH patients aged ≥65 years admitted over an 18-year period. The volume of elderly patients, especially patients ≥70 years and patients in worse clinical condition increased over time. The proportion of patients with favorable outcome increased over time, without an increase in severely disabled patients. Technical results and clinical outcome of endovascular aneurysm treatment (EVT) was investigated in 62 elderly SAH patients. EVT can be performed in elderly SAH patients with high technical success, acceptable aneurysm occlusion degree, acceptable procedural complication rate, and fair outcome results. EVT was compared to neurosurgical clipping (NST) in 278 elderly SAH patients in the International Subarachnoid Aneurysm Trial. In good grade elderly SAH patients, EVT should probably be the favored treatment for internal carotid and posterior communicating artery aneurysms, while elderly patients with middle cerebral artery aneurysms appear to benefit from NST. Occurrence of secondary insults and their impact on clinical deterioration were studied in 99 patients with severe SAH. High intracranial pressure increased and high cerebral perfusion pressure decreased the risk of clinical deterioration. Elderly patients had less intracranial hypertension insults and more hypertensive, hypotensive and hypoxemic insults. Good outcome was achieved in 24% of elderly patients with severe SAH, and the proportion of severe disability was similar to that of younger patients. Patient age was not a significant predictor for vasospasm in 413 SAH patients when admission and treatment variables were adjusted for with multiple logistic regression.

Aufgrund der zunehmenden komplexen Verzahnung zwischen Operateur und technischen Komponenten bei Hirntumoroperationen, werden innovative Trainingslösungen und standardisierte Evaluationsmethoden in der neurochirurgischen Facharztausbildung angestrebt. Phantombasierte Trainingssysteme können die derzeitige Ausbildung sinnvoll ergänzen, indem sie eine risikoarme Umgebung außerhalb des Operationssaal schaffen. Dabei können praktische und theoretische Komponenten der Hirntumorchirurgie in wiederholbaren Trainingseinheiten ohne Risiko für den Patienten miteinander verbunden werden. Innerhalb eines EFRE (Europäischer Fond für regionale Entwicklung) geförderten Kooperationsprojektes mit der Firma Phacon GmbH wurde ein Prototyp eines solchen Trainingssystems entwickelt. Das enthaltene Kopfphantom besteht aus einer dreiteiligen Konstruktion mit wieder verwendbarem Basissystem und Adapter in Kopfform, sowie einem austauschbaren Modul für die einmalige Verwendung je Trainingseinheit. Eine zweiarmige Kamera zeichnet Trackingdaten auf, während ein Laptop inklusive zugehöriger Software als Navigationsplattform dient. Die Grundlage für die Navigation bilden reale MRT Patientendatensätze, die entsprechend auf die Anatomie des Kopfphantoms adaptiert wurden. Ein Trainingslauf deckt die chirurgische Planung des optimalen Zugangsweges, die Kopflagerung, die Einstellung der Trackingkameras, die Registrierung des Kopfphantoms, sowie die navigierte Kraniotomie mit realen OP-Instrumenten ab. Der entwickelte Prototyp wurde hinsichtlich seiner Anwendbarkeit in der neurochirurgischen