Tumorauffindung und Instrumentenführung für Weichgeweberesektion mithilfe der präoperativen Planungsdaten und Ultraschall
Medizinischer Hintergrund
In der Leberchirurgie werden bei Leberlebensspende und bei der Tumorresektion Teile der Leber getrennt und aus dem Körper entnommen. In der Leber verlaufen Gefäßstrukturen und diese dürfen nicht versehentlich verletzt werden.
Stand der Technik
Gegenwärtig tastet der Chirurg nach den Tumorgebieten und verwendet einen Ultraschallkopf, um die Metastasen und Gefäße in der Leber erkennen zu können. Das Ultraschallbild ist eine Orientierungshilfe bevor die chirurgischen Instrumente eingesetzt werden.
Risiko in der Nähe großer Gefäße
Eine Leber ist nicht mehr lebensfähig, wenn weniger als 20% des Gewebes durch einen Gefäßbaum versorgt werden. Beim Entfernen eines Tumors kann versehentlich ein großes Gefäß abgetrennt werden und große Gewebeareale werden nicht mehr versorgt. Ein tödliches Risiko entsteht.
Aufgabenstellung
Damit der Chirurg wahrend des Schneidens mit dem Instrument sehen kann ob ein Gefäß in der Nähe ist, soll das Messer in das Ultraschallbild eingezeichnet werden, selbst wenn es dort nicht sichtbar sein kann. Zusätzlich ist es wünschenswert, dass im Ultraschallbild angezeigt wird, wie groß und gefährdend ein dort abgebildetes Gefäß ist.
Vorteile für den Chirurg und Patient
Durch die Messung von Ultraschallbildkoordinaten, Lage der Leber, sowie Koordinaten des Resektionsinstrumentes wird dem Chirurgen eine Möglichkeit gegeben, die zu entfernenden Bereiche genauer zu definieren und eine Gefäßverletzung zu vermeiden.
Aufbau des Systems
Das System verfügt über einen Ultraschallkopf, einen Bildschirm, einen CUSA und ein Navigationsgerät. Der Ultraschallkopf dient als Quelle der Ultraschallbilder, Navigationsgerät zur Ermittlung der Instrumenten-positionen, der Bildschirm zur Anzeige der Instrumentenposition im Ultraschallbild, sowie für die Anzeige der Warnungen und verschiedenen Parameter der Leber und deren Organstrukturen, wie z. B. Volumen oder Durchmesser. Der CUSA wird als Resektionsinstrument verwendet.
Anzeige des Resektionsinstruments in Bilddaten
Mithilfe des Navigationsgeräts werden die Lage und Ausrichtung des Resektionsinstruments ununterbrochen ausgerechnet und im Ultraschallbild dargestellt.
Gefäßerkennung in Ultraschallbildern
Mithilfe von einfachen und schnellen Methoden werden Blutgefäße im Ultraschallbild erkannt und hervorgehoben. Die Größe wird berechnet und angezeigt.
Registrierung von Patientenmodell und Instrument
Im Laufe des Eingriffs kann das auf Basis von präoperativen CT-Aufnahmen erstellte Patientenmodell zusammen mit dem Resektionsinstrument registriert werden (Landmarkenregistrierung), sodass die Lage des Instrumentes relativ zum Patientenmodell angezeigt werden kann.
Experiment und Messung
Im Laufe des Experiments mussten die Probanden 4 unsichtbare Tumormodelle mit der Spitze des Resektionsinstrumentes Punktieren. Dabei haben sie ein Ultraschallbild ohne bzw. mit der Anzeige der Lage des Resektionsinstrumentes in Form eines Fadenkreuzes benutzt. Gemessen wurden die Anzahl der Versuche und die Zeit, die für eine erfolgreiche Punktierung notwendig waren.
Messergebnisse
Als Ergebnis eines des Experiments hat sich ergeben, dass die durchschnittliche Anzahl von Versuchen zur erfolgreichen Punktierung mit der Instrumentendarstellung im Ultraschallbild deutlich gesunken ist (3.0 Versuche im Schnitt ohne und 1.3 Versuche im Schnitt mit Instrumenten-darstellung), wobei die durchschnittliche Zeit zur erfolgreichen Punktierung leicht gestiegen ist (24.2 Sekunden im Schnitt ohne und 27.5 Versuche im Schnitt mit Instrumentendarstellung).