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Electronics in the Field of Neurosurgery

Tetsuhiko ASAKURA, M.D.

Department of Neurosurgery, Neurological rnstitute

Tokyo Women's Medical College, Tokyo, Japan

In the field of neurosurgery, applicatlon of electronics had advanced since the early stage of the

development in clinical practice. However, the development ofelectronics in recent neurosurgery seemed

to be at a standstill because of the limitations which composed of anatomical situations of central nervous

system and of financial problems.

Here, tlie author would attempt to describe on the present status of electronics which were used in

diagnosis of neurosurgical diseases.

A. Preoperative diagnosis

Electroencephalography, stationary potential measurement, evoked potentials, impedance plethysmo-

graphy and echoencephalography were established in order to obtain an accurate diagnosis pre-

operatively.

B. During surgery

Electrocorticography and depth electrography were perfbrmed under craniotomy to detect the

locus of diseased tissues.

For the stereoencephalotomy, depth EEG and evoked potentials were usefu1 to decide the targets.

Also electrographic and behavioral responses to electrical stimulation of the assumed points should

be observed.

C. Postoperative monitoring

EIectroencephalography and evoked potentials could be applied for the decision of brain death in

severe cases.

Menitoring of the intracranial pressure is most important in the postoprative courses of neurosur-

gical patients,

- 168 -

29

はじめに

脳神経外科領域においては，比較的早い時期に

electronicsを導入し，われわれも大いに努力を

し，みるべき成果を挙げてきた．しかし，現在で

は，2つの制約のために，われわれの理想とする

ところに到達できないでいる．制約のひとつは，

解剖学的構造に由来する．すなわち，脳ならびに

脊髄が固い頭蓋骨並びに脊柱管に収納されている

ために，方法論的に多くの困難をもたらすのであ

る．あまっさえ，頭蓋骨ならびに脊柱管の上には

厚い筋層・皮膚が被覆しており，微弱な神経電気

現象をこれらの被覆物の干渉なしに取り出すこと

は容易でない。そこで，逆にX線や放射線同位元

素のように，容易にこれらを透過する物を利用す

る方向に向わなけれぽならない．

他の制約とは他でもない財政上の問題である．

個々の現象を記録，観察しあるいは分析する方法

は，極度に発達したが，それらのデータを短時

間内に処理し，綜合的に臨床診断に役立てるため

には，コンピューターを媒体としたシステム化を

図らなけれぽならない．そのためには，莫大な費

用を必要とする．

とまれ，本日はわれわれが日常の脳神経外科臨

床に活用しているMEを概観し，もし時間が許せ

ば，将来の方向を求めたいと思う．表1の順序で

話をすすめる．．

1．脳神経外科におけるMEの現況

Aゼ術前診断

脳神経外科の対象となる疾患においては，開頭

による手術のために正確な局在診断が必要とさ

れる．したがって診断は，MEのみによることな

く，表2に示すように，まず，神経学的検査法，

ついで脳波その他の補助診断法を重ねて，最終的

診断を決定することはいうまでもない．ここで

は，こうした一連の診断過程におけるMEの果す

役割を示す．

MEを診断に応用するとき，これを大きく二つ

に分つ．すなわち，ひとつは現象自体が，生物電

気現象であるものを提えて，これを増幅記録する

ものである．他は，現象自体は非電気現象であ

るものを適当な操作によって，電気現象に変換

表1 脳神経外科におけるME

Electronics in Neuro亙ogical Surgery

A．Present Statusl

Preoperative Diagnosis

EEG DC potential

Evoked poten£ial

Non・electric phenomena Rheoencephalography

Echoencephalography

Diagnosis during Surgery

Corticography

Depth electrography

Evoked potential

Tissue impedance Postoperative Monitoring

Vital signs

EEG Evoked potential

