DE102006004993A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung minimal-invasiver Interventionen - Google Patents

Abstract

Zur Durchführung minimal-invasiver Operationen ist es bekannt, eine Stereotaxie-Anordnung am Kopf des Patienten zu befestigen, um einen präzisen Eingriff zu ermöglichen. Für eine größere Beweglichkeit kann alternativ eine Muffe an der Schädelöffnung des Patienten angebracht werden. Dies bringt mehr Flexibilität, ist aber aufgrund des Raumbedarfs nicht in bildgebenden Geräten wie etwa Magnetresonanztomographen einsetzbar. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein patientenschonendes Verfahren und eine ebensolche Vorrichtung zu schaffen, welche gleichzeitig flexibel und präzise einsetzbar ist. Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Zielstift (3), welcher unmittelbar in eine Trepanationsöffnung (2) des zu untersuchenden Körperteils (1) aufgesetzt wird. Eine definierte Position ergibt sich durch Aufdrücken eines Kalottenabschnitts (4) des Zielstifts (3) auf die Trepanationsöffnung (2) sowie die gleichzeitige Halterung des Zielstifts in einer Zielvorrichtung. Durchführung minimal-invasiver Operationen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung minimal-invasiver Interventionen unter Verwendung eines Zielstifts, dieser umfassend einen Führungsabschnitt und einen Kalottenabschnitt, welche einen gemeinsamen Führungskanal zur Führung wenigstens eines medizinischen Instruments aufweisen, wobei der Zielstift mit dem Kalottenabschnitt im Bereich einer Trepanationsöffnung in Anlage mit dem zu intervenierenden Körperteil gebracht wird.
• Eine solche Vorrichtung ist bereits aus der WO 98/17191 A1 vorbekannt. Sie umfasst einen Zielstift zur Führung eines medizinischen Instruments, etwa einer Biopsienadel, welcher in seinem dem Schädel zugewandten Anlagebereich eine kugelförmige Kalotte aufweist. Diese Kalotte wird erfindungsgemäß über ein in die Trepanationsöffnung eingefügtes Einsetzstück mittelbar mit dem Schädel in Anlage gebracht. Das Einsetzstück selbst ist mit einer Verankerung derart versehen, dass es in der Trepanationsöffnung verhaftet wird. Der Zielstift ist bei bestimmungsgemäßem Einsatz in einer halbrunden Ausnehmung des Einsatzstückes aufgenommen und wird an seiner vom Schädel abgewandten Seite von einem Fixierstück in der Anordnung gehalten. Ein durch den Zielstift in den Schädel eingreifendes medizinisches Instrument kann auf diese Weise mit einem erheblichen Maß an Freiheit bewegt werden, wodurch der Invasionskanal in den Schädel hinein individuell wählbar wird.
• Die DE 197 26 141 A1 stellt eine Alternative zu dieser Vorrichtung dar, bei der ein Zielstift mit einer ebenfalls kugelförmigen Kalotte mit einer Halterung derart befestigt ist, dass der Zielstift nach Art eines Kugelgelenkes auf der Halterung beweglich gelagert ist. Die Halterung wird dabei jedoch nicht in der Trepanationsöffnung verklemmt oder verfügt, sondern mit einem mit der Halterung einstückig gebildeten Schraubgewinde in die Schädeldecke eingedreht. Dies verschafft zwar einen sicheren Halt der Halterung am Schädel und bewirkt so eine definierte Position des Zielstifts, es kann dabei allerdings zu Absplitterungen vom Schädelknochen kommen. Diese führen gegebenenfalls ihrerseits zu Verletzungen des darunter liegenden Gewebes und stellen ein zusätzliches Risiko dar.
• In Weiterentwicklung dieser Ausführung beschreibt die DE 198 08 220 A1 eine analoge Vorrichtung, welche durch eine auf den Schädel aufklebbare Halterung gekennzeichnet ist. Dies umgeht zwar den bereits genannten Nachteil der Absplitterung, führt allerdings im Ergebnis zu einer ungenaueren und weniger haltbaren Befestigung der Halterung am Schädel des Patienten.
• Die vorgenannten Vorrichtungen werden alternativ zur Stereotaxie für die Neuronavigation eingesetzt. Sie werden direkt am Kopf befestigt und ermöglichen manuelle Eingriffe am bildgebenden Gerät ohne zusätzlichen Referenzrahmen. Voraussetzung dafür ist jedoch eine genaue Kenntnis über die Instrumentenposition, die sich zum Beispiel mit optischen Planungssystemen darstellen lässt. Zielpunktabweichungen infolge von Weichteilverlagerungen (Brain-Shift) während eines medizinischen Eingriffes können bei der Planung berücksichtigt werden. Allgemein schwierig und problematisch ist jedoch die Anwendung derartiger Vorrichtungen in extremen Umgebungen wie von Magnetresonanztomographen (MRT), zum einen aufgrund der starken Magnetfelder, der empfindlichen Messumgebung, aber auch aufgrund des geringen Raumangebotes.
