Navigation in der muskuloskelettalen Tumorchirurgie

Die 97. Arbeitstagung der AG Knochentumoren konnte vom 8. bis 9. Oktober 2021 in Dresden am UniversitätsCentrum für Orthopädie, Unfall- und plastische Chirurgie erstmals wieder als Präsenztagung unter 3G-Regeln bei 7-Tage-Inzidenzwerten von 88 stattfinden.

Einleitung

In der Chirurgie stellen computergestützte intraoperative Navigationsverfahren ein innovatives Instrument zur Erhöhung der Präzision und Patientensicherheit dar. Insbesondere bei orthopädisch/unfallchirurgischen Fragestellungen wie z. B. in der Endoprothetik oder bei der Rekonstruktion von Becken- und Acetabulumfrakturen kommen diese zur ggf. auch minimal-invasiven/perkutanen optimalen Implantatpositionierung bereits regelmäßig zum Einsatz [1]. In der Tumororthopädie sind diese Erfahrungen allerdings limitiert. Insbesondere in anatomisch komplexen Regionen (Wirbelsäule, Sakrum, Becken) sind Biopsien oder onkologische Resektionen technisch anspruchsvoll. Bereits bei der Biopsie ist die Gewinnung von repräsentativem Gewebe aus high grade Tumorarealen ausschlaggebend für die korrekte Diagnose. Die Einhaltung onkologischer Resektionsgrenzen stellt den entscheidenden Faktor für das Outcome und die Prognose des Patienten dar [1]. Die Umsetzung des präoperativ geplanten Vorgehens in die chirurgische Praxis kann jedoch während der Operation aufgrund der Lagerung des Patienten (insbesondere Bauchlage) in Verbindung mit einer komplexen Anatomie, die aufgrund des verdrängenden Tumorwachstums zusätzlich gestört sein kann, enorm schwierig sein [2] [3]. In diesem Zusammenhang scheint die Anwendung von chirurgischen Navigationssystemen für die multimodale Planung des optimalen Biopsieareals oder der Resektionsgrenzen auch aufgrund zusätzlicher intraoperativer Orientierung erfolgversprechend zu sein.

Technischer Hintergrund

Die klassische intraoperative Bildgebung mit einfachen Röntgenaufnahmen liefert normalerweise nur statische Bilder. Darüber hinaus erfordert eine wiederholte intraoperative Durchleuchtung immer eine Neupositionierung des C-Bogens für jede Ebene, was zeitaufwändig ist und typischerweise zu einer erhöhten Strahlenbelastung führt [1] [4]. Die bildgestützte Navigation ermöglicht eine mehrdimensionale Positionsinformation und eine Verfolgung von Instrumenten in Echtzeit. Zudem ist der Einsatz einer intraoperativen 3D-Bildgebung mit einer geringeren Strahlenbelastung als mit klassischer fluoroskopischer Freihandtechnik assoziiert [5]. Das Prinzip basiert auf der räumlichen Korrelation von präoperativen CT-Bilddaten mit den entsprechenden intraoperativen Punkten in einem dreidimensionalen Koordinatensystem [6]. Folglich kann jeder konkrete Punkt im CT-Datensatz mit seinem entsprechenden Punkt im Operationsgebiet abgeglichen und registriert werden [1]. Vorraussetzung hierfür ist die Fusion der Bilddatensätze und Registrierung/Abgleich mit der aktuellen Patientenposition. Auch eine präoperative Fusion verschiedener Datensätze (MRT, CT und PET) ist möglich. Die erforderlichen Datensätze müssen eine entsprechend hohe Auflösung mit geringer Schichtdicke (0,6–1 mm) aufweisen, um eine optimale Fusion zu ermöglichen [1]. Daher kann die bildgestützte Navigation insbesondere in nicht betroffenen Bereichen sehr hilfreich sein, um das Risiko einer neurovaskulären Verletzung zu verringern, Tumorränder zu identifizieren, die Resektionsränder zu optimieren und sowohl Weichteiltrauma als auch die Defektgröße minimieren [1] [7] [8]. Zusätzlich ermöglicht die intraoperative Navigation in Echtzeit eine erhöhte räumliche Orientierung bei Resektionen, Osteotomien und Instrumentierungen, die sonst eine zusätzliche Präparation oder erweiterte chirurgische Zugänge erfordern [1] [4].

