Navigatiechirurgie en fractuurbehandeling

capita selecta

Navigatiechirurgie en fractuurbehandeling N.W.L.Schep en A.B.van Vugt

– Tijdens operatieve fractuurbehandeling vertrouwt de chirurg op radiologische beelden, zoals die verkregen door middel van fluoroscopie ofwel röntgendoorlichting, CT- of MRI-scans. Dit betekent dat de chirurg een momentopname te zien krijgt. – Continue beeldvorming is technisch complex en gaat gepaard met een aanzienlijke stralingsbelasting. Tussen de momenten van beeldvorming in moet de chirurg vertrouwen op zijn of haar kennis van de anatomische verhoudingen en driedimensionale oriëntatie. Dit kan leiden tot het incorrect positioneren van implantaten met bijbehorende morbiditeit of soms sterfte. – Computergeassisteerde chirurgie (CAS) informeert de chirurg tijdens de operatie over de exacte positie van het instrumentarium ten opzichte van het aangedane bot. Het concept is te vergelijken met dat van het ‘global positioning system’ (gps) dat gebruikt wordt in personenauto’s. – Klinische toepassingen van CAS zijn beschreven voor de operatieve behandeling van fracturen van wervels, het bekken, de heup en lange pijpbeenderen. Binnen de reconstructieve chirurgie wordt CAS gebruikt bij het positioneren van totale heup- of knieprothesen. – De potentiële voordelen van CAS zijn: een toegenomen nauwkeurigheid, veiligheid en reproduceerbaarheid, gecombineerd met een lagere stralingsbelasting. – Op dit moment wordt CAS nog niet op grote schaal toegepast. Dit heeft een aantal redenen. De techniek is kostbaar en complex, ofschoon de nieuwe systemen steeds gebruikersvriendelijker worden. – Mogelijk wordt CAS in de toekomst de standaard binnen bepaalde gebieden van de orthopedie en traumatologie. Ned Tijdschr Geneeskd. 2006;150:2301-6

Enkele decennia geleden vertrouwden piloten alleen op hun visuele waarneming tijdens het landen van een vliegtuig. Wanneer het zicht beperkt werd door slechte weersomstandigheden leidde dit tot onveilige situaties. Tegenwoordig vertrouwen piloten voor een adequate positiebepaling op hun navigatie-instrumentarium om een succesvolle landing te kunnen garanderen. Operatieve behandeling van fracturen kan worden vergeleken met het landen van een vliegtuig in dikke mist met beperkte technische hulpmiddelen. In de huidige praktijk vertrouwt de chirurg tijdens deze operaties op radiologische beelden, zoals verkregen bij fluoroscopie, ook wel röntgendoorlichting genoemd, en in sommige ziekenhuizen op CT of op MRI. In de meeste ziekenhuizen wordt echter gebruikgemaakt van fluoroscopie. Deze techniek heeft als belangrijk nadeel dat de positie van de instrumenten alléén wordt getoond op het moment van beeldvorming. Dit betekent dat de chirurg een momentopname te zien krijgt. Continue beeldvorming is technisch complex en gaat gepaard met een hoge stralingsbelasting voor zowel de patiënt als het

chirurgisch team. Bovendien beperkt de beeldvorming zich meestal tot één richting. De chirurg ziet een anterior-posterior of een axiaal röntgenbeeld. Tussen de momenten van beeldvorming in moet hij of zij vertrouwen op de eigen kennis van de anatomische structuren en op het eigen vermogen tot driedimensionale oriëntatie. Deze omstandigheden kunnen leiden tot het inadequaat positioneren van implantaten en de daarbij behorende morbiditeit of soms sterfte. Overigens draagt het gebrek aan constante feedback over de instrumentpositie tevens bij aan een verminderde reproduceerbaarheid van identieke chirurgische ingrepen. In 2000 werd in dit tijdschrift door Broeders et al. reeds aandacht besteed aan computergeassisteerde chirurgie (CAS) ofwel navigatiechirurgie.1 CAS informeert de chirurg op ieder moment van de operatie over de exacte positie van de instrumenten ten opzichte van het aangedane bot. Op deze manier weet de chirurg dus te allen tijde of de operatie ook wordt uitgevoerd zoals gepland. In dit artikel zetten wij de technische achtergrond en de klinische toepassingen van deze techniek uiteen.

