Neuronavigation

Bei der Neuronavigation handelt es sich um ein computergestütztes, softwaregesteuertes Verfahren der Neurochirurgie, das vor allem bei Operationen am Gehirn oder der Wirbelsäule angewandt wird. Ziel der Neuronavigation ist es, die Operationsabläufe durch eine vorherige Planung sowie eine bessere Orientierung während der Operation zu verbessern und effektiver sowie komplikationsärmer zu gestalten.

Ursprünge der Neuronavigation

Computerassistierte Verfahren in der Neurochirurgie, wie die sogenannte Neuronavigation, gehören im weiteren Sinne zu den apparativen Techniken der intraoperativen Diagnostik (d.h. während eines chirurgischen Eingriffs mithilfe eines Apparates stattfindende Diagnostik). Ihre Zahl ist in den letzten Jahren immer weiter angewachsen, so dass sie aus dem neurochirurgischen Alltag nicht mehr wegzudenken sind. Die Erstbeschreibung einer intraoperativen (d.h. während der Operation stattfindenden) Navigation geht auf den amerikanischen Neurochirurgen D. Roberts (Roberts) im Jahre 1986 zurück. Nahezu zeitgleich sind in Europa (Mösges, Reinhardt) und in Japan (Watanabe) ähnliche Systeme entwickelt worden.

Vorteile der Neuronavigation

Das Spektrum der intraoperativen Diagnostik spannt einen größeren Bogen von der Neuronavigation über die intraoperative Bildgebung bis hin zum intraoperativen neurophysiologischen Monitoring. Alle diese Methoden beinhalten eine Verbesserung der Operationsabläufe. Ziel ist es zum einen, den Eingriff durch zusätzliche Informationen des Operateurs für den Patienten effektiver gestalten zu können, z. B. über eine verbesserte Tumorresektion. Zum anderen soll die Operation komplikationsärmer ablaufen, also mit weniger neurologischen Störungen einhergehen. Die Neuronavigation erreicht dies mittels gesteigerter räumlicher Orientierungsmöglichkeiten im Operationsablauf. Das neurophysiologische Monitoring vermittelt mehr funktionelle Daten aus den operierten Hirnarealen.

Definition: Was versteht man unter Neuronavigation?

Unter dem Begriff der Neuronavigation versteht man die computergestützte Übertragung von Bilddaten des Patienten auf den Operationssitus (d.h. Ansicht der zu operierenden Stelle während der Operation) zur interaktiven intraoperativen Orientierung. Als Synonyme für den Begriff Neuronavigation werden, übernommen aus dem angloamerikanischen Sprachraum, die Begriffe der Rahmenlosen Stereotaxie, der interaktiven bildgestützten Navigation und allgemein die Beschreibung der computerassistierten Chirurgie verwandt.

In den letzten Jahren ist die Technik immer weiter entwickelt worden, so dass Verfahren der Neuronavigation nicht nur in der Hirntumor-Chirurgie eingesetzt werden, sondern auch zunehmend in anderen Krankheitsentitäten wie den zerebrovaskulären Missbildungen oder im Bereich der Wirbelsäule ihren Einfluss finden (Raabe, Wirtz).

Technische Grundlagen der Neuronavigation

Die Neuronavigation hat ihre Grundlagen in der Stereotaxie (Verfahren zur räumlich exakten, gezielten Steuerung von Bestrahlungen oder Eingriffen). Im Vergleich zur Stereotaxie fehlt bei der Neuronavigation der sogenannte Rahmen des Stereotaxiegerätes, der stereotaktische Ring und das zugehörige Zielbügelsystem. Aber beide Methoden haben das Prinzip gemeinsam, die zu behandelnden Strukturen auf den CT- oder MRT-Bildern eines Patienten im Operationsfeld exakt zu lokalisieren. Dafür ist es notwendig, beide Koordinatensysteme, die des Patienten und die der Bilddaten miteinander in Zusammenhang zu bringen, also zu korrelieren. Diesen prozessualen Vorgang nennt man Registrierung (siehe unten).

