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2.  Material und Methoden

2.1. Patienten

In einem Zeitraum von 19 Monaten (April 2000 bis Oktober 2001) wurden an der Klinik für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie der Charité, Campus Virchow Klinikum in Berlin bei 85 Patienten Pedikelschrauben an der Brustwirbelsäule gesetzt. Von diesen Patienten hatten 58 eine Fraktur, 19 einen Wirbelsäulentumor und 8 eine Spondylodiszitis. Bei den Frakturen fanden sich 33 A-Verletzungen, 15 B-Verletzungen und 10 C-Verletzungen gemäß der AO-Einteilung nach Magerl (Abb. 13-15). [74]

Abbildung 13-15: AO-Klassifikation nach Magerl: A-Verletzung mit Kompression

Abbildung 13-15: AO-Klassifikation nach Magerl: A-Verletzung mit Kompression

Abbildung 14: B-Verletzung mit Flexion-Distraktion

Abbildung 14: B-Verletzung mit Flexion-Distraktion

Abbildung 15: C-Verletzung mit Rotation

Abbildung 15: C-Verletzung mit Rotation

Insgesamt wurden bei 184 Wirbelkörpern 368 Pedikelschrauben platziert. Die Pedikelschrauben wurden typischerweise kranial und kaudal des betroffenen Wirbelkörpers eingebracht. Bei Patienten mit betroffenen 12. Brustwirbel oder 1. Lendenwirbel wurden deshalb jeweils nur die kranial gesetzten Pedikelschrauben in die Auswertung genommen.

Bei 12 Patienten wurden aus verschiedenen Gründen die Pedikelschrauben teils navigiert, teils konventionell eingebracht. Die Verteilung der Patienten auf die navigierte bzw. konventionell operierte Gruppe findet sich in der Tabelle 1.


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Tabelle 1: Patientendaten

 

Navigation

Konventionell

Anzahl Patienten

44

29

Anzahl Patienten (Navigation + Konventionell)

12

12

Geschlecht

30 m / 26 w

24 m / 16 w

Durchschnittsalter (Varianz)

52,52 (16-80)

46,05 (16-80)

Anzahl der Wirbelkörper

106

56

Anzahl der Pedikelschrauben

211

113

Frakturen

29 (65,9%)

24 (82,8%)

Frakturen (Nav. + Konv.)

5

5

Tumoren

12 (27,3%)

1 (3,4%)

Tumoren (Nav. + Konv.)

6

6

Spondylodiszitiden

3 (6,8%)

4 (13,8%)

Spondylodiszitiden (Nav. + Konv.)

1

1

Die Verteilung der Patienten auf die navigierte bzw. konventionell versorgte Gruppe erfolgte nicht randomisiert, sondern nach Verfügbarkeit der Navigation.

Insgesamt wurden die Patienten von 6 verschiedenen Operateuren mit unterschiedlichem Erfahrungsstand versorgt. Mit der Navigation waren 2 Assistenten beauftragt.

Der überwiegende Teil der Operationen waren Notfall- bzw. dringliche Eingriffe. Patienten mit degenerativen Erkrankungen wurden nicht in die Studie mit eingeschlossen.


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2.1.1. Verteilung der Pedikelschrauben auf die Wirbelkörperhöhen

Die Verteilung der 211 navigierten bzw. 113 konventionell eingebrachten Pedikelschrauben auf die unterschiedlichen Wirbelkörperhöhen ist in Graphik 1 abgebildet.

Graphik 1: Verteilung der navigierten Wirbelkörper

2.2. CT-basierte Navigation mit dem System SurgiGATE® der Firma Medivision/STRATEC Medical

2.2.1. Prinzip des Systems

Das von uns verwendete Navigationssystem ist wie unter 1.3.2 beschrieben seit 1994 im klinischen Einsatz. Die verwendete Software mit Surface-Matching und 3D-CT-Modell steht dagegen erst seit 1998 zur Verfügung (SurgiGATE® Spine 2.1, Medivision, STRATEC Medical, Oberdorf, Schweiz). Das optoelektronische Navigationssystem für die Wirbelsäule besteht aus einer zentralen Steuer- bzw. Rechnereinheit, einer Infrarotkamera und einem speziellen Operationsinstrumentarium.

