Für die Entwicklung und Etablierung der minimalinvasiven Halschirurgie ist ein Navigationssystem erforderlich, um eine gute Visualisierung des OP-Gebiets trotz eines minimal-invasiven Zugangs zu gewährleisten und hierdurch größtmögliche Sicherheit für den Patienten zu erreichen. Es soll ein Ultraschall-gestütztes Navigationssystem sein, welches den im Weichteilgewebe auftretenden „Gewebeshift“ darstellen kann. Zur Entwicklung und Evaluierung eines solchen Navigationssystems ist ein Halsphantom erforderlich, um das Verfahren erproben zu können. Anforderungen an das Phanotm sind, dass es sowohl die Anatomie als auch die Gewebe- und Bildgebungseigenschaften des menschlichen Halses widerspiegelt. Wir stellen hier die Konzeption und Erstellung eines ersten flexiblen, Sonographie-geeigneten Halsphantoms aus Polyvinylalkohol (PVA) sowie seine sonomorphologischen Eigenschaften vor.
10. CURAC-Jahrestagung, 15. - 16. September 2011, Magdeburg130
Es konnten verschiedene homogene PVA-Hydrogele hergestellt werden. Das Gel war von einer guten Flexibilität und
Haltbarkeit, sofern es luftdicht im Kühlschrank bei ca. +8°C gelagert wurde. Je nach Zusatz (DMSO, Flohsamen,
Glycerol) konnten verschiedene Eigenschaften wie z. B. Anhebung der Echogenität oder Viskosität bzw. Elastizität
erzielt werden, wie in der Literatur beschrieben [
Kleinste mit bloßem Auge jedoch sichtbare eingeschlossene Luftblasen verursachten keine Artefakte, weswegen sie in der Gelherstellung offensichtlich zu vernachlässigen sind. Nach Durchführung von Vorversuchen konnten erste Halsphantome aus 10%-igem PVA unter Zusatz von Flohsamen mit Hilfe der angefertigten Gussform hergestellt werden. Die Form aus thermoplastischem Kunststoff erwies sich als geeignet und konnte nach dem Tieffrieren problemlos von dem Gelmodell getrennt werden (s. Abb. 4).
M.SCM SD
ACC VJI
einer PVA Probe (links), sonographisches Bild eines
der Schilddrüse (SD) mit
(ACC), der Drosslevene (VJI) und des Kopfwendermuskels (M.SCM). (Philips HD 11 XE,
Die Materialien für die großen Blutgefäße erwiesen sich als brauchbar und konnten gut abgegrenzt werden, ohne eine Schallauslöschung zu verursachen (s. Abb. 6). Die Verwendung eines Schaumstoffbands für den M. sternocleidomastoideus musste verworfen werden, da trotz Tränkung in destilliertem Wasser zu viel Luft eingeschlossen wurde, und es somit zu einer kompletten Schallauslöschung medial davon kam. Nach Optimierung der Gelzusammensetzung wurde nun zunächst ein vereinfachtes Phantom, welches nur die drei erwähnten Halsgefäße enthält, angefertigt. Eine Rotation des Modells war durch die elastischen Eigenschaften des PVA-Gel-Phantoms gut möglich (s. Abb. 5). Mit diesem Phantom lassen sich Blutgefäße vom umliegenden „Gewebe“ gut differenzieren. Des Weiteren ist auch der Verlauf der Gefäße bei Rotation des Halsphantoms gut mit dem Ultraschall nachvollziehbar (s. Abb. 6)
Anhand des erarbeiteten und vorgestellten Halsphantoms kann mittels Ultraschall der Gefäßverlauf im Hals, insbesondere auch bei Lageänderung wie der Rotation des Halses untersucht und nachvollzogen werden. Die Schalleigenschaften des ausgewählten PVA-Gels sind geeignet, um als Modell zu dienen. In der Entwicklung eines Ultraschall-gestützten Navigationssystems für den Hals ist zunächst die Testung und Evaluation eines solchen Navigationssystems erforderlich, wozu das oben beschriebene Phantom herangezogen werden kann. Durch die aktuell angewendete Gussform sind die Proportionen des Halses an sich bereits realistisch. Bezüglich der im Hals verlaufenden Strukturen gibt es jedoch noch Verbesserungsbedarf. Zum einen sollten auch die Blutgefäße realistisch dargestellt werden (in Proportion, aber auch Elastizität und Verformbarkeit), zum anderen wäre es wünschenswert, weitere anatomische Strukturen in das Phantom zu integrieren. In ein fortgeschrittenes Halsphantom sollen anatomische Daten einfließen, welche mittels segmentierter Hals-MRT’s erhoben wurden. Hieraus abgeleitete 3D-Rekonstruktionen (z.B. der großen Halsgefäße) sollen als Vorlage dienen und könnten evtl. mittels Rapid Prototyping, so in das Modell übertragen werden. 5
Die oben beschriebene Thematik ist Teil des DFG-geförderten Projektes „SACAS (Sonographic AidedComputer Assisted Surgery) im Halsbereich“ (Geschäftszeichen SCHI 210/10-1). Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die Förderung. 6