Open Access

Tirza Ruth Wöbbecke

• In der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, ob der Roboter ROSA bei der Durchführung von intrakraniellen Biopsien oder Elektrodenimplantationen eine Alternative zur klassischen, rahmenbasierten Stereotaxie darstellt. Dazu sollte die mechanische und die Anwendungsgenauigkeit des Systems ermittelt werden. Zur Bestimmung der mechanischen Genauigkeit wurde eine experimentelle Phantomstudie durchgeführt. Hier wurden durch den Roboter wiederholt zehn Trajektorien an einem Stereotaxiephantom angefahren. Der Abstand der robotischen Nadel zum Zielpunkt im Phantom wurde anhand von Röntgenbildern bestimmt. Die Wiederholung des Versuchsaufbaus unter Variation der Planungsbildgebung erlaubte den Vergleich verschiedener Schichtdicken sowie zwischen low-dose und normal-dose Verfahren. Die Anwendungsgenauigkeit sollte durch die Analyse operativer Ergebnisse der ROSA erfasst werden. Dazu wurde anhand von postoperativen Bildern die Genauigkeit anhand des Abstands zwischen geplanter und tatsächlicher Lage von Stereoelektroenzephalographie-Elektroden ermittelt. Es wurden verschiedene Referenzierungstechniken, die der Orientierung des Roboters dienen und bei denen eine präoperative Planungsbildgebung (CT oder MRT) mit einem Abbild des OP-Gebietes (durch Oberflächenerkennung oder durch einen Stereotaxierahmen) referenziert wird, verglichen, nämlich CT-Laser; CT-Leksell-Rahmen und MRT-Laser. Die Ergebnisse wurden einer statistischen Analyse unterzogen. Dabei zeigte sich, dass der ROSA-Roboter eine sehr hohe mechanische Genauigkeit im Submillimeterbereich erreicht. Genauigkeitseinbußen bei einer größeren Schichtdicke der zur Planung verwendeten Computertomographie sind messbar, aber gering. Ein signifikanter Einfluss bei der Verwendung eines low-dose-Protokolls konnte nicht festgestellt werden. Dennoch zeigte sich, dass der entscheidende Teil der Ungenauigkeiten in der klinischen Anwendung entsteht und dabei insbesondere durch die Referenzierungstechnik bestimmt wird. Referenzierungen, die auf einer Computertomographie basierten, erwiesen sich als zufriedenstellend genau und als konkurrenzfähig zur konventionellen Methode. Der Unterschied zwischen dem rahmenbasierten und dem auf Oberflächenerkennung basierenden Verfahren war dabei so gering, dass letzteres sich angesichts seiner Vorteile in der Anwendung als besonders günstiges Verfahren hervortut. Im Gegensatz dazu stand das MRT-Laser-Verfahren, welches bei relativ hohen Abweichungen nur eingeschränkt anwendbar scheint und sich damit eher für Anwendungsbereiche mit geringeren Genauigkeitsanforderungen eignet, wie bspw. Biopsien. Weiterhin kann der Verlauf der Trajektorie an den höheren Sicherheitsabstand angepassten werden. Bei der Einordnung der ermittelten Genauigkeiten ist zu beachten, dass es viele weitere, von der Referenzierungs- und Bildgebungsmethode unabhängige Einflussfaktoren gibt. In dieser Arbeit war der Einfluss der erfassten externen Paramter zwar limitiert, bei anderen Autoren zeigte sich jedoch ein signifikanter Effekt. Dennoch deckt sich die Gesamtgenauigkeit mit den Ergebnissen anderer Arbeiten. In Zusammenschau der Ergebnisse weist die vom ROSA-Assistenzsystem assistierte Stereotaxie eine verbesserte Prozessqualität auf, unter anderem durch die erhebliche Zeitersparnis, ggf. der Wegfall des Transports des narkotisierten Patienten, die Adaptionsmöglichkeiten der Prozessteilschritte an den Patienten, sowie eine hohe Nutzerfreundlichkeit. Entscheidend ist jedoch, dass es sich um ein sehr sicheres Verfahren handelt: Durch die hohe Genauigkeit wird das Operationsrisiko minimiert, gleichzeitig erlauben Laser-gestützte Registrierungsverfahren eine Reduktion der Strahlenexposition. Zur Konsolidierung der in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse sind weitere klinische Daten notwendig.
• In the present work it should be investigated whether the robot ROSA is an alternative to classic frame-based stereotaxy when performing intracranial biopsies or electrode implantations. For this purpose, the mechanical and application accuracy of the system should be determined. An experimental phantom study was carried out to determine the mechanical accuracy. Here, the robot repeatedly approached ten trajectories on a stereotaxy phantom. The distance of the robotic needle to the target point in the phantom was determined using X-ray images. The repetition of the experimental setup with variation of the planning imaging allowed the comparison of different layer thicknesses as well as comparison of low-dose and normal-dose methods. The application accuracy was to be determined by analyzing clinical results of the ROSA. For this purpose, postoperative images were used to determine the accuracy based on the distance between the planned and actual position of stereoelectroencephalography electrodes. Different referencing techniques, which serve to orientate the robot by referencing the preoperative planning imaging with an image of the surgical area (by surface recognition or by a stereotactic frame), were compared, namely CT-Laser; CT-Leksell frame and MRI-Laser. The results were subjected to statistical analysis. It was shown that the ROSA robot achieves a very high mechanical accuracy in the sub-millimeter range. Losses in Accuracy due to a larger slice thickness of the computed tomography used for planning are measurable, but small. A significant influence when using a low-dose protocol could not be determined. Nevertheless, it was shown that the decisive part of the inaccuracies arises in clinical application and is determined in particular by the referencing technique. Referencing based on computed tomography proved to be satisfactorily accurate and competitive with the conventional method. The difference between the frame-based and the surface recognition-based method was so small that the latter proved to be a particularly favourable method in view of its advantages in application. This was in contrast to the MRI laser method, which seems to be of limited applicability as a result of relatively high deviations and is therefore more suitable for surgeries with lower accuracy requirements, such as biopsies. Furthermore, the course of the trajectory can be adapted to the higher safety distance. When classifying the determined accuracies, it should be noted that there are many other influencing factors that are independent of the referencing and imaging method. In this thesis the influence of the recorded external parameters was limited, but other authors showed a significant effect. Nevertheless, the overall accuracy is consistent with the results of other papers. In summary a stereotaxy assisted by the ROSA system shows an improved process quality, among other things due to the considerable time savings; if applicable, no transport of anesthetized patients; the possibility to adapt the single process steps to the individual patient and a high degree of user friendliness. It is crucial, however, that it is a very safe procedure: the high level of accuracy minimizes the risk of surgery, while laser-assisted registration procedures allow a reduction in radiation exposure. Further clinical data are necessary to consolidate the findings gained in this work.