HNO 2002 · 50:928–934 © Springer-Verlag 2002

Redaktion H.P. Zenner,Tübingen

Originalien U. Ecke1 · M. Khan1 · J. Maurer1 · S. Boor2 · W. J. Mann1 1 Univ.-HNO-Klinik der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz 2 Institut für Neuroradiologie der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz

Intraoperative Navigation in der Chirurgie der Nasennebenhöhlen und der vorderen Schädelbasis Fehlerquellen und Störfaktoren

Zusammenfassung

Schlüsselwörter

Hintergrund und Fragestellung. Beim Einsatz der computerassistierten Chirurgie im Bereich der Nasennebenhöhlen und vorderen Schädelbasis sind einige Fehlerquellen zu beachten, die durch physikalische Gesetze, den technischen Entwicklungs- und individuellen Kenntnisstand des Anwenders bedingt sind. Patienten/Methodik. Anhand unserer Erfahrungen von 436 navigationsunterstützten Eingriffen werden Hard- und Softwarefehler, Fehler der Bildgebung und des -transfers, Fehler der Patientenregistrierung, Anwenderfehler und strategische Fehler analysiert. Ergebnisse. Bei optischen CAS-Systemen führt die Blockade des Sichtfeldes der Kamera zu Funktionseinschränkungen, während elektromagnetische Systeme durch ferromagnetisch aktive Materialien beeinflusst werden.In Abhängigkeit vom verwendeten Navigationsgerät ist die Schichtbildgewinnung entsprechend zu gestalten.Besonderes Augenmerk ist dabei auf den Rekonstruktionsalgorithmus zu legen.Die kopfmaskenbasierte Patientenregistrierung hat sich für endonasale Eingriffe bewährt. Schlussfolgerungen. Ein kritischer Umgang mit Navigationssystemen bei Kenntnis der physikalischen Gesetzmäßigkeiten befähigt den Anwender, Anzeichen einer Fehlfunktion zu erkennen, richtig zu interpretieren und damit den Erfolg einer navigationsunterstützten Operation zu sichern.

Computerassistierte Chirurgie · Intraoperative Navigation · Nasennebenhöhlenchirurgie · Schädelbasischirurgie

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ie Entwicklung der computerassistierten Chirurgie (CAS) hat nach ihrer ursprünglichen Begründung in der Hals-Nasen-Ohrenchirurgie Mitte der 1980er Jahre zunächst entscheidende Impulse auf neurochirurgischem Gebiet erfahren. Neben der Verfügbarkeit von zunehmend leistungsstärkeren Rechnersystemen erlaubte v. a. die Entwicklung neuer Technologien im Bereich der aktiven und passiven Kamerasysteme eine intensivere Erprobung der CAS im Bereich der operativen Hals-Nasen-Ohrenheilkunde [1, 4, 7, 11, 15, 17]. Die CAS-Systeme der neuen Generation ermöglichen durch ein entsprechendes Design in Verbindung mit einer hohen Funktionalität eine routinemäßige und zuverlässige Anwendung dieser Technologie in der Nasennebenhöhlenchirurgie [2, 3, 12]. Für einen erfolgreichen Einsatz der CAS in diesem Bereich sind aber eine Reihe von Fehlerquellen zu beachten, die durch die geltenden physikalischen Gesetze der verwendeten

Systeme, den aktuellen Entwicklungsstand der technischen Komponenten und durch den Anwender selbst bedingt sein können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine Darstellung der Schwierigkeiten, mit der ein navigationsunterstützter Eingriff an den Nasennebenhöhlen verbunden ist. Gleichwohl sollen dem potenziellen Anwender der CAS Hilfen zum Erkennen, zur Vermeidung und Behebung von Fehlerquellen in Form eines Leitfadens an die Hand gegeben werden.

