ArchivDeutsches Ärzteblatt39/1998Neuronavigation: Computerassistierte Neurochirurgie

MEDIZIN: Aktuell

Neuronavigation: Computerassistierte Neurochirurgie

Dtsch Arztebl 1998; 95(39): A-2384 / B-2038 / C-1776

Wirtz, Christian Rainer; Kunze, Stefan

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LNSLNS Schlüsselwörter: Computerassistierte Operationsverfahren, Neuronavigation, rahmenlose Stereotaxie, intraoperative Magnetresonanztomographie, bildgeführte Chirurgie
Fortschritte der Computertechnologie und Bildgebung haben zur Entwicklung computerassistierter Operationsverfahren in der Neurochirurgie geführt. Die Neuronavigation erlaubt die genaue Übertragung der Bilddaten auf das Operationsfeld zur Definition von Tumorgrenzen oder wichtigen Gehirnarealen. Bei mehr als 230 Operationen mit verschiedenen Navigationssystemen erwies sich die Methode als äußerst hilfreich, besonders bei kritisch, tief im Gehirn oder an der Schädelbasis, gelegenen Tumoren. Der Hauptnachteil, die Verwendung präoperativer Bilder, kann durch operationsbedingte Veränderungen der Anatomie zu Ungenauigkeiten führen. Mit der in Heidelberg entwickelten Methode der intraoperativen MRT können diese Veränderungen einbezogen und die Navigation intraoperativ aktualisiert werden.
Key words: Computer assisted surgery, neuronavigation, frameless stereotaxy, intraoperative magnetic resonance imaging, image guided surgery
Improvements in computer technology and modern neuroimaging have led to the development of intraoperative computer assistance in neurosurgery. Neuronavigation or frameless stereotaxy allows the accurate transfer of the individual patient´s images onto the operative field helping to define tumour margins or critical brain areas. In more than 230 operations performed with different systems the method proved to be helpful allowing the use of less invasive procedures, particularly in tumours in deep or critical locations or at the base of the skull. The major disadvantage is the use of preoperative data for navigation leading to inaccuracies, when anatomical structures are altered during the operation. With the method of intraoperative MRI developed in Heidelberg it is possible to update navigation with images reflecting intraoperative changes of anatomy.
Grundlage einer jeden operativen Therapie ist die genaue Kenntnis sowohl der normalen Anatomie als auch der individuellen Pathoanatomie des Operationsgebietes. Durch die hohe Komplexität der Neuroanatomie und der anatomischen Strukturen im Schädelbereich werden an den Operateur in dieser Hinsicht besondere Anforderungen gestellt. Erschwerend kommt hinzu, daß die anatomischen Strukturen infolge von Tumoren oder Anomalien verändert sein können. Nur durch eine vorsichtige schichtweise Präparation und ein langsames Herantasten an den Befund kann in diesen Fällen eine Verletzung wichtiger Strukturen vermieden werden.
Eine kaum zu überschätzende Hilfe stellen hier die modernen bildgebenden Verfahren der Magnetresonanztomographie (MRT) und der Computertomographie (CT) dar, die mit hoher Auflösung die individuelle Anatomie abbilden. Durch gedankliches Zusammensetzen der Einzelschichten läßt sich ein dreidimensionaler Eindruck gewinnen. Dies setzt aber ein hervorragendes räumliches Vorstellungsvermögen voraus und ist mit Ungenauigkeiten behaftet. Die schnell fortschreitende Entwicklung der Computertechnologie hat die Voraussetzungen für ein rechnerisches Zusammensetzen der Schichtbilder zu plastischen dreidimensionalen (3-D) Rekonstruktionen (4, 5, 37, 47) geschaffen und dem Operateur diese Aufgabe so abgenommen beziehungsweise erheblich erleichtert. Diese Bilder können auf dem Monitor aus jedem Betrachtungswinkel dargestellt werden, was die Möglichkeit einer computerassistierten Operationsplanung in dreidimensionaler Form eröffnet, um Zugangswege und Freilegungen optimal, das heißt mit möglichst geringer Traumatisierung der gesunden Strukturen, zu planen (24, 31, 37, 44) (Abbildung 1).
Parallel zur rein bildlichen Darstellung wurden Methoden der Industrietechnik angewandt, wie die computergestützte Fertigung gefräster oder stereolithographischer Modelle zur Anfertigung von Implantaten auf der Basis solcher Modelle (13). Auch zur Planung von Operationen an der Schädelbasis werden diese Modelle verwendet, allerdings ohne die Möglichkeit, Weichteilmanipulationen simulieren zu können. Mit diesen bildgebenden Verfahren, die ohne zusätzliche Strahlenbelastung, basierend auf den einmal erfaßten Daten, verschiedene Einblicke und Ansichten der knöchernen Strukturen des Schädels erlauben, ist ein entscheidender Schritt zur Optimierung der präoperativen Diagnostik und Operationsplanung eingeleitet worden.
