Fortbildung aus CHAZ 3+4/2023
Mathis Wegner, Stefanie Fitschen-Oestern, Andreas Seekamp, Sebastian Lippross
Der Hybrid-Operationssaal
3D-Bildgebung und Augmented-Reality-Navigation
Hybrid-Operationssäle (Hybrid-OP) stehen für eine neue Dimension der interdisziplinären Zusammenarbeit in chirurgischen Fächern. Am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel, findet der Hybrid-Operationssaal nach initialer Installation 2014 für den Einsatz in der Herz- und Gefäßchirurgie, bei orthopädischen und unfallchirurgischen Operationen seit 2015 regelmäßigen Einsatz. Braun et al. zeigten 2019, dass in der Wirbelsäulenchirurgie und der Beckenchirurgie bei gleichen Operationszeiten eine signifikante Reduktion der Revisionseingriffe erreicht wird [1]. Die Besonderheit des verwendeten Systems am UKSH, Campus Kiel, besteht in der Montage des isozentrischen C-Bogens an der Decke des Hybrid-Operationssaals bei fest montiertem Operationstisch, was eine intuitive und flexiblere Steuerung der Röntgeneinheit durch die Operateurin/den Operateur selbst erlaubt. Die Herstellung eines 3D-Datensatzes im Hybrid-Operationssaal erfolgt im Multi Provider Router (MPR)-Format bei geringer Scanzeit durch die Deckenmontage.
Die fortschreitende Entwicklung von Technologien wie Augmented Reality (AR) hat einen tiefgreifenden Einfluss auf viele Branchen, einschließlich der medizinischen Forschung und Praxis. In der Chirurgie hat AR das Potential, die Navigation und Präzision von Eingriffen zu verbessern, indem es Chirurginnen/Chirurgen eine Echtzeit-Darstellung wichtiger anatomischer Strukturen bietet. Dieser Beitrag untersucht die Anwendung von AR in der chirurgischen Navigation und ihre Implementierung in die tägliche Praxis der Unfallchirurgie.
Hybridsaal – Cone-Beam-Computertomografie (CBCT): Durch CBCT kann ein CT-ähnlicher Datensatz erzeugt werden. Durch die Rotation eines konusförmigen Strahlenbündels um das abzubildende Objekt wird eine Volumentomographie generiert, die als multiplanare Rekonstruktion oder als Volumengrafik dargestellt wird. Die Erstellung des 3D-Datensatzes erfolgt aus 230 Röntgenprojektionen, die während einer rund zehn Sekunden dauernden 180-Grad-Rotation um das abzubildende Objekt entstehen. Die abgebildete Region entspricht den Ausmaßen 25 × 25 Zentimeter in der axialen Ebene bei einer kraniokaudalen Ausdehnung von 19,5 Zentimetern [2]. Dieser dreidimensionale Datensatz kann zur Navigation bei wirbelsäulenchirurgischen Eingriffen genutzt werden. Im Vergleich zu einer konventionellen CT-Bildgebung bestehen stärkere durch Streustrahlung bedingte Bildartefakte, die aber durch Nachbearbeitung vermindert werden können [3].
Am UKSH, Campus Kiel, findet das CBCT regelmäßigen Einsatz und wird zur Planung und Navigation in der Wirbelsäulenchirurgie angewandt. Für die unfallchirurgischen Eingriffe an Becken und Wirbelsäule wird ein 3D-Protokoll genutzt, bei dem ein sogenannter Roll-Scan verwendet wird. Dabei wird der C-Bogen seitlich um den OP-Tisch geführt und die Anatomie in das Isozentrum des C-Bogens positioniert.
Abbildung 1_Unfallchirurgisches Setup im Hybrid-Operationssaal am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein.
Augmented Reality Surgical Navigation (ARSN): Die Erzeugung von Trajektoriesystemen durch kamerabasierte Navigation im Hybridoperationssaal ist eine Möglichkeit der intraoperativen Navigationshilfe. Im Setup des Hybridoperationssaals mit einem CBCT zur Planung unterstützen oberflächenreferenzierte Navigationssysteme (augmented reality surgical navigation mit Tip-Tracking-Funktion; ARSN) die Implantation von Osteosynthesematerialien. Das ARSN-System basiert auf dem Video-Input von vier optischen Kameras, die in den Rahmen des C-Bogen-Detektors eingebaut sind. Es erkennt Marker auf der Körperoberfläche des Patienten und den genutzten Operationsinstrumenten, kann diese Operationsinstrumente erfassen und deren Richtung und Eindringtiefe auf den 3D-Datensatz übertragen. Voraussetzung für die Trajektorieerzeugung ist die kontinuierliche Videoerfassung von flachen, kreisförmigen Klebemarkern auf der Oberfläche des Patienten am Rande des Operationsfeldes und den kalibrierten Operationsinstrumenten. Diese sollten asymmetrisch angebracht werden, um die Referenzierung und Navigation nicht zu beeinträchtigen. Anhand der erzeugten CBCT-Datensätze kann nach Festlegung der anatomischen Strukturen durch die Operateurin/den Operateur der Weg der einzubringenden Schrauben geplant werden. Während der OP dienen die Kameras einerseits der örtlichen Auflösung verschiedener Markierungspunkte, andererseits der Echtzeit-Darstellung der Oberfläche und der Instrumente. Die Fusion der echten Videoaufnahme mit der virtuellen Darstellung geplanter Trajektorien bildet den Kern der Augmented-Reality-Navigation.
Der Insertionspunkt, die Position in der sagittalen, frontalen und axialen Ebene, die Schraubenlänge und der Schraubendurchmesser können auf Grund der Planung festgelegt werden und während der Operation durch ARSN bei Insertion überprüft werden.