Material und Methoden Die Dokumentation und thematische Aufarbeitung von aufgetretenen Störfaktoren bei der intraoperativen Navigation erfolgte im Verlauf der letzten 5 Jahre, in denen insgesamt 6 verschiedene Navigationssysteme zeitweise oder permanent der Univ.-HNO-Klinik Mainz für den klinischen Gebrauch zur Verfügung standen. Die hierbei verwendeten CAS-Systeme waren im Einzelnen: ● ● ●

EasyGuide®, Philips; SPOCS®, Aesculap; VectorVision®, VectorVision Compact®, beide Brainlab; Dr. Ulrich Ecke Univ.-HNO-Klinik, Langenbeckstraße 1, 55101 Mainz, E-Mail: [email protected]

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U. Ecke · M. Khan · J. Maurer · S. Boor W. J. Mann

Tabelle 1

Anzahl der navigationsunterstützten Operationen nach Zuordnung zu den verwendeten CAS-Systemen im Zeitraum 1997–2000 bei 436 endonasal-mikroskopischen Nasennebenhöhlenoperation

Intraoperative navigation in surgery of paranasal sinus and anterior skull base Abstract Background and objective. Based on physical laws, stage of technical development and the user's individual skills a number of possible errors have to be considered for the application of CAS in paranasal sinus and anterior skull base surgery. Patients/methods. Based on our experiences of 436 navigated cases hard- and software errors, errors of image acquisition and transfer, errors of patient registration, user related errors as well as strategic errors are analyzed. Results. Any hindrance of the camera field leads to a limitation of functionality of optical systems in the same extent as electromagnetic systems can be affected by ferromagnetic materials.The mode of image acquisition is dependent from the CASsystem involved.The reconstruction algorithm requires particular attention.The patient registration based on the headset proved to be reliable for endonasal sinus surgery. Conclusions. In dealing with navigation devices in paranasal and anterior skull base surgery the user must pay critical attention to possible malfunction in order to guarantee a successful image guided surgical procedure. Keywords Computer assisted surgery (CAS) · Intraoperative navigation · Paranasal sinus surgery · Skull base surgery

● ●

CAS-System

Anzahl der Operationen (n=436)

VectorVision® Easyguide® LandmarX® InstaTrak® SPOCS®

35 71 15 305 10

InstaTrak®, Vti, LandmarX®, Medtronic-Xomed.

und Softwarefehler, Fehler der Bildgebung und des Bildtransfers, Fehler der Patientenregistrierung,Anwenderfehler und strategische Fehler betrachtet. Die Auswertung der während der operativen Eingriffe erhobenen Protokolle erfolgte ungeachtet des jeweils benutzten Systems. Dabei waren die individuell niedergelegten Informationen über mögliche Störfaktoren von hauptsächlichem Interesse. Bei der Darstellung der einzelnen Störfaktoren, die den jeweiligen Gruppen zugeordnet wurden, erfolgt aus Wettbewerbsgründen bewusst keine detaillierte Trennung nach Gerät und Herstellern. Die vorgenommenen Untersuchungen entsprechen den ethischen Standards der Deklaration von Helsinki 1964.

Ergebnisse Diese Geräte, die mit Ausnahme des InstaTrak®-Systems, welches einem elektromagnetischen Funktionsprinzip folgt, auf einem optischen Messprinzip basieren, sind für das Angebot an CASSystemen in Europa als repräsentativ anzusehen. Im Zeitraum von 1996–2000 wurden insgesamt 436 Patienten unter Zuhilfenahme eines CAS-Systems endonasal mikroskopisch an den Nasennebenhöhlen und der vorderen Schädelbasis operiert. Das elektromagnetische Navigationsprinzip kam bei 305/436 (69,9%) Eingriffen zum Einsatz, während das optische Prinzip hier in 131/436 Fällen (30,1%) eingesetzt wurde. Für den Datentransfer der präoperativen Bildgebung von der Neuroradiologie zu dem entsprechenden CAS-System im Operationssaal wurde in 25/436 Fällen (5,7%) eine Magnetic Optical Disc (MOD) verwendet. In den übrigen 411 Fällen erfolgte der Transfer über ein Intranet (klinikinternes Netzwerk). Die genaue Anzahl der Operationen und die entsprechende Zuordnung zu den im Einzelnen verwendeten Geräten kann Tabelle 1 entnommen werden. Auf eine Unterteilung der durchgeführten Operationen nach Lokalisation und Umfang wurde bewusst verzichtet, da diese im Zusammenhang mit Fehlerquellen nicht von vordergründigem Interesse ist. Für eine methodische Analyse der Fehlerquellen werden die Eingriffe an den Nasennebenhöhlen und der vorderen Schädelbasis hinsichtlich der Hard-

Fehler der Hard- und Software und deren Vermeidung Während das elektromagnetische Prinzip der intraoperativen Lokalisationsbestimmung durch ferromagnetische Materialien beeinflusst werden kann, besteht bei der Verwendung von passiven bzw. aktiven optischen Messsystemen durch eine Verschiebung der optischen Achse der verwendeten 3D-Kameras oder eine Blockade des Kamerablickfeldes („line of sight“) die Gefahr, dass das von den passiven Markern reflektierte oder den LED aktiv emittierte Infrarotlicht von den Kameras nicht empfangen werden kann. Eine Verzögerung oder gar unmögliche Positionsbestimmung des Pointers ist die Folge.