Erasmus MC, afd. Chirurgie, Rotterdam. Hr.N.W.L.Schep, assistent-geneeskundige. Universitair Medisch Centrum St Radboud, afd. Chirurgie, Nijmegen. Hr.prof.dr.A.B.van Vugt, traumatoloog. Correspondentieadres: hr.N.W.L.Schep, Adriaen van der Doeslaan 23 a, 3054 EA Rotterdam ([email protected]).

technische achtergrond Het concept van CAS is te vergelijken met dat van het ‘global positioning system’ (gps), dat gebruikt wordt in personenauto’s. In dit voorbeeld is de auto vervangen door een chi-

Ned Tijdschr Geneeskd. 2006 21 oktober;150(42)

2301

a

b figuur 1. (a) Infrarood licht, uitgezonden door lichtemitterende dioden (LED’s) die zijn gefixeerd aan de patiënt en aan het chirurgische instrumentarium, wordt geregistreerd door een opto-elektrische camera; (b) hierdoor wordt het navigatiesysteem geïnformeerd over de positie van het instrumentarium ten opzichte van de patiënt en wordt een samenhangend beeld op een computerscherm weergegeven.

rurgisch instrument en dienen de radiologische beelden die zijn verkregen bij fluoroscopie, CT of MRI als landkaart. Een onmisbaar element in de navigatiechirurgie is het bepalen van de exacte positie van de patiënt en de positie van de instrumenten in de operatiekamer. Hiertoe wordt een zogenaamde positie-‘tracker’ gebruikt. In het voorbeeld van de gps kan deze positietracker het best worden vergeleken met meerdere satellieten die de positie van de auto bepalen. De meeste chirurgische navigatiesystemen maken gebruik van een positietracker die gevoelig is voor infrarood licht, ook wel een opto-elektrische camera genoemd. Dit infrarode licht wordt uitgezonden door lichtemitterende dioden (LED’s) die zijn gefixeerd aan de patiënt en aan de chirurgische instrumenten. Op deze wijze wordt het navigatie-

2302

systeem geïnformeerd over de positie van de instrumenten ten opzichte van de patiënt en kan deze positie virtueel worden geprojecteerd in van tevoren vastgelegde radiologische beelden (figuur 1 en 2). ‘Registreren’. Wanneer een preoperatieve CT- of MRI-scan wordt gebruikt om de positie van instrumenten in af te beelden, is het nodig een zogenaamde registratieprocedure uit te voeren. ‘Registreren’ is het definiëren van de relatie tussen de anatomische elementen in het operatiegebied en de anatomische kenmerken zoals deze zijn weergegeven op de CT- of MRI-scan. Met andere woorden: de coördinaten van het feitelijke operatiegebied moeten overeenkomen met die op de scan (figuur 3). Voor de registratie zijn er ruwweg twee technieken: een non-invasieve en een invasieve. De non-invasieve techniek maakt gebruik van externe markers die op de patiënt worden aangebracht voordat de scan wordt gemaakt. Om te registreren, worden op de operatiekamer deze externe markers aangeraakt met een speciale ‘pointer’. Iedere keer als de pointer op een externe marker staat, wordt het overeenkomstige punt op de CT- of MRI-scan met de muis aangeklikt. Op deze manier wordt de actuele situatie aan de preoperatieve scan gekoppeld. De invasieve methode gebruikt anatomische structuren als markers. De anatomische structuren worden met de pointer in de patiënt, in overeenstemming met de structuren op de scan gedefinieerd. Dit houdt vanzelfsprekend in dat deze structuren eerst moeten worden vrijgeprepareerd. Elk van beide methoden heeft haar voor- en nadelen. Externe markers zijn in de meeste gevallen kunststof plakkers. Nadat de scan gemaakt is, kunnen deze plakkers verschuiven, zodat de registratie onnauwkeurig wordt. Dit probleem doet zich bij een anatomische registratie niet voor, maar in de praktijk kan het moeilijk zijn de beoogde anatomische structuren te lokaliseren. Bij fractuurbehandeling wordt daarentegen in de meeste gevallen gebruikgemaakt van fluoroscopie als navigatiemedium. Voordelen van deze techniek zijn dat er gemakkelijk nieuwe beelden op de operatiekamer kunnen worden vervaardigd tegen relatief lage kosten. Bovendien is dan een registratieprocedure zoals deze hierboven is beschreven voor een CT- of MRI-scan niet meer nodig. Registratie wordt bereikt door op het moment van doorlichting zowel de positie van de patiënt als die van de C-boog van het röntgenapparaat aan het navigatiesysteem door te geven. De positie van de C-boog wordt bepaald door het bevestigen van LED’s aan deze boog. Op deze wijze wordt het mogelijk de positie van de chirurgische instrumenten virtueel weer te geven in diverse doorlichtingsbeelden.