2.2.2.  Computertomogramm als Basis

Als Datenbasis für die Navigation dient ein präoperatives CT. Die benutzten CT-Geräte waren das SOMATOM+4 sowie das SOMATOM+4 Volume Zoom der Firma Siemens, Erlangen (Abb. 16).


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Abbildung 16: Computertomograph SOMATOM+4 Volume Zoom der Firma Siemens

Die Anfertigung der Computertomogramme bedurfte eines bestimmten Algorithmus. Tabelle 2 zeigt die benötigten CT-Parameter für die Navigation.

Tabelle 2: CT-Parameter (modifiziert aus Bedienungshandbuch SurgiGATE®)

Ausschnitt-Entfernung

Maximal 2 mm

Ausschnitt-Dicke

Maximal 3 mm

Ausschnitt-Richtung

Axial

Blickfeld

120 mm

Gantry-Neigung

0 Grad

Scan-Richtung

Kranio-Kaudal

Patientenposition

Rückenlage

Matrix

256x256 Pixel

Seitenansicht (Scout)

Nicht speichern

3-D-Ansicht

Nicht speichern

Speicherung

Magnetoptische Platte (MOD), Netzwerk

Komprimierung

Nicht komprimieren


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Typischerweise liegt der Patient bei Anfertigung des Computertomogramms auf dem Rücken. Das CT muss alle zu navigierenden Wirbelköper vollständig erfassen, da sonst nicht nur Probleme bei der Erstellung des 3D-Modells entstehen, sondern auch ein Matching unmöglich wird. Im Gegensatz zur LWS überlappen sich an der BWS die Dornfortsätze, so dass der Ausschnitt des CT deutlich größer gewählt werden muss, um den Wirbelkörper komplett mit aufzunehmen. Nicht selten war es daher nötig, bis zu 2 Wirbelkörper kaudal des zu navigierenden Wirbels mit in das CT einzuschließen.

Die Rohdaten des CT werden anschließend auf einen Datenträger (Optical Disc, DEC-702, PIONEER, Beveren, Belgien) gespeichert und auf die Festplatte des Systems übertragen.

2.2.3. Erstellen eines dreidimensionalen Modells (Segmentierung)

Sind die Daten auf der Festplatte des Systems, werden sie auf ihre Stimmigkeit überprüft (Compliance-Check). Dabei können Bilder (Daten) entfernt werden, die eine weitere Planung bzw. den Rechenablauf behindern.

Anschließend wird im Planungsmodul eine Segmentierung der Bilder vorgenommen und damit ein dreidimensionales Bild des Wirbelsäulenabschnitts erstellt. Um aus den Rohdaten des CT diejenigen herauszufiltern, die den knöchernen Strukturen entsprechen, muss ein passender Schwellenwert (intensity treshhold) bestimmt werden. Dieser richtet sich nach der Knochendichte. Dem Computer muss diese Schwelle (treshold) angegeben werden, damit nur noch die Grautonstufen oberhalb dieses Wertes angezeigt werden bzw. die Bildpunkte (Pixel) unterhalb der Schwelle herausgerechnet werden.

Das schließlich erstellte dreidimensionale Modell kann in allen Ebenen betrachtet, in der Größe verändert und beliebig gedreht werden (Abb. 17 + 19).


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Abbildung 17: 3D-Modell nach Sequenzierung von dorsal

Abbildung 17: 3D-Modell nach Sequenzierung von dorsal

Abbildung 18: 3D-Modell nach Sequenzierung von ventral

Abbildung 18: 3D-Modell nach Sequenzierung von ventral

Abbildung 19: Bildschirmansicht verschiedener Ebenen

2.2.4. Präoperative Planung

Die präoperative Planung wird einzeln für jeden zu navigierenden Wirbelkörper durchgeführt. Sie besteht aus zwei Schritten:


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2.2.4.1.  Planung der Punkte für die Anpassung von Punktepaaren (Paired-Point Matching)

Zur Erklärung des Paired-Point Matching siehe auch 2.2.5.3.1.

