epiDRB - ein neues minimal-invasives Konzept für die Referenzierung im Rahmen der Computer-assistierten orthopädischen Chirurgie

Zusammenfassung

Studienziel: Optoelektronische Navigation im Rahmen der Computer-assistierten orthopädischen Chirurgie (CAOS) basiert auf der unverrückbaren Kopplung des Knochens an passive Reflektoren oder aktive Lichtquellen in unverwechselbarer räumlicher Anordnung. Selbst als „minimalinvasiv” bezeichnete dynamische Referenz-Basen (DRB) erfordern die Fixierung über Schrauben oder Klammern und damit eine Hautinzision. Hierdurch würden perkutane Verfahren unnötig erweitert, weshalb Erfolg versprechende Computer-gestützte Navigation insbesondere an der Wirbelsäule außer für Pedikelschrauben bisher kaum Anwendung findet. Herkömmliche DRB sind konstruktionsbedingt oft hinderlich bei der Instrumentation auf engem Raum sowie störungsanfällig bei der Infrarot-Ortung durch unabsichtliches Verdecken oder gar Dislozieren durch den Operateur. Das Ziel der Entwicklungsarbeit war daher eine wenig raumgreifende, bedienerfreundliche und allseits detektierbare DRB, welche perkutan zu fixieren ist, aber dennoch Stabilität und Rotationssicherheit garantiert. Methode: In Zusammenarbeit mit dem Industriepartner wurde eine röntgendurchlässige DRB entwickelt, deren Fixierung zum einen perkutan im rotationssicheren 2-Pin-Verfahren und zum anderen epikutan über Abstützung auf dem Situs erfolgt. Die Verlässlichkeit und Eignung der epiDRB zum klinischen Einsatz wurde experimentell überprüft. Ergebnis: Durch Absenken des Schwerpunktes wurde das Risiko versehentlicher Lockerung durch Biegungs- und Scherkräfte reduziert. Dank epikutaner Position und individueller Formgebung wird der Operateur trotz unmittelbarer Nähe der epiDRB zum OP-Gebiet nicht behindert, permanente Detektierbarkeit durch das Navigationssystem gewährleistet und die Gefahr der Verdeckung der Marker während der Instrumentation minimiert. Schlussfolgerung: Mit der minimalinvasiv zu fixierenden epiDRB ist nunmehr die Nutzung der Vorteile Computer-assistierter Navigation auch bei Punktionen und anderen perkutanen Eingriffen ohne zusätzliche Hautinzision und in vereinfachter Handhabung möglich. Das spezielle Design ist ubiquitär anwendbar, erlaubt aber im Sinne reduzierter Strahlenbelastung und erhöhter Effizienz insbesondere die gleichzeitige Referenzierung mehrer Wirbelkörper.

Abstract

Aim: Optoelectronic navigation for computer-assisted orthopaedic surgery (CAOS) is based on a firm connection of bone with passive reflectors or active light-emitting diodes in a specific three-dimensional pattern. Even a so-called “minimally-invasive” dynamic reference base (DRB) requires fixation with screws or clamps via incision of the skin. Consequently an originally percutaneous intervention would unnecessarily be extended to an open procedure. Thus, computer-assisted navigation is rarely applied. Due to their tree-like design most DRB's interfere with the surgeon's actions and therefore are at permanent risk to be accidentally dislocated. Accordingly, the optic communication between the camera and the operative site may repeatedly be interrupted. The aim of the research was the development of a less bulky, more comfortable, stable and safely trackable device that can be fixed truly percutaneously. Method: With engineering support of the industrial partner the radiolucent epiDRB was developed. It can be fixed with two or more pins and gains additional stability from its epicutaneous position. The intraoperative applicability and reliability was experimentally tested. Results: Its low centre of gravity and its flat design allow the device to be located directly in the area of interest. Thanks to its epicutaneous position and its particular shape the epiDRB may perpetually be tracked by the navigation system without hindering the surgeon's actions. Hence, the risk of being displaced by accident is minimised and the line of sight remains unaffected. Conclusion: With the newly developed epiDRB computer-assisted navigation becomes easier and safer to handle even in punctures and other percutaneous procedures at the spine as much as at the extremities without an unproportionate amount of additional trauma. Due to the special design referencing of more than one vertebral body is possible at one time, thus decreasing radiation exposure and increasing efficiency.