Störung des optischen Systems In diesem Zusammenhang beobachteten wir bei dem Einsatz des optischen CASSystems VectorVision®, in 2/35 (5,7%) Fällen eine gestörte Kamerafunktion, die durch eine Verschiebung der Achse beider Infrarotkameras hervorgerufen wurde. Im Gegensatz zur Generation Vector Vision Compact® und den Systemen der Wettbewerber sind die Kameras dieses CAS-Systems auf dem Kamerabogen noch mit Schrauben montiert, die von außen zugänglich und damit verstellbar sind. Versehentliche Manipulationen durch den Anwender bei der Positionierung des Kameraarmes können so bei HNO 10•2002

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Originalien Fehlerquelle minimieren. Abgesehen von der Prüfung der Pointerspitze am Kalibrierdorn der Lagerungsbox, ist es für den Anwender nahezu unmöglich eine derartige Verformung des verwendeten Positionsinstrumentes zu identifizieren. Abb.1
Kalibrierdorne der Lagerungsbox für Pointerinstrumente (VectorVision®, BrainLAB). Die Pointerspitze rechts zeigt eine relevante Abweichung in Bezug zum Kalibrierdorn

gelockerten Schraubverbindungen das Verhältnis der Infrarotlichtachsen zueinander verstellen.Als Folge ist das Zusammenspiel beider Kameras bei der Detektion des „field of interest“ (Operationsgebiet) gestört, welches auf dem Bildschirm durch grau dargestellte Reflexionskugeln angezeigt wird. Darüber hinaus resultiert jede Beeinträchtigung des Blickfeldes einer oder beider Infrarotkameras in einem Abbruch der Positionsbestimmung des Pointers oder Instrumentes, welches wiederum durch graue Kugelsymbole auf dem Monitor erkennbar ist. Dieser Zustand kann z. B. durch eine entsprechende Positionierung der Op.-Schwester und der optischen Hilfsmittel wie dem Operationsmikroskop vermieden werden, die einen häufigen Grund für eine Unterbrechung der Infrarotlichtachse repräsentieren.

Ferromagnetische Störfaktoren Eine Messungenauigkeit des elektromagnetischen Navigationsprinzips ist eng mit der Verwendung eines ferromagnetisch aktiven Operationsinstrumentariums verbunden. Hierzu zählen vor allem Hand- oder selbsthaltende Nasenspekula und simultan zum Messvorgang eingesetzte Instrumente. In 25/65 (38,4%) der Fälle, in denen mit Hilfe des InstaTrak®-Systems an den Nasennebenhöhlen ohne den Einsatz von speziellen Titaninstrumenten operiert wurden, traten während des Messvorganges wiederholt Störungen der Magnetfeldgradienten auf, die eine klinische Verwendung der ermittelten Positionsanzeige erschwerten. Eine entsprechende Textmeldung auf dem Monitor sowie eine Unterbrechung der Pointeranzeige machen den Benutzer auf diese Störung aufmerksam. Nach Einführung von entsprechenden Titanmaterialien und

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300er Stahllegierungen wurde dieser Störfaktor durchgehend nicht mehr beobachtet. Daneben ist natürlich auf weitere ferromagnetisch aktive Gegenstände, wie z. B. Instrumententische in unmittelbarer Umgebung des Kopfendes des Op-Tisches zu achten.

Fehler durch Lagerung und Reinigung Für eine möglichst reibungslose Integration der Navigationssysteme in den Routineablauf des chirurgischen Eingriffes propagieren die Hersteller die Verwendung von individuellen, auf den Anwender zugeschnittenen Pointern oder von standardmäßig erhältlichen Instrumenten, wie z. B. Saugern, Sonden, Fasszangen u.ä. Bereits die wiederholte Anwendung eines identischen Standard-Bajonett-Pointers kann aber zu einer relevanten Fehlerquelle werden, wenn neben dem Gebrauch auch die Reinigung und Lagerung nicht sorgfältig genug erfolgt. In 5/436 (1,1%) Fällen wurde durch eine mechanisch bedingte Verformung der Pointerspitze, die bei den CAS-Systemen VectorVision® und LandmarX® an einem Kalibrierdorn der Lagerungsbox abgelesen werden kann, eine relevante Abweichung der intraoperativen Position des Instrumentes nachgewiesen (Abb. 1).