Trotz dieser Fortschritte bleibt für den Operateur das Problem, die bei der Planung erhaltenen Informationen und Erkenntnisse auf die intraoperative Situation mit der zum Teil nur noch in Form des Operationsfeldes sichtbaren Anatomie bei sonst abgedecktem Patienten zu übertragen. So sollte eine genaue Übertragung der räumlichen Information der diagnostischen Bilder auf die operative Situation möglich sein. Dazu müssen die Raumkoordinatensysteme des Patienten und der Bilder zur Deckung gebracht werden. In der Neurochirurgie wird dies mit dem bereits seit langem etablierten Verfahren der Stereotaxie erreicht. Hier wird mit Hilfe eines vor der CT- oder MRT-Untersuchung bis nach der Operation fest am Schädel des Patienten angeschraubten Lokalisationsrahmens ein punktgenaues Anzielen, zum Beispiel eines tiefliegenden kleinen Tumors, anhand der Bilddaten möglich (1, 28). Die Applikation dieses Rahmens ist aber umständlich, für den Patienten belastend und während der Operation teilweise hinderlich.
Lösungsmöglichkeiten bieten hier Systeme zur intraoperativen Navigation, die es dem Operateur ermöglichen, seine Position im Operationssitus auf dem dreidimensional rekonstruierten Bilddatensatz des jeweils operierten Patienten darzustellen (2, 12, 17, 28, 38, 39), ohne daß ein stereotaktischer Rahmen angebracht werden müßte. Nahezu gleichzeitig wurden in den USA (29), Japan (38), der Schweiz (26) und in Deutschland (23) verschiedene Systeme zur intraoperativen Navigation entwickelt. Damit war erstmals der Schritt von der reinen Darstellung - wenn auch dreidimensional - von Bilddaten zur interaktiven bildgeführten Operation ("computer assisted surgery") getan. Es ist mit diesen Navigationsverfahren möglich, die Lage einer auf den Bildern dargestellten pathologischen oder anatomischen Struktur in der individuellen Anatomie des Patienten im Operationssitus festzulegen und damit computerunterstützt zu operieren. Zur Korrelation zwischen Bilddatensatz beziehungsweise dreidimensionalen anatomischen Rekonstruktionen und der räumlichen Lage der Patientenanatomie bedient man sich der Methoden der rahmenlosen Stereotaxie, welche einen nötigen Abgleich der Koordinatensysteme der Bilddaten und der Patientenanatomie über Markierungen herstellen, die sich auf den Bildern darstellen und im OP am Patienten eindeutig identifizieren und zuordnen lassen.
Systemtechnik
Mit der Neuronavigation ist es möglich, eine genaue Übertragung der Bilddaten auf die Anatomie des Patienten zu erreichen. Dazu werden dreidimensionale Digitalisierinstrumente verwendet, deren Aufgabe es ist, Punkte im physikalischen Raum (Operationsfeld) exakt festzulegen und so eine Korrelation mit den entsprechenden Punkten im virtuellen Raum (Bilddaten des Patienten) zu ermöglichen. Die Instrumente, mit denen dies erreicht wird, beinhalten alle das gleiche Prinzip, arbeiten aber mit unterschiedlichen Techniken zur Lokalisation. Als Digitalisierinstrumente wurden zunächst positionsfühlende Gelenkarme entwickelt (17, 39, 45, 48). Elektronische Winkelmesser in den sechs Gelenken und die bekannte Länge der einzelnen Armglieder erlauben, daß die räumliche Lage des angeflanschten Operationsinstruments innerhalb der Reichweite von 60 cm in allen sechs Freiheitsgraden des Raums mit einer technischen Genauigkeit von unter einem Millimeter vermessen werden kann (Abbildungen 2 und 5). Armlose freie Systeme, die nicht mehr mechanisch ankoppeln, arbeiten nach dem Prinzip der Satellitennavigation. Drei CCD-Zeilenkameras registrieren die Lage von InfrarotLeuchtdioden, die am Operationsinstrument angebracht sind. Über Distanzmessungen und die bekannte Geometrie des Instruments läßt sich sodann die Lage und räumliche Orientierung der Instrumentenspitze berechnen (2, 6, 46). Anstelle von Infrarot-Licht können auch Ultraschallwellen oder Magnetfelder verwendet werden (22, 27). Letzte Möglichkeit schließlich ist der Einsatz von aktiv betriebenen Roboterarmen, an deren Ende dann zum Beispiel ein Operationsmikroskop angebracht ist, dessen Fokuspunkt in Koordinaten umgerechnet werden kann (Abbildung 3). Die Bilddaten werden auf einer Computerworkstation verarbeitet, die in der Lage ist, Lokalisationspunkte schnell zu berechnen und auf einem Bildschirm in verschiedenen Ebenen darzustellen.
Das praktische Vorgehen bei der Vorbereitung und Durchführung einer Navigationsoperation soll nun beschrieben werden.