Es werden insgesamt 5 virtuelle Messpunkte (Landmarks) auf jedem zu navigierenden Wirbelkörper definiert, die intraoperativ vom Operateur im Situs wieder gefunden werden müssen. Dies setzt vorbestimmte, dem Operateur und Planungsteam bekannte Lagen der Messpunkte voraus. Wir haben deshalb anatomisch relativ eindeutige Strukturen gewählt, die zudem gute Anpassungs-Ergebnisse ergeben. Die 5 von uns im Uhrzeigersinn gesetzten Messpunkte sind an der BWS folgende (jeweils der prominenteste Punkt):

Es wurden keine Punke auf osteophytären Anbauten gesetzt.

Abbildung 20: Processus spinosus

Abbildung 20: Processus spinosus

Abbildung 21: Processus articularis inferior links

Abbildung 21: Processus articularis inferior links


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Abbildung 22: Processus articularis superior links

Abbildung 22: Processus articularis superior links

Abbildung 23: Processus articularis superior rechts

Abbildung 23: Processus articularis superior rechts

Abbildung 24: Processus articularis inferior rechts

2.2.4.2. Planung der Trajektorien

Die Schraubenlage wird für jeden Wirbelkörper mittels einer Trajektorie einzeln geplant.

2.2.4.2.1. Durchmesser der Trajektorien

Der Durchmesser der Trajektorien und damit der Pedikelschrauben wird zum einen bedingt durch die biomechanisch notwendige Stabilität, um ein Brechen der Schrauben bei Belastung zu vermeiden, zum anderen durch die anatomischen Gegebenheiten (Pedikeldurchmesser). Stärken zwischen 4 und 7 mm sind üblich. An der BWS werden allerdings aufgrund der geringen Pedikeldurchmesser selten Schrauben von mehr als 5 mm benutzt. Zur Planung der Trajektorien wurden 4 und 5 mm Stärken benutzt. Der Chirurg wird, wenn immer möglich, die stabilste Lösung mit dem größten Schraubendurchmesser wählen.


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Die Auswahl des Trajektoriendurchmessers kann bei SurgiGATE® mit Hilfe der präoperativen Planung bestimmt werden. Stellte sich während der Planung heraus, dass der Durchmesser zu groß oder zu klein gewählt wurde, so wurde die Planung wiederholt.

2.2.4.2.2. Eintrittspunkt der Trajektorien, Länge und Verlauf im Wirbelkörper

Der Eintrittspunkt der Trajektorie wird nach der von Vaccaro [17] beschriebenen Methode gewählt. Der intrapedikuläre Verlauf der Trajektorie kann völlig frei bestimmt werden. Der Bildschirmaufbau erlaubt eine axiale, sagittale und koronare Ansicht. Somit lässt sich die Trajektorie entsprechend dem gewünschten Verlauf verändern. Das Gleiche gilt für die Länge, die sich anhand des dreidimensionalen Bildes in jeder Ebene kontrollieren lässt. Nachdem die Trajektorie die optimale Lage in der Planung erreicht hat, bietet das System die Möglichkeit, den Wirbelkörper vom Ein- bis Austrittspunkt der Trajektorie zu durchfahren (trajectory simulation). Der Verlauf der Schraube wird so simuliert. Dies ermöglicht eine Lagekontrolle der Trajektorie auch an der dünnsten Stelle des Pedikels. So lässt sich die Trajektorie zumindest am Modell in die virtuelle Mitte des Pedikels legen. Die Trajektorien werden nach der Planung gespeichert (Abb. 25). Damit ist die Planung abgeschlossen und das System kann intraoperativ eingesetzt werden.

Abbildung 25: Trajektorie

2.2.5. Intraoperative Navigation

Das Navigationssystem bietet die Möglichkeit, durch den Operateur vom Operationstisch aus bedient zu werden. Dies geschieht mit Hilfe einer sterilen Tastatur (keyboard) und eines Fußschalters.