Intracranial pressure

8．Data Analysis and Future P至an：

Data Analysis

Frequency band analysis

CorrelatiorL

Toposcope Introduction of Computer

Automatic Diagnosis

Automatic Monitoring

HQspital Autolnation

C．Limitation：

Anatomical Structure

Finance

表2 脳神経外科における診断手続

Diagnostic Procedures in Neurological Surgery

Neurological Examinations including Neuro．ophthal．

mography and Neuro－otology

Electroencephalography

Echoencepもalography

Neuroradiological Examinations

Plain craniography

Gamma．encephalography Cerebral angiography

Pneumo－encephalography and．ventriculography

Iodine ventriculography

（transduceあるいはconvert）して応用するもの

である．

脳の電気現象として知られているのは現在，直

流電位（定常電位と緩徐変動電位），交流電位（脳

一169一

30

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図1 脳にみられる電気現象を模式的に示す．

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図3 脳の直流電位測定例（髄膜腫）

図4視覚性誘発電位記録法を模式的に示す．

図2 高電位目口の出現による古典的局在づけ

の方法

波）などの自発電位と，刺激によって惹起せしめ

る誘発電位である（図1）．

この中で，最初に開発され，普及したのは脳波

である．図2にみるように異常波の出現する部位

を求めてゆくと病変部が決定できるといういまや

古典的な方法は，テント上病変においては90％以

上の的中率を示す．

次に，脳の直流電位を，各部位について丹念に

測定してゆき，等電位線を結んでゆくと，図3の

ように腫瘍の部位に電位の谷間がみられ，局在診

断が可能である．しかし，これは大変時間を喰う

ので，広く実用には供されていない．

次に取り上げるのが誘発電位である，刺激に用

欝 L ■ L

図5 視覚性誘発電位の1記録例．硬膜外血腫．

いるsensory modalityによって，視覚性，聴覚性，

体感覚性などと呼び分けられている．われわれの

用いている視覚性誘発電位の検査方法が図4に示

される．多数の脳器質病変（脳腫瘍，脳挫傷，脳

一170一

31

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狭義の頭部外傷後遺症にみられた視覚性誘

発電位の異常パターン

血栓，脳内血腫など）について検討したところで

は，的中率は，脳波にやや劣るが，深部病変の検

出には有用である．図5にみるような，正常の反

応パターンからの偏りとして把握する限りでは，

古典脳波と変らない．

ところが，神経学的にも，脳波でも，他覚的に

異常がみられないにもかかわらず，多彩な愁訴を

呈するいわゆる狭義の頭部外傷後遺症患者におい

て，図6に示すように，異常パターンがみられた

のである．その意義は不明であるが，微細な脳の

機能障害を検出するのに有用であるといえよう．

さて，本来は生物電気現象ではないのにelectr－

onic toolsを用いて測定できるものを挙げよう．

図7 インピーダンス脈波計の原理

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図8 インピーダンス脈波の記録例

まず，頭蓋に20～40KCの高周波を通電し，そ

れに対する頭蓋内組織のインピーダンスの変化を

観察・記録する方法がある．インピーダンスは血

流によって変化するので，一種の脈波として把握

される．われわれは図7に示す原理の装置を試作

し，諸種頭蓋内疾患において記録し，波形の分析

を行なった．図8に示すのはその1例であるが，

たしかに疾患によって波形を異にし，一見，有用

である．しかしよく分析してみると，この波形

に表現されている血流変化の約70％は，頭蓋外要

素，すなわち外頚動脈流域のものであることが明

らかになった．そのため，頭蓋内疾患の診断には

不適であるとして，これを捨てざるを得なかった

のである．

一171一

32

次に最：も普及しているのは超音波診断装置であ

る．超音波診断装置は，脳神経外科領域では，頭

蓋内に，あるmass lesionが存在するとき，その

圧迫によって第3脳室の偏位が起り，ために，頭

蓋の側頭部両側より発信した超音波に対するエコ

ー，とくに正中エコーがずれることを原理として

利用する．

模式図に示すように，左・右から投射した超音

波に対する正中エコーが，ずれを生じる．最も威

力を発揮するのは硬膜下血腫の存在するときであ

る．しかし，両側に存在するときには，もはや無

力であり，血管撮影に頼らなけれぽならない．

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図9 超音波診断装置の原理図

術前の診断において，エレクトロニクスの用い

られている現況は，上記のごとくであるが，近

年，放射線同位元素を利用した，脳スキャン，脳

シソチなども著しく発達してきた．この放射能を

検出・記録し，さらに解析する装置もエレクトロ

ニクスであるが，若干，趣を異にするので，ここ

では省略し，教室でその方面の努力がなされてい

ることを記するにとどめる．

B・術中診断

開頭手術を行なった際に，直接脳波を記録する

ことは，頭高からの誘導では得られない貴重な情

報をもたらすから，極力，外科医はその機会を生

かすべきである．

まず，脳腫瘍組織は，脳波を出さないから，腫

瘍の範囲を決定することができる，

