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Der Einfluss unterschiedlicher Mikroskope auf die Applikationsgenauigkeit bei elektromagnetischer Navigation an der Schädelbasis F. Kral¹, Z. Bardosi¹, M. DiFranco¹, A. Giotakis¹, H. Riechelmann¹, W. Freysinger¹ ¹ Universitätsklinik für Hals-, Nasen-und Ohrenheilkunde, Medizinische Universität Innsbruck, Österreich Kontakt: florian.kral@i-med.ac.at

Abstract:

Bei der intraoperativen Navigation finden hauptsächlich optische und elektromagnetische Ortungssysteme Anwendung.

Besonders bei komplexen Eingriffen mit erheblichem Einsatz von Personal und Equipment bieten elektromagnetische Ortungssysteme Vorteile bei der Integration von Navigation in den klinischen Ablauf, da diese Systeme keinen direkten Sichtkontakt zwischen den Komponenten benötigen. Ferromagnetische Störsignale können die Anwendungsgenauigkeit beeinträchtigen. Wir haben in einem experimentellen OP Genauigkeitsmessungen bei elektromagnetischem tracking und Verwendung von verschiedenen Mikroskopmodellen durchgeführt und dabei signifikante Unterschiede bei dem total target error (TTE) festgestellt. Es wurde der TTE bei Titanschrauben an chirurgisch relevanten
Abbildung 1 :Abbildung 2 : 3 ErgebnisseAbbildung 1: Übersicht der für die Messung verwendeten Mikroskope. Von links beginnend das Leica OL 5, Zeiss NC4, NC 31, Opmi Vario3 700 und S21.
Strukturen der Frontobasis und Laterobasis gemessen. Die modernen "grossen" Mikroskope führen zu schlechteren Ergebnissen. Für den Einsatz von elektromagnetischem Tracking bei mikroskopischen Schädelbasiseingriffen sind Verbesserung im Bereich Hard-als auch Software nötig.Navigationssysteme zei-gen nach dem Registrierungsvorgang die Position eines Pointers oder einem im Okular eingeblendeten Fadenkreuzes imradiologischen Bilddatensatz. Bei optischen Systemen ist es unabdingbar, dass zwischen dem Kamerasystem und demam Mikroskop befestigten Referenzelement unbehinderter Sichtkontakt gewährleistet ist. Dieser Sichtkontakt ist in mo-dernen, voll ausgestatteten Operationssälen bei Eingriffen mit mehreren Operateuren schwierig oder nur mit Änderun-gen im Operationsablauf und / oder der Gerätepositionierung möglich. Bei Eingriffen ohne Mikroskop wird daher zu-nehmend elektromagnetisches Tracking verwendet, da hier der elektromagnetische Feldgenerator unter den sterilen OP-Tüchern befestigt wird und kein direkter Sichtkontakt zu den getrackten Instrumenten nötig ist. Der Nachteil sind elekt-romagnetische Störungen z.2 Material und MethodenDie Messungen wurden an einem Plastik Phantom (Somso QS 1, Somso, Coburg, Germany) durchgeführt. Es wurdenin chirurgisch relevanten Arealen der Schädelbasis zehn Titanschrauben (Micro Bone Screws, Cross Slot, Self-Tapping,Leibinger, Kalamazoo, Michigan, USA) und weitere zehn Titanschrauben für die Registrierung implantiert und an-schließend ein CT durchgeführt (Siemens Somatom 4 row CT (Siemens, Erlangen, Germany), 1 mm Schichtdicke,140kV, 220 mAs). Im Bereich der Stirn des Phantoms wurde ein dynamisches Referenzelement (DRF) festgeklebt (Au-rora, Northern Digital Inc., Waterloo, Ontario, Canada) und gemeinsam mit einem Pointer (Aurora 6DOF Probe,
Schlüsselworte: Navigation, Schädelbasis, tracking 1 Problemstellung Bei navigierten mikroskopischen Schädelbasiseingriffen finden vorwiegend optische Systeme Verwendung, bei denen das Mikroskop mit einem fest verbundenen Referenzelement in das System integriert wird (1). B. durch chirurgisches Instrumentarium oder sonstige metallische Gerätschaften im OP. Permanente Entwicklungen der Hard-und Software führten jedoch zu immer zuverlässigeren Systemen (2) (3), auch ohne Verwendung von speziell aus Titan gefertigten Instrumenten. Zur Evaluation, ob sich moderne elektromagnetische Trackingsysteme für mikroskopische Schädelbasiseingriffe eignen, wurde die Applikationsgenauigkeit mit verschiedenen Operationsmikroskopen bei Targets an der Schädelbasis an einem Phantom im OP gemessen. Straight Tip, Standard, Part Number: 610065, Northern Digital Inc., Waterloo, Ontario, Canada) an das elektromagnetische Trackingsystem (Aurora, Northern Digital Inc., Waterloo, Ontario, Canada) angeschlossen. Das Phantom wurde im Operationssaal entsprechend eines intraoperativen setups auf dem OP Tisch (Brumaba, Wolfratshausen, Germany) gelagert. Seitlich zum Phantom, am OP Tisch fixiert, wurde der elektromagnetische Feldgenerator positioniert. Es wurde nun mit jeweils 20 Wiederholungen die Pointerspitze in das Zentrum des Schraubenkopfes positioniert und die Positi-