In der Regel werden am Tag vor der Operation die CT- oder MRT-Untersuchungen für die Planung und intraoperative Navigation durchgeführt. Dazu werden Markierungen am Kopf des Patienten aufgeklebt, die sich auf den Bildern genau erkennen lassen. Eine Verschiebung der Markierungen bis zum Zeitpunkt der Operation muß dabei ausgeschlossen werden. Die Tomographiedaten des Patienten werden über das Kliniknetzwerk per Magnetband auf die Workstation übertragen. Hier erfolgt die Vorbereitung der Daten für die Planung und die Anwendung bei der Operation. Je nach Anforderungen des Operateurs und der Programmierung des Navigationssystems können dann die Grenzen interessierender Objekte (zum Beispiel Haut- und Knochenoberfläche, Hirnoberfläche mit Windungsrelief, Gefäße oder Tumorgrenzen) in den einzelnen CT- oder MRT-Schichten markiert werden. Daraus werden dreidimensionale Oberflächendarstellungen berechnet. Diese Darstellungen können gedreht und gekippt, mit Farben versehen und auch transparent dargestellt werden. Zusätzlich werden die Markierungen auf den Bildern gesucht und als Referenzpunkte definiert. Nachdem der Kopf des Patienten zur Operation in der Kopfstütze immobilisiert ist, wird nun das Navigationssystem synchronisiert. Man spricht bei diesem Vorgang auch von Registrierung. Dazu werden die zuvor bestimmten Referenzpunkte (aufgeklebte Markierungen) der Reihe nach mit dem Navigationsgerät am Patientenkopf lokalisiert und mit den entsprechenden Punkten auf den Bildern korreliert. Ist dieser Vorgang beendet, kann der Chirurg die aktuelle räumliche Position und Richtung der von ihm am Patientenkopf geführten Instrumente in Relation zu den Computertomographie- und/oder Magnetresonaztomographie-Daten des Patienten auf dem Monitor verfolgen. Die Berechnung einer "Ultraschallansicht" in der jeweils aktuellen Position und Orientierung der Sondenspitze ermöglicht ein "Vorausschauen" ins OP-Gebiet (Abbildung 4). Das sterilisierte oder steril bezogene Navigationsinstrument kann dann während der weiteren Operation zur Orientierung und Lokalisierung wichtiger Strukturen jederzeit herangezogen werden.
Erfahrungen mit der Neuronavigation
In der Neurochirurgischen Klinik wurde in Kooperation mit den Nachbarfächern der HNO und insbesondere der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgischen Kinik Mitte 1993 ein auf einem mechanischen Gelenkarm basierendes Navigationssystem beschafft und angewendet. Das System Viewing Wand (ISG, Mississauga, Ontario, Kanada) war das erste kommerziell erhältliche System und wurde erstmals in Deutschland eingesetzt. Später konnten auch andere Navigationssysteme mit den verschiedenen verfügbaren Lokalisationsmethoden wie Gelenkarmen (OAS, Radionics, Burlington, USA), Kamerasystemen (SPOCS, Aesculap, Tuttlingen, BRD, und OTS, Radionics, Burlington, USA) und in das Operationsmikroskop integriertem Roboter-System (MKM, Carl Zeiss, Oberkochen, BRD) verwendet und im klinischen Einsatz sowie unter Laborbedingungen evaluiert werden.
Untersuchungen zur Systemgenauigkeit
Eine der wichtigsten Kenngrößen der Neuronavigation ist die Genauigkeit, mit der die Korrelation zwischen Antomie und Bildern hergestellt werden kann. Daher untersuchten wir vor und auch parallel zum klinischen Einsatz die verschiedenen Navigationssysteme mit Hilfe von Phantomstudien. Dazu wurde ein PlexiglasPhantom mit integrierten Zielpunkten konstruiert, dieses räumlich exakt mit einer Genauigkeit von 0,05 Millimeter maschinell vermessen und anschließend sowohl CT- als auch MRT-Datensätze davon angefertigt. Nach Verarbeitung der Bilddatensätze erfolgte die Referenzierung des Phantoms mit jedem der Navigationssysteme. Dann wurden die Referenzierungsgenauigkeit, die Lokalisationsgenauigkeit der Zielpunkte und die rein mechanische Genauigkeit des jeweilen Lokalisationssystems ermittelt. Andere Faktoren, die einen Einfluß auf die Genauigkeit der Navigation im klinischen Einsatz haben, wie die Schichtdicke der Bilder und die Zahl und Positionierung der Markierungen wurden ebenfalls ermittelt. Die mechanische Meßgenauigkeit der Lokalisationssysteme liegt bei den Gelenkarmen und Kamerasystemen zwischen einem und zwei Millimetern; mit dem mikroskopintegrierten Robotersystem (MKM) lag die Genaugkeit unter einem Millimeter (40). Die Lokalisationsgenauigkeit aller Teilkomponenten zusammen wird aber zusätzlich noch von weiteren Faktoren wie Definitionsgenauigkeit der Marker im Bilddatensatz, Anzahl und Lage der Marker sowie der Schichtdicke der Bilder beeinflußt und ist daher insgesamt ungenauer. Wichtige Ergebnisse unserer Untersuchungen für die klinische Praxis waren die zunehmende Genauigkeit mit der Anzahl der zur Registrierung benutzten Marker und mit der Verringerung der Schichtdicke der CT- oder MRT-Bilder.
