Bestes GMD-Projekt im Jahr 2000 !

LOCALITE
Ein Navigationssystem für minimalinvasive Neurochirurgie

 

Inhaltsverzeichnis

Einleitung
Systemkomponenten
Planungsphase
Operationsphase
Trainingssystem
Produktübersicht
Kooperationspartner

Einleitung

LOCALITE ist ein bildgestütztes Navigationssystem, das minimalinvasive Eingriffe unter Einsatz von interventionellen Kernspintomographen unterstützt und diese Eingriffe präziser und effizienter gestaltet.

Dies wird auf zwei Arten erreicht: Zum einen wird die Bildwiederholungsrate deutlich gesteigert, so daß eine interaktive Steuerung des Operationswerkzeugs überhaupt erst möglich wird. Zum anderen wird die Plazierungsphase des Operationswerkzeugs (Ermittlung von Eintrittspunkt und -richtung) durch eine geeignete Szene stark vereinfacht.

Aus diesem Projekt heraus wurde ein Spin-off LOCALITE gegründet, der das Navigationssystem fortführt und vermarktet.

Systemkomponenten

Interventionelle Kernspintomographen liefern im Gegensatz zu konventionellen Systemen Bilder während eines operativen Eingriffs. Diese Realtime-Schichtbilder enthalten Bildinformationen über den aktuellen Zustand des Patienten. Die räumliche Ausrichtung des  jeweiligen Schichtbildes wird interaktiv durch Position und Orientierung eines Lokalisationselements (Handpiece) bestimmt, das über optische Sensoren diese Informationen an das Computersystem weitergibt. Die eigentlichen Operationswerkzeuge (z.B. Biopsienadel) werden fest mit dem Handpiece verbunden, wodurch die absolute Lage des Operationswerkzeugs bestimmt werden kann.

Interventioneller Kernspintomograph

LOCALITE wurde zunächst für den Gerätetyp SIGNA SP der Firma General Electric Medical Systems entwickelt.

Das FlashPointTM Lokalisationssystem

Das FlashPoint Lokalisationssystem liefert Positionsdaten über die die Bildgebung während des Eingriffs gesteuert wird.
Es können beliebige Schichten gescannt werden, die eine relative Orientierung zum Operationswerkzeug haben.

Hier können insbesondere Bereiche von Interesse sein in die das Operationswerkzeug sich unter Beibehaltung der momentanen Ausrichtung bewegen wird. Nachteil dieser Bilderzeugung ist die lange Scannzeit, ca. 5 Sekunden, und die schlechte Bildqualität.

Planungsphase

Integraler Bestandteil der LOCALITE-Software ist eine Planungsumgebung.

Grundlage für die Planungsphase und Voraussetzung der schnellen Bildgebung im Realtime-Modus ist der präoperativ erhobene 3D-Datensatz des Patienten. Diese Bildsequenzen werden gestartet, wenn sich der Patient in der richtigen Operationslage befindet. Die Erhebung eines solchen Datensatzes benötigt ca. 7 Minuten.

Aus dem Volumen kann in drei verschiedenen Ebenen -- axial, coronar oder saggittal -- millimeterweise Schicht für Schicht visualisiert werden. In jeder Darstellung besteht die Möglichkeit Trepanationspunkt^ ≥Entry" ^ und/oder Zielpunkt ^ ≥Target" ^ zu setzen.

Planning.mov  (17 MB, Quicktime Video)

Navigationsphase

Ist der Zugangsweg geplant, müssen Trepanationspunkt und Orientierung des Operationswerkzeugs gemäß der Planung auf den Patienten übertragen werden. Zur Lösung dieser Problematik stellt LOCALITE eine speziell entwickelte Szene dar, deren Bedeutung und Funktion am besten die folgende Abbildung  veranschaulicht:

Der rote Punkt stellt einen Blick genau in den geplanten Operationskanal dar, d.h. man sieht nur den Trepanationspunkt, wohingegen der genau dahinter liegende Zielpunkt von diesem vollständig verdeckt wird. Der weiße, schlanke zylindrische Körper stellt das Operationswerkzeug dar. Die grün angedeutete Linie ist die Verlängerung der Hauptachse dieses Werkzeugs, also der zu erwartende Operationsweg. Die optimale Position ist demnach genau dann erreicht, wenn das Werkzeug als weißer Punkt im Zentrum des roten Kreises erscheint.

Die komplexe Szene ist bewußt auf ein Minimum an Bildinformation reduziert worden. Zusammen mit der hohen Abtastrate ^ ca. 4 Hz -- der FlashPoint-Daten, die eine gute Auge-Hand-Koordination ermöglicht, konnte die Plazierung des Werkzeugs stark vereinfacht werden.

Navigation.mov (18 MB, Quicktime Video)

Operationsphase

In der Operationsphase (Realtimephase) erarbeitet sich der Neurochirurg einen Weg zum Zielpunkt.
Dank des Kernspintomographen können ihm jetzt Bilder der momentanen Situation visualisiert werden.

Vorteil ist die Aktualität des Bildes, wodurch Patientenbewegungen und Brainshift keine Fehlinterpretationen zulassen.

Nachteile dieser Bilderzeugung sind die lange Scannzeit, ca. 5 Sekunden, und die schlechte Bildqualität.
In der folgenden Abbildung ist links das Realtime-Bild und rechts das aus dem präoperativen 3D-Datensatz ermittelte Bild dargestellt.

Wichtig ist, daß es sich für den Neurochirurgen bezüglich dieser beiden Bildmodalitäten nicht um eine Entweder-Oder-, sondern vielmehr um eine Sowohl-Als-Auch-Betrachtung handelt.

So wird durch das rechte Bild ein Bezug zu den Erfahrungen aus der Planung hergestellt, und durch das linke Realtimebild kann die "Güte" dieser eigentlich "veralteten" Bilddaten beurteilt werden.

Realtime.mov(3,5 MB, Quicktime Video)

Trainingssystem

Um den Umgang mit dem System erlernen zu können, existiert eine Trainingsumgebung, die ohne Kernspintomographen und FlashPoint-System auskommt. Die Bilddaten (das MR-Volumen) sind hierzu lokal gespeichert und die Funktion des FlashPoint-Systems wird von einem Simulator generiert. Als Patient dient das Modell eines Kopfes:

Training.mov (5,8 MB, Quicktime Video)

Produktübersicht

LOCALITE wurde im Mai 2001 als Medizinprodukt zertifiziert. Bei Fragen zu dem Produkt wenden Sie sich bitte an Martin Bublat. Email: bublat@localite.de.

Kooperationspartner

Veröffentlichungen

Mitarbeiter

Uwe Behrens, Martin Bublat, Harald Busse, Gernoth Grunst, Marko Jahnke, Matthias Jungmann, Klaus Kansy, Ralf Ratering, Arno Schmitgen, Sascha van Stockum, Peter Wisskirchen, Marc Wengler

Kontakt: Klaus Kansy, Gernoth Grunst, FhG-FIT