Virtual Simulation of Neuroendoscopic Procedures: Early Clinical Experience with Ventricular Lesions

Abstract

Background: Virtual endoscopy (VE) is a new and promising imaging technology. Applied to neuroendoscopy it allows preoperative simulation of a procedure and evaluation of the individual intraventricular anatomy in selected cases. Along with neuronavigation and real time intraoperative imaging, VE is expected to improve the safety and efficacy of neuroendoscopic procedures. Patients and Methods: Between April 2003 and February 2004 VE simulation was performed in 13 randomly selected patients subjected to endoscopic procedures. Pathological entities included 4 cases with aqueduct stenosis, 4 with suprasellar arachnoid cysts, 2 tumors of the posterior third ventricle, 1 colloid cyst, 1 hyperplasia of the choroid plexus and 1 case with multiloculated hydrocephalus due to intraventricular septations. In 8 patients VE was accomplished preoperatively, in another 5 it was done after the operation, using data sets from neuronavigation imaging planning in 4 patients, and in one case using postoperative imaging studies. T₁-weighted 3D image sets were acquired on a 1.5 T GE Genesis SIGNA MR scanner and VE reconstruction was performed using the General Electric Navigator® software. The VE images were compared with the real images obtained during the endoscopic procedures and evaluated for their impact on the planning of the operative approach. Results: VE implementation succeeded in all 13 patients. Major neuroanatomic reference structures were easily recognizable in all cases. Membranous structures such as the thinned floor of the third ventricle or cyst walls were identifiable in only 46 % of the cases. In 6 cases (46 %) VE showed anatomical variants and details relevant for the endoscopic procedure that were not identified on conventional MR images. Conclusions: VE has proved to be an important adjunct to the preoperative planning of neuroendoscopic procedures and its routine application is suggested.

Zusammenfassung

Hintergrund: Die virtuelle Endoskopie (VE) ist eine neue und viel versprechende bildgebende Technik. Die Anwendung der VE bei der Neuroendoskopie erlaubt eine präoperative Simulation des operativen Eingriffs unter Auswertung der individuellen intraventrikulären Anatomie. Zusammen mit der Neuronavigation und der intraoperativen bildgebenden Darstellung ist von der VE eine Erhöhung der Sicherheit und Effektivität des neuroendoskopischen Eingriffes zu erwarten. Methoden: Von April 2003 bis Februar 2004 wurde die VE bei 13 zufällig ausgewählten Patienten bei endoskopischen Eingriffen angewendet. Hierbei handelte es sich um 4 Patienten mit Aquäduktstenose, 4 Patienten mit suprasellären arachnoidalen Zysten, 2 Patienten mit Tumoren im hinteren Bereich des 3. Ventrikels, um einen Patienten mit Kolloidzyste, einen Patienten mit einer Hyperplasie des Plexus chorioideus und einen Patienten mit multilokulärem Hydrozephalus durch intraventrikuläre Septierungen. Bei 8 Patienten war eine präoperative VE möglich, bei 4 Patienten postoperativ unter Auswertung der Daten aus der Neuronavigationsplanung und bei einem Patienten erfolgte eine postoperative Bildaufbereitung. Die T₁-gewichteten 3D-Abbildungssätze wurden von einem 1,5 T GE Genesis Signa MR Scanner angefertigt. Die VE-Rekonstruktion wurde mit einer General Electric Navigator® Software durchgeführt. Die VE-Abbildungen wurden während der endoskopischen Operationen mit den wirklichen Abbildungen verglichen und hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Planung des operativen Zugangs ausgewertet. Ergebnisse: Die VE-Technik war bei allen 13 Patienten in der Anwendung erfolgreich. Die wesentlichen neuroanatomischen Referenzstrukturen waren in allen Fällen leicht wieder erkennbar. Membranstrukturen wie der ausgedünnte Boden des 3. Ventrikels oder Wände von Zysten waren nur in 46 % der Fälle zu identifizieren. In 6 Fällen (46 %) zeigte die VE anatomische Varianten und Einzelheiten, die für die Endoskopie von Bedeutung waren und nicht auf den konventionellen MR-Bildern zu identifizieren waren. Schlussfolgerung: Die VE hat sich als eine wichtige Zusatzinformation bei der präoperativen Planung von neuroendoskopischen Eingriffen erwiesen, sodass eine routinemäßige Anwendung empfohlen werden kann.

Key words

virtual endoscopy - endoscopic third ventriculostomy - occlusive hydrocephalus - arachnoid cysts - neuronavigation

Schlüsselwörter

virtuelle Endoskopie - Ventrikulostomie des 3. Ventrikels - okklusiver Hydrozephalus - Arachnoidalzyste - Neuronavigation