Facharztausbildung in einer ersten Proof-of-Concept- Studie evaluiert, wobei fünf Assistenzärzte verschiedenen Ausbildungsgrades jeweils ein komplettes Training auf dem gleichen Patientendatensatz durchführten. Anschließend war ein Fragebogen zur Bewertung der einzelnen Systemkomponenten auszufüllen. Die Auswertung der Fragebögen ergab im Mittel das Resultat gut für die Phantomkonstruktion und die verwendeten Materialien. Der Lerneffekt bezüglich der navigierten Planung wurde genauso wie der Effekt auf das Sicherheitsgefühl des Operateurs vor Ausführung der ersten eigenständig durchgeführten Kraniotomien als sehr gut eingeschätzt. Konstruktive Verbesserungsvorschläge wurden nach Studienabschluss bereits umgesetzt [23]. In einer zweiten Evaluationsstudie lag der Fokus auf potentiell erreichbaren Lernkurven durch wiederholte Trainingseinheiten auf verschiedenen Datensätzen. Dazu führten neun Assistenzärzte verschiedener Ausbildungsgrade jeweils drei Trainings auf Datensätzen mit differenten Tumorlokalitäten durch. Während des Trainings wurden durch einen Facharzt die einzelnen Ausführungsschritte beobachtet und bewertet. Insgesamt konnten in einem Trainingsdurchlauf 23 Punkte erreicht werden, welche für Kriterien wie Tumoridentifikation, Kopflagerung, Registrierungsgenauigkeit, Schonung vordefinierter Risikostrukturen, Planungs- und Ausführungsgenauigkeit, Tumorerreichbarkeit und Hautnaht vergeben wurden. Für alle Schritte wurde die benötigte Zeit aufgezeichnet. Im Mittel wurde ein Punktanstieg zwischen dem ersten und dem dritten Training von 16.9 auf 20.4 Punkte verzeichnet. Die mittlere Zeit bis zur Kraniotomie verbesserte sich von rund 29 Minuten auf rund 21 Minuten zwischen dem ersten und dem dritten Trainingsdurchlauf. Die benötigte Zeit bis zur Hautnaht sank im Mittel von rund 38 Minuten auf rund 27 Minuten zwischen dem ersten und dem dritten Training. Signifikante Korrelationen wurden zwischen Zeit bis zur Kraniotomie und Trainingsanzahl (p < .05), zwischen Zeit bis zur Hautnaht und Trainingsanzahl (p < .05) sowie zwischen erreichter Punktzahl und Trainingsanzahl (p < .01) gefunden. Die Ergebnisse beider Studien weisen darauf hin, dass das entwickelte Trainingssystem einen vielversprechenden Ansatz für die Ergänzung der derzeitigen Facharztausbildung in der Neurochirurgie darstellt. Durch die risikoarme Simulationsumgebung können theoretische und praktische Aspekte der Hirntumorchirurgie sinnvoll verbunden werden. Dem Assistenzarzt wird die Möglichkeit gegeben, sich mit den komplexen Strukturen von eigenständig durchgeführten Kraniotomien vertraut zu machen und damit die anfängliche Lernkurve in die Trainingsumgebung zu verlagern. Hinterfragt werden muss, inwieweit es das Trainingssystem ermöglicht, die chirurgischen Fähigkeiten so zu verbessern, dass diese auch in die reale OP-Umgebung unter realen Bedingungen übertragbar sind und wie diese potentielle Verbesserung zu messen ist [3]. Natürlich unterscheidet sich das haptische Feedback am Trainingsphantom gegenüber der realen menschlichen Anatomie. Weiterhin sind die psychologische Situation und der Erwartungsdruck im OP-Saal nicht mit einer Trainingsumgebung vergleichbar. Es ist daher nicht einfach, ein geeignetes Messinstrument für die