Für navigierte Resektionen werden elektronische Navigationssysteme (SurgiGate (Medivision), Vector vision flex (Brainlab)) verwendet. Diese bestehen aus einem Computerarbeitsplatz, der mit einem Infrarotkamerasystem gekoppelt ist. Zur Registrierung der aktuellen Patientenposition und Abgleich mit den präoperativen Datensätzen (Matching) ist das Anbringen einer Referenzbasis am Patienten notwendig, welche nach Abschluss der Registrierung nicht bewegt oder verschoben werden darf. An der Referenzbasis sowie den Instrumenten sind passive Reflektoren in Kugelform angebracht, welche mit der Infrarotkamera kommunizieren und die Navigation in Echtzeit ermöglichen. Neben einer Standardzeigersonde (Pointer) sind verschiedenste weitere Instrumente wie Bohrerhülsen, Meißel, Rongeure oder Trokarsysteme einsetzbar.

Einsatzmöglichkeiten

Die Einsatzmöglichkeiten der bildgestützten Navigation in der muskuloskelettalen Tumorchirurgie sind vielfältig. Die Einführung hochauflösender bildgebender Verfahren mit multiplanaren Rekonstruktionen, deren Integration in vorhandene leistungsfähige Computersysteme und die Möglichkeit der Instrumentenverfolgung haben optimale Voraussetzungen für das Einbringen von Schrauben und Implantaten mit navigierten Werkzeugen, vor allem in der Wirbelsäulenchirurgie geschaffen [1] [9] [10] [11]. Hier trägt die Nutzung einer Navigation zur Reduktion von Schraubenfehllagen bei. Die konventionelle Platzierung von Pedikelschrauben ist mit einer Fehlplatzierungsrate von 10–40% assoziiert [12] [13] [14], wohingegen diese bei computerassistierten Insertionen nur bei 4–9% liegt [15] [16] [17]. Auch im Bereich des Beckens bieten sich insbesondere bei Beckenfrakturen vielfältige Einsatzmöglichkeiten zur navigierten Schraubenimplantation. Durch den Einsatz bildgestützter Navigation kann außerdem die Strahlenbelastung erheblich reduziert werden. Im Bereich der Wirbelsäule wurde eine zwölfmal höhere Effektivdosis und im Bereich des Beckens eine fünfmal höhere Effektivdosis bei nicht navigierten Eingriffen beobachtet [18] [19] [20].

Einen weiteren, großen Einsatzbereich stellen Biopsien und Resektionsverfahren im Bereich der muskuloskelettalen Tumorchirurgie dar. Hier dient die bildgestützte Navigation nicht nur zur besseren intraoperativen Orientierung. Aufgrund der präoperativen Fusion verschiedener Bilddatensätze inklusive Implementierung von PET-Datensätzen ermöglicht die Navigationssoftware eine präzise und repräsentative Gewebegewinnung aus high grade Tumorarealen, welche mittels entsprechender Planungssoftware präoperativ eingezeichnet und markiert werden können. Insbesondere bei der Resektion von Tumoren erleichtert die Nutzung der intraoperativen Navigation die Tumorpräparation und das Auffinden und Visualisierung geplanter Resektionsgrenzen, so dass unnötig große Resektionsdefekte vermieden werden können [1]. Insbesondere im Bereich der Wirbelsäule mit komplexen anatomischen Verhältnissen ist eine Resektion mit Hilfe des navigierten Meißels inklusive multiplanarer Echtzeitvisualisierung der Resektionsgrenzen sowie exakter anatomischer Darstellung angrenzender Strukturen wie Neuroforamen, sakralem Spinalkanal oder großen Gefäßen technisch realisierbar [1] [21] ([Abb. 1 a–h]).

Abb. 1 a–h: Weibl. 61 Jahre, Chondrosarkom G3 des Sakrums (S1–S3) und des lumbosakralen Überganges/IS-Gelenkes mit Beteiligung Wirbelkörper L5. (a) MRT und (b) CT und PET präoperativ mit

Abb. 1 Fortsetzung (c) navigierter Biopsie. Planung dann der navigierten Hemisakrektomie und Hemivertebrektomie (L5) mit Fusion der MRT und CT Datensätze und (d) Einfärben des Tumorsubstrates am 3D-CT (rot). 3D-Oberflächen-/pair point matching (e) und navigierter Meißeleinsatz.

