Accuracy of pedicle screw insertion: a comparison between fluoroscopic guidance and navigation techniques / Acurácia da inserção de parafusos pediculares comparando fluoroscopia e navegação

ABSTRACT Objectives: To compare the accuracy of insertion of pedicle screws into the thoracic spine using fluoroscopic guidance or computer-assisted navigation techniques. Methods: Eight cadaveric thoracic spines were divided into two groups: the fluoroscopy group, in which pedicle screws were inserted with the guidance of a C-arm device, and the navigation group, in which insertion of the screws was monitored using computer-assisted navigation equipment. All procedures were performed by the same spinal surgeon. The rate of pedicle breach was compared between the two groups. Results: There was one intra-canal perforation in each group. Both perforations were medial in direction, and the breaches were 2 to 4 mm deep. There were no statistically significant differences in breach rate between the two groups. Conclusions: The accuracy of insertion of pedicle screws in the thoracic spine using computer-assisted navigation is equivalent to that achieved using fluoroscopic guidance. Computer-assisted navigation improves the safety of the surgical team during the procedure due to the absence of exposure to radiation. Therefore, there is a need for future randomized controlled trials to be conducted in the clinical setting to evaluate other outcomes, including duration of surgery and blood loss during the procedure. Level of evidence IV.

RESUMO Objetivos: Comparar a acurácia da inserção de parafusos pediculares na coluna torácica, utilizando fluoroscopia ou técnicas de navegação assistidas por computador. Métodos: Estudo experimental com cadáveres. Oito colunas torácicas proveniente de cadáveres foram divididas em dois grupos: no grupo Fluoroscopia os parafusos pediculares foram inseridos com orientação de um aparelho tipo C-arm, e no grupo Navegação o monitoramento foi feito com um equipamento de assistência por computador. Todos os procedimentos foram feitos pelo mesmo cirurgião de coluna. A taxa de violação do canal foi comparada entre os grupos. Resultados: Houve uma perfuração de canal em cada grupo, ambas mediais, com 2-4 mm de profundidade. Não houve diferenças significativas entre os dois grupos em termos de taxa de perfuração do canal. Conclusão: A acurácia na inserção de parafusos pediculares na coluna torácica é igual comparando-se a navegação assistida por computador e o método de monitoramento por fluoroscopia. Como a segurança do procedimento para a equipe cirúrgica é maior com o método da navegação, devido à ausência de exposição à radiação, há necessidade de se realizarem estudos clínicos controlados no ambiente clínico, que avaliem outros desfechos, como o tempo de cirurgia e de sangramento. Nível de evidência IV.

The Role of the IntraoperativeAuxiliaryMethods in the Resection of Motor Area Lesions / O papel dos métodos auxiliares intraoperatórios na ressecção de lesões em área motora

Objective In recent years, technologies have advanced considerably in improving surgical outcome following treatment of lesions in eloquent brain areas. The aimof this study is to explore which method is best in the resection of motor area lesions. Methods Prospective, non-randomized study Evaluate on 74 patients who underwent surgery to remove lesions around the motor area. Results Total lesion removal was achieved in 68 patients (93.1%). Fifty-four patients (73.9%) presented normal motor function in the preoperative period; of these, 20 (37.3%) developed transitory deficits. Nevertheless, 85% of these patients later experienced a complete recovery. Nineteen patients presented with motor deficits preoperatively; of these, five presented deteriorating motor abilities. Intraoperative stimulation methods were used in 65% of the patients, primarily in cases of glioma. Conclusions The morbidity in patients submitted to resections of motor area lesions is acceptable and justify the surgical indication with the purpose of maximal resection. Intraoperative stimulation is an important tool that guides glioma resection in many cases.

