Atmung, Lagerung und chirurgische Manipulation verändern Form, Größe und Lage der Leber. Diese Studie untersucht den Einfluss von Beatmung und operativem Zustand auf das Lebervolumen. Im Schweinemodell wurden in drei operativen Zuständen (Nativ, Laparotomiert, Pneumoperitoneum) jeweils für drei Atemstellungen (Expiration, Atemmittellage, volle Inspiration) CT-Bilddaten aufgenommen und das Lebervolumen berechnet. Nach Laparotomie verkleinerte sich das Lebervolumen im Mittel um 10%, bei Pneumoperitoneum um 16%. Das Lebervolumen stieg mit der Inspiration in allen operativen Zuständen unterschiedlich stark an. Die Studie zeigt, dass Veränderungen des Lebervolumens durch Atmung und operativen Zustand bei der Verwendung präoperativer Bilddaten zur Operationsplanung und intraoperativen Computerassistenz beachtet werden müssen.
(Nativ, Laparotomiert, mit Pneumoperitoneum) und der Atemstellung (kontinuierlicher Prädiktor mit Stufen Expiration, Atemmittelstellung, volle Inspiration) und der Messmethode (MITK, MeshLab) auf das ermittelte Lebervolumen. Vom operativen Zustand abhängige Volumenänderungen wurden anhand der Wechselwirkung von Zustand und Atemstellung untersucht. Lebervolumina der einzelnen Versuchstiere wurden durch einen zufälligen Faktor berücksichtigt. Das Signifikanzniveau wurde auf α = 5% festgelegt, ohne Korrektur für multiples Testen.
Abbildung 2: Segmentierung einer Schweineleber mittels Medical Imaging Interaction Toolkit (MITK) l m 0 0 0 1 0 0 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 3
Im Bezug zum nativen Zustand verkleinerte sich im laparotomierten Zustand das Lebervolumen im Mittel um 94 ml bzw. 10.2% (p = .010), bei Pneumoperitoneum um 137 ml bzw. 16.2% (p < .001). Die Atemstellung hatte ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf das Lebervolumen, dabei stieg das Lebervolumen im Durchschnitt um 34 ml bzw. 5.1% (p < .001) pro inspirativem Schritt. Im nativen Zustand stieg das Lebervolumen zur Atemmittellage um 54,4ml bzw. 8.0% (p < .001), zu voller Inspiration um 67.4ml bzw. 10.2% (p < .001). Im laparotomierten Zustand stieg das Lebervolumen zur Atemmittellage um 44,9ml bzw. 5.8% (p < .001), zu voller Inspiration um 76,3ml bzw. 10.2% (p < .001). Mit Pneumoperitoneum stieg das Lebervolumen zur Atemmittellage um 16.6ml bzw. 2.4% (p = .095), zu voller Inspiration um 14,7ml bzw. 2.1% (p = .045). Die Messmethode hatte einen konstanten Einfluss, im Mittel lieferte die MeshLabMethode ein 24 ml bzw. 2.0% geringeres Lebervolumen als die MITK-Methode (p = .027).
Lebervolumen
Nat Lap
Pneu Exp
Mit
Abbildung 2: Lebervolumen in Abhängigkeit von Atemstellung und intraoperativen Zustand 4
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen eine Veränderung des Lebervolumens je nach Atemstellung und operativem Zustand. Nach Laparotomie und Pneumoperitoneum verkleinerte sich das Lebervolumen. Das Lebervolumen stieg mit der Inspiration in allen operativen Zuständen unterschiedlich stark. In der OP-Planung sollten diese Ungenauigkeiten und Unterschiede berücksichtigt werden. Die Lebervolumina können durch Simulation oder Computerassistenzsysteme angepasst und kompensiert werden. Eine mögliche Anwendung der Ergebnisse dieser Studie ist, dass bei Verwendung des Lebervolumens für intraoperative Planung, Navigation oder Anwendung die Bildgebung am ehesten in Expiration stattfinden sollte, da dieser Zustand den intraoperativen Verhältnissen am ehesten gleicht. Wichtig ist die genaue Berechnung des Lebervolumens bei der Leberresektionsplanung und bei der Ermittlung des Restvolumens nach Leberresektion z.B. nach Leberlebendspende oder bei erweiterten Leberesektionen aufgrund großer Tumore mit fraglich ausreichender Funktion der verbleibenden Restleber in Abhängigkeit der berechneten Größe. Die Veränderung des Lebervolumens während der Atmung und zwischen den verschiedenen Zuständen ist durch die kardiozirkulatorische Physiologie [2] und die Veränderungen der abdominellen Druckverhältnisse zu erklären [3, 4]. Limitierungen der Studie: die Anatomie der Leber des Hausschweins ist dem Menschen ähnlich aber nicht gleich, so besteht die Schweineleber aus mehreren Lappen und hat ein etwas geringeres Volumen [5]. Die zwei Berechnungsmethoden der Lebervolumina zeigten eine gute Übereinstimmung. Die anhand des vorliegenden experimentellen Modells gewonnenen Erkenntnisse können in Forschungsprojekten im Bereich der computerassistierten Chirurgie und Navigation verwendet werden. Die Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen muss vor einer klinischen Anwendung kritisch geprüft werden. 5
Die vorliegende Arbeit entstand im Projekt M1 "Intraoperative Risikoreduktion durch modellbasierte Einblendung komplexer anatomischer Strukturen" des Graduiertenkolleg 1126 Intelligente Chirurgie gefördert durch die deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).