Die Cochlear Implant (CI)-Operation ist bei Taubheit als Standardbehandlung anerkannt und wird zunehmend zur Behandlungvhochgradiger Schwerhörigkeit durchgeführt. Weltweit wurden bereits mehr als 150.000 Implantate eingesetzt. Das Bestreben nach der Verkleinerung des Zugangsweges hat die Verminderung der Operationsdauer, der operationsbedingten Morbidität und dadurch die Verminderung des Krankenhausaufenthaltes zum Ziel. Ein erster Ansatz hierfür war der navigierte Zugang zur Hörschnecke. Zur Verbesserung der Prozessstabilität wurde daraufhin die navigationskontrollierte, robotergestützte Cochlea-Implantation entwickelt. Parallel wurde ein bildgestütztes Verfahren zur Herstellung eines Mini-Stereotaxie-Rahmens (Bohrschablone) vorangetrieben, das gänzlich auf den Einsatz eines intraoperativen Navigationssystems bzw. eines Roboters verzichtet. Die durch ein Navigationssystem kontrollierte, manuell durchgeführte Bohrung des minimal-invasiven Zugangs zur Cochlea ist abhängig von der Feinmotorik und dem Translationsvermögen des Operateurs. Beim robotergestützten Eingriff entfällt der Mensch als Fehlerquelle. Die Cochlea wurde bei dem Zugangsweg durch die posteriore Tympanotomie stets gut erreicht. Die Navigationstechnik als weitere wesentliche Fehlerquelle bleibt jedoch weiterhin vorhanden, so dass andere anatomischen Strukturen nicht immer erhalten werden konnten. Bei der klinischen Evaluierung des Mini- Sterotaxie-Rahmens wurden bislang keine Bohrversuche vorgenommen, sondern im Anschluss an die konventionelle Operationstechnik der Mini-Stereotaxie-Rahmen angebracht und visuell überprüft, welche Strukturen von dem Bohrer tangiert worden wären. Hierbei wurden außer einer Verletzung der Chorda tympani in 20% der Fälle keine weiteren Vorkommnisse vermerkt.
Alle vorgestellten Verfahren basieren auf prä- oder intraoperativen dreidimensionalen Bilddaten, die als computertomographischer Datensatz (Multislice CT, MSCT) oder mittels Flächendetektor-Volumen CT (fd-VCT) erhoben wurden. Die Auflösung der fd-VCT basierten Bildgebung lag durchschnittlich bei 250x250x250μm (physikalische Auflösungsfähigkeit des Scanners lag bei 200μm). Bei Verwendung des MSCT konnten 312x312x625 μm als Bestauflösung erreicht werden.
Zur Segmentierung der Datensätze wurden sowohl manuelle als auch semimanuelle Segmentierungstechniken,
aber auch vollautomatische Segmentierungsverfahren der Felsenbeinstrukturen angewandt.
Zur manuellen Segmentation wurde für die handgeführten, navigationskontrollierten Bohrungen als auch für die
robotergestützten Bohrungen die fd-VCT Bildgebung herangezogen. Die Datensätze wurden mit dem Programm
iPlan ENT 2.6 (BrainLAB, Feldkirchen) manuell segmentiert, wobei Programmtools wie „Smartbrush“ für eine
effizientere Arbeitsweise zur Hilfe gezogen wurden. Für die auf den Segmentationsergebnissen basierende
Planung wurde die eigens entwickelte Software „StraightPathOptimizer“ verwendet [
Bei dem ministereotaxtischen Verfahren der Vanderbilt University erfolgte die vollautomatische Segmentierung
der Datensätze in einer eigens entwickelten, vollautomatischen Segmentierungssoftware [
Abb. 1: Basierend auf den segmentierten Strukturen kann das Programm StraightPathOptimizer eine Trajektorie von der Oberfläche der Kalotte bis zur Cochlea berechnen. Dargestellte Strukturen: Cochlea und Labyrinth, Ossikelkette, äußerer Gehörgang, N. facialis, Chorda tympani und der errechnete Bohrkanal.
Bei der navigationsgeführten Bohrung eines Stichkanals zur Cochlea wurde unter Einsatz eines kommerziellen
Navigationssystems (VectorVision2, BrainLAB) bei vierzehn Felsenbeinen von humanen Körperspendern
jeweils ein getrackter Bohrer vom Chirurgen manuell geführt. Dabei wurde die Position des Bohrers in situ auf
dem Bildschirm visualisiert. Die sog. „Autopilot“-Darstellung“, die zur Insertion von Pedicle-Schrauben in der
Wirbelsäulenchirurgie entwickelt wurde, half dem Operateur, die Richtung des Bohrers entlang der geplanten
Trajektorie auszurichten [
Insgesamt wurden 16 Kadaver-Präparate in zwei Serien unter Zuhilfenahme eines Industrieroboters (KR3,
KUKA, Roboter GmbH, Augsburg) und eines optoelektronischen Navigationssystems (Polaris® Stereokamera, NDI
Inc., Waterloo, Ontario, Kanada) zur Lageregelung des Instrumentes operiert. Hierzu wurde der Roboter nach der
Registrierung des Präparates sowie der eigenen Basis und der Bohrerspitze lagegeregelt verfahren. Der Roboter
führte den Bohrer entlang der Solltrajektorie, um die Stichbohrungen planungsgemäß in den Felsenbeinen
anzulegen [
Die Gruppe um Prof. Labadie an der Vanderbilt University, Nashville, TN, entwickelte ein System basierend auf
einer mini-stereotaktischen Bohrschablone, um den chirurgischen Bohrer präzise in die Cochlea zu führen. Dabei
wurden die anatomisch relevanten Strukturen automatisch segmentiert und eine Trajektorie, die die kritischen
Strukturen schont und von der Mastoidoberfläche zur Cochlea führt, berechnet. Der Patient erhält drei
Ankerschrauben um das Mastoid in Lokalanästhesie platziert, die sowohl für die Verankerung der Bohrschablone an
die Kalotte dienen, als auch als Registrierungsmarker in CT-Datensatz genutzt werden. Zunächst wurde die
Bohrschablone (genannt „Starfix“) durch ein Lasersinterverfahren hergestellt, sterilisiert und in einem zweiten
Angriff dem Patienten aufgesetzt. Eine Bohrung des Stichkanals wurde mit diesem Verfahren noch nicht
durchgeführt, vielmehr wurde nach erfolgter Mastoidektomie und Anlage der posterioren Tympanotomie bei 5
Patienten eine Bohrerspitze durch die vorgegeben Führung durchgeführt. Dadurch wurde überprüft, ob der Bohrer bei
einem tatsächlichen Bohrversuch die kritischen anatomischen Strukturen verletzt hätte und ob die Cochleostomie
loco typico erreicht wurde [
Bei allen Präparaten konnte die Cochleostomie so angelegt werden, dass die Scala tympani eröffnet wurde. In einem einzigen Fall wurde die Chorda tympani zugunsten eines suffizienten Sicherheitsabstandes zum N. facialis verletzt. Der kleinste Abstand zwischen dem Bohrkanal und N. facialis betrug im Durchschnitt 1,13mm (0,81,5mm).
