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El Microscopio Quirúrgico en Neurocirugía. Josué Alejandro Cervantes González1, Diego Armando Oronia Bautista2, Bárbara Nettel Rueda1,3 1 Servicio de Neurocirugía Hospital de Especialidades, Centro Médico Nacional Siglo XXI, IMSS 2 Carl Zeiss de México, División Sistemas Médicos 3 Autor de correspondendia: barbara.nettel@gmail.com "Gentlemen, I give you the surgery of the future" Hugo Krayenbulh 1966. La percepción visual es la habilidad de interpretar la información transmitida por la luz que alcanza el ojo. La esencia de esta frase queda capturada en la “teoría de la intromisión”, mediante la cual Aristóteles y Galeno teorizaban dicha capacidad humana. Tan temprano en la historia humana como en el año 1030, Ibn al-Haytham (Alhacen) argumentó que es el cerebro el responsable de la percepción visual y no los ojos1. El ojo humano tiene aproximadamente 7 millones de conos, cada uno de 3 µm de diámetro (separados entre sí por un rango entre 1.5 y 2 µm), cuya densidad en la fóvea es de 200,000 x mm2, la cual disminuye de forma centrífuga hacia la periferia, incrementándose al contrario la relación entre bastones/conos(visión escotópica / visión fotópica), hasta un decremento casi total de ambos tipos de células en los bordes retinianos, con la consecuente pérdida de sensibilidad visual en dichos bordes, lo cual se oculta por el constante escaneo de objetos en el campo visual que se realiza con los movimientos oculares rápidos, esto permite percibir la imagen como una forma uniforme; Está percepción sólo dura unos segundos, la disposición de los receptores sensoriales en los segmentos externos de la retina determinan el límite de la resolución del ojo, para distinguir una imagen de forma adecuada, una fila mailto:barbara.nettel@gmail.com de fotoreceptores-poco estimulados debe interponerse entre 2 filas de receptores- altamente estimulados, de otra forma es imposible distinguir entre dos imágenes muy cercanas; para referencia, el radio del primer mínimo (en referencia a mínimos nulos en la teoría de difracción para las propiedades ondulatorias de la luz) para un patrón de difracción (fenómeno por el cual se produce una desviación de los rayos luminosos cuando pasan por un cuerpo opaco o por una abertura de diámetro menor o igual que la longitud de onda) formado en la retina es de aproximadamente 4.6 µm con una luz de 550 nm de longitud de onda y un diámetro pupilar de 2 mm; éste, es el límite de resolución del ojo humano, y su agudeza visual es mayor a nivel de la fóvea, la cual abarca un campo visual de 1.4 grados2. Existen referencias desde la antigua Sumeria que nos indican que el ser humano ha querido incrementar su capacidad visual, conforme su capacidad técnica y científica se incrementan. Fue Giovanni Faber, un colega de Galileo y miembro de la Academia dei Lincei, quién acuñó el término “Microscopio”, el cual deriva del griego micro (pequeño) y scope (apuntar a)1. El peso de la evidencia histórica indica que, en 1590, dos ópticos alemanes, equipo padre-hijo llamados Zacarías y Hans Janssen, alinearon 2 lentes dentro de un tubo deslizante, inventando por tanto el microscopio compuesto3. Anton von Leeuwenhoek, célebre comerciante de telas y originalmente interesado en conocer cuantas hebras por pulgada cuadrada existían en sus productos, creo una serie de microscopios (circa 1668) con técnicas que permanecieron desconocidas hasta 1950 (reproducida por Stong)1. Llamado “amateur” por los científicos de su época, podía simple y llanamente ver cosas que nadie más podía, popularizando el uso del microscopio para exploración científica y observación3. Llegaron los avances técnicos en el siglo XVIII con el trabajo de Robert Hooke, quien introdujo el ajuste grueso y fino; así como la rótula y el receptáculo articular que permiten la inclinación del tubo3, la cual aún es aplicable en la neurocirugía bajo el concepto de Keyhole, el cual se basa en 2 principios: primero, el campo visual intracraneal se ensancha con el incremento de la distancia hacia la apertura craneal y