Zeitung Heute : Präzise Orientierung im menschlichen Körper

Navigationssysteme helfen dem Chirurgen bei Planung und Durchführung von Operationen

-

Navigationssysteme, die den Weg im Straßenverkehr weisen, sind bereits geläufig. Aber auch die Navigation im Operationssaal bei schwierigen Eingriffen hat sich mittlerweile etabliert. Die chirurgische Navigation beruht zwar auf einer anderen Technologie als die GPS-Technik, hat für den Chirurgen aber ähnliche Effekte bei der Orientierung im Inneren des Körpers. Dieser Bereich der computerassistierten Chirurgie wird derzeit auf neue Einsatzgebiete ausgedehnt.

Die klinisch etablierten Navigationsverfahren funktionieren sehr gut beim Einsatz innerhalb des Schädels (Gehirn, Schleimhäute) und an den knöchernen Strukturen selber (Schädel, Wirbelsäule, Extremitäten). Knöcherne Strukturen eignen sich besonders für die Navigation, da sie ihre Form nicht verändern und jederzeit reproduzierbar aufzufinden sind.

In jüngster Zeit – nicht zuletzt auch durch höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit moderner Computersysteme – wird der Einsatz von Navigationssystemen auch bei Eingriffen an den weichen Geweben und Organen des menschlichen Körpers möglich. Probleme entstehen hier aber, weil sich weiche innere Organe (wie die Leber) innerhalb des menschlichen Körpers durch Atmung ständig bewegen, sich während einer Operation außerdem zueinander verschieben oder können sich unter der Einwirkung von Kräften verformen.

Dann ist nicht mehr gewährleistet, dass die vor der Operation aufgezeichneten Bilddaten die Situation im Inneren des Körpers exakt repräsentieren. Durch eine Reihe neuartiger Ansätze zeichnen sich aber interessante Einsatzgebiete für die Anwendung von navigationsbasierten Assistenzsystemen auch in der Weichgewebschirurgie ab.

Zur Vorbereitung eines chirurgischen Eingriffs fertigt der Chirurg zusammen mit einem Radiologen Aufnahmen der zu operierenden Organe per Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT) an.

Die Aufnahmen bestehen aus einzelnen Schichtbildern in definierten Abständen. Mit speziellen Programmen lassen sich die Bilder am Computer sichtbar machen. Schließlich werden aus den einzelnen Schnittbildern dreidimensionale Darstellungen der Organe oder deren Teile berechnet. Anhand der CT-Bilder bereitet sich der Chirurg auf die Operation vor und entwickelt eine präzise Strategie.

Er überlegt, aus welcher Richtung er sich dem realen Operationsort nähern soll und wo sich die Organe oder Organteile befinden, die es zu entfernen oder zu bewahren gilt. Zudem muss sich der Chirurg im klaren sein, wo Blutgefäße und Nerven verlaufen, die auf keinen Fall verletzt werden dürfen. Die Operationsstrategie und deren Ziele werden am Computer direkt in die Bilddaten eingezeichnet. Diese Phase wird als computerassistierte Planung bezeichnet.

Während der Operation werden die Bilddaten auf einem Bildschirm direkt in der Nähe des Operationsgebietes angezeigt. Zusätzlich befindet sich oberhalb des Eingriffsgebiets ein Kamerasystem, das genau erkennen kann, wo sich der Patient befindet und wo die Instrumente des Chirurgen sind. Damit die optische Erkennung funktioniert, werden kleine Reflektoren an Instrumenten und Patient befestigt. Der Computer errechnet aus den Positionen von Instrument und Patient, wie das Instrument in die vorher gewonnenen Bilddaten eingefügt werden muss. Da der Chirurg am Bildschirm die Position seiner Instrumente erkennt, kann er sicher an den Ort des Eingriffs gelangen. Dieser Prozess wird als chirurgische Navigation bezeichnet.

Derartige Navigationssysteme haben sich seit den achtziger Jahren etabliert, zunächst als elektromechanische und seit den frühen neunziger Jahren als kamerabasierte Systeme. Etwa bei Operationen an Gehirn und Wirbelsäule, in Hals-Nasen-Ohren- und Mund-Kiefer-Gesichts-Chirurgie aber auch in der Orthopädie und der dentalen Implantologie haben sich diese Navigationssysteme durchgesetzt. Sie sorgen für bessere Resultate und weniger Komplikationen. Für die verschiedenen Eingriffsarten stehen unterschiedliche Softwaremodule und spezielle Navigationsinstrumente zur Verfügung, um die geforderten hohen Genauigkeiten bei der chirurgischen Umsetzung zu erzielen.

Derzeit lassen neue computerbasierte Planungs- und intraoperative Assistenzsysteme besonders in der Leberchirurgie bessere Ergebnisse erwarten. Bei komplexen Leberoperationen, etwa bei der Entfernung von Tumoren, muss erkranktes Gewebe mit einem genügend großem Sicherheitsabstand entnommen werden. Müssen dabei Blutgefäße entfernt werden, ist auch die Versorgung anderer Teile des Organs gefährdet. Präzise Planung und Umsetzung derartiger Eingriffe ist also besonders wichtig.

