Computerunterstützte Chirurgie der Nasennebenhöhlen mit einem optoelektronischen Ortungssystem*^, **

Zusammenfassung

Hintergrund: Die genaue Übertragung präoperativ gewonnener Bilddaten auf den intraoperativen Befund ist ein zentrales Problem der computerunterstützten Chirurgie. Ein computerunterstütztes Operationssystem für die Anwendung im Bereich der Nasennebenhöhlen und der Schädelbasis erfordert dabei eine besonders hohe Präzision und sollte gleichzeitig eine nichtinvasive dreidimensionale Registrierung und Referenzierung des Patienten ermöglichen. Es wird ein eigenes System beschrieben und das nichtinvasive Registrierungs- und Referenzierungsproblem, wie es bei computerunterstützten Operationsmethoden grundsätzlich besteht, analysiert. Methoden und Ergebnisse: Das System ermöglicht die genaue räumliche Korrektur jeder einzelnen computertomographischen Schicht bereits bei der präoperativen Modellbildung und eine kontinuierliche, intraoperative Erkennung der Lage des Patientenkopfes und verschiedener chirurgischen Instrumente mit Hilfe eines optoelektronischen Ortungssystems. Zur Positionsvermessung wurden ein neuentwickelter Gesichtsbogen und die chirurgischen Instrumente mit aktiven Infrarot-Dioden ausgestattet, die in Echtzeit durch das System lokalisiert werden. Angesichts der zeitlich und örtlich getrennten Datenaufnahme der Computertomographie und der Operation wurde der Einfluß einer wiederholten Positionierung des Gesichtsbogens auf die Gesamtgenauigkeit der Datenübertragung überprüft. Messungen am Phantom und am Patienten (n = 15) ergaben für das System einen mittleren Raumfehler von 0,69 bis 1,01 mm bzw. 0,76 bis 1,67 mm. Schlußfolgerungen: Die Computerunterstützung bei der Nasennebenhöhlenchirurgie kann eine wesentliche Orientierungshilfe für den Chirurgen darstellen und ist in den Händen des nebenhöhlenchirurgisch bereits Erfahrenen, besonders bei Rezidivoperationen oder gezielten minimal-invasiven transnasalen Eingriffen eine wesentliche Orientierungshilfe.

Summary

Background: A basic problem common to all systems for computer-assisted surgery (CAS) is the exact registration and referencing, that is, the transfer of preoperative image data to the intraoperative pathology. A System for computer-assisted ENT surgery should provide high precision as well as noninvasive registration and referencing. We present a system designed for such use in paranasal sinus surgery that is based on optical digitizing with several custom-made self-localizing surgical instruments. Methods and results: The system tracks the correct alignment of the head during CT data acquisition and continuously throughout surgery. A transformation matrix and a plane equation of the CT scan are used to match points of the object space to the image space detecting fiducial markers on the CT scans by an automatic algorithm. For position measurements a special reference frame and surgical instruments were developed and equipped with infrared light-emitting diodes that could be detected in real time. Measurements for repositioning of the reference system in a model and during real operations demonstrated a mean error ranging from 0.69 to 1.01 mm and from 0.76 to 1.67 mm respectively. Clinical experience with the application of the system for 15 patients who underwent surgery for different paranasal sinus pathologies is reported. Conclusions: Results suggest that the non-invasive reference system and the locatable surgical tools may be effective, accurate and useful for computer-assisted identification of intranasal structures. Such systems may contribute to further improvement of minimal invasive intranasal sinus surgery.

Schlüsselwörter

Nasennebenhöhlen - Chirurgie - Computerunterstützt - Referenzierung - Registrierung - Genauigkeit

Key words

Sinus - Intranasal surgery - Computer-assisted - Referencing - Registration - Accuracy