segundo, las estructuras contralaterales son adecuadamente visualizadas; también debe ser entendido el concepto como la apertura de un ojo de cerradura que expone las estructuras de interés4 y para circundarlas se sirve del ángulo que se puede dar de inclinación al microscopio quirúrgico. En 1848 un maquinista alemán llamado Carl Zeiss fundó una fábrica de microscopios en Jena, Alemania. Ernst Abbe, un físico que trabajó con él y quién ayudó a popularizar la marca Carl Zeiss, creó ecuaciones y teorías que revolucionaron la fabricación de lentes, pues la predicción de las cualidades ópticas ahora podía ser realizada y estandarizada (mediante la fórmula llamada “Condición del Seno de Abbe’s”). Está predicción revelaba el tamaño exacto, forma y posición de cada lente individual en un diseño microscópico específico. En 1893, con el diseño del telescopio binocular Zeiss, se introdujo el concepto de estereopsis3 (que se define como la sensación de profundidad que se produce cuando detalles del objeto observado caen en áreas retinianas ligeramente diferentes5). Desde entonces, los microscopios estereoquirúrgicos han sido la tecnología dominante, el principio básico de estos es un sistema modular, que consiste en 3 sistemas ópticos diseñados independientemente uno del otro, el primero es objetivo principal único para 2 canales esteroscópicos (izquierdo y derecho), corregidos infinitamente para el lado de la imagen; el segundo consiste en 2 canales de zoom afocal tipo-Galileo que recogen la imagen del objetivo principal e imágenes en sí mismas magnificadas o desmagnificadas al infinito; y el tercer módulo es un binocular que recoge la imagen óptica o un lente de video para imagen digital6 (Figura 1). Asimismo, la compañía incrementó el poder resolutivo mediante la inmersión en aceite y la inmersión en medio monobromonaftaleno1 (esto relacionado a la apertura numérica la cual es una medida para cuantificar la capacidad de obtener luz y discernir los detalles finos del espécimen estudiado a una distancia fija del objetivo; en la práctica, sin embargo, es difícil un valor cercano a 1 sin la utilización de aceites de inmersión; esto debido a que el índice de refracción de los aceites es mayor de 1 y, a su vez, este índice de refracción es la relación que existe entre el seno del ángulo de incidencia y el ángulo de refracción de un rayo luminoso, de una longitud de onda determinada que pasa del aire a la sustancia en examen).7 EL MICROSCOPIO QUIRÚRGICO El advenimiento de la microscopía al campo quirúrgico fue precedido por la magnificación con lupas. La compañía Zeiss se introdujo en el campo de la investigación creando un microscopio específicamente diseñado para disección en el laboratorio y para la evaluación de la cámara anterior del ojo, produciendo los primeros trabajos científicos en este campo, uno de los cuales, inspiró a un otorrinolaringólogo de la Universidad Clínica de Estocolmo llamado Carl Nylen quién concibió el primer microscopio quirúrgico en 1921, aplicando su uso al primer caso en humanos en el otoño de ese mismo año.3 El desarrollo de la microscopía quirúrgica en humanos continuó en el área de la patología del oído medio lo cual permitió su florecimiento como instrumento quirúrgico, esto aunado a los avances técnicos que se realizaron en su diseño a principios de 1950 cuando Hans Littman de la compañía Zeiss desarrolló el diseño óptico para cambiar la magnificación sin modificar la longitud focal. Estos avances terminaron en el desarrollo de la primera serie de microscopios quirúrgicos en el mercado, conocida como Zeiss OPMI 1 (Operating Microscope Number One). Esta serie fue diseñada exclusivamente para patología de oído medio y fue presentada en el marco del V Congreso Internacional de Otorrinolaringología en Amsterdam,Holanda. Asimismo, en la patología oftalmológica, se menciona una aplicación de la microcirugía por primera vez en 1953 por Harms y Mackensen. Los avances técnicos del microscopio quirúrgico surgidos en este período, corresponden a la conexión con un circuito cerrado de televisión, el primer microscopio