Über die klinische Testung eines elektromagnetischen Navigationsverfahrens und die Entwicklung verschiedener Werkzeuge für den intraoperativen Einsatz am fixierten und unfixierten Cranium

Abstract

Ein erstmals 2001 vorgestelltes sensorbasiertes elektromagnetisches System wurde auf seine Genauigkeit, Einflussfaktoren und Störquellen untersucht. Das System wurde im Zeitraum von Juli 2001 bis Januar 2007 bei kraniellen Eingriffen bei 250 Patienten eingesetzt und die klinische Anwendung unter Berücksichtigung unterschiedlicher Indikationen beim Einsatz am fixierten und unfixierten Cranium untersucht. Als Maß für die Qualität der Bilddatenregistrierung wurden der Fiducial Registration Error (FRE) und der Target Registration Error (TRE) erfasst. Als Maß für die Anwendungsgenauigkeit wurde der Positionsfehler (PE) gemessen, außerdem wurden Brainshift, Zielvolumen und Zieltiefe bestimmt. Die Daten wurden gesamt und nach Einsatzgebiet gruppiert ausgewertet. FRE und PE wurden zur Evaluierung des Systems bei freier Kopfbewegung mit Daten beim Einsatz am fixierten Cranium in 40 Fällen verglichen. Der Einfluss möglicher Störquellen wie strombetriebener Geräte und Operationsinstrumente wurde untersucht. In 246 Fällen konnten Messdaten zur Auswertung der Bilddatenregistrierung und der Anwendungsgenauigkeit ermittelt werden. Der mittlere FRE betrug 1,66 mm (+/- 0,61 mm), der mittlere TRE betrug 1,59 mm (+/- 0,57 mm). Der in 196 Fällen ermittelte Brainshift betrug im Mittel 1,61 mm (+/- 1,14 mm). In der Evaluierung des Einsatzes bei freier Kopfbewegung zeigte sich ein mittlerer FRE von 1,71 mm (+/- 0.63 mm) bei oraler Sensorpositionierung und 1,75 mm (+/- 0,41 mm) bei retroaurikulärer Sensorpositionierung gegenüber einem mittlerem FRE von 1,51 mm (+/- 0,36 mm) in der Kontrollgruppe mit fixiertem Cranium. Als Störquellen konnten der Einsatz elektrochirurgischer Hochfrequenz-Geräte (HF- Geräte), sowie geringer der Einsatz weiterer elektrisch betriebener Geräte erkannt werden. Niedriglegierte Stahlverbindungen zeigten bei der Testung von Operationsinstrumenten den größten Einfluß auf die Anwendungsgenauigkeit. Die Registrierungsgenauigkeit und Anwendungsgenauigkeit des untersuchten elektromagnetischen Navigationssystems hat sich als konkurrenzfähig gegenüber anderen Systemen erwiesen. Die Verlässlichkeit des untersuchten elektromagnetischen Systems bei unterschiedlichen Indikationen bei Läsionen mit einer Größe von mehr als 10 mm konnte gezeigt werden. Die Möglichkeit des Einsatzes mit freier Kopfbewegung eröffnet neue Einsatzgebiete des Navigationssystems wie z. B bei Wachoperationen.

A sensor-based electromagnetic system which was presented for the first time in 2001 was examined on its accuracy, influencing factors and disturbance sources. The system was used in cranial surgical procedures of 250 patients within july 2001 and january 2007. Clinical application was examined regarding different indications in application on the fixed and unfixed cranium. Fiducial Registration Error (FRE) and Target Registration Error (FRE) were measured representing the quality of image data registration. Position Error (PE) was measured representing the application accuracy. Furthermore brainshift, target volume and target depth were determined. All data was analyzed in total and in groups of different indications. For evaluation of application with free head movement, FRE and PE were compared with data of application with fixed head in 40 cases. The influence of potential disturbance sources as electrical devices and surgical instruments was examined. Performance data could be achieved in 246 cases for analysis of image data registration. mean FRE was 1,66 mm (+/- 0,61 mm), mean TRE was 1,59 mm (+/- 0,57 mm). mean brainshift was 1,61 mm (+/- 1,14). it could be achieved in 196 cases. The Examination of the application with free head movement showed a mean FRE of 1,71 mm (+/- 0,63 mm) with oral sensor positioning and 1,75 mm (+/- 0,41 mm) with retroauricular sensor positioning. Mean FRE in the control group with fixed head was 1,51 mm (+/- 0,36 mm). The application of electrosurgical high frequency devices and less the application of other electrical driven devices could be identified. Low-alloyed steel showed the highest influence in testing of surgical instruments. Registration accuracy and application accuracy of the examined electromagnetical navigation system has proven to be competitive to other systems. Reliability of the examined electromagnetical system in different indications could be shown for lesions bigger than 10mm. The possible use of the navigation system with free head movemoent opens new application fields, i. e. in awake craniotomy procedures.