Objetivo Nos últimos anos, consideráveis avanços tecnológicos têm surgido no sentido de melhorar os resultados cirúrgicos no tratamento de lesões em áreas eloquentes do cérebro. O objetivo deste estudo é investigar qual o melhor método para ressecção de lesões em área motora. Método Estudo prospectivo não aleatório que avaliou os resultados pós-operatórios em 74 pacientes submetidos à ressecção de lesões em área motora ou adjacente. Resultados A ressecção cirúrgica foi considerada total em 68 (93,1%) pacientes. 54 pacientes (73,9%) apresentavam força muscular normal no pré-operatório. Destes, 20 (37,3%) apresentaram déficit no pós-operatório imediato, sendo que 17 (85%) recuperaram completamente o déficit. 19 pacientes apresentavam déficit no préoperatório, sendo que 05 apresentaram piora do déficit no pós-operatório imediato. A estimulação intraoperatória foi utilizada em 65% dos casos, principalmente nos gliomas. Conclusão Amorbidade empacientes operados de lesões emáreamotora é bastante aceitável e justifica a indicação cirúrgica com objetivo de ressecção máxima. A estimulação intraoperatória é uma ferramenta importante para guiar a resseção dos gliomas em muitos casos.

Image-guided surgery in the spine: neuronavigation vs. fluoroscopy / Cirurgia guiada por imagem na coluna vertebral: neuronavegação vs. fluoroscopia / Cirugía guiada por imagen en la columna vertebral: neuronavegación vs. fluoroscopía

Objectives: To evaluate the accuracy and the operative complications of implanting pedicle screws in the thoracic and lumbar spine, using computer-assisted surgery compared to the implantation technique using fluoroscopy. Methods: A retrospective study was conducted at the Hospital Universitário Cajuru PUC-PR from January 2000 to January 2009. Two groups of patients undergoing implant pedicle screws were analyzed (n=80). Group I received implant pedicle screws through fluoroscopy technique and group II, through neuronavigation technique. The accuracy of positioning of pedicle screws was evaluated using rating scales. Results: The accuracy was higher in group II, where 77.5% of the screws were correctly positioned, whereas there were only 28.5% in group I (p=0.001). There was a reduction of 95% (CI: 80-97%) in the risk of screws misplacement in group II. The average operation time was 312.2±78.1 minutes in group I and 270.3±41.4 in group II (p=0.004). Blood transfusion was needed in 28 patients in group I and 10 patients in group II (p=0.005), resulting in 64% risk reduction of blood transfusion in group II. Eight patients in group I underwent revision surgery whereas only one patient in the group II, that is, 75% of surgical revision risk reduction. Conclusion: The implantation technique of pedicle screws using neuronavigation is a more accurate method and has less operative complications compared with the technique that uses fluoroscopy.

Objetivos: Avaliar a precisão e as complicações operatórias do implante de parafusos pediculares na coluna torácica e lombar, utilizando o método de cirurgia assistida por computação comparada à técnica de implante utilizando fluoroscopia. Métodos: Um estudo retrospectivo foi realizado no Hospital Universitário Cajuru PUC/PR de janeiro de 2000 a janeiro de 2009. Dois grupos de pacientes submetidos a implante de parafusos pediculares foram analisados (n = 80). O grupo I recebeu implante de parafusos pediculares com técnica de fluoroscopia e o grupo II, com técnica de neuronavegação. A precisão dos parafusos pediculares foi avaliada utilizando-se escalas de graduação. Resultados: A precisão do posicionamento dos parafusos foi superior no grupo II, no qual 77,5% dos parafusos estavam corretamente posicionados, enquanto havia somente 28,5% no grupo I (p = 0,001). Houve 95% (IC: 80-97%) de redução do risco de mau posicionamento de parafusos no grupo II. A média de tempo cirúrgico foi de 312,2 ± 78,1 minutos no grupo I e 270,3 ± 41,4 no grupo II (p = 0,004). Houve necessidade de transfusão sanguínea em 28 pacientes do grupo I e em somente 10 no grupo II (p = 0,005), resultando em 64% de redução de risco de transfusão sanguínea no grupo II. Oito pacientes no grupo I foram submetidos à revisão da cirurgia enquanto somente um no grupo II, ou seja, 75% de redução de risco de revisão cirúrgica. Conclusão: A técnica de implante de parafusos pediculares utilizando neuronavegação é um método mais preciso e tem menor complicações operatórias quando comparada com a técnica que utiliza a fluoroscopia.

