Operieren ohne Sicht: Mit GPS zum Bruchspalt

27. Oktober 2006
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Für Orthopäden gehört sie zum Alltag, nun wollen auch Unfallchirurgen die Vorteile nutzen: Die navigierte Operationstechnik wird seit Oktober an der Uniklinik Saarland getestet, in Homburg wurde ein Schwerpunktzentrum zur Weiterentwicklung navigierter Operationsverfahren etabliert. Der Oktober avanciert zum Monat der Hightech-Operateure.

Der Clou: Die Ärzte setzen auf eine Weiterentwicklung der bereitsetablierten minimal invasiven Operationstechniken. Dabei wird derverletzte Knochen in geringerem Umfang freigelegt und dieBlutversorgung des Knochens nur äußerst gering beeinträchtigt. Dieseschonende Technik gelingt unter Zuhilfenahme der intraoperativenRöntgendarstellung der Fraktur. Der Vorstoß der Saarländer Uniklinikerweist sich als Fortsetzung eines langjährigen Trends.

Sehen, was ohne das Auge der Medizintechnik ein Operateur nicht erkennt- auf diesen einfachen Nenner lässt sich die Grundidee der ComputerAssistierten Chirurgie (CAS) bringen.

Um nämlich intraoperativ auf alle drei Körperebenen in Echtzeitzugreifen zu können, müsste ein im OP-Saal fest installiertes CT-Gerätkontinuierlich die Daten an den Bildschirm des Chirurgen liefern.Dieser könnte zwar anhand der so erstellten Schnittbilder erkennen, wogenau bei minimal-invasiven Eingriffen die Instrumente geradepositioniert sind – aber für den Patienten wäre eine derartigeDauerbestrahlung kaum zumutbar. Trickreicher, und bereits seit Mitteder 1980 Jahre etabliert, sind daher so genannte opto-elektronischeHilfen. Sie bilden das Grundgerüst der heute gängigenNavigationssysteme für die Chirurgie, sie sind das eigentlicheHigh-tech “Auge” des Operateurs. Als Basis dieser Navigationssystemedienen CT – Aufnahmen vom Patienten, die vor dem eigentlichen Eingrifferfolgen. Aus diesen Daten erstellt ein Computer zunächst einedreidimensionale “Landkarte” für den Chirurgen. Was jetzt noch fehlt,ist die Navigation durch das mittels CT aufgezeichnete, humaneOrgan-Labyrinth.

Einfaches Prinzip

Herzstück eines jeden Navigationssystems daher eine leistungsstarkeWorkstation. Sie muss die Bilder des CT, die eigentliche “Landkarte”,in Echtzeit mit den Positionsdaten der eingesetzten Instrumenteüberlagern – um auf diese Weise bereits am Bildschirm eine virtuelleReise durch das Körperinnere des Patienten zu ermöglichen. Dazu kommenneben der Workstation noch ein Signalempfänger und mehrere Signalsenderzu Einsatz. Gemeinsam bilden sie das dreidimensionale Trackingsystem,das Herzstück moderner Navigationssysteme.

Das Prinzip der Apparatur ist einfach: Eine Infrarotkamera emittiertIR-Strahlung, die von speziellen, kugelförmigen Markern an derOberfläche der verwendeten OP-Instrumente zurück an die Kamerareflektiert wird. Auf diese Weise erhält die Workstation in Echtzeitdie genauen Positionsdaten der im Körper des Patienten eingesetztenGeräte. Allein das wäre für den Operateur nutzlos – aber dasNavigationssystem bedient sich eines genialen Tricks: Es überlagert dievom CT zuvor aufgenommenen 3D-Bilder mit den ermitteltenEchtzeit-Positionsdaten der Instrumente. Das auf dem Monitorwiedergegebene Bild simuliert praktisch die Bewegung der Instrumentedurch den 3D-Raum im Inneren des Patienten. Auch ohne ins Innere desKörpers blicken zu müssen erkennt der Chirurg auf diese Weise, wo erseine Instrumente hinführt. Zudem lassen die farbigen,dreidimensionalen Echtzeitbilder auf dem Monitor sogar Hindernisse undWiderstände erkennen. Ein Blutgefäß versehentlich zu durchtrennen wirddamit zum Ding der Unmöglichkeit – es sei denn, der Chirurg schläft.

Der Vorteil solcher, auch auf der diesjährigen CURAC 2006 an derMedizinischen Hochschule in Hannover vorgestellten Systeme, liegt aufder Hand. Mit den computer-gestützten Verfahren bleibt der Chirurg zwarweiterhin der Operateur – kann aber jeden Schritt virtuell vorplanen,und die OP entsprechend vorab simulieren.

Im orthopädischen Bereich ist die navigierte Operationstechnik beimEinsetzen von künstlichen Gelenken bereits etabliert, imunfallchirurgischen Bereich ist diese Methode jedoch schwierigeranzuwenden, da Frakturen nicht planbar und nicht vorhersehbar sind.Ebenso ist der Frakturverlauf in gleicher Region immer wiederunterschiedlich. Auch hier könnten sich Rechenpower und Navi-Systemeetablieren.

Einsatzpotenzial für viele Bereiche der Chirurgie

Das Gebiet ist bei weitem kein Einzelfall. Schon vor zweiJahren starteten Mediziner an der Chirurgischen UniversitätsklinikHeidelberg in Kooperation mit der Universität Karlsruhe und demDeutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) ein umfangreichesForschungsprogramm zum Einsatz der Computer-basierten Operationen imBereich der Weichteilchirurgie. Der Chirurg steht hier allerdings nichtmehr direkt am OP-Tisch, sondern an einer Steuerkonsole. Von dort auserblickt er über ein Sichtvisier den dreidimensionalen Raum desOperationsfeldes – und steuert einen Roboterarm, der seinen Bewegungenexakt folgt. Anders als bei den eingangs beschriebenenoptoelektronischen Systemen liefert jedoch bei diesem Verfahren eine imBauchraum des Patienten platzierte Kamera die Bilder “vor Ort”. Zudemübermitteln spezielle, im Roboterarm integrierte Sensoren, die genauePosition des Gerätes an den Chirurgen. Diese elektromechanischenTrackingsysteme könnten eines Tages die OP der Zukunft ausmachen. DerChirurg wäre nicht nur in der Lage, den Roboterarm über Tausende vonKilometern hinweg via Datenleitung zu steuern. Die Workstation desNavigationssystems diente sogar der Fehler-Prävention. Vor einermöglichen Verletzung der vitalen Organe durch Fehlentscheidungen desChirurgen beispielsweise ginge in Sekundenbruchteilen einübergeordneter Steuerbefehl der Computer an den operierendenRoboterarm: Maschinen Stopp.

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