2.16 mm, 1.68 bis 2.64).In dieser Untersuchung wurden fünf Mikroskopmodelle für elektromagnetisch navigierte Schädelbasiseingriffe evaluiert. Es wurden Titanschrauben als Targets an chirurgisch relevanten Strukturen angebracht und anhand von anderen ebenfalls implantierten Titanschrauben ein Kunststoffphantom zu einem angefertigten CT Datensatz registriert. Die Messungen wurden in einem OP durchgeführt und es zeigten sich signifikante Unterschiede des TTE bei Verwendung von Mikroskopen mit Ausnahme des Zeiss S21 Mikroskops. Der TTE wurde gemessen, da dieser die Applikationsgenauigkeit widerspiegelt(5). Um eine Anwenderungenauigkeit möglichst zu minimieren wurden Titanschrauben für die Registrierung verwendet und die Messungen 20 Mal wiederholt. Alle Targets wurden mit 300 mm Fokus durch das Mikroskop scharf eingestellt und dann mit dem Pointer berührt um möglichst gut die intraoperative Situation zu simulieren. Die Absolutwerte sind bei Verwendung eines Plastikphantoms nicht eins zu eins in eine klinische Anwendung übertragbar, jedoch sind die relativen Unterschiede zwischen der Anwendung mit und ohne Mikroskop beziehungsweise zwischen den einzelnen Mikroskopmodellen durchaus repräsentativ. Insgesamt zeigen die "größeren", moderneren Mikroskope höhere Abweichungen bei gleichem Abstand zum Target. Dies lässt sich einerseits auf den Umfang als auch Anzahl der technische Komponenten (Handgriffe, Mitbeobachterokular, Kamerasystem, Autofocus etc.) zurückführen, die in das Operationsgebiet und damit auch in das elektromagnetische Feld eingeschwenkt werden. Um eine ausreichende klinische Anwendungsgenauigkeit mit modernen OP-Mikroskopen bei Schädelbasiseingriffen zu erzielen, ist einerseits das optische Tracking oder beim elektromagnetischen Tracking ein alternatives Setup zu wählen.Bei der intraoperativen Navigation finden hauptsächlich optische und elektromagnetische Ortungssysteme Anwendung. Besonders bei komplexen Eingriffen mit erheblichem Einsatz von Personal und Equipment bieten elektromagnetische Ortungssysteme Vorteile bei der Integration von Navigation in den klinischen Ablauf, da diese Systeme keinen direkten Sichtkontakt zwischen den Komponenten benötigen. Ferromagnetische Störsignale können die Anwendungsgenauigkeit beeinträchtigen. Wir haben in einem experimentellen OP Genauigkeitsmessungen bei Verwendung von elektromagnetischem Tracking und verschiedenen Mikroskopmodellen durchgeführt und dabei signifikante Unterschiede bei dem total target error (TTE) festgestellt. Es wurde der TTE bei Titanschrauben an chirurgisch relevanten Strukturen der Frontobasis und Laterobasis gemessen. Die modernen "grossen" Mikroskope führen zu schlechteren Ergebnissen. Für den Einsatz von elektromagnetischem Tracking bei mikroskopischen Schädelbasiseingriffen sind Verbesserung im Bereich Hard-als auch Software nötig.5ZusammenfassungMittelwertUnteres KIOberes KIpOhne Mikroskop0,810,331,29Leica OL 52,411,932,890Zeiss NC42,231,752,710Zeiss NC312,241,762,720Zeiss Opmi Vario 7002,161,682,640Zeiss S210,61,121,090,55Tabelle 1: Synopse der Ergebnisse in mm, Konfidenzintervall (KI), Signifikanz (p).4Diskussion
Submillimetric target-registration error using a novel, non-invasive fiducial system for image-guided otologic surgery RFLabadie RJShah SSHarris ECetinkaya DSHaynes MRFenlon Comput Aided Surg 9 4 2004 Stability of miniature electromagnetic tracking systems KSchicho MFigl MDonat WBirkfellner RSeemann AWagner Phys Med Biol 50 9 2005. May 7 Systematic distortions in magnetic position digitizers WBirkfellner FWatzinger FWanschitz GEnislidis CKollmann DRafolt Med Phys 25 11 1998. Nov Least-squares fitting of two 3-d point sets KSArun TSHuang SDBlostein IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell 9 5 1987. May Quantitative error analysis for computer assisted navigation: A feasibility study ÖGüler MPerwög FKral FSchwarm ZRBárdosi GGöbel WFreysinger Med Phys 40 2 21910 2013. Feb