con “zoom” (Bausch & Lomb), los primeros controles electrónicos, hidráulicos y con pedal.3 En agosto de 1957, Theodore Kurze, en la Universidad del Sureste de California, se convirtió en el primer neurocirujano en utilizar un microscopio en el quirófano (en una resección de un Neurilemoma del VII nervio craneal en un paciente pediátrico). Entrenó por un año previo a esta operación y creo el primer laboratorio de microneurocirugía del mundo en 1960. Kurze participó de manera continua en la innovación de este instrumento, fue él quien introdujo el método para vestir el microscopio y realizaba esterilización de sus partes con óxido de etileno3. En aquella época, era ampliamente aceptado que no se podía realizar una anastomosis satisfactoria en estructuras menores de 7 u 8 mm de diámetro y fue así como en 1960, Jacobson y Suárez publicaron un trabajo clásico en el que demostraron que el resultado de la anastomosis de pequeños vasos mejoraba en forma dramática con el uso de un microscopio. Para este fin se desarrolló una adaptación para el microscopio quirúrgico, que permitía visión binocular por dos usuarios, y, por lo tanto fue llamado “diploscopio” (Littman 1964), el cual, además, tenía además incluida por primera vez la tecnología de división de haz adaptada de la mira tipo Norden utilizada por los bombarderos de la segunda guerra mundial.1,3 Inspirados por el éxito de los Neurocirujanos en la anastomosis vascular, los cirujanos plásticos visionarios se sintieron atraídos por el potencial de la microcirugía y empezaron a aplicar conceptos de micromanipulación con el uso de instrumental utilizado por casas de relojería, revolucionando así las aplicaciones de la microcirugía en otros campos como Nervio periférico y técnicas reconstructivas (Cobbett-Buncke- Tamai).3 En 1961, Lougheed y Tom en Toronto, publicaron el diseño de un modelo de hemorragia subaracnoidea para el que utilizaron un microscopio de disección de la marca Zeiss. Este trabajo representa uno de los usos más tempranos del microscopio en la patología de sistema nervioso central.3 El primer caso de neurocirugía vascular en humanos fue publicado en 1960 por Donaghy y Flanagan (Embolectomía de arteria cerebral media). Le siguieron Lawrence Pool, con una serie de casos en los cuales aplicó técnicas microquirúrgicas para el tratamiento de aneurismas intracraneales (1961-1965); y, nuevamente, Theodor Kurze presentó en 1962 una serie microquirúrgica de más de 40 exploraciones de la fosa media3. En 1966, Hugo Krayenbuhl, jefe de Neurocirugía en Zurich, Suiza, reconociendo la importancia de este nuevo campo, envió al joven neurocirujano turco llamado M. G. Yasargil a los Estados Unidos para aprender de esta nueva técnica. En un principio Yasargil tuvo contacto con Julius Jacobson, que lo remitió al laboratorio de Donaghy en Vermont y ahí pasó un año dominando las técnicas microquirúrgicas. Durante ese año, Yasargil concibió y perfeccionó la técnica para anastomosis de arteria temporal superficial con arteria cerebral media, llevándolo a cabo con éxito por primera vez en seres humanos el 30 de octubre de 1967. Mientras Yasargil realizó el procedimiento en Suiza, al mismo tiempo, Donaghy lo llevó a cabo en Estados Unidos, resultando ambos procedimientos exitosos.3 Donaghy y Yasargil organizaron el primer simposium microneuroquirúrgico en octubre de 1966 en Burlington, Vermont. Los trabajos presentados durante este simposio por los expertos en cirugía vascular, cirugía plástica y neurocirugía, se publicaron en una pequeña monografía. Fue durante el segundo simposio organizado por R. Rand y P. Janetta en 1967, que se reunieron los trabajos presentados por los participantes y se publicaron en una monografía titulada Microneurosurgery, editada por Rand en 1969.8 Durante los siguientes 5 años, el grupo de Yasargil en Zurich en conjunto con la compañía Contraves, analizaron el problema de la rigidez que presentaba el microscopio neuroquirúrgico; cuya solución fue sugerida por Leonard Malis: contrabalancear el microscopio mediante un complejo sistema de contrapesos multiaxial (idea que no era nueva, pues había sido propuesta de forma previa por los otorrinolaringólogos Tullio y Calicetti desde 1938). Además, desarrollaron un sistema de frenos electromagnéticos en cada articulación permitiendo con esto movilidad completa con perfecta estabilidad1. Desde entonces, las características de los microscopios han ido incrementando de forma progresiva y ampliando la variedad de acuerdo con el avance tecnológico en turno, tal como se puede apreciar en la tabla 1.1. La suma de todas estas innovaciones están estandarizadas en el último microscopio de la compañía Karl Zeiss llamado Sistema de Visualización Robótica KINEVO 900, el cual combina modalidades de visualización óptica, digital y robótica; incrementando el desempeño mediante la robótica aplicada a la fijación de un punto keyhole con la nueva función “Point Lock”, que permite navegar mientras se mantiene fijo el punto de interés reduciendo la necesidad de volver a poner en posición el equipo en forma manual, asimismo, la función “Position Memory”, le permite al neurocirujano almacenar un punto de visión pudiendo regresar a dicha posición previamente guardada en cualquier momento de la cirugía. También se tiene la posibilidad de trabajar en un modo de visualización digital, el cual es más ergonómico y minimiza la fatiga en procedimientos quirúrgicos largos. La integración completa de un sistema de Visualización Digital 4K y 3D en un solo sistema, permite y mejora la participación de todo el personal dentro de la sala de operaciones. Debido a que la calidad de la imagen digital es comparable con la visualización óptica clásica, los ayudantes del cirujano, así como el personal de apoyo dentro del quirófano, pueden estar más profundamente involucrados en el procedimiento quirúrgico, apoyando con esto la educación práctica. Este sistema permite la fusión preoperatoria con estudios de imagen del paciente, así como el sistema de neuronavegación, que son proyectados en el campo de visión del cirujano, para perfeccionar la seguridad. De la misma forma incorpora al arsenal de instrumentos el QEVO (Figura 3), el cual es una herramienta de microinspección que permite inspeccionar esquinas y puntos ciegos a la óptica del KINEVO 900 para evitar, en la medida de lo posible, reintervenciones por errores no observados en el campo de visión del microscopio. El QEVO es un endoscopio con lente angulado a 45° de alta definición total, tiene un peso de 250 grs y mide 12 cm de longitud y 3.6 mm de diámetro, las primeras experiencias de su uso en abordajes neuroquirúrgicos convencionales, han sido positivas, ya que han demostrado la capacidad de mirar “a la vuelta de la esquina” en los puntos ciegos que existen con la técnica microquirúrgica, en cuyo principio se utiliza un ángulo de ataque con cierta capacidad de rotación alrededor del objetivo, pero sin conseguir excluir por completo dichos puntos ciegos; es por esto que posiblemente el QEVO sea un complemento excelente para la microcirugía, demostrando capacidad de inspección de estructuras intracraneales ipsi y contralaterales a la línea media, corroborar la posición de puntas de clips vasculares colocados para reducir al mínimo la posibilidad de clipaje accidental de vasos adyacentes, posibilidad de exploración de un punto lejano del abordaje como es el caso del Foramen Yugular a través de un abordaje retrosigmoideo convencional o del tercer ventrículo en un abordajetranscalloso,9 sin mencionar que posiblemente logre conciliar en regiones como la fosa pituitaria, los beneficios de la microneurocirugía con la cirugía endoscópica; no dejando de lado que esta herramienta no funciona con el rendimiento de un endoscopio convencional, ya que tiene un uso limitado de 8 minutos continuos hasta que se sobrecalienta en la mano del operador, no por ello devaluando su innovación y utilidad; un acercamiento notable de la tecnología hacia la “tecnología del sigilo” pronosticada por Yasargil. Continuando con esta visión futurística, además, el KINEVO 900 otorga la posibilidad de retransmisión a visores HÍBRIDOS DIGITALES 4K, y se