• Bei neurochirurgischen Eingriffen ist eine hohe Genauigkeit bzw. Reproduzierbarkeit bei der Anwendung medizinischer Instrumente erforderlich, die nur mit präzisen Positioniervorrichtungen aus speziellen Werkstoffen, Aktoren und Sensoren erreicht werden kann. Neben der geforderten hohen Genauigkeit ermöglicht eine Online-Bildgebung zusätzlich eine sicherere Anwendung durch schnelle Kontrolle des Operationsgebietes. Weichteile wie das Gehirn lassen sich dabei besonders präzise durch die MRT-Technik abbilden.
• Herkömmlich werden daher die genannten Stereotaxie-Vorrichtungen zur Durchführung solcher minimal-invasiver, neurochirurgischer Eingriffe wie etwa der Durchführung von Biopsien oder zur Resektion von Tumorgewebe eingesetzt. Der Eingriff erfolgt in einem Operationsraum mit stereotaktischen Vorrichtungen im Anschluss an vorab durchgeführte Bildgebende Maßnahmen, die heute überwiegend mittels Computer- und Kernspintomographie erfolgen. Zur Planung des chirurgischen Eingriffes wird dabei in den meisten Fällen ein Referenzrahmen benutzt, der am Kopf des Patienten mit Fixierungsschrauben gehalten ist. Zur Durchführung des Eingriffs werden die stereotaktischen Vorrichtungen, und mit ihnen der Kopf des Patienten, üblicherweise am Operationstisch befestigt und somit ein Bezug zwischen diesem und dem Referenzrahmen hergestellt. Das medizinische Instrument ist über einen Führungsschlitten fest mit dem Referenzrahmen verbunden, so dass seine Lage bezüglich des Schädels sich lediglich durch die Bewegung des Führungsschlittens ändert. Ein Nachteil liegt hierbei zum Einen in einem hohen Zeitaufwand, zum anderen ist die Methode für den Patienten besonders belastend, da der Referenzring oft für mehrere Stunden am Kopf getragen werden muss. Ferner muss etwa aufgrund in dieser langen Zeit auftretenden Verlagerung des Patienten oder gar bei zwischenzeitlichen Transporten mit größeren Zielpunktabweichungen gerechnet werden, was wiederum zusätzlichen Aufwand für weitere Ausrichtungen bedeutet.
• Somit stellen die erstgenannten Vorrichtungen folglich eine Lösung zur Durchführung präziser, handgeführter Eingriffe dar, deren Beweglichkeit jedoch im bildgebenden MRT-Geräten eingeschränkt sind, während die in MRT-Geräten eingesetzte Stereotaxie-Methode eine große Belastung des Patienten bedeutet.
• Bislang standen noch keine geeigneten Instrumentarien zur Verfügung, die einen derartigen präzisen Eingriff direkt in MRT-Geräten unter Online-Kontrolle durchführen könnten. Eine wichtige Voraussetzung stellt dabei die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine dar. Diese sollte zum einen sowohl mit der erforderlichen Präzision, als auch patientenschonend realisiert werden, zum anderen sollte die praktische Anwendung variabler Instrumente sowie eine einfache Bedienung ermöglicht sein, was wiederum im Notfall kein Hindernis darstellen darf.
• Der Erfindung liegt vor diesem technischen Hintergrund die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine schonende und trotzdem präzise und variable Durchführung von minimal-invasiven Interventionen, insbesondere auch im Wirkungsbereich von Magnetresonanztomographen, ermöglicht.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie durch die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5. Weitere sinnvolle Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
• Erfindungsgemäß wird der zu intervenierende Körperteil, etwa der Schädel des Patienten, stereotaktisch fixiert. Ein Zugang zu der interessierenden Stelle, etwa einem innenliegenden Tumor, ist zuvor in an sich herkömmlicher Weise durch Herstellung einer Trepanationsöffnung ermöglicht worden. Im Bereich dieser Trepanationsöffnung wird ein Zielstift, welcher wenigstens einen Führungsabschnitt und einen Kalottenabschnitt aufweist, in Anlage mit dem Körperteil gebracht. Dabei wird der Kalottenabschnitt direkt und ohne Zwischenlage einer weiteren Vorrichtung formschlüssig auf die Trepanationsöffnung aufgesetzt. Die direkte Anlage des Kalottenabschnitts