Klinische Präzision der C‐Arm-Navigation an der Brust- und Lendenwirbelsäule

Zusammenfassung

Das Ziel der vorliegenden Studie ist die Untersuchung der Präzision fluoroskopisch navigierter Pedikelschrauben an der Brust- und Lendenwirbelsäule in einem konsekutiv erfassten Krankengut nach Trauma. Innerhalb von 36 Monaten erfolgte bei 29 Patienten die C‐Arm-navigierte Implantation von 111 Pedikelschrauben, 60 im Bereich der Brustwirbelsäule und 51 an der Lendenwirbelsäule. Postoperativ wurde zur Bestimmung der exakten Schraubenposition eine routinemäßige Dünnschichtcomputertomografie durchgeführt. Die Schraubenposition in Relation zum Pedikel wurde eingeteilt in a) Schraube komplett intraossär, b) Schraubenaustritt aus dem Pedikel unter Gewindetiefe und c) Schraubenaustritt über Gewindetiefe. Eine komplett intraossäre Lage fand sich bei 34 (56,7 %) der thorakalen und 32 (62,7 %) der lumbalen Schrauben, weitere 14 (23,3 %) Schrauben thorakal und 14 (27,5 %) lumbal perforierten unter Gewindetiefe. Die Perforationsquote über Gewindetiefe lag thorakal bei 20 % (n = 12) und lumbal bei 9,8 % (n = 5). Es ergaben sich ausschließlich mediale und laterale Lageabweichungen an der Bogenwurzel (allesamt ohne Neurologie), kraniale und kaudale fanden sich nicht. Die Aufsplittung der C‐Arm-Navigation in zwei gleiche Behandlungsintervalle zeigte eine Lernkurve mit Reduktion der Perforationen in der zweiten Hälfte (nach 57 instrumentierten Pedikeln) um etwa 15 %, eine statistische Signifikanz konnte nicht nachgewiesen werden. Die fluoroskopische Navigation von transpedikulären Schrauben ist im Bereich der Lendenwirbelsäule ein sicheres Verfahren mit einer Präzision, die der nicht navigierten konventionellen Platzierung ebenbürtig ist. Die Anwendung der C‐Arm-Navigation im Bereich der Brustwirbelsäule zeigt Schwankungen der Genauigkeit, sodass an dieser Lokalisation die Verwendung eines 3-D‐Datensatzes zur Zielführung vorteilhaft ist.

Abstract

The aim of the present study was the verification of the accuracy of 2-D fluoroscopy-based navigated pedicle screws at the thoracic and lumbar spine in a case series of traumatised patients. Within 36 months 111 pedicle screws in 29 patients were instrumented using C‐arm based navigation, 60 at the thoracic and 51 at the lumbar spine. All screw positions were evaluated postoperatively by a routine thin slice CT scan using multiplanar reconstruction. The position of a screw in relation to its pedicle was classified in a) screw completely intraosseous, b) screw perforated less than thread level and c) screw perforated more than thread level. In 34 thoracic (56.7 %) and 32 lumbar (62.7 %) screws complete intraosseous placement was observed, 14 thoracic (23.3 %) and 14 lumbar (27.5 %) screws perforated less than thread level. Perforations more than thread level were found in 12 thoracic (20 %) and 5 lumbar (9.8 %) screws. Only medial and lateral perforations of the pedicle were documented (without neurological signs), cranial or caudal ones did not occur. Segmentation of the C‐arm navigation into two comparable treatment periods showed a learning curve with a reduction of perforations in the second sequence (after 57 pedicle instrumentations) of about 15 %, this was found to be not statistically significant. The fluoroscopic navigation of pedicle screws is a safe procedure at the lumbar spine with equal accuracy compared to the non-navigated conventional instrumentation. Application of C‐arm navigation at the thoracic spine showed more inaccuracies, so that 3-D‐based navigation seems to be advantageous in this region.