figuur 2. De positie van een boor wordt virtueel geprojecteerd in van tevoren vastgelegde doorlichtingsbeelden van het proximale femur.

klinische toepassingen In de traumatologie werd CAS voor het eerst toegepast tijdens de plaatsing van schroeven in de wervelkolom bij thoracale en lumbale wervelfracturen. De schroeven worden geplaatst in de pedikel, het botdeel dat de wervelboog met het wervellichaam verbindt (figuur 4). In de meeste studies werd er CT-geleid genavigeerd, maar fluoroscopische navigatie binnen de wervels is ook beschreven. Uit de literatuur is bekend dat foutieve schroefplaatsing met een frequentie van 10-40% voorkomt.2 Dit is een ernstige complicatie, die kan leiden tot neurologische en vasculaire schade. Sinds 1995 hebben meerdere auteurs gepubliceerd over klinische pedikelschroefplaatsing in de thoracale en lumbale wervelkolom door middel van CAS; daaruit blijkt dat de perforatiegraad van pedikelschroefplaatsing bij CAS lager is; deze varieert van 4-15%.2-7 Onlangs werd in een prospectieve studie de nauwkeurigheid van plaatsing van cervicale pedikelschroeven door middel van CAS vergeleken met die van conventionele plaatsing. De pedikelperforatie betrof 8% in de conventionele groep en 3% in de CAS-groep.8 Navigatie op basis van fluoroscopie wordt tevens ingezet voor de percutane behandeling van bekkenfracturen. Hiertoe is een richtapparaat voor kirschnerdraden uitgerust met LED’s. Dit maakt het mogelijk de positie, de lengte en de

figuur 3. Met ‘registreren’ wordt bedoeld het definiëren van de relatie tussen de feitelijke anatomische elementen in het operatiegebied en de virtuele anatomische kenmerken zoals weergegeven op het navigatiestation. Hier worden anatomische structuren met een navigatiepointer (paars) aangeduid.


2303

figuur 4. De virtuele positie van een pedikelschroef wordt in een preoperatief vervaardigde CT-scan weergegeven.

figuur 5. De virtuele positie van de kirschnerdraad wordt hier in 3 richtingen binnen fluoroscopische beelden van het sacro-iliacale gewricht weergegeven. Als de kirschnerdraden zijn ingebracht, dienen ze als geleidedraden voor de definitieve, gecanuleerde schroeven.

2304


figuur 6. Voordat er definitief geboord wordt, wordt hier de virtuele positie van de kirschnerdraden in 2 richtingen afgebeeld op het collum femoris, zodat de boorrichting nauwkeurig kan worden bepaald.