つぎに，てんかんの外科的治療に当って，皮質

脳波および深部脳波を記録して，てんかん源性焦

点を正確に決定しなけれぽならない．われわれ

は，現在主として難治性の側頭葉てんかんに対し

て，．inferomedical lobectomyを，慎重な適応決

定の下に行なっているが，この際，術中の深部脳

波の記録・分析は最も重要である．図10，11，12

により例示する．

エレクトロニクスを最も重宝とするのは，しか

し，定位脳手術の場合である．

定位脳手術の場合には，目標点targetをレ線撮：

影によって決定するけれども，必ずしも解剖学的

計測値が，そのまま，正確な組織の局在を示す訳

ではない．そこで，刺入した電極より諸種の電気

現象を記録して，組織の性状を確認しなけれぽな

らない．すなわち，radiological identi丘cationの

上にelectrophysiological identi丘cationを行なわ

なけれぽならない．

まず，測定されるのは組織のインピーダンスで

ある，これにより標的組織が確認し得る場合があ

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図10 開頭手術中の脳波記録風景

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冠11開頭により皮質脳波ならびに深部脳波を記

録しているところ

一172一

33

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図12側頭葉てんかんの深部脳波例

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図13

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＿＿辮脳深部の諸構造，第3脳室を造影してそれに

対する解剖学的関係から標的を決定する．

る（図13）．

さらに電極よりその部位の脳波を拾う．あるい

は誘発電位を拾う（図14）．光，音あるいは身体各

部へ刺激を加えて記録される誘発電位は，脳深部

の組織毎に異なるから，視床・視床下部の隔日を

同定する資料となる．標的と思われる部位に剃広

した電極を今度は刺激電極として，ここに低頻度

4～8cpsあるいは高頻度60～100 cpsの電気刺

激を加え，頭皮上より誘導される脳波パターンの

変化と，患者の神経徴候の変化を観察する （図

15）．視床下部後内側核であると，たとえぽ，瞳孔

散大，呼吸促迫，顔面紅潮，血圧上昇などの交感

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図14 正中神経を刺激して誘発電位を拾う．

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図15視床正中核を刺激して漸増反応を観察する．

神経症状の出現をみる．

こうして同定された標的を破壊することにより

定位脳手術は完了するが，破壊の方法も，DC電

流による凝固，高周波電流による凝固など種々の

エレクトロニクス装置が用いられる．

C．術後のモニターリング

脳神経外科手術後の経過観察に，血圧，呼吸，

脈拍，体温などのモニターリングが必要であるこ

とは，他領域と少しも変らない．

重症例，とくに術前より意識障害が問題であ

り，術後も，意識の回復が最大関心事とされる症

例では，脳波を継時的に記録・観察する．もはや

回復し得ないような脳死例においては，脳波は例

外なく平担化する（図16）．脳死の判定は，脳波記

録なしに行なえない．たとえ，いかに重症でも脳

波活動がみられる限りでは，回復の可能性がある

一173一

34

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d1ゴ 叫図16驚脳死に至った症例の脳波．全く平坦である。

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図18頭蓋内圧のモニター例．急性硬膜下血腫25

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図17 重症脳挫傷の症例．脳波活動がみられ，この

症例は回復した．

（図17）．

刺激に対する脳波の変化ならびに誘発電位の解

析は，重症例の予後の判定に有用である．

術前に不可能であった頭蓋内圧のモニターリン

グが，開頭手術後には可能となる．すなわち，硬

膜外にバルーンを留置し，血圧モニター用の圧力

計に連結し，連続的に記録観察できる．2～3の

例を示す（図18，19）．

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SubdurGl Hemotomα

図19 頭蓋内圧のモニター例。急性硬膜外および硬

膜下血腫32才男子，脳室ドレナージにより脳 圧下降を示す．

頭蓋内圧のモニターリングは，脳神経外科領域

の臨床では最も重要である．

2．データ処理とMEの将来

脳神経外科領域で得られる情報の大半はアナロ

グ信号である．これをディジタルに変換し，デー

タ処理する試みは，すでに古くより試みられ，わ

れわれも個々の現象については，かなり詳細に解

析してきた．

しかし，急を要することの多い脳神経外科領域

の臨床において，こ．れらのデータ解析を，そのま

ま臨床に生かすには，どうしても大型のコンピュ

ーターを用いてon Iineで処理してゆかなければ

ならない．

一174．一

35

診断・手術・術後管理を一貫したシステムとし

て運営することについては，すでに多くの試論が

なされ，理論的問題は解決されている．その実現

を阻むものは，それに要する莫大な経費である．

ここに紹介するのはイギリスで開発されたEM

Iであるが，X線断層をコンピューターと連結

し，処理されたデータを画像として再現すると，

頭蓋内の形態学的状況が一目瞭然となる．ちなみ

に，この装置には約1億円を必要とする．

む す び

脳神経外科領域の主として診断面におけるME

の現況を紹介した。将来の発展のためには，頭蓋

という解剖学的制約と，財政上の制約を克服して

ゆかねぽならないことを述べた．

一175一