Open Access

Anne-Stephanie Micaella Constantinescu

• Stereotaktische Methoden bieten in der Neurochirurgie die Möglichkeit, minimalinvasiv selbst tiefgelegene Strukturen zielgenau anzusteuern. Rahmensysteme wie der Leksell®-Rahmen der Firma Elekta gelten als Goldstandard zur Führung von Biopsienadeln oder Tiefenelektroden im Gehirn. Hierzu erfolgt eine dreidimensionale Planung des Eingriffes anhand einer präoperativen Magnetresonanz- oder Computertomographie. Die Einstellung der Trajektorie erfolgt am stereotaktischen Rahmen händisch über die Einstellung der Winkel- und Längenmaße. Bei den neueren, roboterassistierten Verfahren, bspw. mit dem ROSA®-Roboter der Firma Zimmer Biomet Robotics, erfolgt nach der schichtbildgebungsbasierten dreidimensionalen Planung eine automatisierte Einstellung der Trajektorie, welche prozedurale und zeitliche Vorteile verspricht. Das Ziel dieser Arbeit ist es gewesen, die beiden Systeme in einem phantombasierten Setting einem direkten Vergleich zu unterziehen. Hierfür ist experimentell die Genauigkeit des Leksell®-Rahmens bestimmt und Daten zur Genauigkeit des ROSA®-Roboters aus einer vorangegangenen Studie von T. R. Wöbbecke herangezogen worden. Die Genauigkeitsmessungen des Leksell®-Rahmens sind an einem Phantom in der Abteilung für Stereotaxie des Universitätsklinikums Köln durchgeführt worden. Vom Phantom sind fünf unabhängige Dünnschicht-CTs (Schichtdicke 0,67 mm, Pixelgröße 0,63 mm, Matrix 512×512) durchgeführt worden, an jedem CT sind 10 Trajektorien auf die insgesamt fünf Zielpunkte des Phantoms mit der Planungssoftware iPS geplant worden. Das Phantom ist im Strahlengang einer stereotaktischen Röntgenanlage fixiert und die berechneten Koordinaten für die Trajektorien an der Zielvorrichtung des Leksell®-Rahmens eingestellt worden. Die entsprechende Trajektorie wurde mittels einer Kanüle ausgeführt. Zur Objektivierung der Genauigkeit wurden die Abstände zwischen Zielpunkt und Kanülenspitze mit einer zweidimensionalen stereotaktischen Röntgenanlage ermittelt. Die Röntgenaufnahmen wurden in die ROSA®-Software eingespielt und der euklidische Abstand von Kanülenspitze zu Zielpunkt unter Erfassung der Abweichung in x-, y- und z-Achse ermittelt. Im Anschluss wurde die Genauigkeit des Leksell®-Stereotaxiesystems mit der im Vorfeld unter identischen Messbedingungen und mit den gleichen Geräten ermittelten ROSA®-Robotergenauigkeit8 verglichen. Die mittlere euklidische Abweichung des Leksell®-Stereotaxiesystems betrug 0,72 mm, die mittlere Tiefenabweichung -0,2 mm, die mittlere seitliche Abweichung 0,65 mm. Verglichen mit den unter identischen Bedingungen erhobenen Ergebnissen der ROSA®-Versuchsreihe hat sich ein signifikanter Unterschied zugunsten des Roboters in der euklidischen (0,53 mm) und seitlichen (0,43 mm), nicht aber in der Tiefenabweichung (-0,22 mm) gezeigt. In dieser Studie ist gezeigt worden, dass die Genauigkeit des bisherigen Goldstandards, des stereotaktischen Rahmens, gegenüber dem ROSA®-Roboter geringer ist. Der Unterschied befindet sich zwar im Submillimeterbereich, ist jedoch signifikant. In der klinischen Situation nehmen noch weitere Faktoren Einfluss auf die Genauigkeit, welche in einer Phantomstudie nicht erfasst werden können. Zudem ergeben sich in der klinischen Situation noch weitere Vorteile des Roboters, beispielsweise zeitliche und prozedurale Faktoren, die den Roboter gegenüber dem Rahmen überlegen machen. Perspektivisch ist zu erwarten, dass der Einsatz roboterassistierter Verfahren in den industrialisierten Nationen weiter ausgebaut wird.
• In neurosurgery, stereotactic methods offer the possibility of targeting brain regions through a minimally invasive approach. Frame systems such as the Leksell® frame from Elekta are considered the gold standard for guiding biopsy needles or electrodes. For this purpose, three-dimensional planning of the procedure is performed using preoperative magnetic resonance imaging or computed tomography. The trajectory is then adjusted manually on the stereotactic frame by setting the directional dimensions. In the more recently developed, robot-assisted procedures, including the ROSA® robot from Zimmer Biomet Robotics, automated adjustment of the trajectory is performed after tomography-based three-dimensional planning. This provides advantages in terms of workflow and time. The goal of this work has been to directly compare the two systems in a phantom-based setting. The accuracy of the Leksell® frame has been determined experimentally and was compared with data on the accuracy of the ROSA® robot, which has been drawn from a previous study by T. R. Wöbbecke. The accuracy measurements of the Leksell® frame have been performed on a phantom at the department of stereotaxy of the University Hospital of Cologne. Five independent thin-slice CTs (slice thickness 0.67 mm, pixel size 0.63 mm, matrix 512×512) were performed on the phantom. On each CT, 10 trajectories were planned to reach the five target points of the phantom. The planning software iPS was used to plan the trajectories. The frame and the phantom have been mounted and the calculated coordinates for the trajectories were adjusted on the targeting device of the Leksell® frame. A cannula was then positioned along the trajectories. To objectify the accuracy, the distances between the actual target point and the tip of the cannula were determined using a twodimensional stereotactic X-ray system. The X-ray images were imported to the ROSA® software and the Euclidean distance from cannula tip to target point was determined by measuring the deviation in the x-, y- and z-axis. Afterwards, the accuracy of the Leksell® stereotactic system was compared to the accuracy of the ROSA® robot which had been determined in advance, using the same equipment under identical measuring conditions. Using the Leksell® stereotactic system, the mean Euclidean distance was 0.72 mm, the mean depth deviation was -0.2 mm and the mean lateral deviation was 0.65 mm. Compared to the results of the ROSA® test series collected under identical conditions, a significant difference in favor of the robot has been shown in the Euclidean distance (0.53 mm) and the lateral (0.43 mm), but not the depth deviation (-0.22 mm). It has been shown, that the phantom accuracy of the stereotactic frame, the previous gold standard, is lower compared to the ROSA® robot. Although the difference is within a submillimeter range, it is significant. In the clinical situation, however, other factors influence the accuracy, which cannot be determined in a phantom study. In addition, other advantages of the robot arise in the clinical situation, such as time efficiency and procedural improvements. Therefore, the widespread use of robot-assisted procedures in industrialized nations is expected in the near future.