Home > Professionelen > CAS

Computer navigatie in de NKO-heelkunde

Inleiding

De medische beeldvorming kent een toenemend belang in de neus- keel- en oorheelkunde. Niet alleen heeft zij een evidente belangrijke rol in de diagnostiek, ook voor documentatie van de individuele anatomie van de patiënt, met het oog op heelkunde, is met name de CT-scan en MRI-scan in toenemende mate belangrijk. De beste illustratie van deze evolutie is het feit dat men het tegenwoordig als kunstfout beschouwt om een endoscopische sinusoperaties uit te voeren zonder voorafgaande en peroperatieve studie van de paranasale sinussen d.m.v. CT-documentatie (1,2).

Een computer navigatie systeem zal de chirurg die een heelkundige ingreep aan de schedelbasis of aangezichtssinussen uitvoert toelaten deze ingreep met grotere nauwkeurigheid uit te voeren. De beenderige structuren van gelaat en schedelbasis zijn immers complex en individueel sterk variërend van anatomie. Dit, samen met de aanwezigheid van verschillende kwetsbare organen - zoals de ogen, hersenen en verschillende zenuwen - in de onmiddellijke nabijheid van het "operatieveld" maakt de zucht naar nauwkeurigheid van het operatiewerk waarschijnlijk nog nijpender dan bij andere ingrepen. De trend naar "minimaal invasieve" operatietechnieken - zoals endoscopische operaties, waarbij de toegangswonde naar het operatieveld zo klein mogelijk wordt gehouden - accentueert dit nog.

De eerste vormen van computer navigatie ontstonden in de stereotactische neurochirurgie. Verdere technologische vooruitgang heeft de computer navigatie heden ten dage gebruiksvriendelijker gemaakt, zodat zij op een bredere schaal en voor andere toepassingen beschikbaar wordt. Dit resulteerde o.a. in een aantal toepassingen die momenteel bestaan in de NKO-heelkunde (3,4). Het systeem dat wij in onze afdeling gebruiken (Medivision Stratec) brengt op generlei wijze een bijkomende belasting voor de patiënt mee (wat wel anders was bij vroegere generaties van neuronavigatiesystemen) en vergt geen bijkomende beeldvormende onderzoeken dan deze die in de normale klinische praktijk worden toegepast. (5)

Een computer navigatiesysteem heeft 3 essentiële eigenschappen: vooreerst gebeurt verwerking van de gegevens uit de beeldvorming; ten tweede is het systeem in staat tot zeer nauwkeurige ruimtelijke plaatsbepaling en ten derde kan het systeem een verbinding maken tussen de anatomie van de patiënt op de operatietafel en de vooraf verworven beeldvorminggegevens.

Verwerking van de beeldvorminggegevens

De data afkomstig van een CT-scan onderzoek hebben een driedimensioneel karakter. Zij kunnen, i.p.v. afgedrukt te worden op radiografische plaat, op een optische drager worden opgeslagen en aldus getransfereerd en ingebracht worden in een beeldverwerkend computersysteem (Sun Work Station Unix®). Dit systeem is dan in staat tot weergave van de beeldinformatie, zowel in zijn origineel opgenomen vorm als, d.m.v. reconstructies, in elk vlak dat de gebruiker zelf bepaalt. Een typische weergave is deze in een axiaal, een coronaal en een sagittaal vlak.

figuur 1: het planstation met op het scherm weergave van een
aangezichtsschedel in drie loodrecht op elkaar staande vlakken,
zoals zij typisch gebruikt worden.
Het vierde vak toont een driedimensionaal reconstructiebeeld

Bij de voorbereiding tot heelkunde met computer navigatie zal de chirurg minimaal 4 anatomische punten gebruiken als "interne orientatiepunten". Het gaat om welbepaalde anatomische structuren die met zo groot mogelijke nauwkeurigheid zowel op de CT-documentatie als op de patiënt gedefinieerd moeten kunnen worden. Deze punten dienen alle op de schedel of het gelaat gelegen te zijn, zijn best ruimtelijk breed gespreid en, zo het al niet om botstructuren gaat, hebben een vaste positie t.o.v. het schedelbot. De onderkaak en verschillende weke weefselstructuren komen aldus niet in aanmerking.

figuur 2: op een studieschedel worden 4 typisch
gebruikte orientatiepunten aangegeven

De chirurg brengt, bij de preoperatieve voorbereiding, zijn verschillende referentiepunten in, deze worden dan samen met de beeldvorminggegevens in het systeem opgeslagen.