Bei neun von zehn Präparaten wurde die Cochleostomie loco typico angelegt. In einem Fall war zwar der Bohrer entlang der Trajektorie geführt worden, jedoch die Cochleostomie nicht ganz eröffnet: Wenn der Bohrer noch um etwa 1mm weiter geführt werden wäre, wäre auch bei diesem Präparat die Cochleostomie in typischer Position angelegt worden. Die Ungenauigkeit des Systems kam hier jedoch zum Tragen. Die Chorda tympani wurde in einem Fall verletzt und die Ossikelkette in zwei Fällen. Die Verletzung der Chorda tympani war bei der Planung bereits festgestellt worden, jedoch zwecks Einhalten eines Mindestabstandes von 0,5mm zum Verlauf des N. facialis in Kauf genommen worden, sodass hier eine mangelnde Genauigkeit des Systems nicht als ursächlich angesehen werden kann. Der kleinste Abstand zwischen dem Bohrkanal und N. facialis betrug im Durchschnitt 0,29 ± 0,20mm. Der kleinste Abstand zwischen dem Bohrkanal und Chorda tympani betrug im Durchschnitt 0.83 ± 0.42 mm.
Bei dem „Starfix“-Verfahren konnten in allen Fällen die chirurgischen Zugänge durch die posteriore Tympanotomie zur regelrechten Position der Cochleostomie geführt werden. Der Mindestabstand zwischen dem Mittelpunkt der Bohrspitze bis zum N. facialis betrug 1,24 ± 0,44 mm und bis zur Chorda tympani 1,22 ± 0,62 mm.
Die Herstellung des „Microtables“ dauerte etwa 5 Minuten pro Patient, zuzüglich 15 Minuten Sterilisationszeit. Auch hier war der Zugangsweg zu der Cochlea mit dem Versuchsbohrer in allen Fällen durch die posteriore Tympanotomie passierbar, ohne die Risikostrukturen zu verletzen. Der Mindestabstand zwischen dem Mittelpunkt der Bohrspitze bis zum N. facialis betrug 1,20 ± 0,36 mm und bis zur Chorda tympani 1,25 ± 0,33 mm. Die handgeführte, navigationskontrollierte Bohrung eines Zugangsweges zur Cochlea ist zwar grundsätzlich möglich, jedoch ist der Erfolg dieses Prinzips abhängig von der Fähigkeiten des Operateurs, die vom Navigationssystem dargestellten Informationen über Abweichungen korrekt zu interpretieren und auszugleichen. Somit kann dieses Verfahren in der bisherigen Weise nicht als sicher eingestuft werden.
Mittels des robotergestützten Verfahrens zur Bohrung des minimal-invasiven Zugangs zur Cochlea konnte zwar in 90% der untersuchten Fälle eine patente Cochleostomie anlegt werden, jedoch sind durch den Einfluss der Messabweichungen der eingebundenen Stereokamera Bohrungen noch nicht mit ausreichender Genauigkeit möglich. Weitere Modifikationen, insbesondere Verbesserungen an der Navigationstechnik sind notwendig, um ein ausreichend sicheres Gesamtsystem zu entwickeln. Dies ist Gegenstand der aktuellen Forschung unserer Arbeitsgruppe. Die patientenspezifischen, mini-stereotaktischen Verfahren haben den Vorteil, dass sie vollständig auf den Einsatz von intraoperative Navigation sowie Roboter verzichten und dadurch die Ungenauigkeit des Systems hauptsächlich von der Auflösung der Bildgebung sowie die Festigkeit der Ankerschrauben an der Kalotte abhängt. Das Verfahren wird inzwischen intraoperativ einzeitig angewandt, wobei sich die Studie bislang auf die Verifikation der Genauigkeit des Systems bei Zustand nach konventioneller CI-Operation beschränkt und noch keine Bohrversuche an freiwilligen Studienteilnehmern durchgeführt wurde. Die bisherigen Ergebnisse deuten daraufhin, dass die klinische Umsetzung dieses Verfahrens als sicher eingestuft werden kann. Weitere Untersuchungen sowie Optimierung der Ausrüstung für die Routineanwendung sind jedoch notwendig, bevor sich dieses Verfahren klinisch etablieren kann. 5