Einsatzmöglichkeiten und Erfahrungen in der Neurochirurgie
Insgesamt wurden seit Juli 1993, um die Methode als solche zu testen sowie die verschiedenen Systeme zu untersuchen und untereinander zu vergleichen, über 230 Operationen mit Hilfe der intraoperativen Navigation durchgeführt. Eine Auswertung von 200 Eingriffen, die bei 189 Patienten unter Neuronavigation durchgeführt wurden, sollte den klinischen Einsatz hinsichtlich der Vor- und Nachteile sowie der wichtigsten Einsatzbereiche untersuchen. Darunter waren 32 Eingriffe an der Schädelbasis, die zum Teil interdisziplinär mit Beteiligung der MKG- oder HNO-Chirurgie durchgeführt wurden. Die anderen Eingriffe verteilten sich auf 121 Operationen bei Hirntumoren, 28 bei vaskulären Läsionen, 12 Biopsien und sieben funktionelle Eingriffe (Tabelle). Zu den Hauptindikationen, bei denen sich die intraoperative Navigation als besonders hilfreich erwiesen hat, zählen Tumoren in Gehirnarealen hoher Funktionalität (Sprach-, Motokortex), Schädelbasistumoren, kleine tiefliegende Läsionen, funktionell neurochirurgische Eingriffe, multiple Läsionen und Biopsien (1, 35, 42) (Textkasten).
Die bei allen Navigationssystemen vorhandene Möglichkeit der 3-D-Rekonstruktion und Eingriffsplanung hat sich als besonders vorteilhaft bei Läsionen in funktionell eloquenten Hirnarealen erwiesen. Hier können über die Analyse des rekonstruierten Hirnwindungsreliefs des Patienten sensible Areale identifiziert und intraoperativ die Traumatisierung in diesen Bereichen minimiert werden (Abbildungen 1 und 4). Auch die prä- und intraoperative Planung der Zugangswege oder Überprüfung der Resektionsradikalität (Abbildung 4) sind wichtige Vorteile der Neuronavigation. Bei einer Befragung der Operateure nach Operationen zeigte sich eine überaus positive Einschätzung der Methodik, sowohl hinsichtlich der Operationsplanung als auch in bezug auf die intraoperative Unterstützung. So wurde die verbesserte Festlegung der Trepanation in 85 Prozent und die bessere Bestimmung der Tumorgrenzen in 78 Prozent der Operationen als sehr hilfreich beurteilt. Ein weiterer Effekt ist der subjektive Gewinn an Sicherheit.
Die für die Genauigkeit der Lokalisierung in der klinischen Routineanwendung ermittelten Werte ergaben höhere Abweichungen als in den Phantomstudien. Dies erklärt sich dadurch, daß die Markierungen, die den Patienten aufgeklebt werden, mit der Haut des Patienten verschieblich sind. Zusätzlich können Bewegungsartefakte in den Bildern die Genauigkeit verringern, und die Entfernung der Kameras, minimale Verschiebungen des Gelenkarmes oder Operationstisches in Relation zum Mikroskop wirken sich ebenfalls negativ aus. Mit Abweichungen von zwei bis fünf Millimetern lag die klinische Anwendungsgenauigkeit nur geringfügig über den Bereichen, wie sie auch für die rahmenbasierte Stereotaxie angegeben werden (8, 19, 20). Bei der Verwendung von Schraubmarkern, die in der Schädelkalotte der Patienten verankert werden, konnten wir mit dem Robotersystem MKM auch in der klinischen Anwendung Genauigkeiten von unter einem Millimeter erreichen.
Zur Illustration können folgende Fallbeispiele dienen:
1 Fallbeispiel 1:
Bei einem 71jährigen Mann wird aufgrund einer apoplektiform aufgetretenen Parese der rechten Hand ein Kernspintomogramm angefertigt und eine Raumforderung links zentroparietal festgestellt. Als Lokalisation des Tumors stellt sich der vordere Abschnitt des Gyrus praecentralis dar, eine Beziehung, die nach Rekonstruktion der Gehirnoberfläche besonders deutlich wird. Es gilt intraoperativ die Freilegung (Abbildung 5) und die Grenzen des wider Erwarten schlecht abgegrenzten Tumors festzulegen, was mit Hilfe des Navigationssystem gelingt. Durch einen Zugangsweg über den Sulcus praecentralis mit minimaler Traumatisierung des motorischen Kortex kann der Tumor komplett entfernt werden. Auch postoperativ findet sich kein zusätzliches motorisches Defizit.
