Prüfung und Optimierung der Einbindung der Sonographie in die Neuronavigation

Navigationssysteme werden bereits routinemäßig im neurochirurgischen Operationssaal verwendet. In der kraniellen Navigation ist jedoch die Hirngewebsverlagerung (Brain Shift) nach wie vor ein limitierender Faktor für die Genauigkeit. Als Lösung dieses Problems stehen 3 intraoperative bildgebende Verfahren zur Verfügung. Neben dem intraoperativen MRT (ioMRT) und dem intraoperativen CT (ioCT) ist die intraoperative Sonographie (ioSO) aufgrund ihrer niedrigen Kosten und hoher Flexibilität eine attraktive Alternative. In dieser Arbeit sollte die technische Genauigkeit der Integration eines Ultraschallsystems in ein Navigationssystem quantifiziert und optimiert werden. Ferner sollen Parameter identifiziert werden von denen die Genauigkeit der Navigation mit integrierter Sonographie im klinischen Umfeld beeinflusst wird um hier Empfehlungen für die klinische Anwendung entwickeln zu können. Es wurde speziell für diese Arbeit ein Testphantom entwickelt und konstruiert. Mithilfe dieses Phantoms wurden die oben genannten Parameter bestimmt und evaluiert. Durch vergleichende Messungen der räumlichen Abweichungen unter Variation von Kamerawinkel, Kameraabstand, Ultraschallgeschwindigkeit und Kalibrationsphantom wurde auf eine Reduktion des Messfehlers hingearbeitet und ein optimales Setting ermittelt. Die optimale Distanz zwischen der Navigationskamera und dem Referenzstern wurde mit 1.8m ermittelt, der optimale Winkel mit 62° oder 45°. Durch diese Konstellation kann eine Messgenauigkeit (räumlicher Fehler) von 0.82 ± 0.1mm bei 62° Kamerawinkel erreicht werden. Insbesondere die Nutzung einer Software-Erweiterung zur software-unterstützten Bildpunkt-Bestimmung in der Sonographie ermöglichte die Erarbeitung der Messgenauigkeit. Dieser Wert gehört zu den besten publizierten Ergebnissen der Integration der Sonographie in die Navigation und bietet eine solide Basis, um die Testmessungen an Patienten zu übertragen. Diese vielversprechenden Ergebnisse erlauben es als nächsten Schritt, die Genauigkeit der Integration der Sonographie an ein Navigationsgerät intraoperativ (in vivo) an Patienten zu testen. Bei hinreichender klinischer Genauigkeit wäre eine Korrektur des Brain Shift durch Abgleich mit dem präoperativen MRT-Datensatz möglich Navigation systems are being routinely used in the neurosurgical operation room. Though, in the cranial navigation, the brain shift is still a relevant limiting factor for their accuracy. There are 3 intraoperative imaging techniques that serve as a solution for this problem. Because of its high flexibility and low cost, the intraoperative sonography (ioSO) serves next to the intraoperative MRI (ioMRI) and intraoperative CT (ioCT) as an attractive alternative. Goal of this study was to evaluate and optimize the technical accuracy for integration of an ultrasound system into a navigation system. Further should parameters, which influence the accuracy of neuronavigation with integrated ultrasound in the clinical setting, be identified in order to give sufficient recommendations for clinical application. For the study a special test phantom was designed and developed. On this phantom the parameters mentioned above were determined and evaluated. We worked on minimizing the errors of the results measured. Thereby we tested several different settings. Different speed of ultrasound, distance and angle to the navigation camera were intensively examined. According to our tests the optimal distance between the navigation camera and the reference star is 1.8m. The optimal IR camera angle is 62° to 45°. With this constellation an accuracy of 0.82 ± 0.1mm could be reached. Software-based optimization of the definition of the target point within the sonography image enhanced accuracy. These results were not achieved in any similar examination and provide a solid base for the next phase of clinical tests, which should be performed in vivo intraoperatively in patients. These promising results allow as a next step to perform tests of integrating the sonography into a navigation system intraoperatively (in vivo) on patients. With these accurate results the brain shift that occurs during an operation could be corrected in the navigational system. The success of this method may offer a more cost effective and more flexible alternative to the intraoperative MRI.