auf der Trepanationsöffnung ermöglicht in der Art eines nach oben offenen Kugelgelenks eine variable Ausrichtung des Zielstifts, welcher einen Führungskanal zur Führung eines medizinischen Instruments, etwa einer Biopsienadel, aufweist. Der Führungskanal mündet in den nun in die Trepanationsöffnung eingreifenden Kalottenabschnitt und gewährt dem medizinischen Instrument eine vorgebbare Führung entlang eines durch die Lage des Zielstiftes definierten Invasionskanals. Somit ist die Lage des Zielstifts zunächst in einem Punkt definiert. Eine zweite Definition erfährt der Zielstift durch eine feste Verbindung mit einer Zielvorrichtung, mit welcher der Zielstift in verschiedenen Raumrichtungen beweglich gehalten ist. Die Zielvorrichtung definiert die Ausrichtung des Zielstifts im Raum und somit die Interventionsrichtung des medizinischen Instruments. Durch einen angemessenen Druck der Zielvorrichtung auf den in der Trepanationsöffnung positionierten Zielstift erfährt dieser eine Zweipunkt-Definition, welche eine präzise und unbewegliche Lagerung des medizinischen Instruments gestattet.
• In vorteilhafter Ausgestaltung bringt die Zielvorrichtung den Zielstift selbsttätig in eine zuvor, etwa mithilfe von bildgebenden Maßnahmen, definierte Stellung. Eine manuelle Steuerung der über die Stereotaxie-Anordnung bewirkten Führung des Zielstifts ist alternativ möglich.
• In vorteilhafter Ausgestaltung wird die Bildgebung des MRT bei der Durchführung des Eingriffs als zusätzliche Informationsquelle eingesetzt. Dabei ist es sinnvoll, dass der Zielstift durch Applikation von Kontrastmittel oder durch Anbringen von bildgebenden Sensoren beaufschlagt ist. Insbesondere liegt hierin ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, weil hierdurch sowohl die Planung des Eingriffs als auch die Therapie selbst überaus zeitnah noch im MRT erfolgen kann.
• In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Zielstift aus einem unmagnetischen Material, etwa Kunststoff oder Keramik gefertigt, um eine für den MRT undurchdringliche bzw. undurchsichtige Führung des medizinischen Instruments zu vermeiden.
• Der Zielstift ist mit Vorteil auf einem Positionsarm angeordnet, welcher einen Tiefenanschlag aufweist. Dieser Tiefenanschlag ist in seinem Abstand zum Zielstift beweglich gelagert. Er weist einen Führungskanal auf, der mit dem Führungskanal des Zielstifts fluchtet. Das medizinische Instrument wird dann bestimmungsgemäß durch den Tiefenanschlag hindurch in den Zielstift eingeführt. Der Tiefenanschlag ist vor dem Eingriff in Abhängigkeit von der Länge des verwendeten medizinischen Instruments so einzustellen, dass bei einem Anschlag des Instruments im Tiefenanschlag der interessierende Teil, bei einer Biopsie etwa die zur Gewebeentnahme vorgesehene Position, mit der Spitze des Instruments erreicht wird. Der Tiefenanschlag ist mit Vorteil in dieser Position verrastbar.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in Anlage zu einem zu intervenierenden Schädelknochen in einer schematischen Schnittdarstellung,
• 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihrem Positionsarm in einer Seitenansicht,
• 3 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 2 und
• 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihrem Positionsarm in einer Draufsicht.
• 1 zeigt einen Zielstift 3, welcher einen Kalottenabschnitt 4 sowie einen Führungsabschnitt 5 aufweist. Der Zielstift ist längs von einem Führungskanal 6 durchgriffen, welcher eine Aufnahme für ein medizinisches Instrument 7 bietet. Als ein solches medizinisches Instrument 7 kommt etwa eine Biopsienadel in Frage, mit deren Hilfe innerhalb eines Schädels 1 gelegenes Material über eine Trepanationsöffnung 2 entnommen werden kann. Hierzu wird zunächst der Zielstift 3 in unmittelbare Anlage zum Schädel 1, genauer der Trepanationsöffnung 2, gebracht, wobei der Raumwinkel des Zielstifts zur Definition eines Invasionskanals in den Schädel hinein in Verlängerung des Führungskanals 6 berücksichtigt wird. Durch die direkte Auflage des Zielstifts 3 auf der Trepanationsöffnung 2 ist eine erste Definition dieser Positionierung geschaffen.
