Neue Möglichkeiten im modernen Operationssaal am Beispiel von Wirbelsäulenoperationen

Der Computer ist aus dem täglichen Leben (fast) nicht mehr wegzudenken. Auch der Chirurg bedient sich zunehmend der Hilfe von rechnergesteuerten “Navigationssystemen”, die in Orthopädie, Neurochirurgie und Gesichtschirurgie Anwendung finden. Im folgenden wird das Verfahren am Beispiel einer Wirbelsäulenoperation erläutert.
Orthopädische Chirurgie stellt immer besondere Anforderungen an Augenmaß und dreidimensionales Vorstellungsvermögen des Operateurs. Röntgenaufnahmen oder die Magnetresonanztomographie lassen zwar heutzutage bestechend scharfe und dreidimensionale Bilder der Anatomie entstehen, konnten aber bisher jedoch nicht direkt auf die reale Situation einer Operation übertragen werden. Während der Operation sind aber nicht alle Regionen zugänglich, da sie von z. B. Muskeln, Bändern, Nerven und Gefäßen bedeckt sind. So muss z. B. bei Operation eines Wirbelkörperbruchs die Positionierung der Schrauben durch den Wirbelbogen allein aufgrund der anatomischen Kenntnisse und einer eindimensionalen Röntgendurchleuchtung ohne direkte visuelle Kontrolle erfolgen. In der Nähe liegen jedoch hochempfindliche Nerven und Gefäße, die bei Einbringen des Stabilisierungsmaterials nicht direkt sichtbar sind. Geht man von Durchmessern zwischen 3 und 10 mm aus, so wird klar, dass selbst erfahrenste Chirurgen die Schraube fehlplazieren können. In der Literatur werden fehlplazierte Schrauben mit Raten zwischen 10 und 40% angegeben.
Deshalb wurden Anfang der 90er Jahre verschiedene Systeme entwickelt, die intraoperativ eine präzisere Plazierung erreichen helfen sollen.

Das stereotaktische 3-D-Prinzip

Vor der Operation wird eine 3-dimensionale Computertomographie (Röntgen-Schichtuntersuchung) der Wirbelkörper angefertigt. Mittels Computer kann auf dem Bildschirm die Operation geplant werden. Auch Simulationen mit einer “Fahrt” durch den zu operierenden Wirbel sind möglich.
Während der Operation wird ein Bild durch einen 3-dimensionalen Abtaster der sichtbaren hinteren Strukturen des Wirbelkörpers erstellt. Ein optisches System, das die räumliche Position von T-förmigen, sog.”rigid bodies” (s. Abb. 1) über Infrarotdioden erfasst, kommuniziert mit einem Rechner. Das Prinzip ist einer Peilung von Seeleuten mit Leuchtfeuern vergleichbar.

Das “Matching”

Es folgt die Umrechnung dieser so gewonnenen Daten mit der vor der Operation erstellten Computertomographie, das heißt, dem Computer werden anatomische Punkte erklärt. Der Computer errechnet dann eine Verbindung zwischen der “virtuellen” Welt des computertomographischen Bildes und der “realen” Welt des Patienten. Dies ist der entscheidende Schritt der Operation. Das sogenannte “matching” beruht auf einem Abgleich zwischen den sichtbaren Anteilen des Wirbelkörpers (in der Regel der Dornfortsatz und die Querfortsätze) und den gespeicherten Daten aus dem Computertomogramm (s. Abb. 2). Wenn hierbei allerdings Fehler auftreten, wird dem Chirurgen falsche Sicherheit suggeriert.

Ein Leitsystem auf dem Bohrer gibt dem Chirurgen durch ein Fadenkreuz dann die korrekte Bohrrichtung online auf dem Bildschirm an. Als letzten Schritt bringt der Operateur den Bohrer in die korrekte Position. Er wird je nach Art des verwendeten Systems dabei einen Punkt auf dem Bildschirm, bzw. 2 Fadenkreuze übereinander bringen müssen. Weiterhin kann auch die Bohrlänge sichtbar gemacht werden, so dass die hinter dem Wirbelkörper liegende Hauptschlagader geschont werden kann. Der Chirurg kann mit dem teilweise sprachgesteuerten System simulieren, wie die Lage der Implantate wäre, wenn in einer gewählten Stellung gebohrt würde. Zudem kann er sich “auf Zuruf” mit dem Navigationshelm (s. Abb. 3) Bilder der Computertomographie aufrufen, um das Bild der Operation mit dem Röntgen zu vergleichen.

Was bringt das neue System?

Die Erfahrungen im Operationssaal und die ersten postoperativen Untersuchungen haben gezeigt, dass das System für den Chirurgen wie auch den Patienten einen nicht unerheblichen Zugewinn in Form von Sicherheit, Präzision und verminderter Strahlenbelastung durch den Wegfall intraoperativer Röntgenaufnahmen bedeutet. Das vor der Operation angefertigte Computertomogramm wird bei Knochenbrüchen oder Wirbelkörperversteifungen in diesem Bereich routinemäßig angefertigt.
Die Navigationssysteme sind an einigen, ausgewählten Häusern zu finden, da sie sehr teuer sind. Dem Interessierten sei jedoch geraten, sich eher einem erfahrenen Operateur als einem Navigationssystem anzuvertrauen.
Der Einsatz ist ebenfalls bei Hüft- und Beckenoperationen, Eingriffen am Gehirn und im Gesicht möglich. Statt Infrarotstrahlen als Übermittler der Informationen zwischen Patient und Computer werden auch Systeme mit Ultraschall erprobt.
Man kann davon noch präzisere und gefahrlosere Eingriffe erwarten, wenn die anatomischen Verhältnisse wenig Sicht oder komplexe Strukturen bieten. Langfristig werden diese Navigationssysteme aus dem Operationssaal der Zukunft nicht mehr wegzudenken sein.

Literatur

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Dr. Thomas Wallny