Plaatsbepaling in de ruimte

In de operatiekamer beschikt het navigatiesysteem over hardware en software die toelaat elk punt in de ruimte zeer nauwkeurig te definiëren. Vroege navigatiesystemen maakten hiertoe gebruik van een mechanische, in verschillende richtingen articulerende, arm die aan het navigatiesysteem verbonden was (6), later werd gebruik gemaakt van elektromagnetische systemen of van infrarood camera's (3,7). Ons systeem gebruikt een set van 3 infrarood camera's die in de operatiekamer op 2 meter afstand van de patiënt worden gepositioneerd en verbonden zijn met de navigatiecomputer (Optotrak®).

figuur 3

De verschillende instrumenten die tijdens de ingreep voor de navigatie gebruikt worden zijn voorzien van 4 LED's (light emitting diodes) (figuur 3) die door de infrarood camera's gezien worden en waardoor - in een laboratorium omgeving - het instrument in de ruimte gelokaliseerd kan worden met een nauwkeurigheid van 0,15 mm (8). Ook op de patiënt wordt een plaatje met 4 LED's bevestigd, meestal d.m.v. een mondbeugel of een hoofdband. De positie van het hoofd van de patiënt wordt dus tijdens de ganse procedure door de camera's waargenomen.

De verbinding tussen patiënt en navigatiedata

Na inductie van de narcose wordt de patiënt voorzien van zijn referentie LED's. Vervolgens worden op de patiënt dezelfde referentiepunten, die ook preoperatief in het computersysteem werden ingebracht, aangeduid en in het computersysteem ingevoerd. De computer vergelijkt de ruimtelijke spreiding van de verschillende referentiepunten die op de patiënt werden aangeduid met de ruimtelijke spreiding van de punten die preoperatief in het navigatiesysteem zijn ingebracht. De overeenstemming tussen beide groepen referentiepunten wordt aan een algoritme onderworpen en door het computersysteem al of niet geaccepteerd. De nauwkeurigheid kan vervolgens nog worden verfijnd door zgn. "surface matching": de chirurg definieert op het gelaat van de patiënt een huidoppervlak door een twintigtal punten aan de computer door te geven.

figuur 4: surface matching punten (groen)
en pair point matching punten (rood)

De computer navigatie tijdens de heelkundige ingreep

Het computerscherm toont tijdens de operatie, vergelijkbaar met de preoperatieve weergave, de CT-grafische anatomie van de patiënt in drie vlakken, gecombineerd met voor elk vlak een assenstelsel waarvan het kruispunt overeenstemt met het uiteinde van het navigatie-instrument dat de chirurg gebruikt (figuur 5).

figuur 5

De geprojecteerde CT-data stemmen telkens overeen met het ruimtevlak waarin de punt van het navigatie-instrument zich bevindt.
De chirurg kan aldus elke structuur in het operatieveld met zijn navigatie-instrument aanduiden en identificeren op de CT-beelden. Het vierde vlak van het beeldscherm kan een 3D reconstructie tonen of kan dienen voor weergave van beelden die met camera en optiek gezien worden.

Beperkingen van het systeem

Het navigatiesysteem maakt gebruik van preoperatief verworven beeldvorming. Veranderingen in de anatomie van de patiënt, zoals tijdens de ingreep door resectie van bepaalde structuren, worden uiteraard niet door het systeem weergegeven.

Het systeem veronderstelt dat men werkt binnen een rigide anatomische omgeving, waarin de onderlinge verhoudingen tussen verschillende anatomische structuren niet wijzigen. Dit maakt het systeem niet bruikbaar voor navigatie in weke weefsels, zoals bvb. in halschirurgie, laryngoscopische chirurgie, etc.