Trotz dieser geringen Fehlerwahrscheinlichkeit ist es ratsam, die Passgenauigkeit von Pointerspitze und Kalibrierdorn nach jedem Reinigungszyklus zu überprüfen. Bei der Verwendung von unterschiedlichen Instrumenten zur Navigation besteht analog dazu die Gefahr von bereits minimalen Verbiegungen der Instrumentenspitze durch die im Rahmen der Sterilisation üblichen Reinigungsvorgängen. Nur ein schonender Umgang mit dem Instrumentarium kann diese

Richtlinien der Bildgebung und des Bildtransfers Die Erfassung der für eine navigationsunterstützte Operation im Bereich der Nasennebenhöhlen und der vorderen Schädelbasis benötigten Bilddaten erfolgte im Rahmen unserer Untersuchungen ausschließlich mittels Computertomographie (CT).

Schichtdicke Bei der CT muss bezüglich der Schichtdicke bedacht werden, dass einerseits aus Gründen der Genauigkeit der Datenaufnahme der Wunsch nach möglichst dünnen Schichten besteht, andererseits aber dadurch eine erhöhte Strahlendosisbelastung des Patienten berücksichtigt werden muss [8]. Darüber hinaus ist eine axiale Schichtung für die weitere Rekonstruktion der koronaren und sagittalen Schnittebenen obligat. Die diagnostische Verwendbarkeit der rekonstruierten koronaren Bildausdrucke ist bei einer verwendeten Schichtdicke von 2 mm aber nicht zufriedenstellend. Aufgrund der Tatsache, dass in der radiologischen Praxis die Bildgebung der Nasennebenhöhlen primär koronar und mit einer 2-mmSchichtdicke erfolgt, ist die Verwendung dieser Bilddaten für die Navigation ungeeignet, sodass in aller Regel ein weiteres CT, mit auf das verwendete CASSystem abgestimmten Parametern, bisher unvermeidbar ist. Einzelne CAS-Systeme der ersten Generation (z. B. Easy Guide®) sind nur in der Lage eine definierte Anzahl von Einzelschichten in einem 3D-Datensatz zu verarbeiten (n≈100). Bei Schichtdicken unter 1,5 mm ist es in diesen Fällen durchaus möglich, dass nicht das gesamte „field of interest“ in der Bildgebung erfasst werden kann. Da darüber hinaus diese CAS-Systeme nicht die Verarbeitung zweier hintereinander aufgenommener Spiraldatensätze erlauben, ist eine Schichtdicke von 2 bis maximal 3 mm ein guter Kompromiss zwischen

Tabelle 2

Protokolle zur Erstellung der Computertomogramme für die intraoperative Navigation mithilfe der CAS-Systeme VectorVision®, InstaTrak® und LandmarX®

Programm FoV Index Schichtdicke mAs Kippung Algorithmus Spiral Interpulation Pitch Nachberechnung mit Index

VectorVision® (BrainLAB)

InstaTrak® (vti)

LandmarX® (Medtronic-Xomed)

Table top Brain 240 –3 3 150 Nein Sharp X-Sharp 1,25 –1,0

CTA/ Circ.Wilisii 230 –3 3 150 Nein Sharp X-Sharp 1,25 –1,0

Coronal 200 –2 2 150 Nein Smooth

Auflösung und intraoperativer Systemgenauigkeit.

Rekonstruktionsalgorithmen Für die Mehrzahl der Navigationssysteme wird die Schichtbildgewinnung ohne Gantrykippung des CT ausgeführt, wodurch eine gegenüber der reinen Diagnostik geänderte Darstellung der Anatomie resultiert. Für eine Nachverarbeitung der Bilddatensätze müssen in Abhängigkeit von dem verwendeten CASSystem unterschiedliche Rekonstruktionsalgorithmen angewendet werden, die z. B. einen Weichteilalgorithmus (LandmarX®, Medtronic-Xomed) oder einen Knochenalgorithmus (InstaTrak®, Vti.) vorschreiben (Tabelle 2). Unterschiede bestehen auch in der Hinsicht, dass z. B. das CAS-System LandmarX® keine überlappende Rekonstruktionen erlaubt, während diese von anderen Systemen wie z. B. VectorVision® für eine bessere Oberflächendarstellung gefordert wird. Allgemein gelten für die Navigations-CT bestimmte Einschränkungen, die bei der Schichtbilderstellung beachtet werden müssen. Dazu zählt insbesondere, dass keine Gantrykippung erfolgen darf und die Matrixgröße sowie der Zoomfaktor unverändert bleibt. Die Lagerung des Patienten muss ebenso wie die Richtung der Untersuchung von vornherein festgelegt sein.