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Im Rahmen dieser Arbeit wurde allerdings das System durch den Autor selbst intraoperativ bedient, um gleiche Vorraussetzungen zu schaffen und um die Protokollierung der Daten zu gewährleisten.

2.2.5.1. Systemkomponenten

Für die intraoperative Navigation werden die unter den nachfolgenden Punkten erläuterten Geräte benötigt. Die Abbildung 26 zeigt eine schematische Darstellung der Komponenten.

Abbildung 26: Set-up Navigation

2.2.5.1.1. Zentrale Steuer- und Rechnereinheit

Die zentrale Rechnereinheit, die schon für die präoperative Planung benutzt wurde, besteht aus dem Computer mit dem integrierten Navigationssystem SurgiGATE® (Abb. 28). Die Bedienung erfolgt per Maus und Tastatur. Des weiteren wird eine elektronische Anschluss-Stelle (interface) zwischen dem Rechner und den Instrumenten angeschlossen.

2.2.5.1.2. Infrarotkamera

Die mobile Infrarotkamera OPTOTRAK® 3020 der Firma Northern Digital Inc. (Waterloo, Ontario, Kanada) wird auf eine Entfernung von 1,75 bis 2,2 m an das OP-Gebiet gefahren. Sie besteht aus drei Kameraeinheiten, die mit hoher Präzision die Position der LED der Referenzbasis und der Instrumente im Operationsfeld erkennen und die Daten an den Computer weitergeben (Abb. 27). Die vom Hersteller angegebene Genauigkeit bei 2,5 m Entfernung liegt bei 0,1 mm für die x- und y-Koordinaten, sowie bei 0,15 mm für die z-Koordinaten.


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Abbildung 27: Infrarotkamera OPTOTRAK® 3020

Abbildung 27: Infrarotkamera OPTOTRAK® 3020

Abbildung 28: Rechnereinheit SurgiGATE®

Abbildung 28: Rechnereinheit SurgiGATE®

2.2.5.1.3. Instrumenten-Interface und Instrumentarium

Das Instrumenten-Interface dient als elektronische Anschluss-Stelle zwischen dem Computer/Kamera-System und dem chirurgischen Instrumentarium. Aus praktischen Gründen wird das Interface am Instrumententisch befestigt. Die Instrumente werden angeschlossen, wobei eine Kontroll-LED die korrekte Verbindung anzeigt.

Alle Instrumente sind mit 4 LED ausgestattet und kalibriert. Dies bedeutet, dass die geometrischen Beziehungen zwischen Instrumentenspitze, Instrumentenachse und LED konstant und vermessen sind. Die Dioden werden von der Kamera im Raum erkannt und der Rechner ermittelt aus den Koordinaten die Position und Achse des Instrumentes im Raum. Das Instrument kann somit in Echtzeit als (in diesem Fall grüner) Balken auf dem Bildschirm angezeigt werden (Abb. 29).


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Abbildung 29: Virtuelle Echtzeit-Darstellung des Instrumentes (grün)

2.2.5.1.4. Dynamische Referenzbasis (DRB)

Das System benötigt einen fixen Punkt im Raum, der in einem konstanten Verhältnis zu allen noch zu bestimmenden anderen Punkten und den Instrumenten steht. Die DRB definiert ein Referenzkoordinatensystem. Da immer nur ein Wirbelkörper navigiert wird, sollte die DRB auch an dem entsprechenden Wirbelkörper befestigt sein. Die Referenzbasis gewährleistet also die Genauigkeit des System, auch wenn die Kamera oder der Patient intraoperativ bewegt werden (z.B. durch Atemexkursionen oder Manipulationen des Operateurs). Die Referenzbasis wird mittels einer Klemme idealerweise am Processus spinosus des zu navigierenden Wirbelkörpers befestigt. Sie ist für die korrekte Navigation unabdingbar (Abb.30). Während der Navigation des Wirbelkörpers darf sie nicht verrückt werden. Auch Manipulationen wie das Verdrehen oder Verbiegen sind zu unterlassen, da sonst ein inkorrektes Navigieren die Folge sein kann. Es besteht allerdings die Möglichkeit, intraoperativ eine Genauigkeitsüberprüfung (accuracy check) durchzuführen.