Für die Planung leberchirurgischer Eingriffe bietet das Zentrum für Medizinische Visualisierung (MeViS) an der Universität Bremen einen Service an, bei dem in den vorliegenden CT-Bildern zunächst der Verlauf der Gefäße und die Lage der Tumoren festgestellt wird. Diese Informationen führen zu einem Modell der Gefäße und der Blutversorgung in der Leber. Damit ist nachvollziehbar, welche Gefäße einzelne Teile der Leber versorgen. Der Chirurg kann sich dieses Modell an seinem Computer darstellen lassen und festlegen, wie und wo ein Schnitt ausgeführt werden soll.

Um die geplante Operationsstrategie optimal und präzise umsetzen zu können, wird am Lehrstuhl für Mikrotechnik und Medizingerätetechnik der Technischen Universität München an neuen Systemen für die Weichgewebsnavigation geforscht. So ist es das Ziel eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes, dem Chirurgen zu besserer Orientierung im Inneren der Leber und damit zur gezielten Lokalisation von einzelnen (kritischen) Gefäßen und von Tumoren zu erhalten.

Was sind die wesentlichen Merkmale des Systems? Der Chirurg profitiert heutzutage von einer kleinen, schnell im OP zu installierenden Anordnung auf der Basis eines Tablet-PC, der direkt am OP-Tisch befestigt wird und der ihm alle Planungs- und Bildinformationen darstellt. Direkt am Bildschirm ist eine Ultraschallsonde angebracht, die Aufnahmen von Bildern während der Operation gestattet. Ebenfalls am OP-Tisch ist ein so genannter Spaceball befestigt.

Das ist eine Art sechsdimensionale Computermaus, die in allen Richtungen gedreht, gezogen und gedrückt werden kann. Eine Bewegung des Spaceball erzeugt die gleiche Verschiebung des Planungsmodells direkt am Bildschirm. Ein Kamerasystem erkennt dabei die Position der Ultraschallsonde im Raum.

Auf der Basis einer Schnittstelle zu den präoperativen Planungsdaten werden Informationen zu chirurgischer Strategie, Operationszielen und funktionale Informationen wie das verbleibende Restvolumen nach teilweiser Entfernung des Organs dargestellt. Der Chirurg ist in der Lage, das Planungsmodell virtuell so auszurichten, dass dieses aus derselben Perspektive wie das eigentliche Organ dargestellt wird. Anhand der Darstellung auf dem Bildschirm lässt sich die Lage der wirklichen Gefäßstrukturen in der Leber optimal und schnell verstehen.

Zusätzlich zu den Bilddaten steht dem Chirurgen intraoperativer Ultraschall zur Verfügung, um Gefäße und Tumoren lokalisieren zu können. Nun wird die endgültige Schnittführung festgelegt. Das System und seine Bedienung sind schnell erlern- und anwendbar.

Unser Ziel ist es, durch Auswertung der Ultraschallbilder Merkmale zu identifizieren, die auch in den Planungsdaten (CT-Bilder) gefunden werden können. Darauf aufbauend sollen Ultraschallbilder mit Planungsdaten zusammen geführt werden können. So kann der Chirurg die anatomischen Zusammenhänge direkt im Planungsdatenmodell identifizieren, verstehen und analysieren.

Wir hoffen, mit Assistenzsystemen die Technik in der Leberchirurgie verbessern und verfeinern zu können. Komplikationen sollen reduziert und Überlebensraten erhöht werden. Solche Techniken anzuwenden, Systeme auf kleinstem Raum zu konzentrieren, direkt am Operationstisch einzusetzen und viele komplexe Berechnungen in Echtzeit auf preiswerter Computerhardware durchzuführen, ist erst seit sehr kurzer Zeit möglich.

Um die Kosten im Gesundheitswesen zu reduzieren, ist es wichtig, den Aufwand bei Aufbau und Vorbereitung der Systeme weiter zu minimieren. Der Nachweis der Verbesserung einer bestimmten chirurgischen Therapie durch den Einsatz eines Assistenzsystems alleine reicht aber nicht aus.

Erst wenn auch die Praktikabilität in täglicher Routine nachgewiesen ist, können sich solche Systeme in der klinischen Versorgung durchsetzen. Aus diesem Grunde finden derzeit erste vorklinische und klinische Tests zur Evaluierung des vorgestellten Systems an leberchirurgischen Zentren in Berlin und Lübeck statt.

Prof. Dr. Tim C. Lüth (40) ist Ordinarius am Lehrstuhl für Mikro- und Medizintechnik der TU München. Dr. Stefan Weber (33) ist dort Gruppenleiter.

Hintergründe und Expertisen zu aktuellen Diskussionen: Tagesspiegel Causa, das Debattenmagazin des Tagesspiegels.

Hier geht es zu Tagesspiegel Causa!

0 Kommentare

Neuester Kommentar
      Kommentar schreiben