• 2 zeigt eine Seitenansicht der vollständigen Anordnung, wobei der Zielstift 3 auf einem Positionsarm 8 fest angeordnet ist. Der Positionsarm 8 ist als Teleskoparm ausgeführt, wodurch eine Bewegung des Positionsarms 8 in Stoßrichtung des Invasionskanals ermöglicht ist. Dies führt dazu, dass ein durch den Positionsarm 8 über den Zielstift 3 auf den Schädel 1 ausgeübter Druck zu einer definierten und festen Positionierung des Zielstifts führt. Durch den Zielstift hindurch wird das medizinische Instrument 7 in somit ebenfalls definierter Weise durch die Trepanations öffnung 2 in den Schädel 1 eingeführt. Dem Positionsarm 8 ist dabei ein Tiefenanschlag 9 zugeordnet, dessen Abstand vom Zielstift 3 veränderlich ist. Der Tiefenanschlag 9 weist eine mit dem Führungskanal 6 des Zielstifts 3 fluchtende Führung auf und wird derart in einer Position verrastet, dass das medizinische Instrument 7 nur bis zu einer maximalen Tiefe einführbar ist, welche durch den Abstand zwischen Tiefenanschlag 9 und Zielstift 3, sowie durch die Länge des medizinischen Instruments 7 definiert ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass ein Eindringen des medizinischen Instruments 7 nur bis zur erforderlichen und vorher mit bildgebenden Maßnahmen bestimmten Tiefe erfolgt. Der Positionsarm 8 ist mittels eines Kugelgelenks 10 an einen Bogenführungsschlitten 11 angelenkt, so dass der Positionsarm 8 zusätzlich sowohl radial als auch azimutal beweglich ist. Der Bogenführungsschlitten 11 ist auf einer Bogenführungsschiene 12 derart beweglich angeordnet, dass der Angriffswinkel des Positionsarms 8 zusätzliche Freiheitsgrade erhält. Ebenfalls wirkt es sich auf den Angriffswinkel aus, dass die Bogenführungsschiene 12 ihrerseits gelenkig an einer zum Schädel 1 ortsfesten Aufhängung 13 angeordnet ist. Sowohl Schädel 1 als auch die Aufhängung 13 sind ortsfest mit dem Operationstisch 14 verbunden, der die feste Systembasis sämtlicher Bewegungsvorgänge im Laufe des Verfahrens darstellt. Hierzu dienen bekannte Kopfhalterungen, mit welchen die Vorrichtung verbindbar ist. In diese Kopfhalterungen wird der Kopf des Patienten mittels mehrerer Schrauben fest eingespannt, so dass eine Bewegung des Kopfes für die Dauer der Operation nicht möglich ist. Die Verbindung des Schädels 1 mit dem Operationstisch 14 mittels dieser adaptierbaren Halterungen ist hier im Einzelnen nicht gezeigt. Sie gewährleistet jedoch eine präzise Positionierung der benötigten medizinischen Instrumente 7.
• 3 zeigt ein Detail aus 2, welches den Zielstift 3 betrifft. Der Zielstift 3 weist an seiner dem Schädel 1 bestimmungsgemäß zugewandten Seite einen Kalottenabschnitt 4 auf, der in einen zylindrischen Führungsabschnitt 5 übergeht. Entlang seiner Längserstreckung ist der Zielstift von einem Führungskanal 6 durchgriffen, der einem in den Schädel 1 einzuführenden medizinischen Instrument 7 als Führung dient. Der Kalottenabschnitt 4 wird durch die oben beschriebene Zielvorrichtung auf die Trepanationsöffnung 2 gepresst, wodurch eine Definition in einem Punkt erzielt wird. Ein zweiter Definitionspunkt befindet sich an der Stelle, an welcher der Zielstift 3 mit dem Positionsarm 8 verbunden ist.
• 4 zeigt die Gesamtanordnung in einer Draufsicht, in welcher durch Pfeile die Bewegungsrichtungen der einzelnen Teile der Zielvorrichtung angedeutet sind. Die gesamte Anordnung kann innerhalb eines MRT bedient werden. Aufgrund der zahlreichen Freiheitsgrade besteht eine weitgehende Anpassbarkeit an die gegebenen Umstände, so dass ein Eingriff flexibel planbar und durch die exakte Führung auch präzise durchführbar ist. Zur eindeutigen Lagereferenzierung des Zielstifts 3 am Schädel 1 ist der Zielstift 3 mit einem für die MR- oder CT-Bildgebung lokalisierbaren Kontrastmittel versehen.
• Vorstehend ist somit eine patientenschonende Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung minimal-invasiver Interventionen beschrieben, bei dem eine direkte Verbindung zwischen einer Zielvorrichtung für medizinische Instrumente 7 und einer in den Schädel 1 eingebrachten Trepanationsöffnung 2 zum Gehirn zu schaffen, ohne dass Verbindungselemente in den Schädelknochen 1 eingeschraubt, eingehakt oder verklammert werden müssen, wodurch eine Reduktion der Schädelverletzung erreicht und für anderweitige operative Eingriffe, etwa im Notfall, eine schnelle vollständige Entnahme der Instrumente realisiert werden kann.