De nauwkeurigheid van het systeem wordt grotendeels bepaald door de keuze van referentiepunten en de accuraatheid waarmee de chirurg deze referentiepunten kan "matchen" aan de beeldgegevens (9). Wij hebben in het gebruik van dit navigatiesysteem vastgesteld dat een nauwkeurigheid van 1 mm en lager routinematig haalbaar is en aanvaardbaar is voor klinisch gebruik.

Toepassingen van computer navigatie in de NKO-heelkunde (10)

Meerdere toepassingen zijn mogelijk.

1. Sinusoperaties:
   Een eerste reeks van toepassingen vindt men in de heelkundige behandeling van sinusitis. De sinussen zijn holtes in de aangezichtsschedel, die met de neus verbonden zijn. In gezonde toestand zijn zij luchtgevuld en zijn hun wanden bedekt met een dunne slijmvlieslaag. Ontsteking van deze "neusbijholten" noemt men sinusitis. In een aantal gevallen, meestal van chronische sinusitis, is heelkunde nodig. In de voorbije 10 jaar kende deze vorm van chirurgie een sterke trend naar "minimaal invasieve technieken", wat betekent dat men de omvang van de heelkundige manoeuvres tracht te beperken tot het strikt noodzakelijke, zodat nadelige gevolgen (littekens in het gelaat, verstoring van de normale fysiologie van neus en sinussen) van de operatie zo veel mogelijk uitblijven. Zo kwam men tot zgn. "sleutelgatchirurgie", waar men - in het geval van de sinussen - de heelkunde in de grote meerderheid der gevallen eenvoudigweg via de neusgaten uitvoert. Meestal gaat het dan om endoscopisch uitgevoerde ingrepen. De anatomie van de aangezichtsschedel is individueel sterk variërend; de aangezichtsschedel heeft een zeer nauwe relatie met de voorste schedelgroeve, de beide oogkassen en meerdere belangrijke zenuwen en bloedvaten; bovendien liggen deze vitale structuren niet altijd - zelfs meestal niet - veilig beschermd door beenderige structuren. Een perfecte oriëntatie tijdens endoscopische sinusheelkunde is dus van groot belang. Meerdere studies hieromtrent hebben aangetoond dat zelfs in de meest ervaren handen de risico’s van deze heelkunde niet verwaarloosbaar zijn. Computer navigatie biedt zeker in dit opzicht een belangrijk middel dat de chirurg toelaat nauwkeurig, volledig en veilig te werken. Wij menen niet dat computer navigatie routinematig dient gebruikt te worden bij alle endoscopische sinusingrepen. Bij heringrepen daarentegen en vooral in deze gevallen waar door vroegere heelkunde belangrijke anatomische referentiepunten ontbreken, heeft het systeem zeker zijn nut (11).
2. Schedelbasischirurgie:
   Andere toepassingen zijn deze van transsfenoïdale hypofysechirurgie. De hypofyse kan via de neus (door de NKO-arts in samenwerking met de neurochirurg) heelkundig benaderd worden, wanneer heelkunde nodig is, kan op deze wijze een echte schedeloperatie gemeden worden. Computer navigatie biedt hier een goed alternatief voor de omslachtige radioscopie die bij deze technieken gebruikt worden.
   Alle heelkunde van de oogkassen, of van de inhoud van de oogkas posterieur van de oogbol gelegen, (traumata, tumorchirurgie) kan "minimaal invasief" en meer accuraat gebeuren met computer navigatie.
   Ook andere operaties van de voorste schedelbasis (die waar nodig in samenwerking met de neurochirurg worden uitgevoerd) zijn eenvoudiger met computer navigatie. Het gaat hier meestal om zeldzame goedaardige of kwaadaardige tumoren.
   Chirurgie van de schedelbasis, ter hoogte van de middelste schedelgroeve, zoals die nodig voor bepaalde tumoren van het oor of hoog in de hals, is meestal eveneens multidisciplinair werk waarbij een navigatiesysteem een gewaardeerd hulpmiddel is (12,13).
3. Heelkunde voor botverankerde implantaten:
   Dit is een andere toepassing waarin wij het systeem totnogtoe gebruikten. Het principe van de botverankering van implantaten is afkomstig uit de stomatologie, waar dit uitgebreid wordt toegepast voor implantatie van tanden of bevestigingspunten voor ganse gebitten. Botverankerde implantaten (titanium schroeven waarmee het bot na inplanting als het ware vergroeit) kunnen evenwel ook dienen om hoortoestellen, die in heel specifieke vormen van geleidingsdoofheid worden gebruikt, te bevestigen(14), of nog voor implantatie van verankeringspunten voor craniofaciale epitheses. In het laatste geval wordt bij ernstige verminking van het hoofd of gelaat (door aangeboren afwijkingen, na trauma of na tumorchirurgie) een kunstprothese voor reconstructie vervaardigd. Ook deze worden bevestigd dmv. botverankering.
   De keuze van de juiste plaats voor verankeringspunten (inzake stevigheid en bestendigheid) is kritisch en wordt ook weer verbeterd door het gebruik van computer navigatie.

