Bildwandlergestützte Navigation von Cages an der Wirbelsäule

Abstract

Instabile Wirbelsäulenverletzungen stellen mit jährlich ca. 5000 bis 6000 Verletzungen in Deutschland ein relevantes Problem dar, zumal jede Fünfte ein irreversibles neurologisches Defizit verursacht. In der Regel werden diese zunächst von dorsal stabilisiert. In einer zweiten Sitzung wird dann der gebrochene Wirbelkörper corporektomiert und von ventral ein Knochenkeil oder ein Intervertebral Cage eingesetzt. Die Versorgung mit Cagen erfolgt immer häufiger mit Hilfe von minimalinvasiven Operationsverfahren. Diese bringen zwar den Vorteil kleinerer Zugänge mit sich, bergen aber die Gefahr einer geringeren Übersicht über das OP-Gebiet. Diese könnte mit der Navigation behoben werden. Ziel der Studie war zu ermitteln, ob die Präzision der 2D-C-Arm Navigation für eine Anwendung an der ventralen Wirbelsäule ausreicht und dabei ein System zu entwickeln, das eine einfache Anpassung an unterschiedliche Implantate erlaubt. Unter Verwendung der Trauma Unit zur Versorgung von langen Röhrenknochen der Firma Medivision wurden zwei 2D-C-Arm Röntgenbilder eines dorsal stabilisierten und corporektomierten Wirbelsäulenmodels in das Navigationssytem eingespielt. Anschließend wurde der an seinem Halter mit einer DRB markierte Cage mit Hilfe eines Justierrahmens referenziert, sodass er vom System als Balken in die beiden C-Arm-Bilder projektiert werden konnte. Danach wurde eine vorher definierte ideale Cageposition in die beiden eingespielten Röntgenbilder eingezeichnet. Im nächsten Schritt wurden die Cages unter Verwendung des Navigationsmodels und unter Ausschluss einer visuellen Kontrolle in das Wirbelsäulenmodell eingebracht. Es wurden 2 Serien à 12 Cages eingebracht/eingesetzt. Anschließend wurde das Wirbelsäulenmodell mit einem C-Arm geröntgt und die Bilder digitalisiert. Durch einen computergestützten Vergleich der Naviagtionsplanung und der erzielten Position der Cages konnte eine Gesamtpräzision (Abweichung von der geplanten Position) und eine Navigationspräzision (Abweichung von der durch das Navigationssytem angezeigten Position) ermittelt werden. Für die Gesamtpräzision ergab sich eine mittlere Abweichung von 0,42 mm in der Frontalebene und von 0,61 mm in der sagitalen Ebene sowie ein Abweichwinkel von 0,58° in der Frontalebene und 0,93° in der Sagitalebene. Die maximale Abweichung frontal betrug 2,03 mm und 1,89° sowie in der Sagitalebene 1,61 mm und 1,88°. Für die Navigationspäzision ergaben sich in der Frontalebene im Mittel Abweichungen von 0,62 mm und 0,59° sowie von 1,52 mm und 1,56° in der Sagitalebene. Die maximale Abweichung in der Frontalebene betrug 1,95 mm und 2,39° sowie in der Sagitalebene 3,22 mm und 3,08°. Diese Werte liegen in dem Bereich, den auch die wenigen anderen Studien an der ventralen Wirbelsäule für klinisch ausreichend genau erachten. Die Umsetzung auf ein moderneres Navigationssystem und die Anwendung in einer klinischen Studie erscheint somit erstrebenswert.

The yearly 5000 to 6000 injuries of the spine in Germany are a relevant medical problem, particularly because every 5th is accomplished with irreversible neurological failure. The normal procedure for such fractures is a primal dorsal stabilization. In a 2nd operation a corporectomie will be preformed on the fractured vertebral body and bone cotter or an intervertebral cage will be installed. Nowadays the placement of an intervertibral Cage occurs more and more often with the help of minimum-invasive operation procedures. Though these bring the advantage of smaller accesses with themselves, however, rescue the danger of a lower overview of the OP area. This could be solved by a navigation system. The aim of the study was to be determined whether the precision of 2D-C-Arm navigation is sufficient for a use in the ventral spine. On the other hand the system should permit an easy adaptation to different implants. We scanned two fluoroscopic X-ray pictures of a corporectomised and dorsal stabilised spine model in the Medivision navigation system by using the Trauma Unit for long bones. In a second step we referenced a DRB marked cage with a for this case developed reference frame, so that it could be projected by the system as a stripe in both C arm pictures. In the last preoperational step the predefined ideal cage position will be marked in the scanned X-ray pictures. In the next step the cages were implanted in the spine model without a direct visual control just by information of the navigation system. We implanted a total of 24 cages. For the analysis the spin models were x-rayed and digitized. The pictures were compared with the marked ideal cage position (navigation precision) and the predefined ideal cage position (overall precision). In the overall precision we got an average aberration of 0.42 mm in the frontal layer and 0.61 mm in the sagittal layer. The average aberration degrees were 0.58 ° frontal and 0.93 ° sagittal. The maximal aberrations were 2.03 mm und 1.89 ° frontal and 1.61 mm and 1.88 ° sagittal. For the navigation precision we got an average aberration of 0.62 mm and 0.59 ° in the frontal and 1.52 mm and 1.56 ° in the sagittal layer. The maximal aberration was 1.95 mm and 2.39 ° in the frontal layer and 3.22 mm and 3.08 ° in the sagittal layer. These values are comparable with the results of the few other navigation studies at the ventral spine and are supposed to be clinical sufficient. The conversion on a modern navigation system and the use in a clinical study seems worthwhile therefore.