diameter van de kirschnerdraden virtueel weer te geven in doorlichtingsbeelden. Wanneer het richtapparaat wordt verplaatst, verandert de virtueel weergegeven positie van de kirschnerdraad op het beeldscherm navenant. Pas wanneer de chirurg tevreden is over de positie wordt er daadwerkelijk geboord. Na repositie van de bekkenfractuur worden in het sacro-iliacale gewricht, het os pubis of het acetabulum kirschnerdraden ingebracht. Deze draden dienen als geleidedraden voor de definitieve gecanuleerde schroeven.9 10 Bij 24 patiënten werden de resultaten van conventioneel geplaatste sacro-iliacale schroeven en die van plaatsing door middel van CAS met elkaar vergeleken (figuur 5).11 Er waren geen verschillen in complicaties. De doorlichtingstijd in de CAS-groep bleek ten opzichte van die in de conventionele groep gereduceerd met een factor 2,5. De operatieduur was in beide groepen gelijk.11 Bovenstaande techniek is ook toegepast bij de percutane behandeling van heupfracturen. De kirschnerdraden worden in het collum femoris ingebracht door middel van de eerder beschreven techniek. Vervolgens worden de gecanuleerde schroeven ingebracht (figuur 6). Deze operatie wordt echter niet op grote schaal verricht en is slechts in enkele publicaties beschreven.12 CAS wordt tevens ingezet bij het positioneren en vergrendelen van intramedullaire pennen bij fracturen van het femur. Ook deze techniek is slechts be-

schreven in enkele experimentele studies en wordt klinisch niet op grote schaal toegepast.13 14 Binnen de reconstructieve chirurgie wordt CAS voornamelijk gebruikt bij gewrichtsvervangende operaties, zoals de plaatsing van een totale heup- of knieprothese. Hierbij wordt CAS toegepast om de cup in het acetabulum en de prothese in het proximale femur te positioneren. Tot op heden is er een aantal gerandomiseerde studies verricht waarin voor CAS een nauwkeuriger plaatsing van de cup wordt beschreven dan voor de conventionele methode. Echter, het betreft vaak kleine patiëntenaantallen en er is een radiologische, niet een klinische, verbetering van de positie. Een klinisch voordeel op de lange termijn is nog niet aangetoond.15-17 Hetzelfde kan worden gezegd over plaatsing van een totale knieprothese.18 19 conclusie en toekomstperspectief De potentiële voordelen van CAS zijn duidelijk: een toegenomen nauwkeurigheid, veiligheid en reproduceerbaarheid bij chirurgische interventies, gecombineerd met een lagere stralingsbelasting voor de patiënt en het chirurgisch team. Op dit moment wordt de navigatietechniek nog niet op grote schaal toegepast. Dit heeft een aantal redenen. De techniek is kostbaar en is vaak ingewikkeld om mee te werken,


2305

ofschoon de nieuwe systemen steeds meer het ‘plug and play’-principe hanteren, dat wil zeggen, aansluiten en werken. Daar komt bij dat CAS slechts bij enkele, zeer specialistische ingrepen geïndiceerd is. Wij zijn van mening dat navigatiechirurgie in de toekomst de standaard zal worden op een aantal gebieden binnen de orthopedie en de traumatologie. Deze gebieden zijn: pedikelschroefplaatsing, bekkenoperaties en het plaatsen van knie- en heupprothesen. Navigatie in driedimensionale röntgenbeelden is onlangs geïntroduceerd en zou tot nieuwe implementaties kunnen leiden. Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: geen gemeld.

Aanvaard op 9 augustus 2006

Literatuur 1

Broeders IAMJ, Niessen W, Werken Chr van der, Vroonhoven ThJMV van. De operatiekamer van de toekomst. Ned Tijdschr Geneeskd. 2000;144:204-10. 2 Merloz P, Tonetti J, Pittet L, Coulomb M, Lavallee S, Troccaz J, et al. Computer-assisted spine surgery. Comput Aided Surg. 1998;3: 297-305. 3 Kamimura M, Ebara S, Itoh H, Tateiwa Y, Kinoshita T, Takaoka K. Accurate pedicle screw insertion under the control of a computerassisted image guiding system: laboratory test and clinical study. J Orthop Sci. 1999;4:197-206. 4 Laine T, Schlenzka D, Makitalo K, Tallroth K, Nolte LP, Visarius H. Improved accuracy of pedicle screw insertion with computer-assisted surgery. A prospective clinical trial of 30 patients. Spine. 1997;22: 1254-8. 5 Ludwig SC, Kramer DL, Balderston RA, Vaccaro AR, Foley KF, Albert TJ. Placement of pedicle screws in the human cadaveric cervical spine: comparative accuracy of three techniques. Spine. 2000;25:1655-67. 6 Merloz P, Tonetti J, Eid A, Faure C, Lavallee S, Troccaz J, et al. Computer assisted spine surgery. Clin Orthop Relat Res. 1997;(337):86-96. 7 Schwarzenbach O, Berlemann U, Jost B, Visarius H, Arm E, Langlotz F, et al. Accuracy of computer-assisted pedicle screw placement. An in vivo computed tomography analysis. Spine. 1997;22:452-8. 8 Richter M, Cakir B, Schmidt R. Cervical pedicle screws: conventional versus computer-assisted placement of cannulated screws. Spine. 2005;30:2280-7. 9 Crowl AC, Kahler DM. Closed reduction and percutaneous fixation of anterior column acetabular fractures. Comput Aided Surg. 2002;7: 169-78. 10 Stockle U, Krettek C, Pohlemann T, Messmer P. Clinical applications – pelvis. Injury. 2004;35 Suppl 1:S-A46-56. 11 Schep NWL, Haverlag R, Vugt AB van. Computer-assisted versus conventional surgery for insertion of 96 cannulated iliosacral screws in patients with postpartum pelvic pain. J Trauma. 2004;57:1299-302.