Objetivos: Evaluar la precisión y las complicaciones operatorias de la implantación de tornillos pediculares en la columna torácica y lumbar, utilizando el método de cirugía asistida por computación en comparación con la técnica de implantación mediante fluoroscopía. Métodos: Un estudio retrospectivo se llevó a cabo en el Hospital Universitário Cajuru PUC-PR desde enero de 2000 a enero de 2009. Se analizaron dos grupos de pacientes sometidos a implante de tornillos pediculares (n = 80). El grupo I ha recibido implantación de tornillos pediculares con la técnica fluoroscópica y el grupo II, con la técnica de neuronavegación. La exactitud de la colocación de los tornillos pediculares se evaluó mediante escalas de clasificación. Resultados: La precisión de la colocación de los tornillos fue mayor en el grupo II, en el que 77,5% de los tornillos fueron correctamente colocados, mientras que sólo había 28,5% en el grupo I (p = 0, 001). Hubo 95% (IC: 80-97%) de reducción en el riesgo de mala posición de tornillos en el grupo II. El tiempo quirúrgico promedio fue de 312,2 ± 78,1 minutos en el grupo I y 270,3 ± 41,4 en el grupo II (p = 0,004). Hubo necesidad de transfusión de sangre en 28 pacientes del grupo I y sólo 10 en grupo II (p = 0, 005), lo que resulta en la reducción del riesgo del 64% de las transfusiones de sangre en el grupo II. Ocho pacientes del grupo I se sometieron a cirugía de revisión, mientras que sólo un paciente en el grupo II, es decir, el 75% de reducción del riesgo de revisión quirúrgica. Conclusión: La técnica de implantación de tornillos pediculares utilizando neuronavegación es un método preciso y tiene menos complicaciones operatorias en comparación con la técnica que utiliza la fluoroscopía.

Neuronavegação em neurocirurgia / Neuronavigation in neurosurgery

A neurocirurgia guiada por imagem permite ao neurocirurgião navegar no interior do crânio, orientado a partir das imagens de tomografia computadorizada (TC) ou ressonância magnética (RM) pré--operatórias, empregando, para isso, sistemas de rastreamento tridimensionais (3D), em tempo real,durante o procedimento cirúrgico. O presente estudo tem como objetivo revisar a literatura acerca dasprincipais aplicações da neuronavegação na neurocirurgia contemporânea. Foi feita uma revisão daliteratura por meio de busca na base de dados PubMed, nos últimos 15 anos, nas línguas portuguesa e inglesa, usando os seguintes termos: neuronavegação/neuronavigation, estereotaxia/stereotaxis, glioma surgery, neuroendoscopia/neuroendoscopy, epilepsy surgery, aneurysm. A neuronavegação auxilia a localização espacial, orientando acessos cirúrgicos, o que melhora a qualidade e a segurança do procedimento. Ressalta-se a importância desta nas cirurgias de gliomas em áreas eloquentes, associada a procedimentos neuroendoscópicos e cirurgia de epilepsia e combinada com ultrassom 3D e/ou RM intraoperatória, com significativa redução da morbidade do ato cirúrgico. O desvio dasestruturas após a abertura do crânio e da dura-máter (?brain shift?) é considerado o fator limitante para o método, impedindo a perfeita correspondência entre imagens pré-operatórias e a neuronavegaçãoem tempo real, o que pode ser minimizado com a realização de RM intraoperatória (renavegação).

