Rüdiger Marmulla

Fragestellung: Die Nutzung von knochenverankerten Fiducial Markers ist eine bewährte, aber invasive Methode für die Registrierung von Patient und Bilddatensatz in der computerassistierten Chirurgie des Kopfes. Die Nutzung von intraoralen Markern, die an einem individuell gefertigten Oberkiefersplint befestigt werden, ist eine nicht-invasive Alternative, die sich für die intraorale Navigation bewährt hat. Die Überprüfung dieser Registriermethode für die Eignung in der Schädelbasischirurgie wurde untersucht. Materialien und Methoden: Im Phantomversuch wurden Registrierungen anhand von über 200 verschiedenen Markerkonfigurationen auf einem Oberkiefersplint durchgeführt. Die Genauigkeit der Navigation von Zielmarkern in Fronto- und Laterobasis wurde für jede dieser Konfigurationen unter Nutzung eines Infrarot-Trackingsystems (Polaris, NDI, Waterloo, Ontario, Kanada) gemessen. Ergebnisse: Die mittlere Genauigkeit (Target Registration Error) lag in der Frontobasis bei unter 1,5 mm. In der Laterobasis lag die mittlere Genauigkeit hingegen bei über 3 mm. Schlussfolgerung: Die Registrierung über Fiducial Marker, die an einem Oberkiefersplint montiert sind, erlaubt die hinreichend genaue Navigation in der Frontobasis. Für die Navigation an der Laterobasis ist diese Registriermethode hingegen nicht genau genug.

Objective: Logistics in the run-up to computer-assisted lateral skull base intervention can be reduced by markerless registration methods. So far, only the facial skin surface but not the skin surface that was near to the lateral skull base was used for markerless patient registration. The present study was designed to evaluate whether the auricles may serve as an accurate spatial reference for markerless patient registration in image-guided lateral skull base surgery. Study Design: In a prospective clinical study, the precision of markerless patient registration was checked by using periauricular evaluation markers and additional distant oral evaluation markers that served as targets for the infrared pointer of a navigation system. Ten patients with cranial tumors, bony malformations, or foreign bodies who were planned for image-guided surgery were selected. Markerless patient registration was performed by laser-scanning with the SSN++ navigation system. Results: Based on the auricle, a high accuracy (mean target detection error tde = 0.9 mm ± s = 0.3 mm) was achieved in markerless patient registration as long as the auricle was not deformed during CT imaging or during laser scanning. However, the conventional CT acquisition with a head support caused temporary auricular deformations in half of the patients, which made a precise laser-scan registration impossible. Conclusions: Automated laser registration of the auricle reduces the logistical input in connection with computer-assisted lateral skull base surgery, ensuring the accuracy that has been achieved up to now with marker-based methods. Constantly good results can be achieved if the head support of the computer tomograph has an appropriate opening at the level of the auricles in order to avoid auricular deformations during CT acquisition.

Hintergrund: Mithilfe computergestützter Navigationssysteme können Informationen aus präoperativen Bilddatensätzen (beispielsweise Osteotomielinien für Orbitotomien oder auch Tumorgrenzen) im Operationsfeld nutzbar gemacht werden. Zu diesem Zweck werden am Patienten üblicherweise vor der Bildgebung Registriermarker inseriert, die zur Korrelation zwischen Operationssitus und Bilddatensatz genutzt werden. Die Navigation erfolgt dann in aller Regel mithilfe so genannter Pointer, die in den Operationssitus geführt werden und deren Lage im Patientendatensatz auf einem Monitor überprüft wird. Mit dem neuen hier vorgestellten Navigationssystem kann die Patientenregistrierung nun ohne Registriermarker vorgenommen werden und es können Tumorgrenzen und Osteotomielinien direkt in das Operationsfeld projiziert werden. Für den computergestützten Eingriff ist die Nutzung eines Bildschirms nicht mehr erforderlich. Material und Methode: Mit einem innerhalb des Sonderforschungsbereichs SFB 414 der Deutschen Forschungsgemeinschaft entwickelten neuen Navigationssystem werden die Konturen des Gesichtsweichteilmantels im Operationssaal registriert. Das Scansystem befindet sich oberhalb des Operationstisches. Auf die Oberfläche des Operationssitus werden mithilfe eines lichtstarken Projektors Osteotomielinien und Tumorgrenzen direkt projiziert. Das Vorgehen wird exemplarisch bei einem Patienten mit einem meningealen Tumor der Orbita gezeigt. Ergebnisse: Die intraoperative Messgenauigkeit des neuen Systems lag bei 1 mm. Auf den Einsatz eines Pointers konnte verzichtet werden. Weil die Informationen direkt in das Operationsfeld projiziert wurden, konnte zudem auch auf einen Monitor verzichtet werden, der einen steten Blickwechsel des Operateurs zwischen Patient und Bildschirm erforderlich gemacht hätte. Schlussfolgerungen: Operationsplanungen können mit dem neuen Navigationssystem exakt und direkt im Operationsfeld visualisiert werden. Damit wird die Ergonomie im Operationssaal verbessert, besonders auch bei Orbitotomien über einen koronaren Zugang. Background: Surgical planning and tumor margins from preoperative image data sets can be transferred to the surgical site by use of computer-assisted navigation systems. Usually registration markers are placed prior to image data acquisition in order to correlate the patient’s preoperative image data set with his/her position in the operating room. Pointers are commonly used for navigation, and the position of the pointer within the surgical site is compared to its position within the image data set. With a new navigation system, patient registration can be performed without registration markers. Tumor margins and osteotomy lines can be projected onto the surgical site. Materials and Methods: With the new navigation system, which has been developed by the Sonderforschungsbereich 414 of the Deutsche Forschungsgemeinschaft, markerless patient registration is performed using the contours of the patient’s face. A scanner is mounted above the operating table, which detects the surface of the surgical site intraoperatively. Osteotomy lines and tumor margins are projected onto this surface using an intense beamer. The procedure is illustrated for a patient with a meningeal tumor of the orbit. Results: Patients can be registered with an accuracy of 1 mm. Pointers are not required to transfer the data on the surgical site. Furthermore, monitors are no longer required, since the information is projected directly on the patient’s surface. Conclusions: Surgical planning and tumor margins can exactly be visualized within the surgical site. Ergonomics are especially improved for navigated orbitotomies via a coronal approach.

To determine the geometric accuracy of digital volume tomograms to assess their usability for implant planning. A measuring object with 216 measuring points, whose geometry is exactly known, is X-rayed with a NewTom 9000 cone beam scanner; thereafter the geometry of the volume tomogram of the object is compared with the original body. Considering all three coordinate axes, geometric mean deviations of 0.13 +/- 0.09 mm with a maximum deviation of 0.3 mm were determined. These geometric deviations are below the resolution power of the volume tomograph. The digital volume tomographies of NewTom 9000 present images which are geometrically correct and, from a geometrical point of view, suitable for three-dimensional implant planning.