Abbildung 30: Instrumente (DRB am Wirbel befestigt)


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2.2.5.1.5.  Virtuelle Tastatur

Die virtuelle Tastatur dient zum einen der Kalibrierung der Instrumente, zum anderen ermöglicht es dem Operateur die sterile Bedienung des Systems vom Operationstisch aus. Sie ist wie das Operationsinstrumentarium mit 4 LED ausgestattet, um in seiner Lage im Raum von der Infrarotkamera erkannt zu werden (Abb. 30).

2.2.5.1.6. 3D-Zeigeinstrument (Pointer)

Das Zeigeinstrument besitzt eine punktförmige Spitze und ist ebenfalls mit 4 LED bestückt. Er dient bei der Anpassung (Matching) der Punkteauswahl auf dem Wirbelkörper und kann im weiteren Verlauf zur Bedienung der virtuellen Tastatur benutzt werden (Abb. 30).

2.2.5.1.7. 3D-Pedikeleröffnungs- und –vertiefungsahle

Die Eröffnungsahle (Pfriem) und Vertiefungsahle sind im Prinzip wie normale Operationsahlen konzipiert, aber mit LED ausgerüstet (Abb. 30).

2.2.5.2. Kalibrierung

Nachdem die Geräte angeschlossen sind und das Programm mit den gespeicherten Daten der Planung aufgerufen wurde, wird zuerst eine Kalibrierung der Instrumente durchgeführt. Primär gibt das System an, ob es die Referenzbasis und die virtuelle Tastatur im Raum erkennt und mit welchem Abstand sie sich zur Kamera befinden. Eventuell muss dann die Kamera neu positioniert werden.

Nun werden die Instrumente mit Hilfe der virtuellen Tastatur kalibriert. Zwar haben die Ahlen und das Zeigeinstrument vom Werk aus exakte Längen, jedoch können sich durch den Gebrauch (Abnutzung, Verbiegung) Änderungen ergeben. Diese werden mit Hilfe der Kalibration erkannt und im weiteren Verlauf berücksichtigt. Die Abweichung sollte aber nicht über 0,5 mm liegen.

2.2.5.3. Anpassung (Matching)

Das Matching dient dem intraoperativen Abgleich der virtuellen Welt des dreidimensionalen CT-Modells mit der anatomisch-topographischen Wirklichkeit des Patienten. Die Güte des Matchings bestimmt im wesentlichen die Genauigkeit der Navigation.

Prinzipiell stehen bei diesem System zwei Methoden zur Verfügung:

Beide Methoden können einzeln oder kombiniert angewendet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden beide Verfahren additiv verwendet. Als Ergebnis des Matchings berechnet SurgiGATE® eine mathematische Transformation zwischen den CT-Bildern und dem Patienten im OP. Dadurch können die Instrumente auf dem Bildschirm an der gleichen Stelle wie in der Realität angezeigt werden.

Beim Matching werden also Punkte im Raum definiert, die zusammengenommen ein Raster ergeben, welches man sich vereinfacht als ein Oberflächenabdruck vorstellen kann. Dieser Abdruck des Wirbelkörpers wird mit dem des dreidimensionalen Modells im Computer verglichen. Je größer die Übereinstimmung, desto besser das Matching Ergebnis und die Navigationsgenauigkeit (Abb. 31).

Abbildung 31: Transformationsprinzip der Anpassung (Matching)

2.2.5.3.1.  Anpassung von Punktepaaren (Paired-Point Matching)

Präoperativ wurden wie unter 2.2.4.1 beschrieben fünf Messpunkte in standardisierter Art und Weise am virtuellen 3D-Modell bestimmt. Im Prinzip reichen dem System sogar 3 Messpunkte. Verständlicherweise bieten aber mehr Messpunkte (bis zu acht) eine bessere Darstellung der anatomischen Gegebenheiten. Zudem wird, wie weiter unten beschrieben, häufig eine Landmarke nicht mit in das Matching genommen. Basis des Matching-Vorganges ist, dass der Operateur die präoperativ gewählten Messpunkte mit möglichst hoher Genauigkeit wieder findet und mit Hilfe des Pointers digitalisiert. Dabei werden die Koordinaten des Punktes im System registriert und gespeichert.

