Neue Konzepte in der bildgestützten Chirurgie: automatische Patientenregistrierung anhand von Kiefer und Ohrmuschel

Zusammenfassung

Fragestellung

Mit Hilfe einer automatischen und markerlosen Patientenregistrierung auf der Basis natürlicher anatomischer Grenzflächen kann im Vorfeld eines computergestützten chirurgischen Eingriffs eine deutliche Reduktion von Strahlenbelastung und logistischem Aufwand erreicht werden, weil auf das Platzieren und Einmessen röntgensichtbarer Referenzmarker verzichtet werden kann. In einer klinischen Studie sollte überprüft werden, ob neben dem Gesicht auch die Ohrmuschel sowie der Ober- und Unterkiefer als anatomische Grenzfläche zur intraoperativen Registrierung der Patientenlage verwendet werden können.

Material und Methode

Vor einem chirurgischen Eingriff wurde die räumliche Lage von 20 Patienten mit Hilfe eines hochauflösenden 3D-Laserscans registriert und markerlos mit dem präoperativen CT-Datensatz korreliert. Indikation für den chirurgischen Eingriff waren Tumoren, skelettale Fehlbildungen und Fremdkörper. Die Ohrmuschel sowie der Ober- und Unterkiefer wurden dabei zur Registrierung der Patientenlage genutzt. Durch eine zusätzliche konventionelle markerbasierte Patientenregistrierung wurde die Genauigkeit dieser neuen—an sich markerlosen—Methode klinisch evaluiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Die markerlose Patientenregistrierung auf der Basis natürlicher anatomischer Grenzflächen war im Bereich des Oberkiefers verlässlich möglich (Abweichung: 0,8±0,3 mm), im Unterkiefer haben Zunge und beweglicher Mundboden zu geometrischer Inkongruenz und mangelhafter Laserregistrierung geführt. Mit Hilfe der Ohrmuschelregistrierung war eine hohe Präzision zu erzielen, solange die Ohrmuschel während der CT-Bildgebung oder während des Laserscannens nicht deformiert wurde (Abweichung: 1,9±0,9 mm). Die übliche CT-Bildakquisition mit Kopfschale führte jedoch bei mehr als der Hälfte der Patienten zu temporären Ohrmuscheldeformierungen, die eine exakte Laserscanregistrierung unmöglich machte.

Abstract

Objective

Automatic and markerless patient registration based on natural anatomical interfaces may considerably reduce the radiation load and logistical input prior to computer-assisted surgical interventions, as it is not necessary to place and measure reference markers. The present study was to find out if, apart from the facial skin, also auricles as well as the upper and lower jaw can be used as anatomical interfaces for the intraoperative registration of the patient’s position.

Material and method

Prior to surgical intervention the positions of 20 patients were registered by a high-resolution 3D laser scan and correlated with the preoperative CT data set. Tumors, skeletal malformations, and foreign bodies were indications for surgical intervention. Auricles as well as the upper and lower jaw were used to register the patient’s positions. The accuracy of this—basically markerless—method was clinically evaluated through the additionally placed conventional registration markers.

Results and conclusion

The markerless patient registration based on natural anatomical interfaces was successful in the upper jaw (deviation: 0.8±0.3 mm). The tongue and mobile floor of the mouth led to geometric incongruence and inadequate laser registration in the lower jaw. As far as the auricles were concerned, high accuracy could only be achieved as long as the auricles had not been deformed during CT imaging (deviation: 1.9±0.9 mm). The usual CT acquisition with a conventional head support, however, led to temporary auricular deformations in more than half of the patients, which made an exact laser scan registration impossible.