Einsatz von Headsets Die zunehmende Verbreitung von Headsets (Kopfmaske) für die Gewährlei-

1,0 Nein

stung einer freien Kopfbewegung während der Operation führt zu dem Problem, dass eine dezidierte Positionierung des Kopfes in der Kopfschale im CT wegen der eingeschränkten Platzverhältnisse nicht immer möglich ist. In diesen Fällen ist die notwendige berührungsfreie Lagerung des Patientenkopfes nicht gewährleistet und es kommt zu Verbiegungen des Headsets (Abb. 2). Eine deshalb nötige Lagerung auf dem flachen Untersuchungstisch hat wiederum eine Änderung der CT-Untersuchungsprotokolle zur Folge, die erkannt und berücksichtigt werden muss.

Datentransfer Da die Nachberechnung der CT-Untersuchung nur mit lokal noch vorhandenen Rohdaten erfolgen kann, die aus Platzgründen nur eine kurze Zeit vorgehalten werden können, ist eine frühzeitige Information über geplante CAS-CT

an die radiologische bzw. neuroradiologische Abteilung Voraussetzung, um die Untersuchungs- und Nachberechnungsparameter optimal einplanen zu können. Der Datentransfer selbst ist zeitnah und mit geringem zusätzlichen Aufwand möglich, sofern die jeweiligen Geräte an das Kliniknetz angeschlossen und betriebsbereit sind.Aufgrund der Komplexität und technischen Anfälligkeit der Komponenten ist nach unseren Erfahrungen eine ständige Überwachung der Netzwerkverbindung und der Modalitäten erforderlich, um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten, da bereits geringe Änderungen von Systemparametern (z. B. IP-Adresse des Empfängersystems), Software-updates oder Systemabstürze zu Fehlfunktionen führen. Unserer Erfahrung nach ist eine sorgfältig eingerichtete Netzwerkverbindung zwischen dem Sender der Bilddaten (Radiologie/Neuroradiologie) und dem Empfänger (CAS-System bzw. Workstation im Op.) ein Garant für fehlerfreie Datenübertragungen. So mussten wir lediglich in 18/436 Fällen (4,1%) eine unvollständige Übertragung von Bilddaten beobachten. In diesen Fällen waren Softwarefehler der Voxelq (Neuroradiologie) und netzwerkbedingte Fehlfunktionen als Ursache festzustellen. Bei der Voxelq handelt es sich um eine 3D-Workstation, die als zentraler Server für den Datenversand verwendet wurde. Da ein Datentransfer in aller Regel am Vortag des geplanten Eingriffes durchgeführt wird, bleibt im Falle eines unmöglichen oder fehlerhaften Datentransfers genug Zeit zur Fehlererkundung und dessen Korrektur, die mit den Kollegen der radiologischen Abteilung und dem zuständigen Netzwerkadministrator erfolgt.

Abb.2  Nicht berührungsfreie Positionierung des Headsets (InstaTrak®, vti) der Kopfschale des Computertomographen. Mögliche Verbiegungen des Headsets sind die Folge HNO 10•2002

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Originalien Fehler der Bilddatenreferenzierung und Hinweise zur korrekten Patientenregistrierung Folgt die Bilddatenreferenzierung im Wesentlichen einem einheitlichen Prinzip, nämlich der Identifikation von festen Koordinaten in den dreidimensionalen Rekonstruktionen, so muss bei der Patientenregistrierung für die navigationsunterstützte Nasennebenhöhlenoperation grundsätzlich zwischen der alleinigen Verwendung von Headsets (z. B. VectorVision®, InstaTrak®) und der kombinierten Anwendung mit anatomischen Oberflächenmarkern (z. B. LandmarX®) unterschieden werden.

