Navigation in der Orthopädie

Navigation im Operationssaal! Was ist das eigentlich?

Unter der Navigation im Auto können sich die meisten Leute etwas vorstellen. Nach einem ähnlichen Grundprinzip funktioniert auch die Navigation im OP: Bei der Navigation im Auto werden Funksignale zwischen Satelliten und dem Auto ausgetauscht, so dass ein Computer die aktuelle Position des Autos in Bezug zur Straßenkarte darstellen kann.

Bei der orthopädischen Navigation werden Infrarotsignale zwischen Patient, Operationswerkzeugen und einer dreidimensionalen Spezial-Infrarotkamera ausgetauscht, so dass ein Computer die Position der Operationsinstrumente bzw. der Implantate (z.B. Hüftprothese oder Knieprothese) in Relation zu den knöchernen Gegebenheiten des Patienten darstellen kann. Der Computer unterstützt somit die 3-dimensionale Orientierung im Operationsgebiet, auch wenn bei einem relativ kleinen Hautschnitt nicht alles zu sehen ist.

Dieses Prinzip wurde ursprünglich im Bereich der Wirbelsäulenoperationen entwickelt. Dort hilft die Navigation bei Versteifungsoperationen die Schrauben exakt in den Wirbelbogen zu plazieren, obwohl nur die Eintrittsstelle der Schraube frei sichtbar ist. Inzwischen wurden viele weitere Anwendungsgebiete der Navigation gefunden und werden ständig weiterentwickelt.

Grundlagen der Navigation

Jedes Instrument und jeder Knochen, an dem operiert werden soll braucht einen „Sender“, der infrarotes Licht abstrahlt oder reflektiert. Diese Sender sind so dreidimensional aufgebaut, daß eine spezielle 3-dimensionale Kamera den Sender eindeutig im Raum lokalisieren kann. Das Navigationsprogramm berechnet anhand der Position der Sender, wo die entsprechende Bohrerspitze, der mit dem Sender verbundene Knochen oder anderes Werkzeug sich befindet. Da die Kamera mehrere Objekte gleichzeitig verfolgen kann, kann auf dem Bildschirm in Echtzeit der Bezug des Werkzeuges zum Knochen dargestellt werden.

Sender und Kamera bei der Navigation
Sender und Kamera bei der Navigation

Prinzipien der Navigation

1. CT-Basiert

Hier wird vor der Operation ein Computertomogramm angefertigt. Während der Operation muss dem Navigationscomputer mittels spezieller Techniken („Matching“) nur noch mitgeteilt werden, wie der tatsächliche Knochen in Bezug auf das 3-dimensionale CT-Modell liegt.
Vorteil: Orientierung im tatsächlichen Patientenmodell
Nachteil: Vor der OP ist ein CT erforderlich, somit Planungsaufwand vor der Operation am Navigationsrechner

2. Durchleuchtungsbasiert

Bei dieser Navigationsart werden während der Operation Röntgenbilder angefertigt. Dabei weiß der Rechner (über den Sender an dem Röntgengerät) in welcher räumlicher Orientierung diese Bilder aufgenommen wurden. So ist dann die Darstellung der Instrumente auf diesen Röntgenbildern und sogar auf mehreren Bildern gleichzeitig möglich.
Vorteil: Orientierung am echten Röntgenbild
Nachteil: Kein 3-dimensionales Patientenmodell

3. Intraoperatives Datenmodell

Hier werden während der Operation die wichtigen knöchernen Orientierungspunkte mit einem navigierten Zeigestab eingelesen.
Vorteil: Geringer Zeitbedarf
Nachteil: Orientierung nur am schematischen Knochenmodell möglich

Navigation bei der Knieprothetik

 In der Orthopädie in Kusel operieren wir seit über einem Jahr die Knieprothesen mit Navigationsunterstützung. Hier wird das sogenannte Galileo® -Navigationssystem eingesetzt, das von unserer Klinik ebenso wie die eingebaute Prothese mitentwickelt wird. Das Navigationssystem ermöglicht uns hier eine verglichen mit dem normalen operativen Vorgehen noch exaktere Ausrichtung der Prothese. Bei den Sägeschnitten am Oberschenkelknochen fährt ein Mini-Roboter eine Sägelehre so in Position, dass das Sägeblatt durch diese Führung exakt an der richtigen Stelle und im richtigen Winkel auf den Knochen trifft.

Die Langzeitergebnisse der Knieprothetik sind ohnehin gut, jedoch zeigen Studien, dass insbesondere Prothesen, die nicht ideal 3-dimensional ausgerichtet eingebaut wurden, vorzeitig locker werden können. Durch die Navigation lassen sich solche "Ausreißer" recht zuverlässig vermeiden.

Navigation bei der Hüftprothetik

Bei der Hüftprothetik hilft die Navigation, die künstliche Hüftpfanne exakt in der gewünschten Richtung zu plazieren. Hier ist die Streubreite der Winkel, in denen die Pfannen eingesetzt werden ohne Computerunterstützung besonders hoch.

Navigation bei der Kreuzbandersatzoperation

Bei der Kreuzbandersatzoperation ermöglicht das Computersystem es, den Verlauf des neuen Kreuzbandes auf dem Bildschirm darzustellen und die korrekte Position (kein „Scheuern“ am Knochen sowie gleichmäßige Längenspannung bei Kniebeugung und Kniestreckung) zu überprüfen.

So kann die Position schon optimiert werden, bevor überhaupt das erste Loch in den Knochen gebohrt wurde!

Navigation bei Nagelversorgung

Navigation bei Nagelversorgung von Brüchen großer Röhrenknochen

Die Brüche von Oberarm, Oberschenkel und Unterschenkel werden häufig mit sogenannten Marknägeln versorgt. Dabei wird ein dicker Spezialnagel in den Röhrenknochen gesteckt. So wird der Knochenbruch sozusagen von innen geschient, indem die Knochenteile einfach auf diesen Nagel aufgefädelt werden. Da die Stelle des eigentlichen Knochenbruches meist gar nicht operativ freigelegt wird, muss man sich bei der Operation durch häufiges Röntgen orientieren. Dabei muss das Röntgengerät ständig in der Position verändert werden, da einerseits nur durch mehrere Bilder aus verschiedenen Richtungen die 3-dimensionale Orientierung möglich ist, und andererseits das Röntgengerät den Operateur häufig in seinem Bewegungsfreiraum einschränkt.

Hier ermöglicht es die Navigation, Bilder anzufertigen, bevor die eigentliche Operation durchgeführt wird. Später kann der Computer dann auf mehreren Bildern (aus verschiedenen Blickwinkeln) gleichzeitig den Nagel oder die Bohrmaschine darstellen. Der Operateur hat eine viel leichtere Orientierung und die Röntgenbestrahlung kann drastisch reduziert werden.