The image-guided neurosurgery allows the neurosurgeon to navigate within patient?s skull, using preoperative images as a guide, through the use of 3D tracking systems, during the surgical procedure. This study aims to review the literature on the main applications of neuronavigation in modern neurosurgery. We performed a literature search through the database PubMed in the last 15 years in Portuguese and English, using the following terms: neuronavegação/neuronavigation, estereotaxia/stereotaxis, glioma surgery, neuroendoscopia/neuroendoscopy, epilepsy surgery, aneurysm. Neuronavigation improves the efficacy and security of surgery, with emphasis in surgery of gliomas in or around eloquent areas, association with neuroendoscopy and epilepsy surgery, as well combined with 3D ultrasound and intraoperative MRI. Dislocation of brain and structures after opening cranial vault and dura (?brain shift?) still is a limitation to the perfect correspondence between the surgery and preoperative images of neuronavigation, which can be solved with intraoperative MRI.

The usefulness of neuronavigation in functional hemispherectomy / Aplicabilidade da neuronavegação em hemisferectomia funcional

Catastrophic epileptic encephalopathies in children comprise devastating conditions that features cerebral dysfunction in association with refractory epileptic seizures. The diagnosis is based on the clinical findings, on magnetic resonance imaging (MRI) of the brain and on electroencephalographic findings. For these conditions, surgery remains essential for attaining seizure control. We report two cases of 5-year-old girls. The first one had a diagnosis of Rasmussen’s syndrome. The second one had a large porencephalic cyst secondary to perinatal cerebral ischemia. Despite trials of anticonvulsants, both patients deteriorated, and a functional hemispherectomy guided by neuronavigation was indicated and performed, with low morbidity and excellent seizure control. The neuronavigation proved to be a valuable guidance tool in performing the functional hemispherectomy, making the disconnections more accurate, and thus decreasing the surgical time and blood loss.

Aplicabilidade da neuronavegação em hemisferectomia funcional As encefalopatias epilépticas catastróficas da infância compreendem condições graves que associam disfunção cerebral e crises epilépticas refratárias. Seu diagnóstico é firmado com base nos dados clínicos e nos achados de ressonância magnética e eletrencefalográficos. Para algumas destas condições o tratamento cirúrgico continua sendo essencial para o controle das crises. Relatamos dois casos de pacientes de 5 anos. A primeira teve diagnóstico de síndrome de Rasmussen. A segunda tinha antecedentes de encefalopatia hipóxico-isquêmica perinatal. Ambas apresentaram epilepsia parcial refratária em associação com rápida deterioração neurológica, e foram submetidas à hemisferectomia funcional com auxílio da neuronavegação, com baixa morbidade e excelente controle das crises. A neuronavegação se mostrou como uma valiosa ferramenta na realização da hemisferectomia funcional, possibilitando desconexões mais precisas, menor tempo de cirurgia e menor perda sanguínea.

Cerebral biopsy: comparison between frame-based stereotaxy and neuronavigation in an oncology center / Biópsia cerebral: comparação entre estereotaxia com arco e neuronavegação em um centro de oncologia

Treatment of intracranial tumoral lesions is related to its correct histological diagnostic. We present a retrospective analysis of 32 patients submitted to 36 cerebral biopsies using neuronavigation and 44 patients using frame-based stereotaxy. Mean age was 46.6 and 49.3 years old respectively. Sex distribution in both groups was 50 percent for each. Most of lesions were lobar in both groups. Diagnostic yielding was 91.7 percent and 83.4 percent, respectively (p=0.26). We found in the postoperative CT scans intracranial hemorrhages in 13.8 percent cases of the first group and 9.8 percent cases in the second. Most of them were mild post-operative hemorrages in the biopsy site. There was one death related to the procedure in each group. Astrocytomas and metastatic adenocarcinomas were the most frequent diagnosis. Diagnostic yielding and the number of postoperative hemorrhage and death were similar on both groups and the same found in the literature.

