Für einen computergestützten Eingriff ist eine Korrelation zwischen Operationssitus und Bilddatensatz (CT, MRT) erforderlich. Zu diesem Zweck werden üblicherweise künstliche Registriermarker verwendet. Diese werden vor der Erhebung des Bilddatensatzes am Patienten angebracht und müssen bis zum operativen Eingriff unverändert in situ bleiben. Dieses Vorgehen ist im klinischen Alltag mit einem hohen logistischen Aufwand verbunden. Mitunter muss - wenn bereits ein erstes markerloses Übersichts-CT eines Patienten existiert - ein zweites CT angefertigt werden, bei dem die Registriermarker installiert sind. Solch eine Situation ist mit einer unerwünschten zusätzlichen Strahlenbelastung für den Patienten verbunden.

Aus diesem Grund ist es anzustreben, die markerbasierte Patientenregistrierung ganz zu verlassen. Die Registrierung mittels anatomischer Landmarken - beispielsweise der Nasenspitze oder des Tragus am Ohr - bildet dabei jedoch nur eine schlechte Alternative, da das exakt reproduzierbare Wiederauffinden solcher Landmarken im Operationsfeld und dem Bilddatensatz schwierig bis unmöglich ist. Eine gute Alternative stellt die Referenzierung über anatomisch vorgegebene Flächen dar. Daß die markerlose Flächenreferenzierung anhand knöcherner Strukturen sehr gute Ergebnisse liefert, konnte bereits in früheren Untersuchungen mit dem Surgical Segment Navigator SSN gezeigt werden (siehe oben).

Ob ein Verlegen der Flächenregistrierung aus der Etage der Knochenoberfläche in die Etage des darüber liegenden Weichteilmantels möglich ist, ohne die Präzision einer Datensatzkorrelation zu verringern, war jedoch bislang nicht untersucht worden: Knochen ist eine invariante Struktur, die sich in einem Datensatz und in einem Operationssitus mit identischer Geometrie darstellen kann. Der Weichteilmantel des Gesichts kann jedoch - in Abhängigkeit von Lage und Muskeltonus - prinzipiell Verschiebungen aufweisen. Ob auch trotz dieser Verschiebungen eine präzise Referenzierung zwischen Datensatz und Operationsfeld möglich ist, war Gegenstand zahlreicher Studien.

Für die laserscanbasierte Referenzierung wurde der Surgical Segment Navigator SSN um einen Minolta 3D-Scanner VI 900 erweitert. Sämtliche Softwareergänzungen wurden mit der Entwicklungsumgebung des Visual Studio 6.0 von Microsoft vorgenommen. Die SSN++ Workstation basiert auf einem Pentium 4 Prozessor mit einem Microsoft Windows XP Betriebssystem.

In den Studien wurden konventionelle röntgensichtbare Marker am Patienten angebracht. Diese Marker dienten zur Evaluierung, nicht zur Registrierung. Die Position dieser Evaluationsmarker wurde - nach markerloser Referenzierung der Patientenlage - mit einem Infrarotpointer bestimmt. Die metrische Abweichung zwischen der errechneten und der mit einem Pointer gemessenen Markerposition wurde als Maß für die Genauigkeit der markerlosen Registrierung gewertet. Die Marker wurden nach dem Datenmatchen mit einer Genauigkeit von durchschnittlich 1 mm aufgefunden. Damit konnte nachgewiesen werden, daß mit dem SSN++ eine markerlose Patientenregistrierung mit hoher Genauigkeit möglich ist.

Weitere Studien beschäftigten sich mit der Kongruenz von Grenzflächen in Computertomogramm und Laserscan sowie mit alternativen Oberflächen zur Patientenregistrierung: Oberkiefer, Unterkiefer und Ohrmuschel.

Abb. 6 Konzept des SSN++: Operationssaal (1), Infrarotkamera (2), 3D-Laserscanner von Minolta (3), Dynamic Reference Frame (4) zum schnellen Tracken der Kopfposition, Workstation (5), LUCAS Workstation zur Operationssimulation und -planung (6).

Abb. 7 SSN++ System im Operationssaal: Laserscanner, Infrarotkamera und Workstation im Hintergrund.

Abb. 8 Laserscan auf der Workstation des SSN++: die z-Koordinate wird farbkodiert wiedergegeben: Strukturen nah zum Laserscanner (z. B. die Nasenspitze) werden violett wiedergegeben, ferne Strukturen (z. B. die Temporalregion) rot. Sichtbar ist eine extraorale Schiene, die Evaluationsmarker trägt.

Abb. 9 Datenüberlagerung von Laserscan und CT-Rohdatensatz auf der SSN++ Workstation. Die Oberflächen von Laserscan und CT durchdringen sich als Hinweis auf eine nicht vollständige Kongruenz des Gesichtsweichteilmantels.

Ein kurzes Demoprogramm zum Navigationssystem SSN++ können Sie auch hier downloaden.