Manuelle oder automatische Referenzierung Für eine Durchführung der Bilddatenreferenzierung steht in der Regel der manuelle und der automatische Modus zur Verfügung. Während bei der manuellen Ausführung der Benutzer selbst die zur Referenzierung zu verwendenden Koordinaten auf der Hautoberfläche in den 3 Ebenen der Schichtbilder festlegt, gestattet die automatische Ausführung eine schnelle Detektion der zuvor am Patienten in Form eines Headsets befestigten und dadurch mit auf dem präoperativ erstellten CT abgebildeten Referenzierungspunkte. Eine Ausnahme stellt das Registrierverfahren des elektromagnetischen Systems InstaTrak® dar, bei dem die in dem Headset befindlichen metallischen Marker bei dem Einmessen des Pointers für eine automatische Registrierung verwendet werden. Die in der Regel mit weniger Zeitaufwand verbundene automatische Bilddatenreferenzierung erlaubt ohne Ausnahme eine zuverlässige und soweit vom Monitor auch visuell nachzuvollziehende Bestimmung der Koordinaten der Patientenmarkerposition in allen Schnittebenen. Die fehlende Option einer manuellen Nachbearbeitung im Sinne einer „Feineinstellung“ könnte im gegebenen Fall als nachteilig empfunden werden. Eine manuelle Bestimmung der Bildkoordinaten der Patientenmarker per Hand ist dagegen ein Charakteristikum älterer Softwareversionen (z. B. VectorVision® Version 3.01). Abgesehen von einem höheren Zeitaufwand bedarf

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es großer Sorgfalt und Geduld, das zur Lokalisation verwendete Fadenkreuz exakt im Mittelpunkt der auf den Schnittbildern abgebildeten Oberflächenmarker zu positionieren. Das Ergebnis einer möglichst genauen Markerbestimmung kann darüber hinaus durch Distorsionen des Bildmaterials selbst und die Oberflächenkrümmung des Monitors mit einer Bildröhre negativ beeinflusst werden.

Unterschiedliche Headsets Im Zuge der Weiterentwicklung der intraoperativen Navigation im Rahmen von Nasenebenhöhlenoperationen erlaubt der Einsatz von Headsets, die entweder mit einem magnetischen Sensor oder LED bestückt sind, eine freie Kopfbewegung. In Abhängigkeit von dem Hersteller bestehen diese Headsets entweder aus elastischem Plastikmaterial (z. B. InstaTrak®), welche in einer Standardpassform für Erwachsene oder Jugendliche erhältlich sind und sich ideal der individuellen Kopfform anpassen können, oder aber aus Metall, welches Möglichkeiten für eine individuelle Einstellung bietet (LandmarX®). Letzteres ist bisher in seiner Form für einen komfortablen Gebrauch noch zu groß und mitunter unhandlich in der Anwendung, was sich z. B. bei der zu verändernden Kopflagerung während eines Eingriffes als störend erweisen kann. Unabhängig von der Art des verwendeten Headsets besteht eine wesentliche Fehlerquelle darin, dass es bereits im Zuge der sterilen Abdeckung oder aber während der Operation durch unbeabsichtigte Manipulationen zu einem Verrutschen und damit zu einer relevanten Systemungenauigkeit kommen kann, wenn in diesem Fall die Korrelation zwischen den Koordinaten der auf den Schichtbildern abgebildeten Patientenmarker und der Position dieser Marker oder anatomischen Oberflächenpunkte in situ nicht mehr stimmig ist. Eine derartige Verschiebung des Headsets führte in unserer Untersuchung bei 45/436 (10,3%) Patienten zu einer relevanten Ungenauigkeit des CASSystems bei der Identifikation anatomischer Landmarken. Da eine Verschiebung des Headsets häufig unbemerkt geschieht, kann diese Fehlermöglichkeit nur im Ausschlussverfahren, d. h. durch eine erneute Registrierung während der

Operation identifiziert und damit auch gleichzeitig korrigiert werden.

