Navigatiechirurgie en fractuurbehandeling

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.

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 chirurgisch 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 navigatiesysteem 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.

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 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 beschreven 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, 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.