2306

12 Schep NWL, Verleisdonk EJM, Broeders IAMJ, Kappelhof FM, Werken Chr van der. Internal fixation of femoral neck fractures with computer aided surgery. Eur J Trauma. 2003;29:268-72. 13 Suhm N. Intraoperative accuracy evaluation of virtual fluoroscopy – a method for application in computer-assisted distal locking. Comput Aided Surg. 2001;6:221-4. 14 Suhm N, Jacob AL, Nolte LP, Regazzoni P, Messmer P. Surgical navigation based on fluoroscopy – clinical application for computerassisted distal locking of intramedullary implants. Comput Aided Surg. 2000;5:391-400. 15 Jolles BM, Genoud P, Hoffmeyer P. Computer-assisted cup placement techniques in total hip arthroplasty improve accuracy of placement. Clin Orthop Relat Res. 2004;(426):174-9. 16 Kalteis T, Handel M, Bathis H, Perlick L, Tingart M, Grifka J. Imageless navigation for insertion of the acetabular component in total hip arthroplasty: is it as accurate as CT-based navigation? J Bone Joint Surg Br. 2006;88:163-7. 17 Leenders T, Vandevelde D, Mahieu G, Nuyts R. Reduction in variability of acetabular cup abduction using computer assisted surgery: a prospective and randomized study. Comput Aided Surg. 2002;7: 99-106. 18 Haaker RG, Stockheim M, Kamp M, Proff G, Breitenfelder J, Ottersbach A. Computer-assisted navigation increases precision of component placement in total knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res. 2005;(433):152-9. 19 Chin PL, Yang KY, Yeo SJ, Lo NN. Randomized control trial comparing radiographic total knee arthroplasty implant placement using computer navigation versus conventional technique. J Arthroplasty. 2005;20:618-26.

Abstract Navigation surgery and fracture treatment – During operative fracture treatment the surgeon depends on fluoroscopic or X-ray radiological images as well as CT scans or MRI scans. This means that the surgeon sees only images at a given moment. – Continuous imaging is technically complex and is accompanied by considerable exposure to radiation. Between images the surgeon has to depend on his or her knowledge of anatomical relationships and three-dimensional orientation. This may lead to the incorrect positioning of implants with ensuing morbidity and sometimes even death. – Throughout the surgical procedure, computer assisted surgery (CAS) informs the surgeon of the exact position of the instruments in relation to the affected bone. The concept can be compared to that of the global positioning system (GPS) that is used by motorists. – Clinical applications of CAS have been described for the operative treatment of vertebral fractures as well as fractures of the pelvis, hip and long bones. In reconstructive surgery, CAS is used for positioning the patient for total hip and knee surgery. – The potential advantages of CAS are: increased accuracy, safety and reproducibility combined with lower radiation levels. – Currently CAS is not widely used. There are a number of reasons for this. The technique is expensive and complex although the newer systems are more user friendly. – It is possible that in the future CAS will be in standard use in orthopaedic and trauma surgery. Ned Tijdschr Geneeskd. 2006;150:2301-6


Navigatiechirurgie en fractuurbehandeling

Recommend Documents