O manejo das lesões intracranianas tumorais está relacionado ao seu diagnóstico histológico adequado. Foi realizado estudo retrospectivo com 32 pacientes submetidos a 36 biópsias cerebrais por neuronavegação e 44 pacientes por estereotaxia com arco. A idade média foi 46,6 e 49,3 anos respectivamente. Nos dois grupos a distribuição por sexo foi 50 por cento para cada. A maioria das lesões biopsiadas eram lobares nos dois grupos. A positividade diagnóstica foi 91,7 por cento para neuronavegação e 83,4 por cento para a estereotaxia com arco, respectivamente (p=0,26). Identificou-se hemorragia intracraniana na TC pós-operatória em 13,8 por cento dos casos no primeiro grupo e em 9,8 por cento no segundo, a maioria de pequena monta sem provocar piora neurológica. Ocorreu uma morte relacionada ao procedimento em cada grupo. Os diagnósticos mais freqüentes foram astrocitomas e adenocarcinomas metastáticos. A positividade diagnóstica, taxas de hemorragia pós-operatória e de mortalidade foram equiparáveis estatisticamente entre os dois métodos e se assemelham com as descritas na literatura.

Neuronavegador cirúrgico guiado por imagens de ressonância magnética pré-operatória, baseado num transdutor de posição magnético / Surgical neuronavigator guided by preoperative magnetic resonance images, based on a magnetic position sensor

Neurocirurgia guiada por imagem permite ao neurocirurgião navegar dentro do cérebro do paciente, usando imagens préoperatórias como orientação, através do uso de sistemas de rastreamento 3D, durante o procedimento cirúrgico. Seguindo um procedimento de calibração, a posição tridimensional e a orientação dos instrumentos cirúrgicos podem ser transmitidas ao computador. Estas informações espaciais são usadas para acessar a região de interesse nas imagens pré-operatórias com a finalidade de apresentá-las ao cirurgião durante o procedimento cirúrgico. Contudo, quando se faz a craniotomia para a remoção da lesão, o movimento do tecido cerebral pode ser fonte significativa de erro nestes sistemas de navegação. A arquitetura implementada neste trabalho visa o desenvolvimento de um sistema que permite planejamento e orientação cirúrgica guiada por imagem de ultrassom. Para orientação cirúrgica foi desenvolvido um software que permite extrair fatias do volume de imagens de ressonância magnética (IRM), com orientação fornecida por um transdutor espacial baseado em indução magnética (Polhemus®). As fatias extraídas com este software são importantes porque mostram a região do cérebro que o neurocirurgião está observando durante o ato cirúrgico e, além disso, elas podem ser correlacionadas com imagens de ultrassom (IUS) intra-operatórias para detectar e corrigir a deformação do tecido cerebral durante a cirurgia. A ferramenta para navegação pre-cirúrgica foi desenvolvida para fornecer três fatias ortogonais obtidas através do volume de imagens. Na metodologia usada para a implementação do software, foi utilizada a linguagem de programação Python™ e a biblioteca gráfica Visualization Toolkit (VTK). O programa para extrair fatias do volume de IRM permitiu a aplicação de transformações ao volume, com base nos valores de coordenadas fornecidos pelo transdutor de posição Polhemus®.

Image guided neurosurgery enables the neurosurgeon to navigate inside the patient’s brain using pre-operative images as a guide and a tracking system, during a surgery. Following a calibration procedure, three-dimensional position and orientation of surgical instruments may be transmitted to computer. The spatial information is used to access a region of interest, in the pre-operative images, displaying them to the neurosurgeon during the surgical procedure. However, when a craniotomy is involved and the lesion is removed, movements of brain tissue can be a significant source of error in these conventional navigation systems. The architecture implemented in this work intends the development of a system to surgical planning and orientation guided by ultrasound image. For surgical orientation, the software developed allows the extraction of slices from the volume of the magnetic resonance images (MRI) with orientation supplied by a magnetic position sensor (Polhemus®). The slices extracted with this software are important because they show the cerebral area that the neurosurgeon is observing during the surgery, and besides they can be correlated with the intra-operative ultrasound images to detect and to correct the deformation of brain tissue during the surgery. Also, a tool for per-operative navigation was developed, providing three orthogonal planes through the image volume. In the methodology used for the software implementation, the Python™ programming language and the Visualization Toolkit (VTK) graphics library were used. The program to extract slices of the MRI volume allowed the application of transformations in the volume, using coordinates supplied by the position sensor.