Nach der Digitalisierung und Speicherung kann die Anpassung berechnet werden. Das System gibt zusätzlich einen Qualitätsindex (Fehler), der einen bestimmten Schwellenwert (in diesem Fall 2.0) nicht überschreiten darf. Je geringer die Abweichung beim Matching, desto kleiner der [Seite 35↓]angegebene Qualitätsindex. Allerdings ist dieser kein absoluter Zahlenwert, der eine durchschnittliche Abweichung als Distanz oder ähnliches angibt (Abb. 32).

Der Operateur kann durch eine visuelle Kontrolle der Lage der Messpunkte sein Matching-Ergebnis ebenfalls beurteilen. Auf dem Bildschirm erscheinen die präoperativ gewählten Messpunkte rot. Die intraoperativ digitalisierten Messpunkte werden grün angezeigt. Die optischen Übereinstimmung (Überlappung) der Messpunkte gibt einen Hinweis auf die Genauigkeit. Zum anderen erscheinen die grünen intraoperativ digitalisierten Messpunkte in unterschiedlicher Stärke, je nachdem ob sie auf dem Knochen, im Knochen oder darüber schwebend gewählt wurden.

Abbildung 32: Paired-Point Matching (rot-Planung, grün-intraop)

Liegt der Qualitätsindex über 2.0, so muss das Matching wiederholt werden. Dabei können entweder alle Messpunkte erneut digitalisiert werden oder nur die, die am ungenauesten waren. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis eine hinreichende Genauigkeit erreicht worden ist.

Schließlich bietet das System noch die Möglichkeit mittels eines „skip worst“ den Messpunkt zu entfernen, der die größte Ungenauigkeit aufweist. Dementsprechend werden dann nur 4 Messpunkte digitalisiert und verwendet (Abb. 33).


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Abbildung 33: Skip-worst des ungenauesten Punktes

2.2.5.3.2. Oberflächen-Anpassung (Surface Matching)

Bei der Oberflächen-Anpassung kann der Operateur beliebig viele, mindestens aber 12 Messpunkte am Wirbelkörper digitalisieren. Allerdings führt eine große Anzahl von Messpunkten zu einer größeren in Anspruchnahme der Rechnerkapazität, was mit einem erhöhten Zeitbedarf verbunden ist. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir einen Kompromiss von 20-25 zu wählenden Messpunkten geschlossen.

Der Operateur kann bei der Oberflächen-Anpassung die Messpunkte frei mit dem Pointer digitalisieren. Es gelten aber prinzipiell die gleichen Vorraussetzungen wie bei der Anpassung von Punktepaaren. Dementsprechend sollte versucht werden, den Wirbelkörper in seiner topographischen Gesamtheit zu digitalisieren (Abb. 34).

Auch bei der Oberflächen-Anpassung wird ein Qualitätsindex vom System errechnet, der günstigsten Falles gegen 0 geht, die 2.0 aber nicht überschreiten darf.

Abbildung 34: Surface Matching


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2.2.5.3.3.  Prüfung der Anpassung (Verification)

Nach Abschluss des Matchings erfolgt eine Prüfung der Transformation der Anpassung. Dazu wird mit dem Pointer der zu navigierende Wirbelkörper abgetastet und die Darstellung auf dem Bildschirm im Echtzeit-Modus begutachtet (Abb. 35). Unter optimalen Vorraussetzungen findet sich die Instrumentenspitze genau dort an der Oberfläche im virtuellen Bild, wo sie sich auch am Patienten befindet. Ungenauigkeiten zeigen sich darin, dass entweder die virtuelle Instrumentenspitze in den Wirbelkörper einsinkt oder über ihm schwebt. Finden sich Ungenauigkeiten nur auf einer Seite des Wirbelkörpers, deutet dies auf eine ungenügende Messpunkteauswahl beim Matching dieser Seite hin. Ist die Prüfung nicht akzeptabel, so muss das Matching wiederholt werden.