suman a él los filtros que mejoran el desempeño del cirujano en patología vascular y tumoral, los cuales consisten en fluorescencia intraoperatoria con los sistemas INFRARED 800, FLOW 800, BLUE 400 Y YELLOW 560. Hablar de los filtros de luz en conjunción con sus fluoróforos correspondientes es también relevante, pues forman parte del armamentarium del cual dispone el neurocirujano actual para el manejo de patología tumoral y vascular. Un fluoróforo o florocromo es un tipo de colorante fluorescente usado para marcar proteínas, células y tejidos con una etiqueta fluorescente para examen microscópico. Trabaja por medio de absorción de energía en determinada región de longitud de onda, referido comúnmente como rango de excitación y, reemitiendo dicha energía en otro rango de excitación conocido como rango de emisión. En general, un fluoróforo será excitado (absorberá energía) por iluminación de alta frecuencia (longitudes de onda en la región del espectro ultravioleta, violeta o azul) y emitirá energía en frecuencias discretamente menores (longitudes de onda en la región del espectro verde, rojo o infrarrojo cercano. Cada fluoróforo tiene una longitud de onda a la cual absorberá energía de forma más eficiente (Pico de excitación λ), y una longitud de onda correspondiente a la cual el máximo de energía absorbida es reemitida (Pico de emisión λ). La selección de filtros ópticos individuales con la cantidad máxima de transmisión a cada una de esas longitudes de onda asegura la obtención imágenes fluorescentes brillantes10. Sus aplicaciones técnicas han sido muy amplias, incluyen desde su uso en la guerra (pilotos que eran forzados a amarizar utilizaban fluroesceína de sodio para solicitar rescate) hasta la industria de los combustibles (detección de fugas en tuberías submarinas de aceite o gas). Sin embargo, su aplicación en medicina inició desde 1946, específicamente en cáncer gástrico, donde una inyección del compuesto permitía discernir entre tejido tumoral y tejido sano bajo iluminación con luz violeta.11 En 1948 George E. Moore introdujo el concepto a la neurocirugía, cuando publicó una serie de casos, operados bajo luz violeta; sin embargo, la tinción de tejido maligno obtenida aún no podía ser explicada racionalmente. Fue hasta 2006 que Abbot et al, delinearon la existencia de disrupción del microambiente de la barrera hematoencefálica por lesiones tales como los gliomas, lo que incrementa la permeabilidad vascular y con ello la fuga de líquido al parénquima encefálico. Ahora se sabe que esas áreas de captación de fluoresceína coinciden con áreas de disrupción de la barrera hematoencefálica12. La historia del uso de fluroforos continuó, inicialmente se probó su uso bajo luz blanca de Xenón, utilizando dosis elevadas de éstos (Shinoda et al 2003) y posteriormente, agregando filtros al microscopio quirúrgico, se usaron dosis más bajas (Kuroiwa et al 1998, Schebesch et al 2013). En gliomas el efecto obtenido era compatible con la demarcación de los límites del tumor de forma similar al reforzamiento con gadolinio que éste tiene en la secuencia T1 de la resonancia magnética, permitiendo con esto la resección completa de lesiones siempre que fuera posible. Posteriormente en 2013 se integró el filtro Yellow 560 nm al microscopio “Pentero 900” (Zeiss); se inició su prueba clínica por Roberto Rey-Dios y Aaron Cohen Gadol, siendo utilizado en esta ocasión para malformación arteriovenosa, aneurisma y metástasis cerebral; dicho filtro tiene la capacidad de detectar la fluorescencia de la fluoresceína en un rango entre 540 y 690 nm. A este trabajo inicial le siguieron otros muchos con enfoque dirigido principalmente a la resección total de gliomas de alto grado, cuya resección completa confirmada por bordes libres de tumor histopatológicos llegó al año siguiente (2014)11. La opción de fluorescencia durante los procedimientos de neurocirugía vascular se ha enriquecido desde el 2010 con la introducción del sistema INFRARED 800 aunado al sistema FLOW 800, como opción de equipamiento del microscopio PENTERO (Zeiss), la cual permite iluminar