1 Fallbeispiel 2:
Bei einem 14 Monate alten Mädchen sind wegen eines Hydrozephalus bei multiplen intraventrikulären Zysten bereits zwei Shuntrevisionen mit Zystenpunktion ohne bleibenden Erfolg durchgeführt worden. Nun soll endoskopisch mit Hilfe der Navigation eine Fensterung der Zysten durchgeführt werden. Die Planung des optimalen Eintrittspunktes und der besten Punktionsrichtung kann unmittelbar präoperativ erfolgen (Abbildung 6). Durch die Möglichkeit einer flexiblen Instrumenten-Adaptierung bei dem Infrarot-Navigationssystem kann intraoperativ auch die Position des Endoskops selbst kontinuierlich verfolgt werden, auch wenn die Orientierung anhand des endoskopischen Bildes aufgrund der komplexen anatomischen Verhältnisse extrem erschwert ist.
Zunehmend werden Navigationssysteme auch in anderen chirurgischen Fächern eingesetzt. So ergeben sich weitere Einsatzmöglichkeiten des Systems in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie der HNOChirurgie. Besonders in der Kieferchirurgie erfolgt bereits der klinische Routineeinsatz bei verschiedenen Operationen. Indikationen für die intraoperative Navigation bestehen dabei vor allem in der Lokalisation pathologischer Veränderungen oder von Fremdkörpern, Tumorresektionen im Knochen und knochennahen Bereich sowie bei der operativen Korrektur von ausgeprägten Kieferfehlstellungen und Gesichtsasymmetrien im Rahmen der kraniofazilen Therapie (10, 11, 24). In der HNO werden die Systeme vor allem zur Orientierungshilfe in der endoskopischen Nebenhöhlen- und Schädelbasischirurgie (14, 25) verwendet.
Diskussion
Techniken der computerunterstützten Chirurgie haben zum Ziel, dem Operateur stets aktualisierte Informationen über die Lage kritischer Strukturen in Relation zu seinen Operationsinstrumenten zu geben. Durch den Einsatz solcher Systeme wird eine Verringerung der operativen Risiken, eine Verkürzung der Operationszeiten und als Folge eine deutliche Verringerung der Belastung der Patienten angestrebt (25, 45). Die vorgestellten Systeme ermöglichen die direkte intraoperative Unterstützung des Operateurs. Das gewählte operative Vorgehen kann räumlich exakt mit Hilfe der intraoperativen Navigationstechnik umgesetzt werden. Von großer Bedeutung ist dabei die Möglichkeit der ständigen interaktiven Darstellung der aktuellen Position auf dem Bilddatensatz. Die Anwendungsgenauigkeit der Systeme, die auch in der neurochirurgischen Fachliteratur unterhalb von fünf Millimetern angegeben wird (2, 9, 33), ist für den klinischen Einsatz ausreichend und vergleichbar mit der Präzision der klassischen rahmenbasierten Stereotaxie (20, 30). Die Hauptindikationen, die im Textkasten dargestellt sind, umfassen ein breites Spektrum der Neurochirurgie, werden aber mit zunehmender Integration der Navigation in die Arbeitsabläufe noch deutlich erweitert werden.
Die mit Hilfe eines Meßarms geführten Systeme haben bereits einen Reifegrad erreicht, der sich in einem konstanten und wenig fehleranfälligen Betrieb zeigt. Nachteilig kann sich aber der durch den mechanischen Arm eingeschränkte Aktionsradius und eine gewisse Unhandlichkeit durch Limitierungen in den Gelenkstellungen erweisen. An schwer zugänglichen Stellen, mit einer größeren Ausdehnung, wie zum Beispiel der gesamte Kopfbereich oder die Wirbelsäule, ist ein armgeführtes System daher im Nachteil. Abhilfe schaffen hier die kopplungsfreien infrarotlichtbasierten Systeme, die allerdings eine direkte Sichtlinie zwischen den Kameras und dem zu lokalisierenden Instrument haben müssen. Dies kann in der Operationssituation mit kleinem Operationsfeld bei gleichzeitiger Verwendung des Operationsmikroskops Probleme bereiten. Die freie Adaptierbarkeit von chirurgischen Instrumenten an diese Navigationssysteme bewirkt eine wesentlich flexiblere Handhabung und bessere Integration in die Operationsabläufe. Beim MKM entfällt aufgrund der Steuerung durch einen Roboterarm das Problem der Sichtlinie. Zusätzlich ist auch die Einspiegelung der Bildinformation direkt in das Blickfeld des Chirurgen möglich. Durch die ungewohnte aktive Führung kann die Handhabung des Mikroskops in der Operation schwieriger werden. Bei den in der Konzeption aktiven Systemen gehen die Möglichkeiten jedoch über die reine Navigation hinaus. So ist durch die aktive Roboterkomponente eine Führung von Instrumenten, zum Beispiel Endoskopen oder Biopsienadeln, mit stereotaktischer Präzision vorstellbar.
