Benutzer:Horia Ionescu/Computerassistierte Chirurgie
Computerassistierte Chirurgie (CAS, vom englischen Computer Assisted Surgery) nutzt die Computertechnologie und den Navigationskonzept zur Durchführung chirurgischer Eingriffe. CAS ist unter anderem bekannt auch als computergestützte Chirurgie, bildgestützte Chirurgie, chirurgische Navigation, wobei diese Termini eher Synonyma der Bezeichnung CAS sind.
Die grundlegenden Prinzipien
Die Entstehung der virtuellen Darstellung des Bildes vom Patienten
Zunächst werden die Volumendaten der Gewebe, die operiert werden sollen, auf dem Computer geladen. Die Datensätze basieren im allgemeinen auf CTs und MRTs. Die Benutzung von CTs wird gegenüber der Nutzung von MRTs bevorzugt[1], da MRTs volumetrische Deformationen aufweisen können. Bei Datengewinnung mittels CT mit der Aufnahme von 180 CT-Schichten, mit einem Verschub von 1 mm, und einer Auflösung von 512x512 Pixeln entsteht ein 3D Datensatz des Gewebes mit 50 Millionen von Voxeln (= Volumenelementen). Danach erfolgt die Registrierung von Landmarken, über die ein Abgleich zwischen Datensatz und Operationssitus möglich ist. Dies ist zu erreichen mittels Markern, die entweder auf der Haut als Klebemarker befestigt werden oder als Knochenmarker im Knochen verankert werden. Alternative und neuere Verfahren nutzen Marker auf einem Zahnsplint oder die Kontur von Haut- oder Knochenoberflächen zur Patientenregistrierung.
Diagnostische, präoperative, chirurgische Simulation
Mit der Anwendung von einem speziellen Softwäre, wie z.B. OsiriX, können die gewonnenen Datensätze in ein 3D Format überleitet werden. Dieses Modell des Patienten kann dann der Chirurg einfach bedienen, wobei die Ansicht aus mehreren Winkeln und in verschiedener (beliebig einstellbarer) Tiefe des Bildes anzusehen ist. So kann man besser den Fall beurteilen und eine exakte Diagnose stellen und dementsprechend den richtigen Zeitpunkt für einzelne operativen Eingriffe einplanen Noch viel mehr, vor der Durchführung der OP kann man die operative Vorgehensweise virtuell einplanen. Unter der Anwendung von spezieller Software kann ein chirurgischer Roboter einprogrammiert werden, der dann die vorgewählten Aufgaben während der chirurgischen Intervention ausführt.
Bei der chirurgischen Navigation werden 3D Bilddaten für bildgeführte chirugische Eingriffe benutzt. Der Prozess der Übertragung der via CT/MRT gewonnenen präoperativen oder perioperativen 3D Daten, die aus dem Computer in das OP-Feld übertragen werden, findet durch optische, elekromagnetische oder mechanische Navigationssysteme statt (BrainLAB AG, Germany; Aurora, Northern Digital Inc., Canada). Optische, meist Infrarot- Navigationssysteme bestehen aus Position Sensor. Er erfasst die 3D Positionen von den aktiven oder passiven Markern mit vordefinierter Geometrie im OP-Feld und überwacht sie in der Echtzeit. Im Fall von elektromagnetischen Navigationssystemen sind kleine miniaturizierte Sensoren im elekromagnetischen Feld überwacht. Diese optischen oder elektromagnetischen Markern sind an den operativen Instrumenten oder am Proben/Zeiger angeschlossen oder integriert.