las propiedades fluorescentes del verde de indocianina y digitalizar las imágenes. Actualmente, las últimas generaciones de microscopios quirúrgicos Zeiss, desde el Pentero Clásico hasta el KINEVO 900 incorporan el filtro Blue 400 el cual permite una excitación entre 400-410 nm de longitud de onda y exhibe un rango de 620- 710 nm de longitud de onda, asociado al fluoróforo Protoporfirina IX continúa como una herramienta para su uso en cirugía de gliomas de alto grado de malignidad que permite marcar el límite entre el tejido normal y tejido tumoral con mayor precisión, con lo que se pueden lograr resecciones más amplias, mejorando la sobrevida de los pacientes.13 A estos avances aplicados directamente al microscopio quirúrgico se han sumado esfuerzos para incrementar la posibilidad de certeza en los procedimientos quirúrgicos durante el desarrollo de la misma cirugía, tales como el sistema de endomicroscopía confocal desarrollado por Zeiss; el cual permite a grandes rasgos obtener una biopsia digital del tejido expuesto, esto, mediante un escaneo microscópico confocal con láser que permite la visualización selectiva de un plano focal en una muestra (campo de visión de 475x267µm). Se espera que en un futuro esta tecnología permitirá obtener información histopatológica en tiempo real in vivo14. Debemos al final concluir nuestra jornada a través de la historia con el recordatorio perpetuo del concepto enunciado por Yasargil acerca de la microneurocirugía: un concepto nuevo, neuroanatómico, neuropatológico y neuroquirúrgico que en combinación con la aplicación de técnicas microquirúrgicas de coagulación bipolar, libera LCR de las cisternas basales, provee acceso cisternal no invasivo, disección adecuada de los vasos y eliminación completa de las lesiones con respecto a sus sitios predilectos, o el cómo utilizar la tecnología de acuerdo al precepto de Harvey Cushing, padre de la neurocirugía: “…la cirugía es, y debe ser un arte, pero su progreso y por lo tanto su vitalidad, dependen de la aplicación máxima de los métodos y descubrimientos de la ciencia”. (“…Surgery is and must be an art, but it’s progress and thus it´s vitality depends on the maximum application to it of the methods and discoveries of science”.)15 Tabla 1.1. Autor/año: Marca/Compañía: Distancia de trabajo (distancia máxima en la cual el objetivo es capaz de enfocar) Magnificación: Innovación técnica: Perrit 1968 Bausch & Lomb (V. Mueller Co 1951) 127 mm 3, 5, 7 o 10.5 Hans Littman 1952 Zeiss Opton 200 mm 4, 6, 10, 16, 25, 40 o 63 Wullstein 1953 Zeiss OPMI 1 100 a 405 mm 2.5 a 50 Barraquer 1965 Zeiss OPMI 2 / OPMI 3 100 a 405 mm 2.5 a 50 Zoom motorizado y foco / prisma rotatorio. Harms 1966 Zeiss OPMI 5 Menor tamaño Zeiss Inc. 1970 Zeiss OPMI 7P7H Accesorio para co- observación estereoscópica. Zeiss Inc. 1991 OPMI CS Zeiss Inc. 1994 OPMI ES Diseñado especialmente para Neurocirugía. Manipulador multicoordenada. Zeiss Inc. 2000 Zeiss OPMI Neuro Multivisión. Zeiss Inc. 2008Zeiss OPMI Pentero 800 200 a 500 mm 10, 12.5, hasta 39 x. Zoom 1:6 Movimiento robótico en 3 ejes (XYZ) Infrarrojo (Fluorescencia intraoperatoria) Tecnología BLUE 400 Video cámara 3- CMOS HD Autobalance Zeiss Inc. 2017 Zeiss KINEVO 200 a 625 mm Zoom motorizado rango 1:6, factores de aumento y= 0.4x a 2.4x. Movimiento motorizado XY en 6 ejes QEVO (Sonda digital portátil) y QEVO ECU (unidad de control de esta) Visualización híbrida digital Función Point Lock Función Position Memory (almacena posiciones durante cirugía) Función Parking position/Drape position Figura 1. Sistema modular de microscopio estereoquirúrgico. Figura 2. Curva de espectro generalizado de fluoroforo. Bibliografía: 1. Uluç K, Kujoth GC, Başkaya MK. Operating microscopes: Past, present, and future. Neurosurg Focus. 2009;27(3). doi:10.3171/2009.6.FOCUS09120 2. Perception C. Human Vision and Color. Encycl Opt Photonic Eng Second Ed. 2019:1-11. doi:10.1081/e-eoe2-120009728 3. Gruber DP, Tew JM. History of the Operating Microscope: From Magnifying Glass to Microneurosurgery. 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