Spinale Neuronavigation

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Neben der klassischen Neuronavigation für den Schädel hat sich die Neuronavigation an der Wirbelsäule in den letzten Jahren zunehmend etabliert. Früher wurden bei Durchführung einer Spondylodese (Wirbelsäulenversteifung) intraoperativ mit Zuhilfenahme eines C-Bogens wiederholtes Röntgen benötigt. Heutzutage liegen unterschiedliche Möglichkeiten einer 3D-Darstellung am Bildschirm vor, welche mittels einfacher Handhebung angewendet werden können.

Die bildgeführte Chirurgie erlaubt es dem Operateur ohne wiederholtes Röntgen eine multiplanare Visualisierung der spinalen Anatomie zu benutzen. Entsprechend referenzierte Instrumente können somit in Echtzeit im Verhältnis zur Anatomie bei Instrumentierungen an der Wirbelsäule am Monitor projiziert und eingesetzt werden. Dies ist besonders hilfreich, um Schrauben bei anatomisch unübersichtlichen Verhältnissen präzise in der Wirbelsäule zu implantieren.

Definition

Der Begriff der spinalen Neuronavigation beschreibt die computerassistierte Übertragung von Bilddaten eines Patienten auf den Operationssitus der Wirbelsäule, vergleichbar mit einem GPS.

Entwicklung

Die spinale Neuronavigation leitet sich von der rahmenlosen Stereotaxie beim Schädel ab. Durch die Bewegung der Wirbelsäule in sich war es zum Beginn der spinalen Neuronavigation schwierig, eine ausreichende Genauigkeit zu erzielen.

Nach anfänglichen Problemen etablierte sich die Benutzung anatomischer Landmarken, veröffentlicht durch Foley und Smith Mitte der 90er Jahre *, *. Mit der Benutzung anatomischer Oberflächenmarker direkt an der Wirbelsäule, im Vergleich zu auf der Haut aufgesetzten Markern, verbesserte sich die Genauigkeit erheblich. Das Prinzip der Oberflächenregistrierung anatomischer Landmarken direkt an der Wirbelsäule unterlag in den folgenden Jahren einem erheblichen Fortschritt.

Neben der Oberflächenregistrierung anatomischer Landmarken hat sich in den letzten Jahren vor allem die CT- und Röntgen-basierte Registrierung weiterentwickelt. Für ersteres wird intraoperativ mit bereits für die Operation gelagertem Patienten ein CT durchgeführt. Die dadurch erhaltenen CT-Bilder können direkt an das Navigations-System geschickt und für die Operation genutzt werden. Die hiermit erzielte Genauigkeit macht komplexe Eingriffe an der gesamten Wirbelsäule möglich.

Klinische Bedeutung und Anwendung

Es bestehen unterschiedliche spinale Neuronavigations-Systeme. Beispielsweise kann ein präoperativ mittels Computertomografie gewonnenes dreidimensionales Bild der Wirbelsäule mit einem intraoperativen 3D-Röntgenbild der Wirbelsäule fusioniert werden. Software-Algorithmen fusionieren die dreidimensionale Matrix des Röntgenbildes mit den Bildern des präoperativen CT-Datensatzes. Dies wurde früher intraoperativ häufig genutzt.

Inzwischen kann aufgrund einer Weiterentwicklung der Navigationssoftware auch ein Oberflächenabgleich am Knochen des Patienten direkt mit präoperativ gewonnenen CT-Bildern erfolgen. Hierbei wird der Knochen des Wirbelkörpers mit dem CT-Bild abgeglichen und die Bildgebung auf den Patienten intraoperativ übertragen. So ist es möglich, dass der Operateur die Position seiner Instrumente und die Lage eingebrachter Schrauben in Echtzeit an einem dreidimensionalen Datensatz der Wirbelsäule verfolgen kann.

Die CT-basierte spinale Navigation mit intraoperativem CT (Airo®) wird in unserer Klinik standardmässig angewendet. Nach Intubation des Patienten und Lagerung für die geplante Operation auf dem integrierten Operationstisch wird nach dem Befestigen eines Referenzsternes an der Wirbelsäule des Patienten ein intraoperatives CT mit simultaner Autoregistrierung für die Navigation angefertigt. Durch eine bestehende Kommunikation zwischen der CT- und der Navigationssoftware können die erhaltenen Bilder direkt für die Operation und für eine hochpräzise Navigationsgenauigkeit bereitgestellt werden. Nach Implantation der Schrauben und Implantate wird standardmässig noch während der Narkose ein zweiter intraoperativer CT-Scan zur Qualitätssicherung durchgeführt. Eine allfällige Schraubenfehllage könnte somit umgehend revidiert und der Patientin bzw. dem Patienten eine nachträgliche Revisionsoperation erspart werden.

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Diese Technologie wird auch bei minimalinvasiven Eingriffen an der Wirbelsäule in unserer Klinik benutzt.

Erhöhte Genauigkeit

Eine Arbeitsgruppe um Shin und Kollegen hatte eine systematische Analyse zur spinalen Navigation von Schraubenimplantationen an der Wirbelsäule durchgeführt *. Beim Vergleich von navigierten mit nicht-navigierten Schraubeninsertionen wurde die korrekte Lage implantierter Schrauben sowie die Komplikationen beider Verfahren verglichen. Beim Vergleich von 20 Studien zeigte sich, dass das Risiko einer Schraubenfehllage bei navigierten Schrauben bei 6 %, während das Risiko bei konventionellen Operationen bei 15 % lag. Zudem kam es bei den navigierten Schrauben zu keinerlei neurologischen Komplikationen.

Auch zervikal zeigten Studien, wie beispielsweise um die Arbeitsgruppe von Richter et al. * sowie eine Gruppe von Fichtner et al. *, eine sichere transpedikuläre Schraubenlage mit höherer Genauigkeit durch die spinale Navigation.

Geringere Strahlenbelastung

Durch das Navigations-System kann zusätzlich auch die Strahlendosis, sowohl für den Patienten als auch für das Chirurgen-Team, auf ein Minimum reduziert werden *.

Referenzen

  1. Foley KT, Smith MM. Image-guided spine surgery. Neurosurg Clin N Am. 1996;7:171-186.

  2. Stereotactic applications in spine surgery. Contemporary Update on Disorders of the Spine. Foley KT, Smith KR, Bucholz RD. The Spine Ctr, Snowbird, Utah: January 1994.

  3. Shin BJ, James AR, Njoku IU, Härtl R. Pedicle screw navigation: a systematic review and meta-analysis of perforation risk for computer-navigated versus freehand insertion. J Neurosurg Spine. 2012;17:113-122.

  4. Richter M, Cakir B, Schmidt R. Cervical pedicle screws: conventional versus computer-assisted placement of cannulated screws. Spine (Phila Pa 1976). 2005;30:2280-2287.

  5. Fichtner J, Hofmann N, Rienmüller A et al. Revision Rate of Misplaced Pedicle Screws of the Thoracolumbar Spine-Comparison of Three-Dimensional Fluoroscopy Navigation with Freehand Placement: A Systematic Analysis and Review of the Literature. World Neurosurg. 2018;109:e24-e32.

  6. Schuetze K, Eickhoff A, Dehner C, Schultheiss M, Gebhard F, Richter PH. Radiation exposure for the surgical team in a hybrid-operating room. J Robot Surg. 2019;13:91-98.