Roboterunterstützte Chirurgie
Bei der Roboterunterstüzte Chirurgie arbeitet der Chirurg gemeinsam mit einem chirurgischen Roboter. Der wurde im Vorfeld einprogrammiert auf die Leistung von gewisser Tätigkeiten bei der OP. Chirurgischer Roboter ist eine mechanische Einrichtung (meist aussehend wie eine Hand des Roboters), die via Computer gesteuert wird. Roboterunterstützte Chirurgie wird in drei Typen eingeteilt. Diese Einteilung erfolgt nach dem Grad der Teilnahme des Roboters an der OP: Telesurgical- ausschließlich vom Chirurgen gesteuerte Teleoperation; Shared – control – teilautonome Ausführung gewisser Funktionen; Supervisory – controlled - voll autonome Ausführung gewisser Funktionen[2]. Bei Telechirurgischen Systemen, bekannt auch als ferngesteuerte chirurgische Systeme, wird der Chirurg die Arbeit des Roboters während der OP steuern. Bei Teilautonomen Systemen arbeiten der Chirurg und der Roboter gemeinsam, wobei der Roboter die teilweise autonome Anwendung gewisser Instrumenten vollzieht. Bei der voll autonomen Systemen führt den Vorgang der Roboter durch. Für einzelne Vorgänge kann man bei den meisten Roboter dementsprechende Arbeitsprogramme vorwählen (hängt von der Art des Vorgangs und dessen spezifischen Merkmale).
Anwendungen
CAS ist der Beginn einer chirurgischen Revolution. CAS hilft bei heutigen operativen und diagnostichen Vorgängen genauer zu arbeiten, sie wird angewendet auch bei üblichen chirurgischen Prozeduren.
Computerassistierte Neurochirurgie
Telemanipulatoren wurden zum ersten Mal im Jahr 1980 in Neurochirurgie angewendet. Dies ermöglichte eine bessere Entwicklung der Mikrochirurgie des Hirns, die Exaktheit und Präzision der Intervention. (z.B., so wurde das physiologische Zittern der Hände des Chirurgen kompensiert) Außerdem wurde die minimale Invasionschirurgie des Hirns ermöglicht und die unbeabsichtigte Beschädigung der anliegenden Gehirnszentren wurde reduziert.
Computerassistierte Mund-, Kiefer und Gesichtschirurgie
Die Knochensegmentnavigation ist die moderne Methode in der orthognatischen Chirurgie (die chirurgische Korrektur der Anomalien des Schädelknochens), in der Chirurgie des Kiefergelenks, oder für die Rekonstruktive Chirurgie des Angesichts.[3]
Computer assistierte orthopädische Chirurgie
Robotische Chirurgie wurde angewendet in Orthopädie, insbesondere bei üblichen Eingriffen wie zum Beispiel Hüftendoprothesen. CAS wird außerdem eingesetzt bei der präoperative Planung der richtigen anatomischen Position von den frakturierten dislocierten Knochenfragments und ermöglicht die richtige Fixierung bei Ostheosynthesen[4].
Computer assistierte visceral Chirurgie
Die Entwicklung von CAS bedeutete einen großen Fortschritt in Richtung der minimalen invasiven Chirurgie. Dies nutzt man z.B. in Laparoskopie in abdominal- und gynekologischen Chirurgie, wo mit Hilfe der Roboter übliche Operationen durchgeführt werden, wie z.B. cholecystektomie oder hysterektomie. In Kardio-chirurgie können mithilfe von teilweise autonomen Systemen die Transplantationen von mitralen Klappen oder ventrikulären Schrittmachern bei kleinen Thorakotomien.In Urologie benutzt man chirurgische Roboter mittels laparoskopischem Zutritt operierte Pyeloplastiken, Nephrektomien, oder bei operativen Vorgängen an der Prostata[5][6].
Computer assistierte Radiochirurgie
Radiochirurgie benutzt auch fortgeschrittene Robotersysteme. Eins davon ist CyberKnife, der über einen leicht gewichteten Linearbeschleuniger am Roboterarm verfügt. Dieses System wird eingesetzt bei Tumoren, wobei die Knochenstruktur als Referenzsystem benutzt wird (stereotaktisches radio-chirurgisches System). Mithilfe des Röntgenstrahls und des infraroten Positionssenzors wird die exakte Position des Strahles in der wirklichen Zeit während des Engriffes angegeben.