Schlüsselwörter

CAOS (computer-assisted orthopaedic surgery) - minimalinvasiv - perkutan - Navigation - Referenzierung

Key words

CAOS (computer-assisted orthopaedic surgery) - fluoroscopy - MIS - navigation - referencing

Literatur

• 1 Mohsen A MMA, Cain T J, Karpinski M RK. The Basic Orthopaedic Principle and the Non-Invasive Intelligent Orthopaedic Guide Concept. Medimec, Bristol 1995
• 2 Nolte L P, Beutler T. Basic principles of CAOS.  Injury. 2004;  35 6-16
• 3 Hofstetter R, Slomcykowski M, Sati M, Nolte L P. Fluoroscopy as an imaging means for computer-assisted surgical navigation.  Comput Aided Surg. 1999;  4 65-76
• 4 Slomczykowski M, Roberto M, Schneeberger P. Radiation dose for pedicle screw insertion. Fluoroscopic method versus computer-assisted surgery.  Spine. 1999;  24 975-982
• 5 Foley K T, Simon D A, Rampersaud Y R. Virtual Fluoroscopy: computer-assisted fluoroscopic navigation.  Spine. 2001;  26 347-351
• 6 Schlenzka D, Laine T, Lund T. Computer-assisted spine surgery.  Eur Spine J. 2000;  9 (Suppl 1) 57-64
• 7 Nolte L P, Langlotz F. Grundlagen der computerassistierten Chirurgie (CAOS). In: Konermann W, Haaker R (Hrsg). Navigation und Robotic in der Gelenk und Wirbelsäulenchirurgie. Springer, Heidelberg, ISBN 11157993, 2003; 3-10
• 8 Ohnsorge J AK, Schkommodau E, Wirtz D C, Wildberger J E, Prescher A, Siebert C H. Präzisionsanalyse fluoroskopisch navigierter Zielbohrungen am Hüftkopf.  Z Orthop. 2003;  141 112-119
• 9 Hebecker A. C-Bogen-basierte Navigation. In: Konermann W, Haaker R (Hrsg). Navigation und Robotic in der Gelenk- und Wirbelsäulenchirurgie. Springer, Heidelberg, ISBN 11157993, 2003; 29-35
• 10 Holly L T, Foley K T. Three-dimensional fluoroscopy-guided percutaneous thoracolumbar pedicle screw placement. Technical note.  J Neurosurg. 2003;  99 (Suppl) 324-329
• 11 Fritsch E, Duchow J, Seil R, Grunwald I, Reith W. Genauigkeit der fluoroskopischen Navigation von Pedikelschrauben.  Orthopäde. 2002;  31 385-391
• 12 Merloz P, Tonetti J, Pittet L, Coulomb M, Lavallee S, Troccaz J, Cinquin P, Sautot P. Computer-assisted spine surgery.  Comput Aided Surg. 1998;  3 297-305
• 13 Gebhard F, Kinzl L, Hartwig E, Arand M. Navigation von Tumoren und Metastasen im Bereich der thorakolumbalen Wirbelsäule.  Unfallchirurg. 2003;  106 949-955
• 14 Assaker R, Cinquin P, Cotten A, Lejeune J P. Image-guided endoscopic spine surgery.  Spine. 2001;  26 1705-1710
• 15 Kang J D, An H, Boden S, Phillips F, Foley K, Abdu W. Cement augmentation of osteoporotic compression fractures and intraoperative navigation: summary statement.  Spine. 2003;  28 62-63
• 16 Langlotz F. Potential pitfalls of computer aided orthopaedic surgery.  Injury. 2004;  35 17-23
• 17 Mohsen A MMA, Phillips R. Letter of the reviewers.  Injury. 2004;  35 2-5
• 18 Gebhard F, Weidner A, Liener U C, Stöckle U, Arand M. Navigation at the spine.  Injury. 2004;  35 35-45
• 19 Hott J S, Desmukh V R, Klopfenstein J D, Sonntag V K, Dickman C A, Spetzler R F, Papadopoulos S M. Intraoperative Iso-C C-arm navigation in craniospinal surgery: first 60 cases.  Neurosurgery. 2004;  54 1131-1137
• 20 Fritz H G, Kühn D, Haberland N, Kalff R. Anaesthesia management for spine surgery using spinal navigation in combination with computed tomography.  Anesth Analg. 2003;  97 863-866
• 21 Euler E, Heining S, Riquarts C, Mutschler W. C-arm based three-dimensional navigation: a preliminary feasibility study.  Comput Aid Surg. 2003;  8 35-41