Registrierstrategien für die Anwendung des Navigationssystems FIAGON an der lateralen Schädelbasis

Zusammenfassung:

Hintergrund:

Ziel der Arbeit war die Evaluation eines neuen Navigationssystems (Fiagon GmbH) im Bereich der lateralen Schädelbasis, da sich der bisherige klinische Einsatz auf das Gebiet der Nasennebenhöhlen beschränkt.

Material und Methoden:

Wir führten die Registrierung und wiederholte Messungen an Schraubmarkern, die an spezifischen Lokalisationen an 5 anatomischen Felsenbeinpräparaten angebracht waren, durch. Im Fokus der Untersuchung lag die Bestimmung der Messunsicherheit und im zweiten Schritt ein Vergleich unterschiedlicher Registriermethoden (Schraubmarker vs. Oberfläche), wobei zusätzlich der Einfluss von OP Sperrern beobachtet wurde.

Ergebnisse:

Aufbau und Bedienung des Navigationsystems zeigten sich am anatomischen Felsenbeinpräparat einfach und gut durchführbar. Es war ein freies Hantieren im OP-Gebiet ohne Rücksichtnahme auf Sichtlinien möglich. Bei einer Registrierstrategie mit 3 einseitig angebrachten Fiducials betrug der Fehler an den Schraubmarkern auf der Mastoidoberfläche und im Bereich der aufgebohrten Mastoidhöhle im Mittelwert 0,8 mm. Die Messungen am Schraubmarker am inneren Gehörgang wiesen im Mittelwert eine im Vergleich größere Abweichung von 1,6 mm auf. Im Vergleich verschiedener verbesserter Registrieransätze zeigte sich die geringste Messunsicherheit bei einer Registrierung mit beidseitig angebrachten Titanschrauben gefolgt von der Oberflächenregistrierung temporal bis occipital und der Registrierung nur im Bereich der Mastoidhöhle.

Schlussfolgerung:

Die gemessenen Werte entsprechen unserer klinischen Erwartung und sind grundsätzlich, bei Kenntnis der vorhandenen Messunsicherheit verwendbar. Eine intraoperative Bildgebung könnte eine Applikation von Schraubmarkern zur Navigation (Goldstandard) während der Operation innerhalb derselben Narkose ermöglichen, oder die Erfassung bereits manipulierter Gewebeoberflächen zur Registrierung bereitstellen. Hier wären dann entsprechende Möglichkeiten zur Erhöhung der Präzision gegeben.

Abstract

Registration Strategies for the Application of the Navigation System Fiagon at the Lateral Scull Base

Objective:

The aim of this study was to evaluate a new navigation system (Fiagon GmbH) at the lateral skull base.

Material and Methods:

We performed repeated measurements and registrations on titanium screws, which were attached to specific anatomical locations on 5 temporal bone specimens. The focus of the investigation is to determinate the Target Registration Error and a comparison of different registration methods.

Results:

Use of the navigation system seems to be practicable at the lateral scull base. For a registration strategy with 3 onesided attached Fiducials the Target Registration Error is 0.8 mm on the surface of the mastoid and in the mastoid cavity. The measurements at the inner ear canal showed a mean deviation of greater than 1.6 mm. In the comparison of different registration methods the best results were found for registration on titanium screws attached on both sides of the head, followed by surface registration at the face including laterobasis followed by registration in the mastoid cavity only.

Conclusion:

The measured values correspond to our clinical expectations and can be used if the existing Target Registration Error is known and respected. An intra-operative imaging may allow the application of titanium screws for navigation (gold standard) within the same general anesthesia during surgery.

Schlüsselwörter

Navigation - laterale Schädelbasis - Felsenbein - Schädelbasischirurgie

Key words

Target Registration Error - navigation - lateral scull base - temporal bone

• Literatur

• 1 Mucha D. Ein fehlerkompensierendes, elektromagnetisches Navigationssytem für die Kopf-Chirurgie. Dissertation TU-Berlin 2009; URL: http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2009/2265/
• 2 Stegmann A, Bohr C, Wurm J, Jro H. Vergleichende Untersuchung eines optoelektrischen sowie eines magnetoelektrischen Navigationssystem. 81. Jahresversammlung der deutschen HNO-Gesellschaft in Wiesbaden; 2010
• 3 Berry J, OMalley B, Humphries S, Staecker H. Making Image Guidance Work: Understandig Control of Accuracy. Ann Otol Rhinol Laryngol 2003; 689-692
• 4 Schipper J, Aschendorff A, Arapakis I et al. Navigation as a quality management tool in cochlear implant surgery. J of Laryngol and otol 2004; Vol 118: 764-770
• 5 Ecke U, Khan M, Maurer J, Boor S, Mann WJ. Fehlerquellen in der Navigation in der lateralen Schädelbasischirurgie. Darstellung von Einflussfaktoren in der Praxis. HNO 2003; 51: 386-393
• 6 Kral F, Url C, Widmann G, Riechelmann H, Frey-Singer H. Lernkurve bei der Registrierung navigierter Eingriffe an der Schädelbasis. Laryngo-Rhino-Otol 2011; 90 (02) 90-93
• 7 Bartling SH, Leinung M, Graute J, Rodt T, Dullin C, Becker H, Lenarz T, Stover T, Majdani O. Increase of accuracy in intraoperative navigation through high-resolution flat-panel volume computed tomography: experimental comparison with multislice computed tomography-based navigation. Otol Neurotol Jan 2007; 28 (01) 129-134
• 8 Fitzpatrick JM, West JB, Maurer CR. Predicting error in rigid-body, point-based registration. IEEE transactions on Medical Imaging 1998; 17: 694-702
• 9 Horn KP. Closed-form solution of absolute orientation using unti quaternions. In: Optical Society of America. 1987. Nr. 4 S. 629-S. 642
• 10 Nixon MA, McCallum BC, Fright WR, Price NB. The Effects of Metals and Interfering Fields on Electromagnetic Trackers’. Presence: Teleoper.Virtual Environ 1998; 7 (02) 204-218
• 11 Birkfellner W., Watzinger F, Wanschitz F et al. Systematic distortions in magnetic position digitizers. Med Phys 1998; 25 (11) 2242-2248
• 12 Hummel J, Figl M, Kollmann C, Bergmann H, Birkfellner W. Evaluation of a miniature electromagnetic position tracker. Med Phys 2002; 29 (10) 2205-2212