Vorteile von computer assistierte Chirurgie
Aufgrund der besseren Visualisierung des OP-Feldes ermöglicht CAS eine präzise präoperative Diagnostik und exaktes Planen vom chirurgischen Eingriff in der virtuellen Umgebung. Auf dieser Weise kann der Chirurg die meisten der chirurgischen Risiken abschätzen und hat eine klare Übersicht darin, wie der chirurgische Vorgang zu optimieren ist und dadurch kann die Morbidität gemindert werden. Die Anwendung des Computers während einer Operation verbessert die geometrische Exaktheit der Bewegungen des Chirurgen und vereinfacht der Verlauf der Operation. Dies verbessert wesentlich die Ergonomie des OP – Feldes, senkt die chirurgischen Risiken und verkürzt die OP- Zeit.
Die bekanntesten CAS Systeme
Von 1989 bis 2007 wurden mehr als 200 CAS Systeme an Universitäten und Forschungsinstituten entwickelt, die meisten stammen aus den USA, Europa (Deutschland) und Japan. Der erste chirurgische Roboter hieß Aesop (Computer Motion, USA). Aesop bekam eine Urkunde von FDA im Jahr 1993. Danach folgten mehrere Verbesserungen und Varianten dieses Types, wie z.B. Zeus oder Hermes. Bekannt wurde das chirurgische System Da Vinci, das Modell der Gesellschaft Intuitive Surgical, die mit dem Standfords Forschungsinsitut kooperiert. Im Jahr 1997 bekam es die Berechtigung von FDA für die chirurgische Assistenz. Da Vinci war der erste „Remote manipulator“, der dann von FDA im Jahr 2000 die Berechtigung für selbstständige OP Durchführungen bekam. Da Vinci ist ein telechirurgisches System, meist verwendet bei laparoskopischen Bauch-OP`s. Nach vielen Diskussionen und Gerichtsverhandlungen kamen zwei Produzenten zusammen und machten weiter unter der Marke Intuitive Surgical. Orthodoc und Robodoc sind zwei Robotertypen, die für die Assistenzarbeiten während der OP`s bestimmt sind. Beide kamen von der Firm Intergrated Surgical Systems. Von derselben Gesellschaft kam auch Neuromate, der sollte genauso wie Orthodoc und Robodoc in Neurochirurgie eingesetzt werden. CyberKnife (Accuracy Incorporated) ist ein robotischer Linearbeschleuniger. Er wird seit 2001 in der Radiochirurgie verwendet.
Etische Fragen
Neue und sich weiter entwickelte Technologien im Bereich der Medizin und Chirurgie genauso wie experimentelle Einrichtungen bringen neue und zuvor noch nicht erschienene Risiken für Patienten und/oder auch für das chirurgische Team. Etische medizinische Verbände analysieren etische Fragen in Bezug auf jedes neugeschaffenes Gerät oder Technologie. Weiterhin sind das die hohen Kosten, die für solche Entwicklungsprozesse ausgegeben werden, die die Fragen über den gleichmäßigen Zugang zu der medizinischen Versorgung erheben.
Einzelnachweise
- ↑ Mischkowski RA, Zinser MJ, Ritter L, Neugebauer J, Keeve E, Zoeller JE (2007) Intraoperative navigation in the maxillofacial area based on 3D imaging obtained by a cone-beam device. Int J Oral Maxillofac Surg 36:687-694
- ↑ Bale RJ, Melzer A et al: Robotics for interventional procedures. Cardiovascular and Interventional Radiological Society of Europe Newsletter, 2006
- ↑ Marmulla R, Niederdellmann H: Computer-assisted bone segment navigation. J Cranio-Maxillofac Surg 26:347-359, 1998
- ↑ Haaker RG, Stockheim M, Kamp M, Proff G, Breitenfelder J, Ottersbach A: Computer-assisted navigation increases precision of component placement in total knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res 433:152-9, 2005
- ↑ Muntener M, Ursu D, Patriciu A, Petrisor D, Stoianovici D: Robotic prostate surgery. Expert Rev Med Devices 3(5):575-84
- ↑ Guillonneau, Bertrand: What Robotics in Urology? A Current Point of View. European Urology. 43: 103-105 2003
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