Abbildung 35: Verification

2.3. Operation

2.3.1.  Navigationstechnik

Nach entsprechender operativer Präparation der zu navigierenden Wirbelkörper kann die Navigation beginnen. Wichtig bei der Präparation ist eine Freilegung des Knochens von Weichteilgewebe für das Matching. Auch muss der Processus spinosus so weit frei präpariert sein, dass die Referenz-Basis angebracht werden kann (Abb. 36).

Als erste Maßnahme wird die Referenzbasis an dem zu navigierenden Wirbelkörper angebracht. Sie darf während der Navigation nicht mehr in ihrer Lage verändert werden. Anschließend wird [Seite 38↓]das System entweder auf Echtzeit- oder Führungsmodus eingestellt. Da wir im Rahmen dieser Arbeit ausschließlich den Führungsmodus benutzt haben, wird nur dieser beschrieben.

Während der Navigation wird das Monitorbild 6x pro Sekunde aktualisiert. Die Daten dazu erhält das System aus den Koordinaten der Instrumente und der Referenzbasis. Unabhängig welcher Modus benutzt wird, ist die Darstellung demnach praktisch immer in Echtzeit.

Abbildung 36: Intraoperativer Situs

2.3.1.1. Führungsmodus (Guidance)

Bei diesem Modus werden die vorher geplanten Trajektorien in rot auf dem Bildschirm dargestellt. Der Chirurg kann sich so an ihnen orientieren. Auf dem Bildschirm sind drei Schnittebenen (axial, sagittal, koronar) sowie eine Ebene mit dem geplanten Eintrittspunkt zu sehen. Das verwendete Instrument wird grün dargestellt. Der Chirurg wählt mit der Pedikeleröffungsahle (Pfriem) den der Trajektorie entsprechenden Eintrittspunkt auf dem Knochen aus. Danach kann er mit der Vertiefungsahle den Kanal durch den Pedikel in den Wirbelkörper vorpräparieren. Das Instrument ist dabei in Echtzeit in drei Ebenen einschließlich seiner verlängerten Achse sichtbar. Die Richtung der Präparation kann der Operateur anhand des Verlaufs der Trajektorie wählen (Abb. 25).

Aufgrund der kalibrierten Länge der Instrumente lässt sich die Tiefe des Instrumentes im Wirbelkörper angeben. Das System bietet also die Möglichkeit, den Anfangs- und Endpunkt der Präparation (Bohrung) zu bestimmen und so eine Längenangabe der zu verwendenden [Seite 39↓]Pedikelschraube zu ermitteln. Diese Option wurde in der Arbeit nur gelegentlich benutzt und deshalb nicht in die Auswertung genommen.

2.3.1.2. Pedikelschrauben

Nach der Präparation der Pedikel und der Längenbestimmung wird die Ahle entfernt, der Präparationskanal mit einem Häkchen ausgetastet und die Pedikel- bzw. Schanzschraube (Fa. Synthes, Mathys Medizinaltechnik AG, Bettlach, Schweiz) mit dem T-Handstück eingedreht. Wir haben an der BWS 4, 5 und 6 mm Schraubenstärken abhängig vom Pedikeldurchmesser gewählt (Abb. 37).

Abbildung 37: Pedikel- und Schanzschraube

2.3.2. Konventionelle Technik

Bei der Vergleichsgruppe wurden die Pedikelschrauben ebenfalls nach der von Vaccaro [17] beschriebenen Methode mittels Röntgenbildverstärkerkontrolle im lateralen Strahlengang eingebracht. Es wurden die gleichen Schraubenstärken verwendet.