Trotz der technischen Weiterentwicklungen, die die Genauigkeit und den Umgang mit Navigationssystemen wesentlich verbessert haben, bleibt ein grundsätzliches Problem bestehen, das für alle bildgesteuerten Verfahren, die mit präoperativen Datensätzen arbeiten, zwangsläufig zutrifft: Jegliche intraoperative Verschiebung der anatomischen Verhältnisse kann natürlich nicht in den präoperativen Bilddaten dargestellt werden. Dies bedingt zwangsläufig eine mangelhafte Übereinstimmung beziehungsweise Abweichungen zwischen dem Operationsgebiet und den Bildern. Die Ursachen für solche Verschiebungen sind vielfältig und treten in Abhängigkeit von den anatomischen Gegebenheiten besonders bei Operationen von Hirntumoren auf. So sind zum Beispiel die Strukturen der Schädelbasis kaum verschieblich, da knöchern eingebettet, weshalb hier eines der idealen Anwendungsgebiete der Neuronavigation liegt. Im Gegensatz dazu reichen die Gründe für Verschiebungen bei Operationen intraparenchymaler Tumoren von Liquorverlusten über Hirnschwellungen und Weghalten des Gehirnes mit Hirnspateln bis hin zu Veränderungen durch die fortschreitende Resektion des Tumors selbst. Die daraus resultierenden Abweichungen können unter Umständen im Verlauf einer Operation ein erhebliches Ausmaß annehmen (Abbildung 7). In einem solchen Fall sind die Lokalisationsangaben des Navigationsgerätes, die ja auf den präoperativen Bildern beruhen, am Ende einer Operation, wenn die Radikalität der Tumorresektion überpüft werden soll, möglicherweise nur noch eingeschränkt verwertbar.
Die Versuche, die Abweichung der Bilder von der tatsächlichen intraoperativen Situation zu beheben, beruhten bisher hauptsächlich auf der Verringerung der Weichteilverschiebung, des sogenannten "Brain-Shift", durch Operationstechniken oder Minimierung des Liquorverlustes (8, 21). Auch der Versuch, die Verschiebungen vorherzusagen und den präoperativen Datensatz entsprechend zu verformen, stellt nur eine unsichere Abhilfe dar. Erst die intraoperative Akquisition von neuen Bilddaten stellt die Übereinstimmung auf verläßliche Weise wieder her. Mit der von uns entwickelten Methode der intraoperativen Magnetresonanztomographie (Abbildung 7) (36) ist eine Aktualisierung der Navigationsdaten möglich und erstmals durchgeführt worden (41, 43). Andere Verfahren der intraoperativen Bildgebung wie Computertomographie (18, 25, 32) und Ultraschall (3, 15, 16, 34) werden zur Zeit für diese Anwendung weiterentwickelt. Welches dieser Verfahren sich letztlich durchsetzen wird, müssen die Ergebnisse weiterer Untersuchungen erbringen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß intraoperative Navigationssysteme unzählige neue Indikationsgebiete eröffnen. Sie helfen, die Sicherheit und Qualität der operativen Eingriffe zu verbessern, das Vertrauensverhältnis zwischen Arzt und Patient durch plastische Aufklärung zu stärken und letztlich die Behandlungskosten zu senken. Ferner können die Systeme durch Techniken der virtuellen Realität ergänzt werden, um sie zur Ausbildung von Chirurgen und Studenten einzusetzen. Die Weiterentwicklung der Systeme wird eine zunehmende Integration in die Routine ermöglichen. Die positive Einschätzung führt so weit, daß die Neuronavigation in ihrer Auswirkung auf das Fachgebiet der Neurochirurgie mit der Einführung des Operationsmikroskops und mikrochirurgischer Operationsverfahren verglichen wird. Trotzdem kann der Einsatz dieser Geräte das ärztliche Denken und Handeln sowie die Verantwortung des Operateurs nicht ersetzen. Das Ziel ist vielmehr, das Operationsspektrum zum Nutzen der Patienten zu erweitern.


Zitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 1998; 95: A-2384-2390
[Heft 39]


Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf das Literaturverzeichnis, das über den Sonderdruck beim Verfasser und über die Internetseiten (unter http://www.aerzteblatt.de) erhältlich ist.


Anschrift für die Verfasser
Dr. med. Christian Rainer Wirtz
Neurochirurgische Klinik und Poliklinik
Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 400
69120 Heidelberg

1.Albert FK, Wirtz CR, Forsting M et al.: Image Guided Excision of a Ruptured Feeding Artery "Pedicle" Aneurysm Associated with an Arteriovenous Malformation in a Child: Case Report. Comput Aided Surg 1997; 2: 5-10.