Anwender- und strategische Fehler Neben der Beachtung der bisher aufgeführten Fehlerquellen, die ihren Ursprung in der Funktionsweise der technischen Komponenten der CAS-Systeme und physikalischen Gesetzmäßigkeiten haben, ist für ein Gelingen der intraoperativen Navigation eine solide Kenntnis der Handhabung dieser Geräte seitens des Anwenders notwendig. Entgegen der gelegentlich vertretenen Meinung, es handele sich um Geräte, die auf Knopfdruck funktionieren müssen, ist es eine Tatsache, dass eine Überschätzung der Möglichkeiten der Navigation im individuellen Fall, eine Ignorierung der physikalischen Gesetze und eine ungenügende Vorbereitung des Anwenders nicht selten Gründe für ein Misslingen darstellen. Eine über den Zeitraum der intraoperativen Nutzung von CAS-Systemen sich stetig erhöhende Ungenauigkeit liegt bereits in dem methodischen Ansatz begründet, dass keine Online-Informationen, sondern bisher ausschließlich präoperativ erhobene Daten in Form von Schichtbildern für eine Positionsbestimmung zur Verfügung stehen. Das bedeutet im konkreten Fall der Nasennebenhöhlenchirurgie, dass mit zunehmender Veränderung der anatomischen Gegebenheiten im Verlaufe einer Operation, knöcherne Orientierungspunkte abgetragen werden können, die in der Bildgebung weiterhin existent ist.

Eine sich verringernde Aktualität der verwendeten Bilddaten muss deshalb vom Anwender einkalkuliert werden. Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass ein kritikloser Einsatz der Navigationshilfe kein Ersatz für fehlende anatomische Kenntnisse oder mangelnde operative Erfahrung kompensieren kann, sodass ein geringere Komplikationsrate bei Nasennebenhöhlenoperationen nicht per se zu erwarten ist [9, 10, 13, 16, 19].

Diskussion Die Verwendung von Navigationssystemen in der Chirurgie der Nasenneben-

Abb.3
Strategie zur Erkennung und Korrektur von Fehlerquellen nach erfolgreicher Referenzierung/ Registrierung

höhlen und der vorderen Schädelbasis hat nach anfänglichen, entwicklungstechnisch bedingten Verzögerungen im klinischen Bereich eine Quantität erreicht, die sich an einer zunehmenden Zahl von Anwendern ablesen lässt [5, 14, 18]. Diese Tatsache erfordert eine Identifikation, kritische Betrachtung und Auseinandersetzung mit den am häufigsten zu beobachtenden Fehlerquellen. Die Kenntnis dieser potenziellen Einflussfaktoren und eine Strategie zu deren Eliminierung ist eine Grundvoraussetzung für die erfolgreiche intraoperative Navigation [6]. Die Wechselwirkung der Fehlerquellen von CAS-Systemen mit den 4 Grundpfeilern moderner Navigation, nämlich Zuverlässigkeit, Genauigkeit, Handhabung und Integration in bestehende Arbeitsabläufe ist an den dargestellten Ergebnissen abzulesen. Dabei können bereits einzeln auftretende Fehlerquellen in einen kausalen Zusammenhang mit einer Funktionsstörung der intraoperativen Navigation gestellt werden.Aber auch die Summation mehrerer in ihrer alleinigen Präsenz jedoch zunächst ohne Einfluss bleibenden Störgrößen kann die regelrechte Funktion von CAS-Systemen empfindlich beeinflussen.Abgesehen von den physikalisch bedingten Störquellen erwachsen die meisten Fehler aus einer komplexen Mensch-Maschinen-Interaktion während der präoperativen Vorbereitungsphase und der intraoperativen Anwendung.

Gerätetechnische Störgrößen Die beobachteten Fehlerquellen, die zu einer Einschränkung der Zuverlässigkeit von CAS-Systemen führten, sind durch die Verwendung von qualitativ hochwertigen Hard- und Softwarekomponenten durch die Hersteller zu minimieren. Obwohl die Fehlerquote in diesem Bereich breit gefächert ist, erscheint das Risiko von gerätetechnischen Störgrößen dennoch kalkulierbar. Der manchmal beobachtete unkritische Umgang mit noch nicht vollständig ausgereiften Softwareversionen darf auf keinen Fall in mögliche Fehlfunktionen und damit intraoperativer Gefährdung von Patienten münden. Die Aufmerksamkeit des Benutzers auf softwarebedingter Fehler wird mithilfe von farbig unterlegten Warnmeldungen und/ oder akustische Signale gelenkt. Damit sind in aller Regel direkte Anweisungen verbunden, auf welche Weise die Fehlfunktion behoben werden kann (z. B. Rückführung des optisch Pointers in das Kamerafeld). Im Gegensatz dazu machen Störungen der Hardware, da nicht vorhersehbar, ausschließlich durch Funktionsausfälle, auf sich aufmerksam (z. B. Pointer wird trotz ungehinderter „line of sight“ nicht erkannt, da Videobox defekt ist), da das Auslesen von „servicefiles“ (Computerdateien) im Betriebssystem des Rechners den Servicetechnikern vorbehalten bleibt. Hardwarefehler zu erkennen bedeutet deshalb, mit den wesentlichen Funktionen der Komponen-