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2.3.3.  Röntgenbildverstärker

Bei beiden Operationstechniken haben wir den fahrbaren Röntgenbildverstärker EXPOSCOP 8000 der Firma Ziehm, Nürnberg benutzt (Abb. 38). Während der Bildverstärker bei der konventionellen Technik nötig ist, um die korrekte Wirbelkörperposition, Eintrittsstelle sowie den Verlauf der Pedikelschrauben und deren benötigte Länge zu bestimmen, ist bei der navigierten Technik der BV von uns nur zum Auffinden des zu operierenden Wirbelkörpers und zur Kontrolle der Navigation eingesetzt worden. Die jeweiligen Durchleuchtungszeiten wurden vom Gerät abgelesen.

Abbildung 38: EXPOSCOP 8000 der Firma Ziehm

2.4. Protokollierung

Folgende Daten der Patienten wurden für die Auswertung der navigierten Schrauben erhoben:

2.5. Postoperative radiologische Untersuchungen

Alle Patienten erhielten postoperativ neben konventionellen Röntgenaufnahmen in 2 Ebenen (anterior-posterior sowie seitlich) ein Computertomogramm in transversalen 2 mm Schichten mit sagittalen 2D-Rekonstruktionen. Zur Auswertung der Pedikelschraubenlage wurden aufgrund der typischerweise höheren Genauigkeit nur die CT-Bilder genommen. [75] [76] [77] [78] Dabei erfolgte die Auswertung der Computertomographien einfach blind durch einen unabhängigen Radiologen der Charité. Die Auswertung erfolgte nach einem optischen standardisierten Schema mit schon publizierter Lagebestimmung der Schrauben. [10] [17] [66] [67]Dabei wurde die Schraubenlage wie folgt definiert: [10] [20]


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Abbildung 39: Optimale Schraubenlage im Pedikel

Abbildung 39: Optimale Schraubenlage im Pedikel

Abbildung 40: Pedikelperforation < 2 mm

Abbildung 40: Pedikelperforation < 2 mm

Eine Auswertung einer Pedikelschraubenfehllage nach kaudal oder kranial konnte nicht bei allen Patienten durchgeführt werden, da zum Teil keine 2D-Rekonstruktionen angefertigt worden waren. Perforationen nach ventral wurden nicht mit in die Studie einbezogen, da die Länge intraoperativ nicht mittels der Angaben des Navigationssystems bestimmt worden waren.

Abbildung 41: Pedikelperforation 2-4 mm

Abbildung 41: Pedikelperforation 2-4 mm

Abbildung 42: Pedikelperforation 4-6 mm

Abbildung 42: Pedikelperforation 4-6 mm

Bei einigen Patienten konnte die Schraubenlage aufgrund von Artefakten, die durch die Titanschrauben selber oder anderes Spondylodesematerial in der Nähe verursacht waren, nicht exakt in eine der oben genannten Gruppen eingeordnet werden. Diese Schrauben wurden automatisch der nächst schlechteren Gruppe mit entsprechend größerer Perforation zugeordnet.


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2.6.  Auftreten von Komplikationen und Revisionsoperationen

Es wurde retrospektiv mittels der Patientenakten untersucht, ob bei den Patienten ein durch die Pedikelschraubenplatzierung verursachtes neurologisches Defizit aufgetreten war.

Revisionsoperationen bei Patienten mit Pedikelschraubenfehllagen wurden ebenfalls ermittelt.

2.7. Statistische Auswertung

Statistisch untersucht wurden die Schraubenlagen der navigierten und konventionellen Gruppe, wobei die optimale Lage, alle Fehllagen und Fehllagen über 2,1 mm verglichen wurden. Zudem wurden die Häufigkeiten von Fehllagen in Abhängigkeit zur Wirbelkörperhöhe untersucht, wobei wir in die Brustwirbelsäule in 3 Bereiche aufteilten (BWK 1-4, 5-8, 9-12). Zur statistischen Auswertung wurde der Chi-Quadrat Test nach Pearson gewählt. Da bei der Auswertung der Schrauben in Bezug auf die Wirbelkörperhöhe die erwartete Häufigkeit kleiner 5 war, wählten wir in diesen Fällen den exakten Test nach Fisher. Zur Berechung wurde das Software Programm SPSS Version 10.0 (Chicago, USA) benutzt. Ein Wert von p < 0,05 wurde als signifikant gewertet.


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13.10.2004