Current Status of Intraoperative Real-time Vibrography in Neurosurgery

Zusammenfassung

Ziel: Intrakranielle Läsionen werden häufig durch unterschiedliche Gewebeelastizitäten charakterisiert. Das Ziel dieser Studie ist die Anwendung der Vibrografie bei Hirntumoroperationen. Material und Methoden: Das Echtzeit-Vibrografie System besteht aus einem konventionellen Ultraschallsystem (Siemens Sonoline Omnia) mit einem RF-Interface und einer 6.5-MHz-Sonde (Endocavity Curved Array, Siemens 6.5EC10). Die RF-Daten werden mit einem 50-MHz-, 12-Bit-PCI-analog/digital-(A/D-)Konverter für Echtzeit oder Offline Processing aufbereitet. Statische Kompression wird durch niederfrequente axiale Vibration des Schallkopfes ersetzt. Ein spezieller pneumatischer Haltearm (Unitrac, Aesculap, Tuttlingen, Germany), versehen mit einem Stepmotor, bewegt den Schallkopf und produziert eine mechanische Vibration von ˜ 5 - 10 Hz mit einer Vibrationsamplitude von 0,3 mm bei minimaler Vorkompression (total < 1 mm). Die maximale Applikationszeit war 60 s. Ergebnisse: Hirngewebe wurde normalerweise zwischen rot und orange farbkodiert. In dieser Studie konnten 41 von 45 Tumoren mit der Vibrografie detektiert werden. Zwei Tumoren konnten mit dieser Methode nicht nachgewiesen werden: ein Glioblastom in einer Tiefe von 2 cm und eine Metastase in einer Tiefe von 3 cm. Zwei weitere Tumoren konnten aus technischen Gründen nicht gesehen werden. In 4 Fällen zeigten Tumore identische Strain-Werte wie Hirn, aber waren leicht abgrenzbar durch eine periphere Zone mit hohen Strain-Werten (gelb). Tumore mit Strain-Werten höher als Hirngewebe (23 Tumore) wurden gelb dargestellt und waren weicher als Gehirn bei der Operation. Tumore mit Strain-Werten niedriger als zerebrales Gewebe (10 Fälle) waren härter und wurden schwarz oder braun kodiert. Vier Tumore waren inhomogen und konnten zu keiner der Gruppen zugeordnet werden. Die Mortalität war 0 %, die Morbidität 2,3 %. Ein Patient zeigte eine rückläufige Beinparese bedingt durch mikrochirurgische Schwierigkeiten beim Zugang. Bei einem Patienten mit einem frontobasalen Tumor trat eine minimale Blutung aus der Kortexoberfläche auf; ein postoperatives Defizit war nicht zu beobachten. Schlussfolgerung: Vibrografie ist eine neue Technik für die intraoperative Bildgebung mit geringem Risiko. Bei niedriggradigen Astrozytomen und Oligodendrogliomen könnte diese Technik zur Resektionskontrolle wertvoll sein. Bei anderen Hirntumoren können intratumorale Elastizitätsunterschiede dargestellt werden.

Abstract

Purpose: Intracranial lesions are often characterized by different elasticities. The aim of the present study was to test the application of vibrography during brain tumor surgery. Materials and Methods: The real-time vibrography system consisted of a conventional ultrasound system (Siemens Sonoline Omnia) with a custom-designed RF interface and a 6.5-MHz endocavity curved array (Siemens 6.5EC10). The RF data were digitized using a 50-MHz, 12-bit PCI analog/digital (A/D) converter for real-time or offline processing. Static compression was replaced by low-frequency axial vibration of the probe. A special applicator equipped with a stepping motor moved the ultrasonic probe and produced a low frequency mechanical vibration of ˜ 5 - 10 Hz with a vibration amplitude of 0.3 mm and slight preliminary compression (total < 1 mm). The maximum application time was 60 sec. A pneumatic holding device (Unitrac, Aesculap, Tuttlingen, Germany) was used. Results: Brain tissue is normally color coded between red and orange. In this study 41 out of 45 tumors could be detected via vibrography. Two tumors could not be detected with this imaging technique: a glioblastoma at a depth of 2 cm and a metastasis at a depth of 3 cm. Two additional tumors were not recognized because of technical problems. In 4 cases tumors with strain values identical to those in brain tissue (coded red or orange) but easily identified by a peripheral zone of high strain (yellow) were found. Tumors with strain values higher than those measured in brain tissue coded yellow and were softer than brain during surgical intervention. Higher strain was found in 23 tumors. Tumors with strain values lower than those in cerebral tissue were found to be harder during surgery and coded brown or black. Lower strain was found in 10 cases. Four tumors were inhomogeneous and could not be assigned to one of the above groups. Mortality was 0 %, morbidity 2.3 %. One patient displayed transient paresis of the lower extremity due to microsurgical difficulties during the approach. In one patient minimal bleeding of the cortical surface occurred in a frontobasal tumor; however, no postoperative deficits were noted. Conclusion: Vibrography is a new low-risk technique for intraoperative imaging. In low-grade astrocytomas and oligodendrogliomas, this additional technique can be used to control resection. In other cortical and subcortical tumors (e. g. metastases), it can provide an impression of the intratumoral elasticities.

Key words

intraoperative - CNS - brain

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