Wie bereits erwähnt, arbeitet die Neuronavigation rahmenlos. Als Bindeglied zwischen den anatomischen Bezugsstrukturen des Patienten und der Bilddaten, d.h. der geschilderten Koordinatensysteme, dient ein dreidimensionales Digitalisier-Instrument (Digitizer). Mit diesem Digitizer werden die einzelnen Punkte innerhalb des Arbeitsraumes, z.B. die Position einer Instrumentenspitze, in den x-, y- und z-Koordinaten definiert Auf diese Weise werden das Operationsfeld und das dreidimensionale Abbild des Patienten digitalisiert. Die Bilddaten des Patienten liegen bei der Neuronavigation intraoperativ als dreidimensionale Datensätze vor. Die einzelnen Punkte, z.B. im Schädelinneren, werden in der x-, y- und z-Achse genau festgelegt. Durch die immer leistungsfähigere Computertechnik können die Daten des Digitizers und die gewaltigen Bilddatenmengen schneller verarbeitet und dargestellt werden.

Komponenten des Navigationssystems bei einer Neuronavigation

Die einzelnen Systembestandteile von Navigationseinheiten beim Verfahren der Neuronavigation ähneln sich weitgehend: Navigationscomputer und Workstation mit den Patientendaten, Monitore zur intraoperativen Abbildung, der fixierte Referenzrahmen am Operationsgebiet und der Digitizer, dessen Lokalisation im Raum geortet wird und der die Korrelation zwischen Bilddaten und dem Patienten leistet. Die räumliche Lage und die Koordinaten des Digitizers werden bei der Neuronavigation ständig über das System evaluiert und an den Computer weitergeleitet, um dessen Lokalisation jederzeit auf den Bilddaten darstellen zu können. Die Positionsbestimmung und die Darstellung der Lage des Digitizers, der intraoperativ auch über den Mikroskop-Fokuspunkt definiert werden kann, sind somit während der gesamten Operation permanent möglich.

Voraussetzung für die Korrelation der Bilddaten mit dem dreidimensionalen, anatomischen Abbild des Patienten ist die vorherige Registrierung oder Korrelation beider Koordinatensysteme. Dabei sind die Möglichkeiten der Bilddarstellung abhängig von der Programmierung des jeweiligen Systems und damit einer erheblichen Variabilität unterworfen. Als Digitizer fungieren bei der Neuronavigation unterschiedliche Systeme. Als eine Art Standard sind zurzeit die optischen Systeme in der Neurochirurgie etabliert. Dabei werden zur Ortung des Lokalisations-Instrumentes bzw. des Operationsmikroskopes Infrarot- oder auch sichtbares Licht, das von Kameras detektiert wird, eingesetzt. Solche Systeme fungieren analog der Satellitennavigation zur Positionsberechnung. Magnetsensorsysteme, welche die Deformierung eines vom System ausgesandten Magnetfeldes zur Positionsbestimmung einsetzen und die zwischenzeitlich fast gar nicht mehr verwandt wurden, erleben zurzeit eine Renaissance.

Verwendete Quellen: Jakola AS, Unsgård G, Solheim O: Quality of life in patients with intracranial gliomas: the impact of modern image-guided surgery. Neurosurg, 2011, Feb 11. [Epub ahead of print] Mösges R, Schlöndorff G: A new imaging method for intraoperativen therapy control in skull base surgery. Neurosurg Rev 11, 1988, 245-247. Raabe A, Krishnan R, Wolff R et al.: Laser surface scanning for patient registration in intracranial image-guided surgery. Neurosurgery 50, 2002, 797-801. Reinhardt H, Meyer H, Amrein E: A computer-assisted device for the intraoperative Ct-correlated localization of brain tumours. Eur Surg Res 20, 1988, 51-58. Roberts DW, Strobehn JW, Hatch JF et al.: A frameless stereotactic integration of computerized tomographic imaging and the operating microscope. J Neurosurg 65, 1986, 545-549. Watanabe E, Watanabe T, Manaka S et al.: Three-dimensional digitizer (Neuronavigator): new equipment for computed tomography-guided stereotactic surgery. Surg. Neurol 27, 1987, 543-547. Wirtz CR, Albert FK, Schwaderer M et al.: The benefit of neuronavigation for neurosurgery analyzed by its impacts on glioblastoma surgery. Neurol Res 22, 2000, 354-360.

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