2.Barnett GH, Kormos DW, Steiner CP, Weisenberg J: Use of a frameless, armless stereotactic wand for brain tumor localization with two-dimensional and three-dimensional neuroimaging. Neurosurgery 1993; 33: 674-678.
3.Berger MS: Ultrasound-guided stereotaxic biopsy using a new apparatus. J Neurosurg 1986; 65: 550-554.
4.Brown RA: A computerized tomography-computer graphics approach to stereotaxic localization. J Neurosurg 1979; 50: 715-720.
5.Brown RA, Roberts TS, Osborn AG: Stereotaxic frame and computer software for CT-directed neurosurgical localization. Invest Radiol 1980; 15: 308-312.
6.Bucholz RD, Smith KR: A Comparison of Sonic Digitizers Versus Light Emitting Diode-Bases Localizers. In: Maciunas RJ, Lebanon NH (Hrsg): Interactive Image-Guided Neurosurgery. American Association of Neurological Surgeons Publications 1993; 179-200.
7.Galloway RL Jr, Maciunas RJ, Latimer JW: The accuracies of four stereotactic frame systems: an independent assessment. Biomed Instrum Technol 1991; 25: 457-460.
8.Galloway RL Jr, Berger MS, Bass WA, Maciunas RJ: Registered Intraoperative Information: Electrophysiology, Ultrasound, and Endoscopy. In: Maciunas RJ, Lebanon NH (Hrsg): Interactive Image-Guided Neurosurgery. American Association of Neurological Surgeons Publications, 1993; 247-258.
9.Golfinos JG, Fitzpatrick BC, Smith LR, Spetzler RF: Clinical use of a frameless stereotactic arm: results of 325 cases. J Neurosurg 1995; 83: 197-205.
10.Hassfeld S, Mühling J, Zöller J: 3-D planing and instrument navigation in oral and maxillofatial surgery. Int Soc Computer Assisted Surgery 1995; 2: 51-57.
11.Hassfeld S, Mühling J, Zöller J: Intraoperative navigation in oral and maxillofacial surgery. Int J Oral Maxillofac Surg 1995; 24: 111-119.
12.Kato A, Yoshimine T, Hayakawa T et al.: A frameless, armless navigational system for computer-assisted neurosurgery. Technical note. J Neurosurg 1991; 74: 845-849.
13.Klimek L, Klein HM, Mosges R, Schmelzer B, Schneider W, Voy ED: Methoden zur Simulation operativer Eingriffe in der Kopf- und Halschirurgie. HNO 1992; 40: 446-452.
14.Klimek L, Kainz J, Reul J, Mosges R: Vermeidung vasulärer Komplikationen bei der endonasalen Nasennebenhöhlenchirurgie. Teil II: Prä- und intraoperative Bildgebung. HNO 1993; 41: 582-586.
15.Koivukangas J, Kelly PJ: Application of ultrasound imaging to stereotactic brain tumor surgery. Ann Clin Res 1986; 47: 25-32 (Suppl 18).
16.Koivukangas J, Louhisalmi Y, Alakuijala J, Oikarinen J: Ultrasond-controlled neuronavigation-guided brain surgery. J Neurosurg 1993; 79-42.
17.Leggett WB, Greenberg MM, Gannon WE, Dekel D, Gabe CJ: The viewing wand - A new system for three-dimensional computed tomography-correlated intraoperative localization. Curr Surg 1991; 48: 674-678.
18.Lunsford LD, Parrish R, Albright L: Intraoperative Imaging with a Therapeutic Computed Tomography Scanner. Neurosurgery 1984; 15: 559-561.
19.Maciunas RJ, Galloway RL Jr, Latimer J et al.: An independent application accuracy evaluation of stereotactic frame systems. Stereotact Funct Neurosurg 1992; 58: 103-107.
20.Maciunas RJ, Galloway RL Jr, Latimer JW: The application accuracy of stereotactic frames. Neurosurg 1994; 35: 682-694.
21.Macinuas RJ, Berger MS, Copeland B, Mayberg MR, Selker R, Allen GS: A Technique for Interactive Image-Guided Neurosurgical Interventions in Primary Brain Tumors. Neursourg Clin N Am 1996; 7: 245-266.
22.Manawaring K: Intraoperative Microendoscopy. In: Maciunas RJ, Lebanon NH (Hrsg): Interactive Image-Guided Neurosurgery. American Association of Neurological Surgeons Publications 1993; 217-232.
23.Moesges R, Schloendorff G: A new imaging method for intraoperative therapy control in skull base surgery. Neurosurg Rev 1988; 11: 245-247.
24.Moesges R, Klimek L: Computer-assisted surgery of the paranasal sinuses. J Otolaryngol 1993; 22: 69-71.
25.Okudera H, Takemae T, Kobayashi S: Intraoperative computed tomographic scanning during transsphenoidal surgery: technical note. Neurosurgery 1993; 32: 1041-1043.