Wirbelsäule - Navigation - C‐Arm - Präzision

spine - navigation - C‐arm - accuracy

Literatur

• 1 Arand M, Hartwig E, Hebold D, Kinzl L, Gebhard F. Präzisionsanalyse navigationsgestützt implantierter thorakaler und lumbaler Pedikelschrauben. Eine prospektive klinische Studie.  Unfallchirurg. 2001;  104 1076-1081
• 2 Arand M, Schempf M, Kinzl L, Fleiter T, Pless D, Gebhard F. Präzision standardisierter Iso-C‐Arm-basierter navigierter Bohrungen am proximalen Femur.  Unfallchirurg. 2001;  104 1150-1156
• 3 Arand M, Kinzl L, Gebhard F. Fehlerquellen und Gefahren der CT-basierten Navigation.  Orthopäde. 2002;  31 378-384
• 4 Arand M, Schempf M, Fleiter T, Kinzl L, Gebhard F. Qualitative and quantitative accuracy of CAOS in a standardized in vitro model.  Clin Orthop Relat Res. 2006;  450 118-128
• 5 Castro W HM, Halm H, Jerosch J, Malms J, Steinbeck J, Blasius S. Accuracy of pedicle screw placement in lumbar vertebrae.  Spine. 1996;  21 1320-1324
• 6 Fritsch E, Duchow J, Seil R, Grunwald I, Reith W. Genauigkeit der fluoroskopischen Navigation von Pedikelschrauben.  Orthopäde. 2002;  31 385-391
• 7 Gebhard F, Kinzl L, Arand M. Grenzen der CT-basierten Computernavigation in der Wirbelsäulenchirurgie.  Unfallchirurg. 2000;  103 696-701
• 8 Gebhard F, Kraus M, Schneider E, Liener U, Kinzl L, Arand M. Does computer-assisted spine surgery reduce intraoperative radiation dose?.  Spine. 2006;  31 2024-2027
• 9 Grützner P A, Rose E, Vock B, Holz F, Nolte L P, Wentzensen A. Computer-assistierte perkutane Verschraubung des hinteren Beckenrings. Erste Erfahrungen mit einem Bildwandler basierten optoelektronischen Navigationssystem.  Unfallchirurg. 2002;  105 254-260
• 10 Hofstetter R, Slomczykowski M, Sati M, Nolte L P. Fluoroscopy as an imaging means for computer-assisted surgical navigation.  Comput Aided Surg. 1999;  4 65-76
• 11 Laine T, Lund T, Ylikoski M, Lohikoski J, Schlenzka D. Accuracy of pedicle screw insertion with and without computer assistance: a randomised controlled clinical study in 100 consecutive patients.  Eur Spine J. 2000;  9 235-240
• 12 Lavallee S, Troccaz J, Sautot P, Mazier B, Cinquin P, Merloz P, Chirossel J-P. Computer-assisted spinal surgery using anatomy-based registration. Taylor RH, Lavallee S, Burdea G, Moesges R Computer-Integrated Surgery and Clinical Application. Lancaster; MIT Press 1995
• 13 Misenhimer G R, Peek R D, Wiltse L L, Rothman S L, Widell E H. Anatomic analysis of pedicle cortical and cancellous diameter as related to screw size.  Spine. 1989;  14 367-372
• 14 Nolte L P, Slomczykowski M A, Berlemann U, Strauss M J, Hofstetter R, Schlenzka D, Laine T, Lund T. A new approach to computer-aided spine surgery: fluoroscopy-based surgical navigation.  Eur Spine J. 2000;  9 (Suppl 1) 78-88
• 15 Potamianos P, Davies B L, Hibbert R D. A robotic system for minimal access surgery.  Proc Instn Mech Engrs. 1994;  208 119-126
• 16 Rampersaud Y R, Simon D A, Foley K T. Accuracy requirements for image-guided spinal pedicle screw placement.  Spine. 2001;  26 352-359
• 17 Schulze C J, Munzinger E, Weber U. Clinical relevance of accuracy of pedicle screw placement. A computed tomographic-supported analysis.  Spine. 1998;  23 2215-2221
• 18 Schwarzenbach O, Berlemann U, Jost B, Visarius H, Arm E, Langlotz F, Nolte L P, Ozdoba C. Accuracy of computer-assisted pedicle screw placement. An in vivo computed tomography analysis.  Spine. 1997;  22 452-458
• 19 Slomczykowski M, Hofstetter R, Strauss M, Bourquin Y, Sati M, Nolte L P. Fluoroscopy-based surgical navigation – concept and possible clinical applications. Nolte LP, Ganz R Computer Assisted Orthopedic Surgery (CAOS). Seattle, Toronto, Bern; Hogrefe & Hube 1999: 206-217
• 20 Smith K R, Frank K J, Bucholz R D. The NeuroStation – A highly accurate, minimally invasive solution to frameless stereotactic neurosurgery.  Med Imaging Graph. 1994;  18 247-256
• 21 Stöckle U, König B, Hofstetter R, Nolte L P, Haas N P. Bildwandler-gestützte Navigation. Eine experimentelle Studie zu Beckenverschraubungen.  Unfallchirurg. 2001;  104 215-220
• 22 Suhm N, Jacob A L, Nolte L P, Regazzoni P, Messmer P. Surgical navigation based on fluoroscopy – clinical application for computer-assisted distal locking of intramedullary implants.  Comp Aid Surg. 2000;  5 391-400