Multimodal 3D computer planning system for the implantation of stereotactic electrodes in refractory epilepsy

Abstract

Neurosurgery is evolving towards the use of minimally invasive procedures. In this dissertation, we present several tools designed to fulfill the multimodal and multidisciplinary requirements of Stereoencephalography (SEEG) and epilepsy surgery. The resulting planning platform, named SYLVIUS, provides a digitalized workflow intended to facilitate clinical decision-making which has been used in Hospital del Mar, Barcelona for the evaluation of nineteen SEEG implantations. The platform allows for 3D-stereo visualization and interaction with head-tracking capabilities, providing novel interaction tools for the analysis of vascular and tractography data. Also, we present a clinical study of the risks and benefits of using digital subtraction angiography (DSA) performed with SYLVIUS. Finally, we describe two interactive trajectory planning tools, one designed to early signal the presence of vascular structures near a trajectory, and another one to find avascular alternative paths to a given potentially dangerous one maximizing adherence to either the entry, the target, or the insertion angle of the initial trajectory.

La neurocirugía está evolucionando hacia el uso de procedimientos mínimamente invasivos. En esta disertación, presentamos varias herramientas diseñadas para cumplir con los requisitos multimodales y multidisciplinarios de la estereoencefalografía (SEEG) y la cirugía de epilepsia. La plataforma de planificación resultante, denominada SYLVIUS, proporciona un flujo de trabajo digitalizado destinado a facilitar la toma de decisiones clínicas que se ha utilizado en el Hospital del Mar de Barcelona para la evaluación de diecinueve implantaciones de SEEG. La plataforma permite la visualización e interacción en estéreo 3D con capacidades de seguimiento de la cabeza, proporcionando nuevas herramientas de interacción para el análisis de datos vasculares y de tractografía. Además, presentamos un estudio clínico de los riesgos y beneficios del uso de la angiografía por sustracción digital realizada con SYLVIUS. Finalmente, describimos dos herramientas interactivas de planificación de trayectorias, una diseñada para señalar tempranamente la presencia de estructuras vasculares cerca de una trayectoria, y otra para encontrar rutas alternativas avasculares a una trayectoria potencialmente peligrosa, maximizando la adherencia a la entrada, el objetivo o el ángulo de inserción.