26.Reinhard HF, Landolt H: CT-guided "real time" stereotaxy. Acta Neurochir Wien 1989; 46: 107-108 (Suppl).
27.Reinhardt HF, Horstmann GA, Gratzl O: Mikrochirurgische Entfernung tiefliegender Gefäßmißbildungen mit Hilfe der Sonar-Stereometrie. Ultraschall Med 1991; 12: 80-83.
28.Reinhardt HF, Horstmann GA, Gratzl O: Sonic stereometry in microsurgical procedures for deep-seated brain tumors and vascular malformations. Neurosurgery 1993; 32: 51-57.
29.Roberts DW, Strohbehn JW, Hatch JF, Murray W, Kettenberger H: A frameless sterotaxic integration of computerized tomographic imaging and the operating microscope. J Neurosurg 1986; 65: 545-549.
30.Sandeman DR, Patel N, Chandler C, Nelson RJ, Coakham HB, Griffith HB: Advances in image-directed neurosurgery: preliminary experience with the ISG Viewing Wand compared with the Leksell G frame. Br J Neurosurg 1994; 8: 529-544.
31.Schlegel W, Pastyr O, Bortfeld T et al.: Computer systems and mechanical tools for stereotactically guided conformation therapy with linear accelerators. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1992; 24: 781-787.
32.Shalit MN, Israeli Y, Matz S, Cohen ML: Intra-Operative Computerized Axial Tomography. Surg Neurol 1979; 11: 382-384.
33.Shipos EP, Tebo SA, Zinreich SJ, Long DM, Brem H: In Vivo Accuracy Testing and Clinical Experience with the ISG Viewing Wand. Neurosurgery 1996; 39: 194-204.
34.Trobaugh JW, Richard WD, Smith KR, Bucholz RD: Fremeless stereotactic ultrasonography: method and applications. Comput Med Imaging Graph 1994; 18: 235-246.
35.Tronnier VM, Wirtz CR, Knauth M, Hassfeld S, Albert FK, Kunze S: Intraoperative computer-assisted neuronavigation in functional neurosurgery. Stereotact Funct Neurosurg 1996; 66: 65-68.
36.Tronnier VM, Witz CR, Knauth M et al.: Intraoperative Diagnostic and Interventional Magnetic Resonance Imaging in Neurosurgery. Neurosurgery 1997; 40: 891-902.
37.Vannier MW, Pilgram TK, Bhatia G, Brunsden B, Nemecek RJ, Young VL: Quantitative three-dimensional assessment of face-lift with an optical facial surface scanner. Ann Plast Surg 1993; 30: 204-211.
38.Watanabe E, Watanabe T, Manaka S, Mayanagi Y, Takakura K: Three-dimensional digitizer (neuronavigator): new equipment for computed tomography-guided stereotaxic surgery. Surg Neurol 1987; 27: 543-547.
39.Watanabe E, Mayanagi Y, Kosugi Y, Manaka S, Takakura K: Open surgery assisted by the neuronavigator, a stereotactic, articulated, sensitive arm. Neurosurgery 1991; 28: 792-799.
40.Wirtz CR, Knauth M, Hassfeld S, Bonsanto MM, Tronnier VM, Kunze S: Frameless Sterotaxy with Three Different Systems: Comparison of Phantom Accuracy and Clinical Use. Stereotact Funct Neurosurg 1997; 67: 45 (Abstract).
41.Witz CR, Bonsanto MM, Knauth M et al.: Intraoperative Magnetic Resonance Imaging to Update Interactive Navigation in Neurosurgery: Method and Preliminary Experience. Comput Aided Surg 1997; 2: 172-179.
42.Wirtz CR, Knauth M, Hassfeld S et al.: Neuronavigation - first experiences with three different commercially available systems. Zentral Neurochir 1998; 59: 14-22.
43.Wirtz CR, Tronnier VM, Bonsanto MM et al.: Image Guided Neurosurgery with Intraoperative MRI: Update of Frameless Sterotaxy and Radicality Control. Stereotact Funct Neurosurg 1997; 68: 39-43.
44.Zamorano L, Kadi AM, Dong A: Computer-assisted neurosurgery: simulation and automation. Stereotact Funct Neurosurg 1992; 59: 115-122.
45.Zamorano L, Jiang Z, Kadi AM: Computer-assisted neurosurgery system: Wayne State University hardware and software configuration. Comput Med Imaging Graph 1994; 18: 257-271.
46.Zamorano LJ, Nolte L, Kadi AM, Jiang Z: Interactive intraoperative localization using an infrared-based system. Stereotact Funct Neurosurg 1994; 63: 84-88.
47.Zinreich SJ, Mattox DE, Kennedy DW et al.: 3-D CT for cranial facial and laryngeal surgery. Laryngoscope 1988; 98: 1212-1219.
48.Zinreich SJ, Tebo SA, Long DM et al.: Frameless stereotaxic integration of CT imaging data: accuracy and initial applications. Radiology 1993; 188: 735-742.

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