ten Magnet, Kamerabogen,Workstation und Pointersystemen vertraut zu sein. Diese Kenntnis kann zu einer schnellen Fehlerkorrektur über die Servicehotline oder den Servicetechniker vor Ort beitragen. Auch nach der Identifikation von externen Fehlerquellen, wie der möglichen mechanischen Verformung einer Pointerspitze oder einer Verschiebung der Kameraachsen bei der Verwendung von optischen Systemen, ist der Einfluss von systemimmanenten Faktoren auf den Grad der Genauigkeit nicht gering zu schätzen. Ungeachtet der Tatsache, dass bisher noch kein gültiger Modus für die objektive Bestimmung der intraoperativen Genauigkeit von CAS-Systemen existiert, beeinflussen die Parameter der Bilddatengewinnung und die sich dynamisch verändernde technische Genauigkeit von 1,0–4,0 mm den Grad der intraoperativ zu erreichenden Genauigkeit ganz entscheidend. Nur mit Kenntnis dieser Gesetzmäßigkeiten kann der Anwender mögliche Schwankungen der Genauigkeit richtig interpretieren und nachvollziehen.

Ungünstige Ergonomie Die Ergonomie der heute auf dem Markt erhältlichen CAS-Systeme orientiert sich mit Ausnahme des InstaTrak® (vti) und des VectorVision®compact (BrainLAB) noch zu sehr an den Erfordernissen der Neurochirurgie.Während die beiden Systeme InstaTrak® und VectorVisiHNO 10•2002

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Originalien on®compact über kompakte äußere Abmessungen und weitgehend automatisierte Referenzierungs- und Registrierungsabläufe verfügen, zeichnen sich die übrigen Wettbewerber bisher noch durch platzfordernde und in der Menüführung der Software unter Umständen gewöhnungsbedürftige Eigenschaften aus. Die Bedienung eines CAS-Systems unter sterilen Kautelen durch den Operateur kann den Einsatz von zusätzlichen Arbeitskräften reduzieren [20]. Die Systemlösungen der CAS-Systeme VectorVision® (BrainLAB) mit der Infrarotfernbedienung und des LandmarX® (Medtronic Xomed) mit dem Keypad können in diesem Zusammenhang als beispielgebend angesehen werden. Allerdings ist auch die im Verlauf der Operation durchaus wiederholt notwendige Positionsänderung des Kamerabogens, die nur von dem Operateur oder der assistierenden Op.-Schwester/-Pfleger ausgeführt werden sollte, bisher nur unter unsterilen Bedingungen möglich.An dieser Stelle sind die Hersteller durch das Angebot eines sterilen Griffes analog zu denen von Op.-Lampen gefordert.

Schlussfolgerungen Trotz der von den Herstellern gepriesenen Vorzüge der einzelnen Navigationssysteme muss festgestellt werden, dass deren klinische Anwendung von Fehlerquellen begleitet und beeinflusst wird. Auch verbleibt dem Anwender dieser Technologie ein hohes Maß an Verantwortung über Erfolg oder Nichterfolg der intraoperativen Navigation. Bei solider Kenntnis über Einflussfaktoren und Erfahrung im Umgang mit CASSystemen können erste Anzeichen von Fehlern rechtzeitig erkannt und interpretiert werden. Der kritische Umgang verschafft dadurch in vielen Fällen eine Vorwarnzeit, in der entsprechend reagiert werden kann. Das in der Abb. 3 dargestellte Schema soll dem Anwender von Navigationssystemen einen Leitfaden für mögliche Fehler und Fehlfunktionen während der intraoperativen Anwendung dieser Orientierungshilfen geben.

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Fazit für die Praxis In den Händen des erfahrenen Anwenders sind moderne elektromagnetische und optische Navigationssysteme eine zuverlässige Hilfe bei der Durchführung schwieriger Eingriffe im Bereich der Nasennebenhöhlen und der vorderen Schädelbasis. Mögliche Fehlerquellen resultieren meist aus der komplexen Mensch-MaschinenInteraktion und können bei entsprechender Erfahrung rechtzeitig erkannt werden, um diese zu eliminieren. Daraus ergibt sich ein kalkulierbares Risiko für Funktionsstörungen von CAS-Systemen.

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