References

• 1 Alberti O, Riegel T, Hellwig D, Bertalanffy H. Frameless navigation and endoscopy.  J Neurosurg. 2001;  95 541-543
• 2 Auer L M, Auer D P. Virtual endoscopy for planning and simulation of minimally invasive neurosurgery.  Neurosurgery. 1998;  43 529-537
• 3 Barlow P, Ching H S. An economic argument in favour of endoscopic third ventriculostomy as a treatment for obstructive hydrocephalus.  Minim Invas Neurosurg. 1997;  40 37-39
• 4 Boor S, Resch K M, Perneczky A, Stoeter P. Virtual endoscopy (VE) of the basal cisterns: its value in planning the neurosurgical approach.  Minim Invas Neurosurg. 1998;  41 177-182
• 5 Burtscher J, Dessl A, Maurer H, Seiwald M, Felber S. Virtual neuroendoscopy, a comparative magnetic resonance and anatomical study.  Minim Invas Neurosurg. 1999;  42 113-117
• 6 Burtscher J, Dessl A, Bale R, Eisner W, Auer A, Twerdy K, Felber S. Virtual endoscopy for planning endoscopic third ventriculostomy procedures.  Pediatr Neurosurg. 2000;  32 77-82
• 7 Burtscher J, Bale R, Dessl A, Eisner W, Twerdy K, Sweeney R A, Felber S. Virtual endoscopy for planning neuro-endoscopic intraventricular surgery.  Minim Invas Neurosurg. 2002;  45 24-31
• 8 Bussarsky A, Marinov M, Kalyonsky R, Tonchev Z, Bussarsky V, Wassmann H. Virtual endoscopy for planning endoscopic intraventricular surgery - our early experience.  Bulgarian Neurosurgery. 2003;  8 42-47
• 9 Cartmill M, Vloeberghs M. The use of transendoscopic Doppler ultrasound as a safety-enhancing measure during neuroendoscopic third ventriculostomy.  Eur J Pediatr Surg. 1999;  9 (Suppl 1) 50-51
• 10 Decq P, Le Guerinel C, Palfi S, Djindjian M, Keravel Y, Nguyen J P. A new device for endoscopic third ventriculostomy.  J Neurosurg. 2000;  93 509-512
• 11 Freudenstein D, Bartz D, Skalej M, Duffner F. New virtual system for planning of neuroendoscopic interventions.  Comput Aided Surg. 2001;  6 77-84
• 12 Fritsch M J, Kienke S, Manwaring K H, Mehdorn H M. Endoscopic aqueductoplasty and interventriculostomy for the treatment of isolated fourth ventricle in children.  Neurosurgery. 2004;  55 372-379
• 13 Gumprecht H, Trost H A, Lumenta C B. Neuroendoscopy combined with frameless neuronavigation.  Br J Neurosurg. 2000;  14 129-131
• 14 Hellwig D, Bauer B L, Schulte M, Gatscher S, Riegel T, Bertalanffy H. Neuroendoscopic treatment for colloid cysts of the third ventricle: the experience of a decade.  Neurosurgery. 2003;  52 525-533
• 15 Hopf N J, Grunert P, Fries G, Resch K D, Perneczky A. Endoscopic third ventriculostomy: outcome analysis of 100 consecutive procedures.  Neurosurgery. 1999;  44 795-804
• 16 Kehler U, Brunori A, Gliemroth J, Nowak G, Delitala A, Chiappetta F, Arnold H. Twenty colloid cysts - comparison of endoscopic and microsurgical management.  Minim Invas Neurosurg. 2001;  44 121-127
• 17 Krombach A, Rohde V, Haage P, Struffert T, Kilbinger M, Thron A. Virtual endoscopy combined with intraoperative neuronavigation for planning of endoscopic surgery in patients with occlusive hydrocephalus and intracranial cysts.  Neuroradiology. 2002;  44 279-285
• 18 McLaughlin M R, Wahlig J B, Kaufmann A M, Albright A L. Traumatic basilar aneurysm after endoscopic third ventriculostomy: case report.  Neurosurgery. 1997;  41 1400-1403
• 19 Riegel T, Alberti O, Retsch R, Shiratori V, Hellwig D, Bertalanffy H. Relationships of virtual reality neuroendoscopic simulations to actual imaging.  Minim Invas Neurosugr. 2000;  43 176-180
• 20 Rohde V, Reinges M H, Krombach G A, Gilsbach J M. The combined use of image-guided frameless stereotaxy and neuroendoscopy for the surgical management of occlusive hydrocephalus and intracranial cysts.  Br J Neurosurg. 1998;  12 531-538
• 21 Rohde V, Krombach G A, Struffert T, Gilsbach J M. Virtual MRI endoscopy: detection of anomalies of the ventricular anatomy and its possible role as a presurgical planning tool for endoscopic third ventriculostomy.  Acta Neurochir (Wien). 2001;  143 1085-1091
• 22 Sainte-Rose C, Cinalli G, Roux F E, Maixner R, Chumas P D, Mansour M, Carpentier A, Bourgeois M, Zerah M, Pierre-Kahn A, Renier D. Management of hydrocephalus in pediatric patients with posterior fossa tumors: the role of endoscopic third ventriculostomy.  J Neurosurg. 2001;  95 791-797
• 23 Schroeder H W, Niendorf W R, Gaab M R. Complications of endoscopic third ventriculostomy.  J Neurosurg. 2002;  96 1032-1040
• 24 Schroeder H W, Warzok R W, Assaf J A, Gaab M R. Fatal subarachnoid hemorrhage after endoscopic third ventriculostomy. Case report.  J Neurosurg. 1999;  90 153-155
• 25 Teo C, Rahman S, Boop F A, Cherny B. Complications of endoscopic neurosurgery.  Childs Nerv Syst. 1996;  12 248-253