Abb. 1 Fortsetzung (f). Dorsaler Zugang und Situs nach Hemisakrektomie (S1–3) und Hemivertebrektomie L5 mit spinopelviner Spondylodese und Omentum majus-Transfer (g). (h) Postop. Beckenübersichtsröntgenbild und Radiographie des Resektates (R0).

Nahezu alle aktuellen Versuche, chirurgische Techniken für eine onkologisch sichere Resektion von Tumoren zu entwickeln und zu verfeinern, konzentrieren sich auf das Erreichen tumorfreier Ränder, da dies der wichtigste prognostisch relevante Faktor für lokale und systemische Kontrolle darstellt [1] [22] [23] [24]. Trotz zahlreicher Veröffentlichungen auf diesem Gebiet [4] [25] [26] sind einige zentrale Fragen noch nicht abschließend beantwortet, beispielsweise ob der Einsatz bildgestützter Navigation bei der Planung von Resektionsgrenzen und der Durchführung onkologischer Resektionen helfen kann. Im Vergleich zu Ergebnissen aus vielen anderen Studien, die einen deutlichen klinischen Nutzen der bildgestützten Navigation der Pedikelschraubeninsertion in kritischen Bereichen zu belegen scheinen [4], beschränkt sich die aktuelle Studienlage für bildgestützte Ansätze für spinale Tumorresektionen auf Fallberichte oder sehr kleine Serien [1] [2] [4] [27] [28] [29]. Im Allgemeinen wird ein positiver Nutzen der Navigation beschrieben, welcher allerdings einer Validierung durch multizentrische Studien mit nicht-navigierter Vergleichsgruppe bedarf [30] [31]. Insbesondere die navigationsbedingte exakt mögliche Resektion aufgrund des selektiven und präzisen Targeting des Tumorgewebes scheint vortheilhaft zu sein [1] [32] [33]. Die navigiert gestützte Osteotomie bei Tumoren des Beckens und der langen Röhrenknochen ist mit einem signifikant geringeren chirurgischen Fehler verbunden als Freihandosteotomien ohne intraoperative Navigation [34]. Das krankheitsfreie Überleben und onkologische Outcome von Patienten mit navigiert gestützter Resektion von Becken-/Sakrumtumoren war signifikant besser als jenes von Patienten, welche ohne Navigationsassistenz operiert wurden [35].

Ausblick

Die bildgestützte Navigation ermöglicht eine hervorragende intraoperative dreidimensionale Visualisierung der anatomischen Gegebenheiten, des Tumors und der geplanten Resektionsebenen in Echtzeit. Potenzielle Probleme stellen eine fehlerhafte Patientenregistrierung, eine unzureichende Präparation von Orientierungspunkten und ein nicht ausreichend stabiler Sitz der Referenzbasis dar, was zu einer ungenauen Navigation führt. Insbesondere bei adipösen Patienten ist eine qualitativ hochwertige Bildverwertbarkeit häufig nicht gegeben [1]. Die aktuell bestehenden Matchingverfahren müssen daher weiter modernisiert und speziell für die Tumorchirurgie angepasst werden, um die intraoperative Bedienung der Navigation zu erleichtern und die Verlängerung der Operationszeit durch die Computernavigation zu reduzieren. Standardisierungen sind aufgrund der individuell verschiedenen Anatomie, welche aufgrund des häufig verdrängenden Tumorwachstums entsteht, nur schwer durchsetzbar und bislang nicht praktikabel.

Aus den bisher vorliegenden Daten kann geschlossen werden, dass die bildgestützte Navigation insbesondere bei Tumorresektionen in anatomisch komplexen Regionen die intraoperative Orientierung und damit die Sicherheit einer onkologisch suffizienten, extraläsionalen Resektion erhöht. Ein enormer Orientierungsgewinn bei gleichzeitig verringerter intraoperativer Strahlenexposition scheint zur Vermeidung unnötig großer Resektionsdefekte und verbesserten Lokalrezidivraten bei akzeptabler systemischer Tumorkontrolle zu führen. Zur Validierung sollten bei geringer Inzidenz der Tumorentitäten prospektive multizentrische Studien mit nicht-navigierten Kontrollgruppen durchgeführt werden.

Hinweis

Dieser Artikel wurde gemäß des Erratums vom 23.3.2022 geändert.

Erratum

Im oben genannten Artikel wurde der Titel korrigiert.

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Publikationsverlauf

Artikel online veröffentlicht:
21. Februar 2022