Besluit

Sinds haar introductie in onze afdeling voor Neus- Keel- en Oorziekten van het U.Z. Antwerpen heeft de computer navigatie haar vaste plaats snel ingenomen. Uiteraard zal computer navigatie nooit de handigheid en scholing van de chirurg vervangen of een gebrek ervan compenseren. In geselecteerde gevallen wordt onze heelkunde hierdoor echter doeltreffender en veiliger.

Referenties

1. P Hudgins Complications of endoscopic sinus surgery. The role of the radiologist in prevention. Radiol Clin North Am 31: 21-32, 1993.
2. R Meyers, G Valvassori Interpretation of anatomic variations of computed tomography scans of the sinuses: a surgeon's perspective. Laryngoscope 108: 422-425, 1998.
3. M. Fried, J Kleefeld et al. Image-guided endoscopic surgery: results of accuracy and performance in a multicenter clinical study using an electromagnetic tracking system. Laryngoscope 107: 594-601, 1997.
4. L Nolte, H Visarius et al. Computer-Aided Fixation of Spinal Implants. J Image Guid Surg 1: 88-93, 1995.
5. Caversaccio M., Lädrach K. et al. Konzept eines Rahmenlosen bildinteraktiven Navigationssystems für die Schädelbasis- Nasen- und Nasennebenhöhlenchirurgie. Otorhinolaryngol Nova, 7: 121-126, 1997.
6. A Gunkel, W Freysinger et al. Computer-assisted surgery in the frontal and maxillary sinus. Laryngoscope 107: 631-633, 1997.
7. R Rohling, P Munger et al. Comparison of Relative Accuracy Between a Mechanical and an Optical Position Tracker for Image-Guided Neurosurgery. J Image Guid Surg 1: 30-34, 1995.
8. J Anon, L Klimek et al. Computer-assisted endoscopic sinus surgery. Otolaryngol Clin North Am 30: 389-401, 1997.
9. J Claes, E Koekelkoren, FL Wuyts, GME Claes, L Van den Hauwe, PH Van de Heyning. Accuracy of computer navigation in Ear, Nose, Throat Surgery. The influence of matching strategy. Arch otolaryngol Head Neck Surg,2000,126: 1462-1466.
10. Claes J, Koekelkoren E, van den Hauwe L, Van de Heyning PH. Computer assisted E.N.T. surgery, a preliminary report. Acta Otorhinolaryngol Belg. 1999;53(2):117-23.
11. M Roth, D Lanza et al. Advantages and disadvantages of three-dimensional computer tomography intraoperative localisation for functional endoscopic sinus surgery. Laryngoscope 105: 1279-1286, 1995.
12. F Vrionis, J Robertson et al. Image-Interactive Orientation in the Middle Cranial Fossa Approach to the Internal Auditory Canal: An Experimental Study. Comp Aid Surg 2:34-41, 1997.
13. Sargent E, Bucholz R. Middle cranial fossa surgery with image-guided instrumentation. Otolaryngol Head Neck Surg 117: 131-134, 1997.
14. E Koekelkoren, L van den Hauwe et al. Computer aided surgery for the positioning of osseo-integrated implants for BAHA and cranio-facial epitheses. Int. Conf. Ear Reconstruction 98, Choices for the future. Alberta Canada 1998.