Übertragbarkeit des Lerneffektes auf reale OP-Bedingungen zu finden. Nichts desto trotz konnten die beiden durchgeführten Studien bereits zeigen, dass eine Trainingsumgebung Vorteile gegenüber der Situation im OP-Saal bietet. Gerade die Anfangszeit der Facharztausbildung ist größtenteils durch Assistieren im OP-Saal gekennzeichnet, was den Lerneffekt bezüglich autonomer Entscheidungen und Schlussfolgerungen aus begangenen Fehlern begrenzt. Am Phantom hingegen kann die direkte Konsequenz, beispielsweise am Ergebnis der Nichterreichbarkeit des Tumors, direkt erfahren werden. Die theoretischen Konzepte für die Kopflagerung des Patienten in Abhängigkeit von der Tumorlokalisation können als übertragbar auf die OP-Situation angesehen werden, wenngleich das haptische Feedback am Phantom ein anderes ist. Der dadurch erreichbare Lerneffekt bietet das Potential, Lagerungen häufiger selbstständig durch den Assistenzarzt im OP-Saal vorbereiten zu lassen. Die Handhabung des Navigationssystems ist ebenfalls sehr nahe an den technischen Bedingungen im OP-Saal und trägt damit zu einem besseren Verständnis bei. Gegenüber virtuellen Systemen bieten phantom-basierte Trainingssysteme den Vorteil des taktilen Kopfphantoms welches mit realen Instrumenten bearbeitet werden kann und damit eine realistische Hand-Auge-Koordination während des Trainings gewährleistet. Die geringeren Investitionskosten für die Anschaffung ermöglicht auch kleineren Kliniken, eine Simulationsumgebung in die Facharztausbildung zu integrieren. Nachteilig gegenüber virtuellen Systemen ist die auf einmalige Verwendung begrenzte Modulverfügbarkeit, welche permanent laufende Kosten und Materialverlust verursacht. Das vorgestellte Trainingssystem soll nicht als Konkurrenzprodukt zu virtuellen Systemen, sondern vielmehr als sinnvolle Ergänzung innerhalb der verfügbaren Trainingsmethoden verstanden werden. Die derzeitige und zukünftige Weiterentwicklung des Systems fokussiert sich auf die Implementierung des automatisierbaren Evaluationskonzeptes basierend auf vordefinierten, verschiedenen Master-Zugängen, sowie auf die Simulation von Risikostrukturen und Einbezug entsprechender Verletzungen in das Evaluationskonzept. Die getrackten Instrumente während der Simulation können so zusammen mit den vordefinierten Zugangswegen die zukünftige Basis für ein essentielles objektives Trainingsfeedback bilden. Auch in der Entwicklung befindet sich die Umsetzung des Ultraschall-Simulationstools, welches eine finale transdurale Identifikation des Tumors bei korrekt ausgeführter Kraniotomie ermöglichen soll. Aus den intraoperativ akquirierten Patienten-Ultraschalldaten können aufgrund des getrackten Ultraschalldummy’s die korrespondierenden Ultraschallschichten berechnet und visualisiert werden. Dadurch bekommt der Trainierende den Eindruck einer realen Ultraschalluntersuchung und kann die Handhabung und Koordination einer Ultraschallaufnahme sowie die Orientierung im resultierenden Ultraschallvolumen trainieren. Generell haben phantom-basierte Trainingssysteme durch effektive Trainingseinheiten das Potential, die neurochirurgische Facharztausbildung zu bereichern und hinsichtlich Risikomanagement, Patientensicherheit und OP-Verfügbarkeit zu verbessern.