1

Schädel

2

Trepanationsöffnung

3

Zielstift

4

Kalottenabschnitt

5

Führungsabschnitt

6

Führungskanal

7

Medizinisches Instrument

8

Positionsarm

9

Tiefenanschlag

10

Kugelgelenk

11

Bogenführungsschlitten

12

Bogenführungsschiene

13

Aufhängung

14

Operationstisch

Claims (14)

1. Verfahren zur Durchführung minimal-invasiver Interventionen unter Verwendung eines Zielstifts (3), dieser umfassend einen Führungsabschnitt (5) und einen Kalottenabschnitt (4), welche wenigstens einen gemeinsamen Führungskanal (6) zur Führung wenigstens eines medizinischen Instruments (7) aufweisen, wobei der Zielstift (3) mit dem Kalottenabschnitt (4) im Bereich einer Trepanationsöffnung (2) in Anlage mit dem zu intervenierenden Körperteil gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielstift (3) durch unmittelbare Anlage an der Trepanationsöffnung (2) des fixierten Körperteils, sowie durch feste Verbindung mit einer Zielvorrichtung eine definierte Position erhält.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagefixierung des Zielstifts (3) durch dessen Anpressen an die Trepanationsöffnung (2) erreicht wird.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung und die Lagefixie rung des Zielstifts (3) durch die Zielvorrichtung selbsttätig erfolgt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagekontrolle des Zielstifts (3) durch bildgebende Verfahren unterstützt wird, zu welchem Zweck vorzugsweise Kontrastmittel oder andere Signalgeber in dem Zielstift (3) aufgenommen sind.
5. Vorrichtung zur Durchführung minimal-invasiver Interventionen, umfassend einen Zielstift (3), welcher einen Führungsabschnitt (5) und einen Kalottenabschnitt (4) mit wenigstens einem gemeinsamen Führungskanal (6) zur Führung wenigstens eines medizinischen Instruments (7) aufweist, wobei der Zielstift (3) mit dem Kalottenabschnitt (4) im Bereich einer Trepanationsöffnung (2) an dem zu intervenierenden Körperteil anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalottenabschnitt (4) des Zielstifts derart kugel- oder kegelartig geformt ist, dass er für eine unmittelbare Anlage an der Trepanationsöffnung (2) des fixierten Körperteils ertüchtigt ist sowie eine feste Verbindung mit einer Zielvorrichtung aufweist.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielstift (3) aus einem unmagnetischen Material, etwa aus Kunststoff oder Keramik, gefertigt ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielstift (3) einem Positionsarm (8) fest zugeordnet ist, wobei der Positionsarm (8) einen Tiefenanschlag (9) aufweist, welchem eine mit dem Führungskanal (6) des Zielstifts (3) fluchtende Führung zugeordnet ist und welcher einen veränderlichen Abstand zum Zielstift (3) aufweist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsarm (8) in der Art eines Teleskoparms ausgeführt und beweglich an die Zielvorrichtung angelenkt ist.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsarm (8) über einen Führungsschlitten an die Zielvorrichtung angelenkt ist.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielvorrichtung neben dem Positionsarm (8) zumindest eine Bogenführungsschiene (12) sowie einen Bogenführungsschlitten (11) umfasst.
11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkung des Positionsarms (8) an die Zielvorrichtung mittels eines Kardangelenks oder eines Kugelgelenks (10) erfolgt, welches den Positionsarm (8) mit einem Bogenführungsschlitten (11) verbindet.
12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogenführungsschlitten (11) auf der wenigstens einen Bogenführungsschiene (12) geführt ist.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Bogenführungsschiene (13) zumindest weitgehend halbrund ausgeführt ist, wobei die Enden der wenigstens einen Bogenführungsschiene (13) als Drehgelenke zur Anlenkung an eine im Bezug zum Patienten ortsfest gelagerte Aufhängung (13) ausgeführt sind.
14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Teile der Zielvorrichtung mithilfe von Aktuatoren steuerbar, vorzugsweise fernsteuerbar, sind.