Bakgrund: Sederade eller medvetslösa patienter kan inte verbalt kommunicera sin smärta. Smärta är svårt för sjukvårdspersonalen att bedöma om beteendebaserade smärtskattningsinstrument inte är implementerade. Forskning har visat att neurokirurgiska intensivvårdspatienter upplevt moderat till svår smärta under vårdtiden på intensivvårdsavdelningen och denna smärta har underbehandlats. Critical-Care Pain Observation Tool (CPOT) är ett smärtskattningsinstrument som nyligen validerats i Sverige för att kunna användas inom intensivvården på icke kommunikativa vuxna patienter, dock har neurokirurgiska intensivvårdspatienter exkluderats vid valideringen. Syfte: Syftet med denna studie var att undersöka intensivvårdssjuksköterskans uppfattning om CPOTs användbarhet inom neurokirurgisk intensivvård. Metod: Mixed-method enkätstudie. En implementering av ett beteendebaserat smärtskattningsinstrument. Resultat: Elva sjuksköterskor inom neurokirurgisk intensivvård deltog. Tio av elva sjuksköterskor ansåg det värt att implementera CPOT. Ingen av sjuksköterskorna använde något annat smärtskattningsinstrument än Visuell Analog Skala (VAS) vid studietillfället. I skattning på en skala från 0-10, om huruvida CPOT hjälpt sjuksköterskorna i deras bedömning och behandling av smärta, blev medianvärdet 5. Från de öppna frågorna identifierades sex kategorier: positivt, enkelt, bättre än VAS, utvärderingsmöjlighet, svårbedömt och okänsligt. Patienter i vila fick 0 – 5 CPOT poäng, med en median på 1. Vid nociceptiv procedur erhöll patienterna 0 – 7 poäng, med en median på 3. Maxpoängen i CPOT är 8. Slutsats: Intensivvårdssjuksköterskorna hade en positiv uppfattning av att använda CPOT inom neurokirurgisk intensivvård och de ansåg att CPOT är värt att implementera. CPOT gav högre poäng under nociceptiva procedurer än i vila. Klinisk betydelse: Studien kan leda till att CPOT implementeras. / Background: Sedated and unconscious patients cannot verbally communicate their pain. Pain assessment is difficult for health care professionals when behavioural pain assessment tools are not implemented. Science has shown that neurosurgical intensive care patients experienced moderate to severe pain during their stay in the intensive care unit and that this pain has been undertreated. Critical-Care Pain Observation Tool (CPOT) is a pain assessment tool recently validated in Sweden for use in the intensive care unit on uncommunicative adult patients, however, neurosurgical patients were excluded in the validation. Aim: The aim of this study was to investigate the critical care nurses perception of CPOT’s usefulness in neurosurgical intensive care. Method: Mixed-method questionnaire study. An implementation of a behavioral pain assessment tool. Result: Eleven nurses in a neurosurgical intensive care unit participated. Ten of the eleven nurses considered CPOT worth implementing. None of the nurses used any other pain assessment tool than Visual Analogic Scale (VAS) at the time of the study. Rating on a scale from 0-10, whether CPOT helped the nurses in their assessment and treatment of pain, the median score was 5. From the opened-ended question, six categories were identified: positive, simple, better than VAS, evaluation opportunity, difficult to assess and insensitive. Patients at rest scored 0-5 in CPOT, with a median of 1. In nociceptive procedures, the patients scored 0-7, with a median of 3. The maximum score in CPOT is 8. Conclusion: The critical care nurses had a positive attitude towards using CPOT in neurosurgical intensive care and they considered CPOT worth implementing. CPOT gave higher scores in nociceptive procedures than at rest. Clinical relevance: The study may result in the implementation of CPOT.

Background: The complexity of neurosurgical interventions demands innovative training solutions and standardized evaluation methods that in recent times have been the object of increased research interest. The objective is to establish an education curriculum on a phantom‑based training system incorporating theoretical and practical components for important aspects of brain tumor surgery. Methods: Training covers surgical planning of the optimal access path based on real patient data, setup of the navigation system including phantom registration and navigated craniotomy with real instruments. Nine residents from different education levels carried out three simulations on different data sets with varying tumor locations. Trainings were evaluated by a specialist using a uniform score system assessing tumor identification, registration accuracy, injured structures, planning and execution accuracy, tumor accessibility and required time. Results: Average scores improved from 16.9 to 20.4 between first and third training. Average time to craniotomy improved from 28.97 to 21.07 min, average time to suture improved from 37.83 to 27.47 min. Significant correlations were found between time to craniotomy and number of training (P < 0.05), between time to suture and number of training (P < 0.05) as well as between score and number of training (P < 0.01). Conclusion: The training system is evaluated to be a suitable training tool for residents to become familiar with the complex procedures of autonomous neurosurgical planning and conducting of craniotomies in tumor surgeries. Becoming more confident is supposed to result in less error‑prone and faster operation procedures and thus is a benefit for both physicians and patients.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Univ., 2007. / Härtill 6 uppsatser.